Über Daumen

 

Das „DAUMEN“-Verfahren ermöglicht eine effiziente und wirtschaftliche Biogaserzeugung aus landwirtschaftlichen Rest- und Abfallstoffen mit hohem Rohfasergehalt.

Zusammenfassung

„DAUMEN (Design for Separation and Augmented Methanisation)“

Das Verfahren funktioniert nach dem Vorbild des Vormagenprinzips der Wiederkäuer und wurde im Rahmen des Forschungsprojektes DAUMEN in Zusammenarbeit vom Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (ISAH) und dem Institut für Physiologie und Zellbiologie (IPZ) 2009-2011 entwickelt. In dem von der FNR geförderten Verbundprojekt (FKZ: 22025201+22017612, 2012- 2015) „Nutzung des Vormagensystems der Wiederkäuer zur Erschließung Cellulose basierter Substrate (cbS) als Energieträger zur Biogasproduktion“ (DAUMEN 2.0) wurde das Verfahren erfolgreich in den Technikumsmaßstab skaliert, verifiziert und in einem mathematischen Modell abgebildet. Als Substrate wurden Stroh und Landschaftspflegmaterial (LPM) erfolgreich eingesetzt. Damit wurde eine fundierte Grundlage für eine Demonstration und Verifikation unter Praxisbedingungen geschaffen. Das DAUMEN Verfahrenskonzept kann nicht nur als eigenständiges System „Stand-Alone“ Technologie, sondern auch als Erweiterung „Repowering“-Lösung für bestehende Biogasanlagen genutzt werden.

Der beim Projekt DAUMEN 2.0 eingesetzte Hochlast Reaktor für Hydrolyse und Versäuerung (HRHV) wurde entwickelt um die höhere Raum-Zeit-Ausbeute des „Pansen“ nachzubilden. Mit einer etablierten Pansenflora (ruminale Mikrobiologie) ist der Reaktor geeignet schwer abbaubare Reststoffe effizient unter hoher Raumbelastung aufzuschließen und Fettsäuren zu produzieren. Die Fettsäuren werden dem Hauptfermenter als ein sehr ergiebiges Substrat zur Verfügung gestellt.

Der aus dem Vorprojekt CBS vorhandene HRHV-Reaktor wird im Rahmen des hier beantragten Vorhabens DAUMEN 3.0 auf einer Biogasanlage in der realen Einsatzumgebung installiert und mit landwirtschaftlichen Rest-und Abfallstoffen beschickt. Dabei werden die für eine Bemessung notwendigen Daten generiert und verifiziert. Die Versuche werden molekularbiologisch und seuchenhygienisch vom IPZ begleitet um die Leistungsfähigkeit der Pansenflora zu bewerten. Durch die Beteiligung der Agrargenossenschaft „Bergland“ Clausnitz e.G., Clausnitz und des KMU BIORESTEC GmbH, Laatzen wird eine zügige Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Praxis sichergestellt.

Unsere Meilensteinplanung:

M1

Der Meilenstein M1 repräsentiert die Fertigstellung des HRHV-Versuchsanlage entsprechend der vorgesehenen Optimierungsmaßnahmen. Die notwendigen Ersatzteile sind beschafft, die Feststofftrennvorrichtung ist erneuert, mit versch. Substraten getestet und für den Praxistest optimiert. Eine neue MSR-Technik ist implementiert. Die HRHV Versuchsanlage läuft ohne Impfschlamm reibungslos und der Transport zum Praxiseinsatz an der Biogasanlage kann erfolgen. Die Erreichung des Meilensteins ist im achten Monate nach Projektstart vorgesehen. Sollte die Versuchsanlage wider Erwarten nicht aufgebaut werden können, ist mit dem Fördermittelgeber das weitere Vorgehen abzustimmen.

M2

Der Meilenstein M2 repräsentiert die abgeschlossene Anbindung der HRHV-Versuchsanlage an die Biogasanlage. Die Dichtigkeitsprüfung ist abgeschlossen, die Messumformer sind angeschlossen und liefern die aufzunehmenden Signale, die Aggregate sind über die Anlagensteuerung erfasst und die Mitarbeiter sind für den Praxisbetrieb geschult und eingewiesen. Die Versuchsanlage wird dazu auch mit Inoculum (Panseninhalt vom Schlachthof) angeimpft und dem ersten Substrat beschickt. Die Feststoffeinheit wird auf ihre Effektivität getestet und optimiert. Sind alle hydraulischen oder mechanischen Probleme behoben ist die Inbetriebnahme abgeschlossen und der Versuchsbetrieb und Praxisbedingungen kann starten. Die Erreichung des Meilensteins ist im 14ten Monate nach Projektstart vorgesehen. Sollte die Einbindung in den Biogasanlagenbetreib wider Erwarten nicht möglich sein, ist mit dem Fördermittelgeber das weitere Vorgehen abzustimmen.

M3

Der Meilenstein M3 repräsentiert die abgeschlossene mikrobielle Begleitung des Versuchsanlagenbetriebes insbesondere hinsichtlich des Hygienestatus der Austragsstoffe vom HRHV in und der Gärreste aus der Biogasanlage. Sollten die Proben hinsichtlich Pathogene oder anderer Seuchenhygienischer Parameter auffällig und bedenklich sein, kann dies zum Abbruch der Weiterführung des Projektes führen.

Unsere
Ziele

Im Rahmen des hier beantragten Forschungsprojektes soll eine Demonstrationsanlage an einer bestehenden Biogasanlage errichtet und betrieben werden, um

  • die Leistung des HRHV-Reaktors im Realbetrieb zu verifizieren und
  • das Verfahren vom derzeitigen Technologie-Reifegrad TRL 4 auf die Stufen TRL 7-8 zu heben, um damit
  • den Markteintritt für das DAUMEN-Verfahren zur Vergärung bisher ungenutzter tierischer Exkremente und von landwirtschaftlichen Rest- und Abfallstoffen (lawiRA) mit hohem Rohfasergehalt zu ermöglichen und damit
  • einen spürbaren Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.

Durch die direkte Beteiligung von Unterauftragnehmern aus der Praxis kann bei Erfolg eine schnellere Umsetzung auf dem Biogasmarkt erfolgen. Im Rahmen des Teilvorhabens 1: „Verfahrenstechnische Umsetzung und Praxisbewertung“ sollen folgende Ziele erarbeitet werden:

  • Substratspezifische Betriebsparameter und Prozessgrößen für das DAUMEN-Verfahren im Praxistest
  • Mathematische Modellierung des Gesamtsystems aus HRHV-Reaktor und Biogasanlage zur Bewertung des „Repowering“ bestehender Anlagen
  • Mathematische Modellierung des DAUMEN-Verfahrens zur Bewertung der Leistung von Neuanlagen Übertragbarkeit auf weitere Substrate
  • ökologischen Bewertung anhand von Stoffstrom- und Energiebilanzen
  • Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Ermittlung der Invest- und Betriebskosten für die Marktimplementierung.

Im Rahmen des Teilvorhabens 2: „Stabilität und Risikobewertung der mikrobiellen Gemeinschaft“
sollen folgenden Ziele erarbeitet werden:

  • Bewertung der Stabilität der mikrobiellen Gemeinschaft im Vormagenreaktor und der nachgeschalteten Biogasanlage
  • Bewertung des Hygienestatus der Biogasproduktion.

Die DAUMEN Team

J. W.

...

L. K.

...

D. O.

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