Eine Biogasanlage dient der Erzeugung von Biogas durch Vergärung von Biomasse. In landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden meist tierische Exkremente (Gülle, Festmist) und Energiepflanzen als Substrat eingesetzt. In nicht-landwirtschaftlichen Anlagen wird Material aus der Biotonne verwendet. Als Nebenprodukt wird ein als Gärrest bezeichneter Dünger produziert. Bei den meisten Biogasanlagen wird das entstandene Gas vor Ort in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt.
Erstmalig soll mit dem zu beantragenden Projekt eine - in die Industrie transferierbare - technologische Kette für die stoffliche Nutzung von Hopfenpflanzen, speziell in Kunststoffcompounds für Spritzguss- und Extrusionsanwendungen, entwickelt werden. Bisher werden die Hopfenpflanzen nach der Ernte und der stationären Gewinnung der Dolden auf die Felder verbracht bzw. dem unkontrollierten natürlichen Abbau preisgegeben. Dabei stellen die bis zu sechs Meter langen Hopfenreben ein erhebliches, bisher nicht genutztes Biomasse-Potential für die werkstoffliche Nutzung dar. Auf Grundlage eines Vorprojektes sowie einer ersten Markteinschätzung ist nun geplant, die zu favorisierenden Verwertungsrouten für Hopfenpflanzen bzw. -stängel sowie daraus gewonnener Intermediate in Form von Hopfenfaser-Compounds für Extrusion und Spritzguss näher zu untersuchen. Die verfahrenstechnische Grundlage des hier zu beantragenden Vorhabens ist die alternative Bereitstellungskette über feucht zu konservierende Hopfenreben-Häcksel. Die einzelnen Prozessschritte sind durch die Hopfenbauern (als Substrat für die Biogasanlage Wolnzach) bereits realisiert bzw. stellen bekannte Verfahren für die Landwirtschaft dar. Die wissenschaftliche Expertise für die Logistik, Lagerung und Erst- bzw. Weiterverarbeitung zu Faserstoffen und Halbzeugen liegt bei den institutionellen Antragstellern vor. Die wesentlichen Schwerpunkte der TU Dresden und TU Chemnitz liegen bei der Einarbeitung der Fasern zu unterschiedlich hoch gefüllten Compounds, deren Verarbeitung in den Kunststoffverfahren Extrusion und Spritzguss sowie die Fertigung erster Demonstratoren. Auf der Basis der Resultate soll anschließend mit entsprechenden industriellen Partnern eine Umsetzung im Produktionsmaßstab entwickelt und realisiert werden.
Erstmalig soll mit dem zu beantragenden Projekt eine - in die Industrie transferierbare - technologische Kette für die stoffliche Nutzung von Hopfenpflanzen, speziell in Kunststoffcompounds für Spritzguss- und Extrusionsanwendungen, entwickelt werden. Bisher werden die Hopfenpflanzen nach der Ernte und der stationären Gewinnung der Dolden auf die Felder verbracht bzw. dem unkontrollierten natürlichen Abbau preisgegeben. Dabei stellen die bis zu sechs Meter langen Hopfenreben ein erhebliches, bisher nicht genutztes Biomasse-Potential für die werkstoffliche Nutzung dar. Auf Grundlage eines Vorprojektes sowie einer ersten Markteinschätzung ist nun geplant, die zu favorisierenden Verwertungsrouten für Hopfenpflanzen bzw. -stängel sowie daraus gewonnener Intermediate in Form von Hopfenfaser-Compounds für Extrusion und Spritzguss näher zu untersuchen. Die verfahrenstechnische Grundlage des hier zu beantragenden Vorhabens ist die alternative Bereitstellungskette über feucht zu konservierende Hopfenreben-Häcksel. Die einzelnen Prozessschritte sind durch die Hopfenbauern (als Substrat für die Biogasanlage Wolnzach) bereits realisiert bzw. stellen bekannte Verfahren für die Landwirtschaft dar. Die wissenschaftliche Expertise für die Logistik, Lagerung und Erst- bzw. Weiterverarbeitung zu Faserstoffen und Halbzeugen liegt bei den institutionellen Antragstellern vor. Die wesentlichen Schwerpunkte der TU Dresden und TU Chemnitz liegen bei der Einarbeitung der Fasern zu unterschiedlich hoch gefüllten Compounds, deren Verarbeitung in den Kunststoffverfahren Extrusion und Spritzguss sowie die Fertigung erster Demonstratoren. Auf der Basis der Resultate soll anschließend mit entsprechenden industriellen Partnern eine Umsetzung im Produktionsmaßstab entwickelt und realisiert werden.
Ziel dieses Projektes ist es, Ursachen der übermäßigen Schaumbildung im Biogasprozess, die durch Vergärung von leicht abbaubaren Substraten verursacht wird, im Detail zu untersuchen, Verständnis aufzubauen und Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Dabei soll die Rolle der Hydrolyse-Stufe im Vordergrund stehen. Um das Forschungsthema so umfassend wie möglich zu bearbeiten, werden Expertisen aus unterschiedlichen Bereichen zusammengeführt - die Expertise zur Schaumbildung in biotechnologischen Prozessen (UFZ), zur zweiphasigen Vergärung (Universität Hohenheim), zu molekularbiologischen Aspekten der Prozessstörungen im Biogasfermenter (UFZ), sowie zur Wirtschaftlichkeitsanalyse und Akzeptanzforschung im Bereich der erneuerbaren Energien (HfWU). Am UFZ wird erforscht, welche physikochemischen Parameter der Substrate und des Fermenterinhaltes einen Einfluss auf übermäßige Schaumbildung im Biogasfermenter haben. Dabei wird untersucht, welche Parameter für die Bildung von Schaum von Bedeutung sind, wie diese Parameter so beeinflusst werden können, dass das Risiko der Schaumbildung minimiert wir und wie das Substrat vorbehandelt werden muss, um Schaumbildung im Fermenter vorzubeugen. Weiterhin wird der Frage nachgegangen, welche biotischen Parameter in der Prozessstabilisierung der anaeroben Vergärung leicht abbaubarer Substrate eine Rolle spielen. Konkret wird ermittelt, welchen Einfluss die Aktivität von Enzymen und Mikroorganismen hat und wie die Nährstoffzusammensetzung während einer Prozessstörung die Schaumentstehung beeinflusst. Dabei wird angestrebt, mikrobielle Indikatoren für ein erhöhtes Risiko zur Schaumbildung oder für einen stabilen Prozess bei der Vergärung leicht abbaubarer Substrate zu identifizieren. Auf der Basis der Ergebnisse des Projektes wird es möglich sein, stabile Prozessführung durch optimale Zusammensetzung des Substratmix und durch zielgerichtete Dosierung von Zusatzstoffen auf enzymatischer bzw. mikrobieller Basis zu gestalten.
Ziel dieses Projektes ist es, Ursachen der übermäßigen Schaumbildung im Biogasprozess, die durch Vergärung von leicht abbaubaren Substraten verursacht wird, im Detail zu untersuchen, Verständnis aufzubauen und Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Dabei soll die Rolle der Hydrolyse-Stufe im Vordergrund stehen. Um das Forschungsthema so umfassend wie möglich zu bearbeiten, werden Expertisen aus unterschiedlichen Bereichen zusammengeführt - die Expertise zur Schaumbildung in biotechnologischen Prozessen (UFZ), zur zweiphasigen Vergärung (Universität Hohenheim), zu molekularbiologischen Aspekten der Prozessstörungen im Biogasfermenter (UFZ), sowie zur Wirtschaftlichkeitsanalyse und Akzeptanzforschung im Bereich der erneuerbaren Energien (HfWU). Am UFZ wird erforscht, welche physikochemischen Parameter der Substrate und des Fermenterinhaltes einen Einfluss auf übermäßige Schaumbildung im Biogasfermenter haben. Dabei wird untersucht, welche Parameter für die Bildung von Schaum von Bedeutung sind, wie diese Parameter so beeinflusst werden können, dass das Risiko der Schaumbildung minimiert wir und wie das Substrat vorbehandelt werden muss, um Schaumbildung im Fermenter vorzubeugen. Weiterhin wird der Frage nachgegangen, welche biotischen Parameter in der Prozessstabilisierung der anaeroben Vergärung leicht abbaubarer Substrate eine Rolle spielen. Konkret wird ermittelt, welchen Einfluss die Aktivität von Enzymen und Mikroorganismen hat und wie die Nährstoffzusammensetzung während einer Prozessstörung die Schaumentstehung beeinflusst. Dabei wird angestrebt, mikrobielle Indikatoren für ein erhöhtes Risiko zur Schaumbildung oder für einen stabilen Prozess bei der Vergärung leicht abbaubarer Substrate zu identifizieren. Auf der Basis der Ergebnisse des Projektes wird es möglich sein, stabile Prozessführung durch optimale Zusammensetzung des Substratmix und durch zielgerichtete Dosierung von Zusatzstoffen auf enzymatischer bzw. mikrobieller Basis zu gestalten.