Das Projekt "Entschwefelung von Biogas durch Eisen-(II)-Sulfat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Hohe Schwefelwasserstoffkonzentrationen im Biogas führen zu Problemen bei der Verwertung des Biogases im Blockheizkraftwerk. Bei der Verbrennung dieses Gases entsteht Schwefelfdioxid, das zum einen zu Korrosion an den Armaturen und Motoren führt, das Motoröl schnell versäuern lässt und damit häufigen Motorölwechsel erfordert. Schwefeldioxidemissionen sind unerwünscht und können speziell beim Einsatz von Abgaskatalysatoren schnell deren Vergiftung hervorrufen. Bisher wird die Entschwefelung von Biogas landwirtschaftlicher Biogasanlagen vorwiegend über den Lufteintrag in den Gasraum des Fermenters (Oxidation von Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel) praktiziert. Bei unzureichender Überwachung und Wartung dieses Verfahrens wird jedoch das Ziel einer niedrigen Schwefelwasserstoffkonzentration (möglichst unter 150 ppm) nicht sicher erreicht. Bei diesem Forschungsvorhaben soll mit Hilfe des Eisen-Zusatzes eine Bindung des Schwefelwasserstoffs erreicht werden. An einer Kofermentationsanlage mit einem Jahresdurchsatz von 3300 t, die etwa zwei Drittel der täglichen Zusatzmenge als Schweineflüssigmist, ein Drittel als Kosubstrat (Flotatfett, Majonäse, Gelatine) verarbeitet, wurde versucht, den sehr hohen Schwefelwasserstoffgehalt im Biogas (2300 ppm) durch den Zusatz von Eisen-(II)-Sulfat zu senken. Durch eine 4,2-fache ströchiometrische Überdosierung (124 g Ferrogranul 20 je m3 Biogas mit 2300 ppm H2S) konnte ein H2S-Gehalt im Biogas von weniger als 20 ppm erreicht werden.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Lehmann - UMT GmbH durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung eines hocheffizienten Gesamtprozesses zur energetischen Nutzung der Klärschlämme inkl. lignozellulosehaltiger Co-Substrate am Beispiel einer Kläranlage mit derzeit genutzter aerober Schlammstabilisierung. Die bisher auf kleineren Kläranlagen nicht gegebene Effizienz der anaeroben Schlammbehandlung soll durch eine Co-Fermentation ungenutzter Substrate wie Grünschnitt, Landschaftspflege oder Stroh erreicht werden. Gleichzeitig sollen den Kläranlagen die Voraussetzungen für ein, von den Anschlusswerten unabhängiges Standbein der Energiegewinnung erhalten. Ziel ist es, den kompletten Prozess der Schlammbehandlung energieautark zu gestalten und nachfolgende Schlammbehandlungsstufen wie Schlammentwässerung und Verwertung zu verbessern. Im Rahmen des Projektes soll die maschinentechnische Kompetenz der LMB GmbH auf die Mitvergärung von hoch lignozellulosehaltigen biogenen Reststoffen in Faulanlagen von Kläranlagen übertragen und angepasst werden. Die dazu erforderlichen Voraussetzungen zur Analyse hinsichtlich der Verfahrenstechnik, der Biozönose in der Fermentation, der technisch-technologischen Umsetzung sowie der Ökologie und Ökonomie werden durch die IWE mbH erbracht. Unter Einbeziehung einer neuartigen Reaktorgeometrie erfolgt im Fraunhofer IKTS zunächst eine Anlagenoptimierung im kleintechnischen Maßstab. Im Ergebnis dessen errichtet LMB einen Demonstrator zur Co-Fermentation, der anschließend von allen Partnern unter praxisrelevanten Bedingungen getestet wird.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IWE - Ingenieurgesellschaft für Wasser und Entsorgung mbH durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung eines hocheffizienten Gesamtprozesses zur energetischen Nutzung der Klärschlämme, incl. lignozellulosehaltiger Co-Substrate, am Beispiel einer Kläranlage mit derzeit genutzter aerober Schlammstabilisierung. Die bisher auf kleineren Kläranlagen nicht gegebene Effizienz der anaeroben Schlammbehandlung soll durch eine Co-Fermentation ungenutzter Substrate wie Grünschnitt, Landschaftspflege oder Stroh erreicht werden. Gleichzeitig sollen den Kläranlagen die Voraussetzungen für ein, von den Anschlusswerten unabhängiges Standbein der Energiegewinnung erhalten. Ziel ist es, den kompletten Prozess der Schlammbehandlung energieautark zu gestalten und nachfolgende Schlammbehandlungsstufen, wie Schlammentwässerung und Verwertung zu verbessern. Im Rahmen des Projektes soll die maschinentechnische Kompetenz der LMB GmbH, auf die Mitvergärung von hoch lignozellulosehaltigen biogenen Reststoffen in Faulanlagen von Kläranlagen übertragen und angepasst werden. Die dazu erforderlichen Voraussetzungen zur Analyse, hinsichtlich der Verfahrenstechnik, der Biozönose in der Fermentation, der technisch-technologischen Umsetzung sowie der Ökologie und Ökonomie, werden durch die IWE mbH erbracht. Unter Einbeziehung einer neuartigen Reaktorgeometrie erfolgt im Fraunhofer IKTS zunächst eine Anlagenoptimierung im kleintechnischen Maßstab. Im Ergebnis dessen errichtet LMB einen Demonstrator zur Co-Fermentation, der anschließend von allen Partnern unter praxisrelevanten Bedingungen getestet wird.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung eines hocheffizienten Gesamtprozesses zur energetischen Nutzung der Klärschlämme inkl. lignozellulosehaltiger Co-Substrate am Beispiel einer Kläranlage mit derzeit genutzter aerober Schlammstabilisierung. Die bisher auf kleineren Kläranlagen nicht gegebene Effizienz der anaeroben Schlammbehandlung soll durch eine Co-Fermentation ungenutzter Substrate wie Grünschnitt, Landschaftspflege oder Stroh erreicht werden. Gleichzeitig sollen den Kläranlagen die Voraussetzungen für ein, von den Anschlusswerten unabhängiges Standbein der Energiegewinnung erhalten. Ziel ist es, den kompletten Prozess der Schlammbehandlung energieautark zu gestalten und nachfolgende Schlammbehandlungsstufen wie Schlammentwässerung und Verwertung zu verbessern. Im Rahmen des Projektes soll die maschinentechnische Kompetenz der LMB GmbH auf die Mitvergärung von hochlignozellulosehaltigen biogenen Reststoffen in Faulanlagen von Kläranlagen übertragen und angepasst werden. Die dazu erforderlichen Voraussetzungen zur Analyse hinsichtlich Verfahrenstechnik, der Biozönose in der Fermentation, der technisch-technologischen Umsetzung sowie der Ökologie und Ökonomie werden durch die IWE mbH erbracht. Unter Einbeziehung einer neuartigen Reaktorgeometrie erfolgt im Fraunhofer IKTS zunächst eine Anlagenoptimierung im Labormaßstab. Im Ergebnis dessen errichtet LMB einen Demonstrator zur Co-Fermentation, der anschließend von allen Partnern unter praxisrelevanten Bedingungen getestet wird.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Planung und Konstruktion des Reaktors" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von K & E -Technik GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Sabio- Projektes soll eine Reaktortechnologie entwickelt werden, welche sich zur Salzentfrachtung aus Perkolaten auf Biogasanlagen einsetzen lässt. In Deutschland wurden 2013 ca. 600 Trockenfermentationsanlagen zur Erzeugung von Biogas aus Bioabfällen, nachwachsenden Rohstoffen, Co-Fermentation und anderen Substraten betrieben (Quelle: DBFZ). Von diesen werden ca. 500 Anlagen im Pfropfenstromverfahren, 100 im Garagenverfahren betrieben. Im Perkolatleitungssystem der meisten Anlagen nach dem Garagenverfahren kommt es in regelmäßigen Abständen zu Verstopfungen durch Auskristallisation Struvit (MAP) und von Karbonaten ein Problem, dass auch auf vielen Kläranlagen und Nassvergärungsanlagen beobachtet werden kann. Die auskristallisierten Stoffe stellen Ressourcen am falschen Ort dar, die aktuell kostenaufwendig beseitigt werden müssen. Derzeit stellt die Spülung mit Essigsäure das einzig zuverlässige Mittel dar die Ablagerungen zu beseitigen. Diese Säuberung muss ca. zweimal jährlich durchgeführt werden, was aus ökonomischer Sicht, sowie den Aspekten Arbeitsschutz und Umweltauswirkungen problematisch ist. Struvitablagerungen sind ein verbreitetes Problem, sie treten an vielen Biogasanlagen verschiedener Bautypen auf und führen zu Effizienzminderung bei der Biogasproduktion und damit der Energieerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern. Ziel des Projektes Sabio soll sein, eine gezielte Entfrachtung von Salzen mittels innovativer Reaktorentechnologien, welche im Projekt entwickelt werden, zu erzeugen umso Betriebsstabilität, Ressourcenrückgewinnung und gesteigerte Anlageneffizienz möglich zu machen.
Das Projekt "Studie zur Aufbereitung und Einspeisung von Faulgas auf kommunalen Kläranlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft (WiW) mbH durchgeführt. Auf kommunalen Kläranlagen mit Schlammfaulung ergeben sich bei einer Nutzung des erzeugten Klärgases in BHKW-Anlagen temporär im Jahresverlauf Wärmeüberschüsse. Bei Einsatz einer Co-Fermentation werden diese deutlich vergrößert. Eine Aufbereitung des Klärgases auf Erdgasqualität mit einer nachfolgenden Einspeisung in das öffentliche Gasnetz könnte eine effizientere Nutzung des Primärenergiepotentials ermöglichen. Der weiter bestehende Wärmebedarf der Kläranlage könnte über eine Abwärmenutzung aus dem gereinigten Abwasser im Ablauf abgedeckt werden. Der Strombedarf der Kläranlage wäre durch einen Stromfremdbezug aus dem vorgelagerten Stromnetz zu decken. Die Wirtschaftlichkeit eines solchen verfahrenstechnischen Ansatzes wurde in verschiedenen Varianten untersucht. Die Gasaufbereitung und -einspeisung stellt nach der durchgeführten Studie für die Betreiber von kommunalen Kläranlagen derzeit keine Alternative zu einer konventionellen Gasnutzung dar. Die maßgebliche Ursache hierfür liegt in den hohen Kosten des Stromfremdbezugs und der Gasaufbereitung. Diesen steht nur ein geringerer Ertrag aus dem Verkauf des erzeugten 'Bioerdgases' bzw. der hieraus in externen BHKW-Anlagen möglichen Wärme- und Stromerzeugung gegenüber. Eine thermische Entlastung des Vorfluters, die sich bei einer Klärgasabgabe mit dann eingesetzter Nutzung von Abwasserwärme zur Wärmebedarfsdeckung ergeben könnte, ließ sich in einer Beispielrechnung für eine bestehende Kläranlage nicht nachweisen. Ein möglicher Lösungsansatz könnte in dem Aufbau lokaler Energienetze bestehen, bei denen Überschüsse an Gas, Strom oder Wärme direkt an geeignete Nutzer abgegeben werden. Das mittels Co-Fermentation produzierte Klärgas würde auf der Kläranlage verstromt und die produzierte Strommenge vorrangig intern genutzt. Über den Eigenbedarf hinausgehende Strom- und Wärmemengen würden in das vorgelagerte Versorgungsnetz bzw. in ein aufzubauendes Nahwärmenetz eingespeist. Die Beispielrechnung für eine bestehende Kläranlage ergab, dass eine Wirtschaftlichkeit insbesondere für den stromautarken Betrieb der Kläranlage erreicht werden kann. Die Wirtschaftlichkeit einer darüber hinaus gehenden Co-Fermentation hängt in hohem Maße von der Vermarktung der anfallenden Überschüsse an Strom und Wärme durch die Betreiber von Kläranlage und Versorgungsnetz ab.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung, Umwelt - Holzforschung München, Professur für Holz- und Bioprozesse durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Konzept für den Aufbau einer Show-Case-Kläranlage in Indien unter Anwendung deutscher Technologien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von aqua & waste International GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojekts ShowCaseIN soll die Durchführbarkeit der Aufrüstung einer bestehenden kommunalen oder industriellen Kläranlage (ca. 50.000 Einwohnerwerten (EW)) mit, an die indischen Verhältnisse und regionalen Rahmenbedingungen angepassten, Kernkomponenten und Know-how deutscher Mitgliedsfirmen des GWP-Regionalforums Indien untersucht werden. Die zukünftige Aufbereitung des Abwassers soll bedarfsgerecht und zielgerichtet entsprechend der unterschiedlichen Nutzungsmöglichkeiten erfolgen (Bewässerung in der Landwirtschaft, Prozesswasser, Einleitung in Vorfluter). Durch die Nutzung (Strom- und Wärmeerzeugung mittels Blockheizkraftwerk) des bei der anaeroben Behandlung vom Klärschlamm entstehenden Biogases, wird ein energieeffizienter bis hin zum energieautarken (bei zusätzlicher Co-Fermentation organischer Reststoffe im Faulbehälter) Betrieb der Anlage ermöglicht. Eine intelligente Automatisierung und Steuerungsstrategie sorgen für vergleichsweise geringe Wartungs- und Betriebskosten. Hierdurch können die Klima- und Umweltauswirkungen der bestehenden Kläranlage merklich reduziert werden. Durch die Nutzung der Show-Case Anlage als Lern- und Schulungszentrum in enger Zusammenarbeit mit lokalen Bildungseinrichtungen können wesentliche Aspekte der Abwasserreinigung nach dem Stand der Technik praktisch vermittelt und langfristig verankert werden. Die Durchführbarkeitsstudie dient im Wesentlichen zur Klärung der spezifischen technischen und institutionellen Rahmenbedingungen zur Aufrüstung einer bestehenden Anlage zur Show-Case Kläranlage (Standort, technisches Konzept, Betreibermodell, Vertragswesen, Schulungsformate etc.).