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Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.

Teil 3

Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Biowissenschaften, Abteilung Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.

Waste treatment plant for the treatment of slurry and liquid brewey wastes

Das Projekt "Waste treatment plant for the treatment of slurry and liquid brewey wastes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eisenmann Maschinenbau KG durchgeführt. Objective: The project aims at demonstrating that slurry-type wastes originating from the food industry - and a brewery is selected as a typical example - constitute a substantial energy resource. These wastes should therefore not be destroyed by an aerobic, energy-demanding process, but on the contrary be treated in such a way as to recover the energy. Biomethanation is an appropriate process for this, provided innovative adequate pretreatments, namely pretreatments with enzymes, make it possible for methane archae-bacteria to transform the organic matter into methane. Besides, the biogas can be utilized by the industry itself and the pollution abatement constitutes an important fringe benefit. General Information: The innovative treatment system consists of 4 consecutive steps. The slurry-type brewery waste will be enzymatically hydrolyzed to monomeric compounds, simultaneously fermented to organic acids and separately biomethanized. Preceeding these two steps is a buffer step to cope with the discontinuous fonctionning of the brewery, namely over the week-end. Following these two steps, is a step of physico-chemically-assisted thickening yielding a filtrate to be recycled in the 3rd step and a sludge to be composted. The first step, buffering, takes place in 5 m3 tank where yeast and marc are mixed and heated at 70 degree of Celsius In this step, the Kieselgur filter aid is specifically removed by fast sedimentation, an essential part or the process. In the second step, 220 l portions of the previous step are mixed with O.O1 per cent enzyme, heated at 70 degree of Celsius and introduced in the first anaerobic reactor of next step. The third step consists of 2 step biomethanation system: acidogenesis and methanogenesis. Acidogenesis is conducted in a 3step cascade mode with part of the sludge recycled, the excess sludge being led to step 4. The gas produced in the acidogenic step passes through the methanogenic reactor. The mixed liquor of the methanogenic step passes through an ultrafiltration device. The liquid portion is of good quality enough to be discharged in the sewer. The more solid portion is fed into step 4. The biogas is stored in a 15 m3 gasholder at low pressure and subsequently at 15 bar in a high pressure container of 67 m3 capacity, in order to allow for a 3 times a week use, at peak-demand times of energy in the brewery. The fourth step collects the excess sludge, thickens it in a filterpress, recycles the filtrate in the third step and yields and easily compostable solid cake. The waste to be treated amounts to 800 m3 y-1, containing 55,300 kg of TOC (total organic carbon).With an expected global conversion of 70 per cent, the biogas yield is 72,000 Nm3 y-1,equivalent to 42.6 toe. Total costs are 920,020 DM, all of it being eligible. EC contribution is 367.850 DM. Total investment cost is 678,020 DM. Maintenance and operation costs amount to 20,000 DM yearly. Per unit thermal kWh produced, this is equal respectively...

Die Bildung von Methan in marinen Algen

Das Projekt "Die Bildung von Methan in marinen Algen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Methan (CH4), das zweitwichtigste anthropogene Treibhausgas nach CO2, ist die häufigste reduzierte organische Verbindung in der Atmosphäre und spielt eine zentrale Rolle in der Atmosphärenchemie. Das globale atmosphärische Methanbudget wird von vielen natürlichen und anthropogenen terrestrischen und aquatischen Quellen bestimmt. Bis vor kurzem wurden alle biologischen Methanquellen der Tätigkeit von Mikroben zugeschrieben, die unter Sauerstoffausschluss (anaerob) beim Abbau von organischem Material CH4 produzieren wie z.B. in Feuchtgebieten, im Verdauungstrakt von Termiten und bei Wiederkäuern, und beim Abbau menschlicher und landwirtschaftliche Abfälle. Allerdings zeigen neuere Studien, dass die terrestrische Vegetation, Pilze und Säugetiere auch CH4 produzieren, und das ohne die Hilfe von Mikroben (Archaeen) und unter aeroben Bedingungen. Die Ozeane werden als Quellen von atmosphärischen CH4 betrachtet, obwohl der Betrag der Gesamtnettoemissionen sehr unsicher ist und die Quellen bisher nur unzureichend beschrieben sind. Um die Quelle des CH4 in den sauerstoffreichen oberen Wasserschichten zu erklären, wurde bisher meist vorgeschlagen, dass die CH4-Bildung in anoxischen Mikroumgebungen abläuft. In der Vergangenheit wurden aber auch schon andere Quellen genannt, wie die direkte in-situ-Bildung von CH4 in Algen. Allerdings steht ein direkter Nachweis einer CH4-Bildung aus Algen in Laborexperimenten mit axenischen Algenkulturen bisher noch aus, weshalb die direkte CH4-Bildung in Algen bisher nicht als ernsthafte Erklärung für die erhöhten Methankonzentrationen in den oberen Wasserschichten herangezogen wurde. Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist der Nachweis (proof of principle) und die Quantifizierung der CH4-Bildung durch verschiedene Arten von Meeresalgen wie Kalkalgen (z.B. Emiliania huxleyi). Potentielle Vorläufersubstanzen, wie z. B. Methyl Sulfide und Methyl Sulfoxide, die im Metabolismus der Algen eine wichtige Rolle spielen, sollen mittels stabiler Isotopen-Techniken identifiziert werden. Verschiedene Umweltfaktoren wie z.B. Temperatur, Sauerstoffgehalt und Nährstoffverfügbarkeit werden im Hinblick auf ihren Einfluss auf die Methanbildung in marinen Algen untersucht. Zusätzlich werden verschiedene mikrobiologische Tests durchgeführt um die Beteiligung von Archaeen an der CH4-Bildung zu ermitteln (ein- oder auszuschließen). Ein interdisziplinärer biogeochemischer Ansatz (u.a. Kooperation mit mehreren Forschungsinstitutionen) ist erforderlich um die Ziele des Projekts zu realisieren. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen unser Verständnis bezüglich des biogeochemischen Kreislaufs von CH4 in den Meeren zu verbessern und einen besseren Ansatz zur Lösung des so genannten 'ozeanisches Methan Paradox' zu liefern.

Methankreislauf im Watt

Das Projekt "Methankreislauf im Watt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. Im Wattenmeer wurden gegenüber dem offenen Ozean etwa hundertfach erhöhte Methankonzentrationen beobachtet. Bisher sind Quellen und Senken dieses klimaaktiven Gases im Watt noch unklar. Im vorliegenden Teilprojekt soll der Methankreislauf in allen Kompartimenten des Watts (Sediment, Partikel und Wasserphase) untersucht werden. Dazu sollen Messungen der Methankonzentration über Tiden- und jahreszeitliche Zyklen vorgenommen werden. Die am Methankreislauf beteiligten Mikroorganismen (methanogene Archaea, metha-notrophe Bakterien und anaerob methanoxidierende Konsortien) sollen mit mikrobiologischen und molekularbiologischen Methoden quantifiziert, isoliert und physiologisch charakterisiert werden. Von besonderem Interesse sind dabei die Konsortien aus methanogenen Archaeen des ANME2Typs und Sulfatreduzierern (Desulfosarcinales), die kürzlich im Watt entdeckt wurden. Der zweite Schwerpunkt des Projekts ist die Identifizierung und strukturelle Analyse von Genomabschnitten, die für Schlüsselenzyme des Methankreislaufs codieren. Hierbei soll mit Hilfe der Metagenomik geklärt werden, ob die vorhandenen Operonstrukturen denen der Methanogenen und (an)aeroben Methanoxidierer anderer Standorte (z.B. Hydratrücken; Schwarzes Meer) ähnlich sind.

PROSO - Prozesse von Spurenstoffen in der Ostsee

Das Projekt "PROSO - Prozesse von Spurenstoffen in der Ostsee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung durchgeführt. Zur Erreichung der Vorhabenziele sollen neue Spurenstoffbestimmungen in der Ostsee durchgeführt werden und hierzu moderne Messmethoden entwickelt werden. Untersuchungsziele sind: 1 die durch Zooplankton assoziierte Methanproduktion (Droplet Digital PCR) 2 die Messung von N- und O-Isotope in natürlichen Abundanzen in Sedimenten und Biota Nitrat (IRMS System) 3 Studium und Untersuchung von 'neuen' Schadstoffen und deren Wechselwirkungen (HPLC-MS/MS). Hierzu muss vor der MS Bestimmung eine effektive Anreicherung mit einer Festphasenextraktion erfolgen 4 Charakterisierung der elementaren und isotopischen Elemente (C, S, H, O) aus pelagischen Sedimenten 5 Untersuchungen der Stoffkreisläufe der Treibhausgase Methan (CH4) und Lachgas (N2O) sollen mit einem purge&trap GC- System erfolgen. 6 Veränderungen im marinen Karbonatsystem werden in Verbindung mit anderen biogeochemischen Kreisläufen untersucht. 7 Alle Ergebnisse werden gespeichert und gehen in die biogeochemischen Modellierungen ein (Server). Mit der Droplet Digital PCR werden Wasserproben, Copepoden-Darmproben und Copepoden Fäkalien auf methanbildende Archaeen untersucht. Die Aktivität der Methanogene kann über das Enzym Methyl-Coenzym-M-Reduktase gemessen werden. Mit dem isotopen Massenspektrometer werden die 'bulk' Messungen der Elemente N und C durchgeführt. Die Computerserver verarbeiten die Datensätze und führen Operationen für regionale 3-D Modellexperimente durch. Die SPE dient zur Extraktion von Wasserproben und der Probenaufarbeitung für die HPLC-MS/MS Messungen. Methan und Lachgas werden aus Meerwasser mit dem purge&trap System direkt zur Bestimmung in den Gaschromatographen überführt. Zur Charakterisierung des marinen CO2 Systems wird die Gesamt- CO2 Konzentration (CT oder DIC) in Wasserproben gemessen. Zum Verständnis in gekoppelten Kohlenstoff- Schwefel-Stoffkreisläufen werden die elementaren und istopischen Zusammensetzungen bestimmt.

Teilvorhaben: 6.2 Synergie von Power to Gas und Bioabfallbehandlung

Das Projekt "Teilvorhaben: 6.2 Synergie von Power to Gas und Bioabfallbehandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadtreinigung Hamburg, Anstalt öffentlichen Rechts, Abteilung Kommunikation und Innovation durchgeführt. Am BKW Bützberg verwertet die SRH AöR Bioabfall durch diskontinuierliche Vergärung in einem Perkolationsverfahren. Biogas wird mittels Aminwäsche aufbereitet und Biomethan in das Erdgasnetz eingespeist. CO2-Abgas wird über ein Gasumwälzsystem zur Spülung der Fermenter verwendet. Die Roh-Biogaszusammensetzung ist ca. 55%CH4/45%CO2. CO2 ist bereits im Rohgas vergleichsweise hoch konzentriert. Es ist naheliegend, dieses CO2 zur Methanisierung mit Wasserstoff zu nutzen. Biologische Methanisierung von H2 und CO2 (aus hydrolytischen Abbauprozessen) durch Archaeen ist ein Teilvorgang der Biogasbildung. Bei nachlassender Hydrolyseaktivität (diskontinuierliche Vergärung) sinkt der H2-Partialdruck, nimmt die Aktivität der Archaeen ab und die der acetoklastischen Methanbildner steigt. Zusätzliche Wasserstoffzufuhr verstärkt dann die Aktivität der Archaeen und Gär-CO2 wird zusätzlich zu Methan umgesetzt - die Biogasqualität wird erhöht. Wasserstoff am Standort der Bioabfallvergärung durch Nachrüstung einer Elektrolyse aus regenerativem Überschussstrom klimaneutral zu erzeugen, in den Fermentern mit Gär-CO2 zu methanisieren, zu Biomethan/SNG aufzukonzentrieren und in das Erdgasnetz einzuspeisen bietet Synergien zur Überschussstromspeicherung im Erdgasnetz und sektorenübergreifenden Nutzung. Demonstration der Machbarkeit und der Synergiepotentiale für PtX an einer Bioabfallbehandlungsanlage mit Vergärungsstufe, Biomethanerzeugung und -einspeisung in das Erdgasnetz mit besonders geringem verfahrenstechnischem Aufwand. Bilanzierung der Stoffströme und der Stoffumsetzung in Abhängigkeit zu den Prozessparametern, Ermittlung der externen Rahmenbedingungen wie Grenzwerte für H2 bei der Einspeisung von Biomethan, Bilanzierung der CO2-Einsparungen, Wirtschaftlichkeitsermittlung, Analyse wirtschaftlicher Hemmnisse und Empfehlungen zur Verminderung dieser Hemmnisse.

Teilprojekt: Response of belowground carbon, sulphur and iron cycling in fen soils

Das Projekt "Teilprojekt: Response of belowground carbon, sulphur and iron cycling in fen soils" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Hydrologie, Limnologische Forschungsstation durchgeführt. Klimamodelle sagen eine Zunahme von Sommertrockenheit mit Starkregenereignissen in mittleren und nördlichen Breiten vorher, die das hydrologische Regime von Feuchtgebieten, einem Kohlenstoffspeicher von globaler Bedeutung verändern. Die Auswirkungen von verstärkter Austrocknung und Wiederbefeuchtung, sowie möglicher Vernässung, auf Produktivität, Bodenatmung, Methanemissionen und die Kopplung des Kohlenstoffkreislaufes an Redoxprozesse im Boden ist bislang ungenügend verstanden. Im Projekt wird das hydrologische Regime eines Niedermoores experimentell verändert und die Konsequenzen für die wesentlichen Umsetzungen analysiert die zum Kohlenstoffkreislauf beitragen. Zu diesem Zweck wird die Veränderung in Bodenwassergehalten, -temperaturen und -respiration quantifiziert. Die Verfügbarkeit, Produktion und der Verbrauch von relevanten Elektronenakzeptoren für die Bodenatmung wird bestimmt, da diese die Methanbildungsrate im Boden maßgeblich beeinflussen. Eine Laborstudie dient der Untersuchung der Wirkung einer Bandbreite von Austrocknungsbedingungen auf Respirationsraten. Diese und zuvor gewonnen Datensätze werden genutzt um Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf mit dem Ökosystemmodell ECOSYS zu analysieren. Hierbei steht zunächst die kausale Prozessanalyse und schließlich die Simulation von zu erwartenden Veränderungen auf der Zeitskala von Jahrzehnten im Vordergrund.

Teilprojekt: 1

Das Projekt "Teilprojekt: 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Ermittlung des Spurenelementbedarfs der am Biogasprozess beteiligten Mikroorganismen sowie die Bestimmung der Faktoren, welche die Verfügbarkeit dieser essentiellen Elemente beeinflussen. Durch Optimierung der Verfügbarkeit sowie die gezielte Zugabe soll die Leistungsfähigkeit der Fermenterbiologie gesteigert werden, um höhere Faulraumbelastungen realisieren zu können und somit die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen zu verbessern. Zunächst werden in kontinuierlichen einphasigen Laborversuchen die Einflussfaktoren auf die biologische Verfügbarkeit der Spurenelemente unter Beachtung der Veränderungen der Bakterienbioszönose untersucht (AP1). In den darauf folgenden Untersuchungen soll der Spurenelementbedarf getrennt für die primären und sekundären Gärer (Hydrolyse) und die methanogenen Organismen in einer zweiphasigen Laboranlage untersucht werden. (AP 2). Parallel zu den Laborversuchen werden an 14 NaWaRo - Praxisbiogasanlagen die Spurenelementgehalte der Gärsubstrate und der Inputsubstrate bestimmt. Ergänzend werden deren technische Leistungsfähigkeit und die Zusammensetzung der Bakterienbioszönose bonitiert. (AP 3). Während des letzten Projektabschnittes soll ein Produkt entwickelt werden, das den Mangel an Spurenelementen im Fermenter ausgleicht, deren Verfügbarkeit erhöht und einen hohen Anwendungsschutz aufweist (AP 4). Zur Durchführung der Versuche steht ein Labor mit 28 Durchflussfermentern, 10 Fermentern für die zweiphasige Vergärung sowie eine Forschungsanlage im Praxismaßstab (186 kW el) zur Verfügung (ergänzt durch kommerziell betriebene Anlagen). Die Bestimmung der Mikroorganismen erfolgt in einem top-to-bottom Ansatz, bei dem mit Hilfe von Primern in der PCR spezifische DNA-Bruchstücke amplifiziert werden. Mit dem zu entwickelnden Produkt sollen spurenelementbedingte Prozessstörungen an NaWaRo-Biogasanlagen vermieden werden. Gleichzeitig sollen Grundlagen für eine Fortentwicklung der Biogastechnik geschaffen werden.

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