Biogas in der Landwirtschaft -
Stand und Perspektiven
Bonn, 11. und 12. September 2023
Verfahrensoptimierung
Mikrobiologische Biogasentschwefelung unter anoxischen Bedingungen mit Gärrest als Waschflüssigkeit
Alejandra Lenis, Kristoffer Ooms
Wegen der korrosiven Wirkung muss Schwefelwasserstoff (H2S) aus dem Biogas entfernt werden, bevor es zur Erzeugung von Wärme und Strom genutzt werden kann. Bei der anoxischen Entschwefelung in einem Biowäscher wird H2S mikrobiologisch und ohne Luftsauerstoff aus dem Biogas entfernt. Gärrest wird dazu als Waschflüssigkeit im Biowäscher verwendet. Das anoxische Entschwefelungsverfahren eignet auch für die Gärrestveredelung. Mit Schwefel angereicherter Gärrest kann danach als Dünger auf Felds aufgebracht werden.
Ansprechpartner:
Alejandra Lenis
Forschungsinstitut für Wasserwirtschaft und Klimazukunft/RWTH Aachen e. V.
Tel.: +49 241 80 2 68 42
E-Mail: lenis(bei)fiw.rwth-aachen.de
BiogasanlagePLUS: Systemauswahl zur biotechnologischen Verwertung von CO2 aus Biogasanlagen
Esther Hegel, Jochen Michels, Karsten Schürrle, Vanessa Rezniko
In BiogasanlagePLUS werden Bedingungen und Anforderungen im Umfeld einer Biogasanlage mit den Möglichkeiten biotechnologischer Prozesse verknüpft, um praxistaugliche Verwertungspfade zu erstellen. Ausgewählte Pfade werden mittels Szenarien-Analyse durch das Fraunhofer ISI ausgewertet und mit dem DECHEMA e.V. in einer Nutzwertanalyse weiter ausgearbeitet. Eine finale Roadmap mit Handlungsempfehlungen für biotechnologische Produktionssysteme zur CO2-Verwertung und weiteren Projektvorschlägen wird bis April 2024 erarbeitet.
Ansprechpartner:
Dr. Esther Magano Hegel
DECHEMA e.V.
Tel.: +49 69 7564-233
E-mail: esther.hegel(bei)dechema.de
Blackbox Fermenter - Analysemethoden zur Charakterisierung von Rührsystemen in Biogasanlagen
Sven Annas, Lukas Weber, Michael Elfering, Georg Messing, Eugen Schmunk, Hans-Arno Jantzen
Das Projekt untersucht, wie sich die Effizienz von Biogasanlagen mittels Rührwerksregelung und -steuerung steigern lässt. Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in einer Anlage ist aufgrund der schlechten Zugänglichkeit sowie der hohen Feststoffgehalte des Gärsubstrats schwierig. Vor diesem Hintergrund werden Messverfahren für die optische Bestimmung der Oberflächenströmung sowie die Bestimmung von lokalen Geschwindigkeiten mit Hilfe von Wärmeübergangssensoren entwickelt und untersucht.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Sven Annas
FH Münster
Tel.: +49 25519-62770
E-Mail: s.annas(bei)fh-muenster.de
Bestimmung der Mischgüte von Biosubstrat in Fermentern mittels Sensorpartikel
Lukas Buntkiel , Sven Annas , Sebastian Reinecke
Zum effizienten Betrieb von Biogasfermentern sind Kenntnisse über die erzielte Mischgüte, die ablaufenden Strömungsvorgänge und Prozessgrößen, wie z.B. Temperatur und pH-Wert notwendig. Aufgrund der Fermentergröße und den rheologischen Eigenschaften des Biosubstrats sind Punktmessungen dieser Größen nicht für den gesamten Fermenter repräsentativ. Mit Hilfe der im Projekt entwickelten Sensorik lassen sich Mischvorgänge in Biogasanlagen nun untersuchen. Eine grundsätzliche Eignung konnte mit Hilfe numerischer Arbeiten aufgezeigt werden.
Ansprechpartner:
Lukas Buntkiel
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Tel.: +49 351 260 3777
E-Mail: l.buntkiel(bei)hzdr.de
FlexBiomethane - ein Energiespeicherkonzept für kleine und mittlere Biogasanlagen mittels Direktmethanisierung
Charley Flach, Markus Goldbrunner
Die Flexibilisierung von Biogasanlagen ermöglicht es, die Stromproduktion zu Zeiten von Stromüberschüssen bedarfsabhängig zu reduzieren und bei Strombedarf variabel zu erhöhen. Dazu werden Stromüberschüsse nach dem Power-to-Gas (PtG)-Prinzip in einen speicherbaren, gasförmigen Energieträger umgewandelt, der in Zeiten mit wenig Wind- oder Sonnenenergie rückverstromt werden kann. Das Forschungsprojekt FlexBiomethan hat ein Flexibilisierungskonzept für kleine und mittlere Biogasanlagen nach dem PtG-Prinzip entwickelt und im Labor des Instituts für neue Energiesysteme der Technischen Hochschule Ingolstadt experimentell überprüft.
Ansprechpartner:
Charley Flach
Technische Hochschule Ingolstadt
Tel.: +49 841 9348 6847
E-Mail: Charley.Flach(bei)thi.de
Herstellung von festem Kohlenstoff und Wasserstoff aus Biomethan mit Hilfe eines nicht-themischen Plasmas
Remya Ravindran Nair, Katrin Kayser, Michael Köttner, Terje Hauan
Die Pyrolyse von Biomethan gilt als ein vielversprechender Ansatz zur Verringerung des CO2-Ausstoßes bei der Wasserstofferzeugung. Dazu wird nicht-thermisches Plasma (NTP) eingesetzt. Es besteht aus hochenergetischen Elektronen, mit denen sich viele chemische Bindungen leicht aufbrechen lassen. Dabei werden deutlich geringere Temperaturen als in thermischen oder katalytischen Prozessen benötigt. Das Projekt konzentrierte sich auf die Pyrolyse von Biomethan zu H2 und festem Kohlenstoff ohne CO2-Produktion. Um einen neuen Plasmareaktor für eine hohe H2-Ausbeute und Kohlenstoffqualität zu entwickeln, wurden zwei NTP-Reaktortypen gebaut, getestet und die Funktionalität im Labormaßstab bewertet.
Ansprechpartner:
Katrin Kayser
IBBK Fachgruppe Biogas GmbH
Tel.: +49 7954 926567
E-Mail: k.kayser(bei)ibbk-biogas.de
Mehr Biogas aus Mist durch Spezial-Enzyme für Wirtschaftsdünger im Praxisbetrieb
Patrice Ramm, Philipp Liebsch, Kenan Gohlke, Frank Scholwin
Der Einsatz von Wirtschaftsdüngern in der Biogasproduktion ist mit vielen technischen Herausforderungen verbunden. Vorversuche im Labormaßstab sind oft wenig mit der Praxis vergleichbar. An einer Praxisanlage mit Kopplung an einen Milchbetrieb wurde untersucht, wie mit Hilfe von Enzympräparaten eine Steigerung der Anlagenleistung erreicht werden kann. Die Methanausbeuten lagen bei 292 (Referenzphase) bzw. 345 m3 CH4 pro t oTS (Enzymphase).
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Patrice Ramm
Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte
an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP)
Tel.: +49 30 2093 6242
E-Mail: patrice.ramm(bei)iasp.hu-berlin.de
Erhöhung des Methanertrages durch CO2-Begasung (ENCOVER)
Felix Müller, Konrad Koch
Das Projekt „ENCOVER“ untersucht die energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials. Eine Anreicherung des anaeroben Abbauprozesses mit CO2 kann unter bestimmten Voraussetzungen zu einem deutlich besseren Substratumsatz und damit zur Erhöhung der Methanproduktivität führen. Diese Stimulation gilt besonders bei Energiepflanzen als aussichtsreich. In den Batchversuchen konnte eine verbesserte Methanausbeute über mehrere Versuche festgestellt werden.
Ansprechpartner:
Felix Müller
Technische Universität München
Tel.: +49 89 289 13708
E-Mail: fel.mueller(bei)tum.de
Entwicklung einer Steuerung zur Integration von Biogasanlagen in Netze mit hohem Anteil fluktuierender Stromerzeuger (Netflex)
Tobias Baldauf, Katharina Bär, Wilfried Zörner
Mit dem Ausbau der Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie gewinnt das Energiemanagement an Bedeutung. Um die Stabilität des Stromnetzes zu gewährleisten, sind flexible Erzeugungseinheiten erforderlich. Im Projekt „Netflex“ wurden eine optimale Systemkonfiguration zwischen Biogas- und Photovoltaik-Anlage entwickelt. Für Erlöse am Strommarkt und Wärmeversorgungskosten wurde die wirtschaftlich beste Variante ermittelt. Mit der Netflex-Steuerung lassen sich kurzfristige Überlastungen des Stromnetzes vermeiden, gleichzeitig kann die Netzstabilität in lokalen Stromverteilungsnetzen gewährleistet werden.
Ansprechpartner:
Tobias Baldauf
Technische Hochschule Ingolstadt
Tel.: +49 841 9348-6493
E-Mail: Tobias.Baldauf(bei)thi.de
Energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials "ENCOVER" - Mikrobiologie
Mathias Weigoldt, Michael Lebuhn
Das Verbundvorhaben „ENCOVER“ untersucht die ursächlichen Prozesse und Stoffwechselwege der Biokonversion von CH4 durch zugesetztes CO2. Im Teilvorhaben „Mikrobiologie“ wurde eine Methode entwickelt, mit der simultan qualitativ hochwertige DNA und RNA der Mikrobiome aus Biogas-Fermenterproben mit und ohne CO2-Begasung mit hohen Ausbeuten zu extrahieren und analysieren. Damit können auch sehr geringe Konzentrationen relevanter Zielorganismen in den Proben, z.B. methanogene Archaeen in versauerten Prozessen, verlässlich quantifiziert und identifiziert werden.
Ansprechpartner:
Dr. Mathias Weigoldt
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft
Tel.: +49 8161 86403843
E-Mail: mathias.weigoldt(bei)lfl.bayern.de
Flex-Crash - Mechanische Desintegration von Landschaftspflegematerial
René Heller, Christina Brandhorst, Benedikt Hülsemann, Hans Oechsner
Die Nutzung lignozellulosehaltiger Reststoffe aus der Landschaftspflege bildet einen neuen Weg in der Biogaserzeugung, denn deren Verwertung erfordert eine spezielle Vorzerkleinerung. In der Untersuchung wurden drei mechanische Aufbereitungsvarianten miteinander verglichen. Im Ergebnis führten alle drei Verfahren zu mehr Methanertrag (4,5 – 5,8 %) als ohne die mechanische Vorzerkleinerung.
Ansprechpartner:
René Heller
Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie
Tel.: +49 711 459 24382
E-Mail: rene.heller(bei)uni-hohenheim.de
Nachhaltige Produkte aus Bioabfall durch Steam Explosion & Hochlastfermentation - Biowaste to Products (BW2Pro)
Benedikt Hülsemann, Konstantin Dinkler, Marian Baumgart, Gregor Sailer, Hans Oechsner
Bioabfälle bzw. organische Reststoffe stellen eine Hauptfraktion der kommunalen Siedlungsabfälle dar. Das Forschungsprojekts "Biowaste to Products“ erprobt ein innovatives Konzept für neue, nachhaltige Produkte. Dazu wird eine Bioraffinerie im Pilotmaßstab mit einer Behandlungskapazität von 1000 kg d-1 Biotonne-Abfällen aufgebaut und evaluiert. Mit Hilfe der Thermodruckhydrolyse wird das vorbehandelte Abfallsubstrat so aufgeschlossen, dass flüssige, nährstoffhaltige Zellinhaltstoffe mithilfe eines Separators von der schwer biologisch abbaubaren Faserfraktion getrennt werden. Naturfasern werden für Blumentöpfe, landwirtschaftliche Vliese oder Faserverbundwerkstoffe, Kurzfaser und flüssige Fraktion zur Herstellung von Enzymen und Polyhydroxyalkanoat (PHA) verwendet.
Ansprechpartner:
Dr. Benedikt Hülsemann
Universität Hohenheim
Tel.: +49 711 459-23371
E-Mail: benedikt.huelsemann(bei)uni-hohenheim.de
Optimierung der Biogasproduktion mit einem Edge-Computing basierten KI-System
Samuel Nyarko, Lukas Buntkiel, Sebastian Reinecke, Jan Schäfer, Martin Buchholz, Uwe Hampel
Eine gleichmäßige Vermischung des Substrats in einem Fermenter ist mit hohen Energiekosten verbunden. Derzeit wird die Mischgüte anhand von Beobachtungen der Substratoberfläche abgeschätzt, das Rühren manuell optimiert. Über eine Analyse der Substratoberfläche mittels Kamera und einer anlagennahen Datenverarbeitung (Edge Computing) mittels KI-Algorithmen, soll die Mischgüte bestimmt und dem Betreiber ein Vorschlag zur effizienten Rührwerkssteuerung gegeben werden. Erste Kamerabilder visualisieren den optischen Fluss der Substratoberfläche.
Ansprechpartner:
Samuel Nyarko
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institute of Fluid Dynamics
Tel.: +49 351 2603197
E-Mail: s.nyarko(bei)hzdr.de
Forschungsprojekt HyTech: Biologische Wasserstofferzeugung für eine nachhaltige Energiewirtschaft
Juliana Rolf, Sören Kamphus, Eike Meemann, Elmar Brügging
Die Dunkle Fermentation ist ein ressourcenschonender Produktionsweg für Biowasserstoff. Das Projekt „HyTech“ untersuchte dieses Verfahren mit Hilfe eines innovativen Reaktordesigns: Durch Rückhaltung von Mikroorganismen erhöht sich die Gesamteffizienz der biologischen Wasserstoffproduktion. Dabei wurden bisher ungenutzte Biomassepotenziale, wie z.B. stark belastete Abwässer und Reststoffströme vor allem aus der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Die biologische Produktion von Wasserstoff im halbtechnischen und kontinuierlichen Maßstab konnte erfolgreich dargestellt werden.
Ansprechpartner:
Juliana Rolf
FH Münster
Tel.: +49 163 6644226
E-Mail: juliana.rolf(bei)fh-muenster.de
Verwertung von NawaRo zur Biogaserzeugung und zur Herstellung von funktionalen Materialien für Textil- und Verpackungsanwendungen
Benedikt Hülsemann, Leonhard Lenz, Hans Oechsner
Die Kaskadennutzung faserreicher biogener Reststoffe und Dauerkulturen bietet Biogasanlagenbetreibern die Chance, mit der Gewinnung von Fasern zusätzliches Einkommen zu generieren. Im BigaTex-Projekt werden die Substrate durch eine Thermodruckhydrolyse aufbereitet und dann per Fest-Flüssig-Separation getrennt. Die so gewonnenen Fasern werden zur Herstellung von Funktionsmaterialien (z.B. klimaregulierende Schuhsolen) oder Lebensmittelverpackungen weiterverwendet.
Ansprechpartner:
Dr. Benedikt Hülsemann
Universität Hohenheim
Tel.: +49 711 459-23371
E-Mail: benedikt.huelsemann(bei)uni-hohenheim.de
In-Vitro-Reaktivierung von Pansensaftbiozönose im Labormaßstab
Frank Langguth, Dirk Benndorf, Carola Griehl
In der Landwirtschaft anfallende lignocellulosehaltige Rest- und Abfallstoffe besitzen ein großes Potenzial für die Biogaserzeugung. Vorausgesetzt der feste Molekülverbund aus Lignin, Cellulose und Hemicellulose ist aufspaltbar. Ein vielversprechender Ansatz liegt in hydrolytisch aktiven Rinderpansen-Mikroorganismen, die auf den Abbau faserreicher Biomassen spezialisiert sind. Für eine technische Anwendung ist eine In-vitro-Kultivierung dieser Pansenbiozönosen erforderlich, die an der Hochschule Anhalt über mehrere Monate erfolgreich durchgeführt wurde. Innerhalb weniger Wochen bildete sich eine stabile und effektive Hydrolysestufe heraus.
Ansprechpartner:
Frank Langguth
Hochschule Anhalt
Tel.: +49 3496 67 2558
E-Mail: frank.langguth(bei)hs-anhalt.de
Die anaerobe bio-reaktive permeable Wand (ABRW) - ein alternatives Verfahren zur biologischen Methanisierung
Oliver Horn, Martin Kusior, Günter Busch, Marko Burkhardt
Mit Hilfe des ABRW-Verfahrens soll die Einspeisung von Methan ins Erdgasnetz gelingen. Zum Einsatz kommen regenerativ erzeugter Wasserstoff in Reaktion mit Kohlendioxid aus industriellen Quellen. Im Versuchsbetrieb durchströmen die kohlendioxidhaltigen Eduktgase einen Biofilm, der von methanogenen Mikroorganismen auf einem durchlässigen Träger (gesintertem Polyethylen) gebildet wird. Die Druckdifferenz der reaktiven Wand ermöglicht den Transport von Edukten und Produkten in die gleiche Richtung und verhindert so die Rückvermischung. Die hohe Methankonzentration bleibt erhalten. Eine Nachreinigung des Produktgases ist nicht erforderlich.
Ansprechpartner:
Oliver Horn
Brandenburg Technical University Cottbus - Senftenberg
Tel.: +49 355 69 3173
E-Mail: Oliver.Horn(bei)b-tu.de
Effizienzsteigerung der Biomethanisierung im GICON-Rieselbettverfahren unter Nutzbarmachung der Abwärme
Marko Burkhardt, Oliver Horn, MichaeI Tietze, Falko Niebling, Günter Busch, Leander Schleuß
Mit dem weiteren Ausbau erneuerbarer Energien steigt der Anteil fluktuierender Wind- und Solarenergie. Die Power-to-Gas-Strategie gilt als eine Schlüsseltechnologie, um die schwankende Erzeugung der regenerativen Energien an den Energiebedarf zu koppeln. Im GICON®-Großtechnikum arbeitet ein wärmeoptimierter Rieselbettreaktor mit einem Arbeitsvolumen von 1,8 m³. Hier erfolgt die Umwandlung von elektrolytisch erzeugtem „grünen“ Wasserstoff mit anschließender biologischer Methanisierung mittels Rieselbetttechnologie zu „grünem“ Methan. Es lässt sich speichern, ins Erdgasnetz einspeisen oder als CNG/LNG nutzen. Dies bildet eine Basis für eine erfolgreiche Sektorenkopplung.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. habil. Marko Burkhardt
Brandenburg Technical University Cottbus - Senftenberg
Tel.: +49 355 69 4328
E-Mail: burkhardt(bei)b-tu.de
