Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Biogene Abf\u00e4lle verursachen in Gew\u00e4ssern und im Boden die unkontrollierte Entwicklung von pathogenen Keimen, unerw\u00fcnschten Algen und Cyanobakterien. Die m\u00f6glichst vollst\u00e4ndige Bioabfallverwertung und R\u00fcckf\u00fchrung in den Stoffkreislauf wird eine immer dr\u00e4ngendere \u00f6kologische und \u00f6konomische Herausforderung an Wissenschaft und Industrie.
\nDas Projekt beinhaltete die modellhafte Entwicklung eines komplexen biotechnologischen Verwertungsverfahrens, bei dem am Beispiel von Schweineg\u00fclle, Biogasfaulschlamm, Schlachtabf\u00e4llen der Tier- und Fischproduktion, biogene Abluft und Abluftwaschwasser die organischen Verbindungen der Bioabf\u00e4lle mit Hilfe einer zoologischen Komponente in den Wertstoff Insektenchitosan bzw. Glukosaminsulfat und die anorganischen Verbindungen mit einer botanischen Komponente in den Wertstoff Algenbiomasse ge-wandelt werden. Die durch die Bioabfallverwertung gewonnenen Wertstoffe waren zu charakterisieren und Applikationsm\u00f6glichkeiten zu untersuchen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde in zwei Etappen durchgef\u00fchrt:
\nEtappe I
\nEntwicklung und Bau einer Laboranlage f\u00fcr die Verwertung von G\u00fclle, Biogasfaulschlamm bzw. Schlachtabf\u00e4llen
\n–\tUntersuchungen zur Trennung von G\u00fclle und Biogasfaulschlamm in Feststoff und Fl\u00fcssigphase,
\n–\tAnalyse von zu verwertenden Schlachtabf\u00e4llen,
\n–\tUntersuchungen zur Zucht von Fliegenlarven verschiedener Species auf dem Feststoff,
\n–\tScreening von Mikroalgen f\u00fcr die Kultivation und Anpassung des Verfahrens f\u00fcr die Kultivation auf dem Extremmedium Fl\u00fcssigphase,
\n–\tEntwicklung und Aufbau der Laboranlagen,
\n–\tGewinnung und Analyse der Wertstoffe im Laborma\u00dfstab,
\n–\tIsolierung, Modifizierung und Charakterisierung von Insektenchitin und -chitosan im Vergleich zu Crustaceenchitosan,
\n–\tVorbereitende Untersuchungen zu den Applikationstests.
\nEtappe II
\nEntwicklung einer kleintechnischen Versuchsanlage
\n–\tAufbau, Erprobung und Prozessoptimierung der Anlage unter realen Bedingungen und Korrektur der technischen L\u00f6sungswege anhand der Erprobungsergebnisse
\n–\tSchlie\u00dfung der Zyklen f\u00fcr Wasser, Gas, organische und mineralische Elemente
\n–\tProduktion der Rohstoffe f\u00fcr die Applikationstests aus Insekten-Chitin, Insekten- und Algenbiomasse
\n–\tOptimierung der chemischen, enzymatischen und chemisch-enzymatischen Gewinnung von Chitin, Chitosan und Glucosaminsulfat im kleintechnischen Ma\u00dfstab,
\n–\tAnalytische Charakterisierung und Standardisierung des Insekten-Chitosans,
\n–\tApplikationsuntersuchungen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Schweineg\u00fclle, Biogas-Faulschlamm einer Biogasanlage, Schlachtabf\u00e4lle aus der Tier- und Fischproduktion, die Abluft einer Larvenkultivationsanlage und das Waschwasser eines Abluftw\u00e4schers wur-den als modellhafte biogene Abprodukte analysiert, teilweise fraktioniert und modifiziert. (FFG, IGV) Zu deren Verwertung wurde eine komplexe Technologie entwickelt und im kleintechnischen Ma\u00dfstab realisiert.
\nDie Feststoffe der G\u00fclle und des Biogasschlamms und die Abf\u00e4lle aus Tier- und Fischproduktion wurden zur Zucht von Fliegenlarven der Gattungen Musca, Lucilia, Calliphora und Sarcophaga genutzt. Diese wandelten die organischen Bestandteile der Abprodukte u. a. in die Wertstoffe Cuticula, Protein und Fett. (IBAU)
\nDie fl\u00fcssigen Abprodukte und das Abgas wurden mit Hilfe der Mikroalgenbiotechnologie verwertet. Die Algen wandelten durch Photosynthese das Ammonium, Phosphat und andere Ionen in Biomasse. (IGV)
\nZur Realisierung dieser biologischen Verwertung von biogenen Abprodukten wurden eine Labor- Zucht-box und eine Pilotanlage zur Massenzucht von Fliegenlarven, sowie ein 50 L- Labor-Photobioreaktor und ein 240 L- Photobioreaktor entwickelt und zur Verwertung der Abprodukte und Larven- bzw. Algen-Biomasse-Produktion eingesetzt. (IBAU, IGV)
\nDie gewonnen Biomassen wurden weiterverarbeitet, modifiziert, charakterisiert und in Applikations-Untersuchungen getestet. (FFG, IFZB, BILB, ABVT, ALVITO, PANINKRET)
\nDie Verarbeitung und Verwertung der Larven- und Algentrockenbiomasse in Pellets von Ferkelstarterfutter konnte technologisch realisiert werden. Die Effekte entsprachen aber nicht den Erwartungen, was auf zu hohe Dosierungen zur\u00fcckzuf\u00fchren sein k\u00f6nnte. (FFG)
\nAus den Larvenh\u00fcllen der Calliphora wurden Chitine und Chitosane isoliert. (IFZB)
\nZum Vergleich wurden solche anderer Herk\u00fcnfte – Euphausia Krill, Pandalus Schrimps, Panalurus Hum-mer, Paenaeus Garnelen und Sylla Krabben – gewonnen und charakterisiert. Es zeigte sich, dass die Spektren des Insekten- und Crustaceen-Chitosan vergleichbar sind. Insekten-Chitosan konnte unter milderen Bedingungen als Crustaceen-Chitosan mit vergleichbarem durchschnittlichen Molekulargewicht und Deacetylierungsgrad gewonnen werden. Das niedrig kristalline Insekten-Chitin erm\u00f6glicht ein Chitosan mit hohem Deacetylierungsgrad und gleichzeitig mit hohem Molekulargewicht. Filme aus Insekten-Chitosan zeigten h\u00f6here Festigkeiten als die aus Crustaceen-Chitosan. F\u00fcr die Projektpartner konnten 600 g Chitosan bereitgestellt werden. (IFZB)
\nIm Vergleich zu den chemische Methoden der Chitosangewinnung wurde ein enzymatisch-chemischen Verfahren entwickelt, hinsichtlich Enzym- und Reagenzienbedarf optimiert und in den halbtechnischen Ma\u00dfstab \u00fcberf\u00fchrt. Es konnte reproduzierbar Fliegenlarvenchitosan definierten Molekulargewichtes mit verringertem Kalkgehalten hergestellt werden. (BILB)
\nDie Applikationsuntersuchungen zeigten, dass sich Larvenchitosan-Glutardialdehyd-Partikel zur Niederdruckchromatographie eignen, wobei gereinigtes Chitosan deutlich bessere Werte erzielte, als ungereinigtes. Mit den verf\u00fcgbaren Ger\u00e4ten k\u00f6nnen jedoch noch nicht hinreichend kleine Partikel f\u00fcr chromatographische Anwendungen erhalten werden. (ABVT)
\nBei den Untersuchungen zum Einfluss von Chitosan auf das Wachstumsverhalten tierischer Zellen unter in vitro Bedingungen zeigte sich, dass Folien aus Fliegenlarven-Chitosan im Gegensatz zu denen aus Crustaceen keinen negativen Einfluss auf den Zellmetabolismus von HEP-G2 Zellen haben, dass sie sogar das Zellwachstum f\u00f6rdern und bevorzugt werden. (ALVITO).
\nBei den vergleichenden Applikationsuntersuchungen zur Gewinnung von Glucosaminsulfat erwies sich die Larven-Cuticula als bedeutend stabiler, konnte nur zu geringen Teil in konzentrierter Schwefels\u00e4ure in L\u00f6sung gebracht werden. Es ist notwendig, m\u00f6glichst schonend aufgearbeitetes Chitin f\u00fcr die Glucosaminsulfatherstellung einzusetzen. (Paninkret).<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Poster und Abstract im Tagungsband:
\nR. Storandt, V. Sasse, O. Pulz, et al. Modellhafte Entwicklung eines komplexen biotechnologischen Verwertungsverfahrens zur Gewinnung von neuartigen Produkten mit hoher Wertsch\u00f6pfung aus biogenen Abf\u00e4llen. Initiativen zum Umweltschutz 10 Bioabfallverwertung; Ergebnisse des F\u00f6rderschwerpunktes\/ DBU Osnabr\u00fcck, 1998<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit dem Projekt konnte die Verwertbarkeit von anorganischen Frachten aus biogenen Abprodukten an den Beispielen G\u00fclle, Biogasschlamm, deren Feststoffe, Schlacht- und Fischabf\u00e4lle, Abluft und Abluft-Waschwasser der Larvenzucht im Labor- und halbtechnischen Ma\u00dfstab nachgewiesen und ein entsprechendes komplexes Verfahren entwickelt werden. F\u00fcr die gewonnenen biologischen Produkte wurden teilweise interessante Applikationsm\u00f6glichkeiten und technologisch l\u00f6sbare Konzepte entwickelt. Es wurde sowohl eine Stoff- und Energiebilanz sowie ein Kostenvergleich am Beispiel Glucosamin in Abh\u00e4ngigkeit von den Entsorgungskosten dargestellt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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