Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Inwieweit ist bei der Nassaufbereitung und der anschlie\u00dfenden Verg\u00e4rung von Bioabf\u00e4llen neben der Herstellung von Kompost auch die Produktion anderer vermarktbarer Wertstoffe m\u00f6glich? F\u00fcr die Wirtschaftlichkeit k\u00fcnftiger Bioabfallbehandlungskonzepte f\u00fchrt ein verbesserter Stoffumsatz sowohl zu einer h\u00f6heren Biogasproduktion als auch zu einer Reduzierung der Reststoffmengen. In dem Projekt werden hierzu mehrere M\u00f6glichkeiten einer verbesserten Verfahrensf\u00fchrung (Stoffaufschluss, Verg\u00e4rung) untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erzeugung anderer konkurrenzf\u00e4higer Wertstoffe aus den entw\u00e4sserten G\u00e4rr\u00fcckst\u00e4nden. Ihr hoher Anteil an Restcellulose stellt nach der Hydrolyse ein wertvolles Grundsubstrat dar, welches zu Aceton oder Butanol fermentiert werden kann.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Projektverlauf wurden an verschiedenen Abschnitten einer Biogasanlage Stoffstr\u00f6me entnommen. Die Untersuchungen der BTA befassen sich im Zuge der Optimierung der Biogasproduktion mit diversen Verfahrensm\u00f6glichkeiten (Thermobehandlung; zweistufige biologische anaerobe Hydrolyse; Einsatz lignocellulytischer Biomassen; Ozonbehandlung; H2O2-Behandlung). Das Institut f\u00fcr Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen untersucht einen neuartigen Stoffaufschluss, in welchem die Stoffstr\u00f6me f\u00fcr mehrere Minuten (Steam Explosion) mit Sattdampf bei Dr\u00fc-cken bis zu 20 bar behandelt werden. Die Prozessbedingungen (Druck, Verweilzeit, Temperatur), welche zu einer optimalen Zunahme der biochemischen Verf\u00fcgbarkeit f\u00fchren, werden bestimmt. Durch die gezielte Produktion und den Einsatz von Cellulasen, kann auch der Restcelluloseanteil aus dem sattdampfbehandelten G\u00e4rr\u00fcckstand hydrolysiert werden. Die freigesetzten Zucker bieten nach ihrer Aufbereitung (Einsatz einer Ultrafiltration) das Ausgangssubstrat f\u00fcr eine Wertstofffermentation. Die Schaffung der mikrobiologischen Rahmenbedingungen und die Suche nach verfahrenstechnischen L\u00f6sungsans\u00e4tzen (Enzymproduktion und -aufbereitung, Hydrolyse, Wertstofffermentation) stellen die wesentlichen Hauptforschungsgebiete in diesem Teilprojekt dar.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Verfahren, welche beim Projektpartner der BTA in M\u00fcnchen durchgef\u00fchrt wurden, zeigten keine signifikante Auswirkung auf das gesamte Biogaspotential, jedoch in einzelnen F\u00e4llen eine Zunahme der biochemischen Umsatzgeschwindigkeit (thermische Behandlung der Rohpulpe zwischen 70-120\u00b0C, Ozonierung nach vorherigem Waschen der G\u00e4rr\u00fcckst\u00e4nde). Der Einsatz von lignocellulytischen Enzymen, von Wasserstoffperoxid oder eine pH-Wert kontrollierte Steuerung einer zweistufigen Hydrolyse f\u00fchrte zu keiner Verbesserung des Stoffumsatzes und zu keiner Erh\u00f6hung des Biogaspotentials. Unter betriebswirtschaftlichen Aspekten kann ein Einsatz dieser Verfahren mit den beschriebenen Auswirkungen nicht gerechtfertigt werden.
\nHinsichtlich der Untersuchungen am ISA der RWTH Aachen k\u00f6nnen abschlie\u00dfend f\u00fcr den Einsatz von Sattdampf f\u00fcr einen verbesserten Stoffaufschluss folgende Schlussfolgerungen gezogen werden.Die wesentlichen Effekte dieses Stoffaufschlusses k\u00f6nnen durch eine signifikante Steigerung der gel\u00f6sten Anteile (CSB, DOC, fl\u00fcchtige organische S\u00e4uren) erkl\u00e4rt werden. Die spezifische Freisetzung der Stoffanteile ist abh\u00e4ngig von der Intensit\u00e4t des Stoffaufschlusses (Druck, Temperatur, Verweilzeit), von der Feuchte des Einsatzmaterials und dessen Stoffeigenschaften. Der Aufschluss mit Sattdampf f\u00fchrt sowohl zu einer Zunahme der Umsatzgeschwindigkeit als auch, in Abh\u00e4ngigkeit der o. g. Einflussgr\u00f6\u00dfen, zu einer Zunahme des spezifischen Biogaspotentials. Die Ergebnisse wurden sowohl in sog. Batch-Ans\u00e4tzen zur \u00dcberpr\u00fcfung der anaeroben Abbaubarkeit als auch in halbtechnischen Untersuchungen, welche \u00fcber einen Versuchszeitraum von einem halben Jahr betrieben wurden, best\u00e4tigt. Die Sattdampfbehandlung der Abf\u00e4lle wirkt sich auch auf nachfolgende Prozessschritte einer Verg\u00e4rung aus. Die hieraus gewonnen Ergebnisse lassen sich f\u00fcr die sattdampfbehandelten Bioabf\u00e4lle qualitativ zusammenfassen:
\n\u00b7\tSignifikante Erh\u00f6hung der spezifischen Biogasproduktion bei optimalen Prozessbedingungen f\u00fcr den Stoffaufschluss
\n\u00b7\tBessere fluiddynamische Eigenschaften des sattdampfbehandelten Materials im Gesamtsystem
\n\u00b7\tGeringerer Anteil abfiltrierbarer Stoffe im \u00dcberstand nach einer Entw\u00e4sserung der G\u00e4rschl\u00e4mme
\n\u00b7\tGeringere Stickstoffbelastungen im Prozesswasser infolge einer besseren Stickstofffixierung im Feststoff.
\nDes weiteren konnte gezeigt werden, dass die infolge einer Sattdampfbehandlung freigesetzten Ligninbausteine einem anaeroben Stoffwechsel im Verg\u00e4rungsreaktor zug\u00e4nglich gemacht werden konnten.F\u00fcr den Betrieb von Biogasanlagen bedeutet dies, dass in Abh\u00e4ngigkeit der verwendeten Einsatzstoffe eine Erh\u00f6hung der Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebs realisierbar ist. Die modifizierte Verfahrensf\u00fchrung erm\u00f6glicht bei einem, auf die Gesamtanlage angewandten, optimalen Energie- und W\u00e4rmemanagement, eine weitere Reduzierung der Kosten, wobei sich zus\u00e4tzlich der Stoffaufschluss g\u00fcnstig auf die Dimensionierung anderer Anlagenteile auswirkt. Investitions- und Betriebskosten f\u00fcr den Stoffaufschluss k\u00f6nnen hierdurch mehr als aufgefangen werden.
\nDie f\u00fcr die Hydrolyse der cellulosehaltigen Stoffe erforderlichen Enzyme k\u00f6nnen auf den sattdampfbehandelten G\u00e4rr\u00fcckst\u00e4nden im Laborma\u00dfstab produziert werden. Mit Hilfe des Einsatzes einer Ultrafiltration lie\u00dfen sich aus der Mischung – behandelter G\u00e4rr\u00fcckstand und Enzym – mehr als die H\u00e4lfte (ca. 80g\/kgTR) der noch vorhandenen Cellulose zu Zucker hydrolysieren und abtrennen, wobei das Enzym selbst f\u00fcr einen weiteren Hydrolysevorgang im System zur\u00fcckgehalten werden konnte. F\u00fcr den Betrieb der Ultrafiltration wurden optimale Betriebseinstellungen ermittelt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7\tOptimierung der Verwertung von biogenen Abf\u00e4llen mittels Kombination von Verg\u00e4rung und Kompostierung; Verwertung organischer Abf\u00e4lle – Mode oder nachhaltige L\u00f6sung? 10. Aachener Kolloquium Abfallwirtschaft; Dezember 1997 (Vortrag und Paper)
\n\u00b7\tVerbesserte biologische Abbauleistung von lignocellulosehaltigen Bioabf\u00e4llen in anaeroben Reaktoren durch vorherige Dampf-Druck-Behandlung; Aachener Umwelttage; Dezember 1997 (Poster)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die hohe Sensitivit\u00e4t eines optimalen Stoffaufschlusses auf die Betriebskosten einer Biogasanlage rechtfertigt die Forderung, die biochemische Verf\u00fcgbarkeit des Einsatzmaterials durch geeignete Stoffaufschlussverfahren zu erh\u00f6hen. Die gezielte Behandlung lignocellulosehaltiger Abf\u00e4lle mit Sattdampf stellt hierzu eine sinnvolle M\u00f6glichkeit dar.
\nDes weiteren konnte im Projekt gezeigt werden, dass auch eine gezielte Nutzbarmachung der Restcellulose in den G\u00e4rr\u00fcckst\u00e4nden auf biotechnologischem Wege mit Einschr\u00e4nkung m\u00f6glich ist. Zur Entwicklung eines wirtschaftlichen Gesamtprozesses ist hier noch weiterer Forschungsbedarf notwendig.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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