Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Produktion von Algenbiomasse sowohl als Energietr\u00e4ger als auch als Grundlagebiomasse f\u00fcr die chemische und pharmazeutische Industrie ist in den letzten Jahren stark angestiegen. Zurzeit konzentriert sich die Forschung auf die Auswahl der richtigen Algenart und die Optimierung der Photobioreaktoren. F\u00fcr die Wachstumsmedien werden k\u00fcnstlich hergestellte N\u00e4hrl\u00f6sungen eingesetzt, die vorwiegend Phosphat aus fossilen Quellen und energieintensive Stickstoffverbindungen beinhalten. Im Gegensatz dazu sollte das Vorhaben der Bereitstellung nachhaltiger N\u00e4hrstoffe dienen. Daf\u00fcr sollte zun\u00e4chst untersucht werden, inwieweit sich Fermenteroutput von unterschiedlichen Verg\u00e4rungsanlagen f\u00fcr die Substitution von fossilen N\u00e4hrstoffen eignet. Des Weiteren lag ein Schwerpunkt in der Behandlung von Deponiesickerw\u00e4ssern. Die darin enthaltenden Schadstoffe, wie Schwermetalle sollten gebunden und enthaltende Stickstofffrachten reduziert werden, um Kosten f\u00fcr deren Behandlung zu senken.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenLiteraturrecherche zur Auswahl geeigneter Salzwasseralgen und Photobioreaktoren
\n\tAufbau einer Versuchsanlage
\n\tLabortechnische Untersuchungen in folgenden Bereichen:
\n\tN\u00e4hrstoffversorgung der Algen
\n\tWachstumsgeschwindigkeit und Biomassezuwachs
\n\tKohlenstoffdioxidversorgung
\n\tErnte der Algenbiomasse
\n\tEliminierung von Schwermetallen und Schadstoffen aus Sickerw\u00e4ssern
\n\tup-Scale Versuche
\n\tInterpretation der Ergebnisse und Planung einer halbtechnischen Anlage
\n\tAufbau halbtechnische Anlage zur Erzeugung von Biomasse bzw. zur Reinigung der Abw\u00e4sser<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zun\u00e4chst bestand die vorrangige experimentelle Aufgabe darin, geeignete Algen zu finden und deren Eignung f\u00fcr ein ungehemmtes Wachstum in den hochgradig verschmutzten Abw\u00e4ssern zu \u00fcberpr\u00fcfen.
\nAls Modellorganismus f\u00fcr die Laborsimulationen wurde die Mikroalge Nannochloropsis salina ausgew\u00e4hlt. Der Organismus zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
\n\tseine Wachstumsbedingungen sind besonders gut bekannt,
\n\tsein schnelles Wachstum, seine hohen Ertr\u00e4ge und vor allem sein robuster Stoffwechsel pr\u00e4destinie-ren ihn f\u00fcr einen Einsatz in hoch belasteten Abw\u00e4ssern,
\n\tlimnische Fra\u00dffeinde (Zooplankton) fehlen v\u00f6llig.<\/p>\n
In der anschlie\u00dfenden halbtechnischen Phase wurden zus\u00e4tzlich nat\u00fcrliche Mischbioz\u00f6nosen (in erster Linie Fadenalgen) in die Untersuchungen mit einbezogen. Dabei stand die Frage nach einer kosteng\u00fcnstigen Biomasse-R\u00fcckhaltung im Vordergrund.
\nIm Rahmen von mehreren Versuchsreihen wurde im ersten Schritt eine Substitution der Hauptn\u00e4hrstoffe Phosphat und Stickstoff durch Deponiesickerwasser und Fermenteroutput experimentell untersucht.
\nIm Einzelnen konnten folgende Ergebnisse erzielt werden:
\n1.\tEine Massenentwicklung der Mikroalge Nannochloropsis salina ist sowohl in Deponiesickerwasser wie auch Fermenterinput m\u00f6glich. Im Zuge dieser Algenentwicklung werden unter anderem die N\u00e4hrstoffe Phosphat und Stickstoff vollst\u00e4ndig in die Biomasse \u00fcberf\u00fchrt.
\n2.\tDabei kann der f\u00fcr das Wachstum erforderliche Stickstoff vollst\u00e4ndig und das Phosphat bis zu 75 % durch Deponiesickerwasser substituiert werden.
\n3.\tF\u00fcr ein optimales Massenwachstum der Mikroalgen ist eine CO2-Begasung mit 1,5 % CO2 erforderlich. In der Praxis kann dies mit Hilfe der Abgase aus der Biogasverstromung erreicht werden und damit ein zus\u00e4tzlichen Beitrag zur Emissionsminderung bewirkt werden.
\n4.\tAls maximale Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroalge N. salina konnte eine Generationszeit von g = 37 h gemessen werden, d.h. die Biomasse verdoppelt sich etwa alle 1,5 Tage unter Laborbedin-gungen. Theoretisch ist dieser Wert noch bis auf g = 23 h steigerungsf\u00e4hig.
\n5.\tDie N-Elimination des Deponiesickerwassers erfolgt am schnellsten, wenn der Stickstoff als Ammonium vorliegt.
\n6.\tDie P-Elemination des Sickerwassers ist ebenfalls ganz au\u00dfergew\u00f6hnlich hoch. Im Vergleich mit kommunalen Kl\u00e4ranlagen (8 – 10 mg\/l PO43- Phosphat), l\u00e4sst sich erkennen, dass N. salina etwa die vierfache Menge Phosphat aufnehmen kann.<\/p>\n
Als einzige Hemmfaktoren des Deponiesickerwassers haben sich der hohe Tr\u00fcbstoffanteil sowie die Eigenf\u00e4rbung herausgestellt. Beide Faktoren f\u00fchren zu deutlichen Lichtverlusten und bewirken, dass das Sickerwasser nicht unverd\u00fcnnt als Substrat eingesetzt werden kann. Dieser Tatsache muss Rechnung getragen werden und k\u00f6nnte beispielsweise durch eine Reaktorform mit vollst\u00e4ndiger Durchmischung begegnet werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Eine Pr\u00e4sentation \u00fcber das Projekt erfolgte im Rahmen der Praxistagung Deponie am 04.12.2012 in Hannover-Langenhagen. Das Projekt wurde zudem auf der Messe Energie und Umwelt in Minden-L\u00fcbbecke im Januar 2013 vorgestellt. Eine Publikation in der Fachzeitschrift M\u00fcll und Abfall befindet sich in Vorbereitung.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die generelle Eignung des Systems Mikroalge\/Deponiesickerwasser konnte mit dem durchgef\u00fchrten Projekt bereits nachgewiesen werden. Damit ist der Weg frei, die verfahrenstechnischen Bedingungen weiter zu optimieren und die technisch, wirtschaftliche Machbarkeit des Vorhabens zu verifizieren. Folgende Punkte sollten dabei vorrangig untersucht werden:
\n1.\tOptimierung des fl\u00e4chenbezogenen Biomasseertrages,
\n2.\tOptimierung des fl\u00e4chenbezogenen Biogas- und Energieertrages,
\n3.\tEntwicklung eines \u00f6konomischen Biomasser\u00fcckhalte(-r\u00fcckf\u00fchrungs-)systems,
\n4.\tenergetische und wirtschaftliche Bilanzierung der Algenbiomasseproduktion auf der Deponie Pohlsche Heide,
\n5.\tBilanzierung der Emissionsminderung sowie Ressourceneffizienz.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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