Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die zunehmende Nutzung der volatilen Energiequellen Sonne und Wind erfordert Speichermedien mit enorm hohen Kapazit\u00e4ten, die den anfallenden \u00dcberschussstrom aufnehmen und bis zur weiteren Nutzung in Zeiten von Dunkelflauten zwischenspeichern. Ein von den Dimensionen her geeigneter Speicher war zum Zeitpunkt des Projektstarts und ist das Erdgasnetz. Zu seiner unbegrenzten Nutzung muss die \u00dcberschussenergie jedoch in Form von Methan vorliegen.<\/p>\n
Ein vielversprechender und im Projekt verfolgter Ansatz, \u00dcberschussstrom in Methan umzuwandeln, ist die biologische Methanisierung. Hierbei wird zeitweilig anfallender \u00dcberschussstrom zur elektrolytischen Produktion von Wasserstoff verwendet, der dann direkt in Biogasanlagen eingespeist wird. Da Wasserstoff den limitierenden Faktor f\u00fcr die Herstellung von Methan im klassischen Biogasprozess darstellt, kann durch die Einbringung von additivem H2 theoretisch der Methangehalt des Rohbiogases auf bis zu 100 % erh\u00f6ht und damit nahezu verdoppelt werden. Da gleichzeitig \u00fcbersch\u00fcssiges, normalerweise ins Rohbiogas \u00fcbergehendes CO2 verbraucht wird, muss ein so aufgewertetes Biogas vor einer Netzeinspeisung nur noch geringgradig aufgereinigt werden. Es kann somit nicht nur \u00dcberschussstrom gespeichert, sondern auch gleichzeitig die ohnehin g\u00fcnstige CO2-Bilanz des Biogasprozesses noch weiter verbessert werden. Innerhalb der Erdgasinfrastruktur kann die Energie zudem \u00fcber weite Strecken vom Ort der Erzeugung bis zum Ort der Verwertung transportiert werden. <\/p>\n
Eine wesentliche technologische Herausforderung f\u00fcr die Methanisierung von zus\u00e4tzlich eingebrachtem Wasserstoff ist jedoch seine geringe L\u00f6slichkeit in w\u00e4ssrigen Medien. Bei Verwendung \u00fcblicher Gaseintragssysteme ist die Verweilzeit des Wasserstoffs in der w\u00e4ssrigen Phase f\u00fcr die mikrobiologische Umsetzung zu gering, so dass er \u00fcberwiegend ungenutzt ins Rohbiogas \u00fcbergeht. Dies ist nicht nur energetisch ung\u00fcnstig, sondern erfordert in der Regel auch noch eine nachfolgende H2-Abtrennung aus dem Rohbiogas. <\/p>\n
Insbesondere f\u00fcr das Erreichen hoher Methankonzentrationen sind zudem Ma\u00dfnahmen zur Vermeidung einer Hemmung des anaeroben Abbaus der Biomasse zu treffen. <\/p>\n
An der Hochschule Offenburg wurde in erfolgreichen Vorarbeiten im Laborma\u00dfstab ein Verfahren entwickelt, bei dem durch biologische Methanisierung bis zu 98 % Methan erreicht werden k\u00f6nnen. Hierbei wird der Wasserstoff kontrolliert \u00fcber Membranbegasung eingebracht und der pH-Wert geregelt. Die im Laborma\u00dfstab entwickelte Technologie sollte zun\u00e4chst weiter optimiert und nach Upscaling in der Biogasanlage unseres Projektpartners, der Biok\u00e4serei Monte Ziego, getestet werden. Die hier aufzur\u00fcstende Biogasanlage nutzt Abfallmolke aus der K\u00e4seproduktion. Das zu entwickelnde System kombiniert somit Abwasserreinigung mit Energiegewinnung.<\/p>\n
Zus\u00e4tzlich soll die \u00dcbertragbarkeit auf vergleichbare Konzepte zur Abfallnutzung mit kombinierter Energieerzeugung von z. B. anderen lebensmittelverarbeitenden Unternehmen untersucht werden und eine Gegen\u00fcberstellung zu anderen Verfahren der CO2-Abtrennung von Biogas erfolgen. Eine weitere Perspektive ist die Methanisierung von zus\u00e4tzlich eingebrachtem CO2 aus externen Quellen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
\nIn dem Projekt BioMeth wurde der Ansatz der Membranbegasung zur Erh\u00f6hung der Verf\u00fcgbarkeit von gel\u00f6stem Wasserstoff f\u00fcr die biologische Methanisierung im Sinn der Etablierung eines Power-to-Gas-Konzeptes zur Energiespeicherung verfolgt. \u00dcbergeordnetes Ziel war die Entwicklung eines skalierbaren Verfahrenskonzeptes, dass sich zur Nutzung CO2-haltiger Gasvolumenstr\u00f6m eignet. Geplant war es, das Verfahren am Beispiel der Biogasanlage der Biok\u00e4serei Monte-Ziego in Teningen zu demonstrieren und dort das bestehende Konzept der parallelen Abwasseraufbereitung und Energieerzeugung zu erweitern. Die urspr\u00fcngliche Struktur des Arbeitspaketplanes ist in nachfolgender Abbildung gezeigt. <\/p>\n
Arbeits-paket\tAufgabe\t2018\t2019\t2020<\/p>\n
\t\tQ1\tQ2\tQ3\tQ4\tQ1\tQ2\tQ3\tQ4\tQ1\tQ2
\n1\tBestimmung der ben\u00f6tigten Membranfl\u00e4che
\n2\tEtablierung der pH-Regelung
\n3\tEtablierung der Regelung der Wasserstoffzufuhr
\n4\tUmbau\/Optimierung der Reaktortestst\u00e4nde der Hochschule Offenburg
\n5\tTestbetrieb der Laboranlage unter Realbedingungen
\n6\tPlanungen\/Vorbereitungen zur Umr\u00fcstung der Monteziego-Anlage
\n7\tUmr\u00fcstung der Monteziego-Anlage
\n8\tPilotbetrieb der Monteziego-Anlage
\n9\tMonitoring Mikrobiologie, v. a. Archaeen und Subpopulationen
\n10\tTechno-\u00f6konomische Bewertung
\nAbbildung: Urspr\u00fcngliches Gantt-Diagramm zum Forschungsprojekt BioMeth.<\/p>\n
In Abstimmung mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) wurden Anpassungen im Arbeitsplan vorgenommen. Diese betreffen speziell die Umsetzung einer Pilot-Anlage direkt an der Biogasanlage des Kooperationspartners Monte Ziego GmbH & Co. KG. Im urspr\u00fcnglichen Projektplan sollte die Pilot-Anlage an der Biogasanlage des Projektpartners Monte Ziego GmbH & Co. KG in Teningen realisiert werden. Aufgrund der im Fr\u00fchjahr 2020 weltweit auftretenden Corona-Pandemie und den daraus resultierenden Folgen musste von der Realisierung eines Feldversuchs an der realen Biogasanlage abgesehen werden. Stattdessen wurde an der Hochschule Offenburg neben den Membran-basierten Verfahrenskonzepten im Verlauf des Projektes ein weiterer Teststand auf Basis einer gepackten Gegenstromblasens\u00e4ule mit separatem Entgasungsreaktor im Ma\u00dfstab von 1 m3 Reaktionsvolumen realisiert.<\/p>\n
Aus den in obiger Abbildung formulierten Arbeitspaketen und Aufgabenstellungen wurden die nachfolgend beschriebenen wesentlichen Arbeitsschritte in BioMeth durchgef\u00fchrt:<\/p>\n
1.\tDer Vergleich der biologischen in-situ und ex-situ Methanisierung in einem Mehrfachreaktor-Teststand im Laborma\u00dfstab mit einem Gaseintrag auf Basis langer Silikonhohlmembranen<\/p>\n
a)\tBestimmung der erforderlichen Membranoberfl\u00e4che
\nb)\tBewertung des Einflusses verschiedener organischer Beladungsraten auf die Biogasbildungsrate w\u00e4hrend der in-situ Methanisierung
\nc)\tBewertung des Einflusses des Wasserstoffeintrages und speziell des eingebrachten H2:CO2-Verh\u00e4ltnisses w\u00e4hrend der in-situ bzw. der ex-situ Methanisierung auf die Methanbildungsrate, die Prozessstabilit\u00e4t und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft
\nd)\tBewertung des Einflusses des H2:CO2-Verh\u00e4ltnisse auf den pH-Wert.<\/p>\n
2.\tEntwicklung und Bau eines skalierbaren Verfahrenskonzeptes im kleinen technischen Ma\u00dfstab von 12 L auf Basis der Membranbegasung zur effizienten biologischen ex-situ Methanisierung von CO2 und H2<\/p>\n
a)\tPlanung und Auslegung des Verfahrenskonzeptes
\nb)\tBewertung unterschiedlicher Membranmaterialien, Bau von Membranmodulen und Auswahl des finalen Membranmoduls
\nc)\tBau und Inbetriebnahme des neuen Invers-Membranreaktors (IFM) f\u00fcr die kontinuierliche biologische ex-situ Methanisierung
\nd)\tUntersuchung des Einflusses des Fl\u00fcssigkeitsvolumenstroms auf der Innenseite des Membranmoduls, des hydraulischen Drucks, der hydraulischen Verweilzeit und der Durchmischung der Fl\u00fcssigkeit mit statischen Mischern auf die Umsetzung von CO2 und H2 zu Methan
\ne)\tEtablierung einer effizienten Strategie zur Kontrolle des pH-Wertes auf Basis des eingetragenen Volumenverh\u00e4ltnisses von H2 und CO2.<\/p>\n
3.\tEntwicklung und Bau einer Anlage im Pilot-Ma\u00dfstab von etwa 1 m3 als gepackter Gegenstromblasens\u00e4ulenreaktor mit separatem Entgasungs-Reaktor)<\/p>\n
a)\tPlanung und Auslegung des Verfahrenskonzeptes
\nb)\tBau und Inbetriebnahme des Reaktorsystems mit zwei 10 m hohen S\u00e4ulen mit einem Durchmesser von 0,3 m und Betrieb als gepackte Gegenstromblasens\u00e4ulenreaktor
\nc)\tBewertung des Stoff\u00fcbergangs aus der Gasphase in die zirkulierende w\u00e4ssrige Phase in Abh\u00e4ngigkeit der Gasleerrohrgeschwindigkeit am Beispiel von Luft
\nd)\tPlanung des Betriebs mit dem biologischen System in Kombination mit der Bereitstellung von Wasserstoff und Glucose als Kohlenstoffquelle in der Prozessvariante der in-situ Methanisierung.
\nZur Untersuchung und Bewertung der Prozessverl\u00e4ufe wurden folgende Methoden angewendet:<\/p>\n
\u0095\tVolumetrische Bereitstellung von Wasserstoff und Kohlendioxid mittels Massendurchflussregler (V\u00f6gtlin Instruments)
\n\u0095\tVolumetrische Bestimmung der Produktgasvolumenstr\u00f6me mittels Milligascounter oder Trommelgasz\u00e4hler (Firma Ritter)
\n\u0095\tBestimmung der Gaszusammensetzung mittels Agilent 490 MicroGC (Firma Agilent)
\n\u0095\tOnline-Messung des Wasserstoff-Produktgasanteils am Invers-Membranreaktor mittels BlueSens H2-BCP-Sensor (Firma BlueSens)
\n\u0095\tOnline-Messung des pH-Wert am Invers-Membranreaktor mittels pH-Elektrode (Firma SI Instruments)
\n\u0095\tOffline-pH-Kontrolle und Bestimmung des FOS\/TAC-Wertes mittels SI Analytic Titrator TitroLine 6000 (SI Instruments)
\n\u0095\tUntersuchung der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft mittel Real-time (q)-PCR<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Zuge des Projekts BioMeth wurden verschiedene Versuchsst\u00e4nde zur biologischen in-situ und ex-situ Methanisierung neu- bzw. weiterentwickelt. Insgesamt wurden zwei Versuchsst\u00e4nde konzipiert und weiterentwickelt, in denen der Wasserstoffeintrag mit verschiedenen Membrantypen (Hohlmembranen) aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Porengr\u00f6\u00dfen durchgef\u00fchrt wurde. Ein weiterer Versuchsstand wurde im Pilot-Ma\u00dfstab mit 1 m3 Reaktionsvolumen geplant und gebaut. Dieser Pilot-Reaktor basiert auf einer gepackten Gegenstromblasens\u00e4ule mit separatem Entgasungs-Reaktor.<\/p>\n
W\u00e4hrend der Entwicklung der Membran-basierten Reaktorsysteme wurde ein innovatives bislang noch nicht beschriebenes Anlagenkonzept basierend auf einem Membranmodul mit innenliegender Fl\u00fcssigkeitsf\u00fchrung und au\u00dfenliegendem Gasraum realisiert. Dieses Verfahrenskonzept wurde als Invers-Membranreaktor bezeichnet. Als herausragendes Ergebnis erwies sich, dass mit diesem Invers-Membranreaktor Methan-Konzentrationen von > 90 Vol.-% \u00fcber eine mehr als einj\u00e4hrige Versuchsreihe kontinuierlich und mit flexiblem Gaseintrag erzielt werden konnten. Nach Inbetriebnahme war dabei au\u00dfer der Zugabe von Wasserstoff und Kohlendioxid als Energie- bzw. Kohlenstoff-Quelle lediglich eine zweimalige Erg\u00e4nzung von Supplementen erforderlich. Die maximal erreichte membranfl\u00e4chen-spezifische Methanbildungsrate ohne Gaszirkulation lag bei 83 LN Methan pro m2 Membranfl\u00e4che und Tag bei einer Produktgaszusammensetzung von 94 Vol.% Methan, 2 Vol.% H2 und 4 Vol.% CO2. Hierbei wurde deutlich, dass neben der Membranoberfl\u00e4che vor allem der Fl\u00fcssigkeitsvolumenstrom und der hydraulische Druck ma\u00dfgeblichen Einfluss auf die Menge des blasenfreien Eduktgaseintrages nehmen. <\/p>\n
Auch die Prozessf\u00fchrungsvariante als biologische in-situ- bzw. ex-situ-Methanisierung hatte starken Einfluss auf die zu erzielenden Umsatzraten und speziell die Prozessstabilit\u00e4t. Die Erkenntnisse aus den experimentellen Versuchsreihen sowie die Datenerhebung an der Biogasanlage des Projektpartners Monte Ziego GmbH & Co. KG haben ergeben, dass, entgegen den Vermutungen basierend auf dem vorangegangenen Projekt, in einer industriellen Anwendung eine biologische ex-situ Methanisierung einer in-situ Methanisierung vorzuziehen ist. Bei einer ex-situ Methanisierung kann eine Biogasanlage oder Kl\u00e4ranlage als Kohlendioxidquelle v\u00f6llig autark zur Methanisierungseinheit betrieben werden, wobei die biologischen Abbauprozesse innerhalb der Fermenter bzw. Fault\u00fcrme nicht beeintr\u00e4chtigt werden. Bei der biologischen in-situ Methanisierung wurden selbst bei niedrigen organischen Beladungsraten (OLR) von weniger als 0,8 kg m-3 d-1 und einem moderaten Wasserstoffeintrag mit einem H2:CO2-Verh\u00e4ltnissen unter 3,5 bereits nach weniger als vier Monaten Betrieb eine Destabilisierung der Gesamtbiogasprozesskette beobachtet. Ein separater Methanisierungsreaktor erm\u00f6glichte im Gegenzug eine vom Fermenter losgel\u00f6ste Entwicklung optimaler Verfahrensbedingungen. Da bei einer ex-situ Methanisierung der Biogasstrom oder ein alternativer CO2-reicher Gasvolumenstrom in einen separaten Methanisierungsreaktor geleitet wird, findet kein Wasserstoffeintrag direkt in den klassischen Biogasreaktor statt. So konnten in BioMeth unterschiedliche Verfahrenskonzept zur biologischen ex-situ Methanisierung \u00fcber Versuchszeitr\u00e4ume von 300 bis 400 Tagen ohne schwerwiegende Destabilisierung des biologischen Methanisierungsschrittes betrieben werden. Au\u00dferdem konnte auf Basis einer ausgewogenen Dosierung der Eduktgase Wasserstoff und Kohlendioxid eine Stabilisierung des pH-Wertes bei der biologischen ex-situ Methanisierung und einer guten Produktgasqualit\u00e4t etabliert werden. <\/p>\n
Die Pilot-Anlage bestehend aus einer gepackten Gegenstromblasens\u00e4ule und einem separaten Entgasungs-Reaktor wurde an der Hochschule Offenburg geplant und gebaut. Die beiden Reaktor-S\u00e4ulen haben jeweils eine H\u00f6he von 10 m und ein Gesamtreaktionsvolumen von etwa 1 m3. Der Eintrag der Eduktgase erfolgte \u00fcber Sinterplatten am Boden der gepackten Gegenstromblasens\u00e4ule. In dieser Begasungss\u00e4ule str\u00f6mt die Fl\u00fcssigkeit in entgegengesetzter Richtung zu den aufsteigenden Gasblasen und reichert sich durch den \u00fcber die S\u00e4ulenh\u00f6he steigenden hydraulischen Druck zunehmend mit gel\u00f6stem Gas an. Untersuchungen am Gegenstromblasens\u00e4ulenreaktor mit Lufteintrag best\u00e4tigten eine gute Anreicherung der im Kreislauf gef\u00fchrten Fl\u00fcssigkeit bereits bei verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig niedrigen Gasleerrohrgeschwindigkeiten. In der zweiten S\u00e4ule des Reaktoraufbaus sollte am Kopf aufgrund der Druckentspannung ein Ausgasen der mit Gas \u00fcbers\u00e4ttigten Fl\u00fcssigkeit erfolgen. Das Ausgasen der Fl\u00fcssigkeit konnte ebenfalls am Beispiel des Lufteintrages best\u00e4tigt werden, wobei eine weitere Optimierung des Entgasungssystems zur Verbesserung des Gasaustrages erforderlich ist. Untersuchungen zur biologischen Methanisierung stehen noch aus.<\/p>\n
Die experimentellen Versuche mit den verschiedenen Membranmodulen und Verfahrensf\u00fchrungen haben gezeigt, dass in dem separaten Gaseintrag von Wasserstoff und Kohlendioxid mit Membranmodulen im ex-situ-Verfahren ein gro\u00dfes Potential liegt. Der Invers-Membranreaktor k\u00f6nnte bei Bedarf mit dem Gegenstromreaktor kombiniert werden, um den hydraulischen Druck der Reaktors\u00e4ulen zur Erh\u00f6hung der Gasl\u00f6slichkeit am Membranmodul zu nutzen und damit die im Laborma\u00dfstab erforderliche Pumpenenergie zur k\u00fcnstlichen Erzeugung des hydraulischen Druckes deutlich zu reduzieren.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Projektzeitraum wurden folgende Ver\u00f6ffentlichungen zum Projekt in Form von Konferenzbeitr\u00e4gen durchgef\u00fchrt.
\nArt\tVeranstaltung\tOrt\tZeitraum
\nM\u00fcndliche Projektpr\u00e4sentation vor internationalem Fachpublikum (Vortrag akzeptiert)\tBiogas-Innovationskongress\tDeutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabr\u00fcck\t11.05.2022-12.05.2022
\nM\u00fcndliche Projektpr\u00e4sentation vor internationalem Fachpublikum\t6th Environmental Conference\tUniversity of Warmia and Mazury in Olszytn, Polen\t23.09.2019-27.09.2019
\nM\u00fcndliche Projektpr\u00e4sentation vor internationalem Fachpublikum\tBioenergie expo & congress\tMesse Offenburg\t29.03.2019
\nIm Zeitraum des Projektes wurden folgende Ver\u00f6ffentlichungen zum Projekt in Form von Presseartikeln und Tagungsbandbeitr\u00e4gen erstellt.
\nTitel\tBeitrag in\tOrt\tZeitraum
\nNeues Verfahrenskonzept zur kontinuierlichen biologischen Methanisierung\t\u0084Tagungsband zum Biogas-Innovationskongress 2022\u0093\tOsnabr\u00fcck\t11.05.2022-12.05.2022
\nBiologische Methanisierung mit Membranbegasung in einer Molke-Pilotbiogasanlage\t\u0084Forschung im Fokus\u0093\tOffenburg\t01.02.2020
\nIm Projektzeitraum wurde folgender Ergebnistransfer in Form von Konferenzteilnahmen, Fach-gespr\u00e4chen mit Vertretern der Industrie und Wissenschaft, Laborbesichtigungen, Messeteilnahmen, etc. durchgef\u00fchrt.
\nVeranstaltung\tOrt\tZeitraum
\nBiogas-Innovationskongress 2022\tOsnabr\u00fcck\t11.05.2022-12.05.2022
\nDiskussion mit Experten aus Wissenschaft und Industrie zum Thema Biologische Methanisierung und Power-to-Gas \tFinal STORE&GO conference, Karlsruhe\t17.02.2020-18.02.2020
\nWissensaustausch mit Biogasforschungsgruppe an der Hochschule Z\u00fcrich\tZHAW Z\u00fcrich, Schweiz\t19.12.2019
\n\u0084Umweltnacht\u0093 Projektvorstellung mit Laborf\u00fchrung f\u00fcr Interessenten\tHochschule Offenburg\t28.11.2019
\nBesichtigung der Demonstrationsanlage zur biologischen Methanisierung der Electrochaea GmbH\tSTORE&GO Forschungsanlage Solothurn, Schweiz\t02.07.2019
\nDiskussion mit Experten aus Wissenschaft und Industrie zum Thema Biologische Methanisierung\tKonferenz \u0084Biologische Methanisierung\u0093, Schongau\t28.05.2019-29.05.2019
\nIdeenaustausch hinsichtlich einer Inbetriebnahme einer Biogasanlage mit biologischer Methanisierung\tAgrano GmbH, Riegel\t21.05.2019
\nDiskussion mit \u00f6rtlichen Vertretern der Industrie zum Thema biologische Methanisierung\tEndura kommunal GmbH, Freiburg\t08.05.2019
\nDiskussion mit regionalen Vertretern der Industrie zum Thema Biologische Methanisierung\ti + e Messe, Freiburg\t31.01.2019
\nIdeenaustausch mit Biogasanlagenhersteller \tRytec GmbH, Scherwiller, Frankreich\t11.12.2018
\nDiskussion mit internationalen Vertretern der Industrie und Forschung zum Thema Biologische Methanisierung\tPower2Gas Conference, Malm\u00f6, Schweden\t16.10.2018-19.10.2018
\nIm Zeitraum des Projektes konnten folgende studentische Arbeiten im Zuge des Projekts realisiert werden.
\nStudent\tTitel\tArt\tZeitraum
\nTom Herrmann\tBiologische in-situ-Methanisierung durch Molkeg\u00e4rung und Wasserstoffeintrag in Reaktortestst\u00e4nden\tBachelorarbeit\t01.09.2018-31.03.2019
\nIrsa Mehmeti\tBiological methanation with membrane gasification in a whey pilot biogas plant\tScientific project\t01.09.2020-28.02.2020
\nJulia Arent\tComparison of in-situ and ex-situ biological methanation in lab scale with focus on the pH value\tMasterarbeit\tAb 01.03.2020
\nAna Karen O`Quinn\tCharacterization of microbial communities in different biogas pilot plants with and without membrane gasification\tMasterarbeit\t05.10.2020-04.04.2021
\nAgnieszka Lasota\tOptimization of Biological Methanation with Gas Sparging through Membrane Tubes\tMasterarbeit\t04.03.2021-03.09.2021
\nOlivia Warnsmann\tOptimierung des Nachweises von Archaeen in Biogasfermenterproben mittels quantitativer Real-Time-PCR und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung\tBachelorarbeit\t01.06.2021-31.10.2021
\nDar\u00fcber hinaus haben eine Vielzahl von internen Projektreffen aller beteiligten Projektpartner zum kontinuierlichen Informationsaustausch stattgefunden. Aufgrund der Umst\u00e4nde, bedingt durch die Corona-Pandemie, konnte 2020 und 2021 der Wissenstransfer und die \u00d6ffentlichkeitsarbeit nicht wie gew\u00fcnscht durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Projekt BioMeth konnten mehrere Verfahrenskonzepte zur biologischen in-situ beziehungsweise ex-situ Methanisierung entwickelt und untersucht werden, die sich dazu eigneten Methan mit einer hohen Produktgasqualit\u00e4t bei Methananteilen \u00fcber 90 Vol.% zu erhalten. Aus Sicht der Prozessstabilit\u00e4t war die ex-situ Methanisierung der in-situ Methanisierung \u00fcberlegen. Der neuentwickelte Invers-Membranreaktor erm\u00f6glichte es, den Gaseintrag und den Entgasungsbereich r\u00e4umlich zu trennen und zus\u00e4tzlich einen hydraulischen Druck zur signifikanten Steigerung des Wasserstoffeintrages zu errei-chen. <\/p>\n
\u00dcber die biologische Methanisierung hinaus eignet sich der Invers-Membranreaktor der Einsch\u00e4tzung der Autoren nach auch generell zur biotechnologischen Herstellung nicht-fl\u00fcchtiger Wertstoffe ausge-hend von gasf\u00f6rmigen Substraten. Im Invers-Membranreaktor kann ein Membranmodul zum Eintrag der Eduktgase verwendet werden, w\u00e4hrend ein weiteres Hohlmembranmodul zur kontinuierlichen Abtren-nung der wertstoffhaltigen Fl\u00fcssigkeit unter R\u00fcckhaltung der Mikrobiologie im Sinne eines In-situ Pro-duct Recovery (ISPR)-Konzeptes genutzt werden kann. <\/p>\n
Au\u00dferdem wurde ein gr\u00f6\u00dferer Versuchstand mit 1 m3 Reaktionsvolumen gebaut, der ebenfalls die Nut-zung eines erh\u00f6hten hydraulischen Druckes erm\u00f6glich. Der Pilot-Reaktor basiert auf einer gepackten Gegenstromblasens\u00e4ule mit separatem Entgasungs-Reaktor. Untersuchungen am Gegenstrombla-sens\u00e4ulenreaktor mit Lufteintrag best\u00e4tigten eine gute Anreicherung der im Kreislauf gef\u00fchrten Fl\u00fcs-sigkeit bereits bei verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig niedrigen Gasleerrohrgeschwindigkeiten. In der zweiten S\u00e4ule des Reaktoraufbaus sollte am Kopf aufgrund der Druckentspannung ein Ausgasen der mit Gas \u00fcbers\u00e4ttig-ten Fl\u00fcssigkeit erfolgen. Das Ausgasen der Fl\u00fcssigkeit konnte ebenfalls am Beispiel des Lufteintrages best\u00e4tigt werden<\/p>\n
Vorteilhaft bei der ex-situ Methanisierung erscheint des Weiteren, dass das Verfahren der biologischen ex-situ Methanisierung grunds\u00e4tzlich die Nutzung unterschiedlicher CO2-haltiger Gasvolumenstr\u00f6me als Kohlenstoffquelle erlaubt. Aus diesem Grund sollte das Verfahren der biologischen ex-situ Methani-sierung nicht ausschlie\u00dflich aus der Sicht eines Power-to-Gas Konzeptes betrachtet werden, sondern zus\u00e4tzlich das Potenzial zur Kreislauff\u00fchrung und damit Reduktion von CO2-Emission in die Umwelt be-r\u00fccksichtigt werden. Eine Diskussion des Verfahrens im Kontext der THG-Quote k\u00f6nnte daher aus Sicht von BioMeth einen wesentlichen Beitrag zur Wertsch\u00f6pfung des Methanisierungsverfahrens be-steuern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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