Biogas Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Effizienzsteigerung von Biogasanlagen durch Etablieren der Hochlastfaulung (am Beispiel von Mais) mit Nachweis der Mikroorganismenflora (HoLaFlor)

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart
Kontakt
Dr. rer. nat. Brigitte Kempter-Regel
Tel: +49 711 970-4128
E-Mail: brigitte.kempter-regel@igb.fraunhofer.de
FKZ
22011613
Anfang
01.10.2015
Ende
31.12.2018
Ergebnisdarstellung
In einem zunächst durchgeführten Screening aus 10 verschiedenen Gärresten mit Maissilage als Monosubstrat im Batch-Ansatz wurde ein Gärrest als Inokulum ausgewählt, mit dem die höchste Biogasausbeute von 694 NL/kg oTRinput sowie auch die höchste Biogasrate erzielt wurde. Mit dem so identifizierten Inokulum wurden zwei Biogasanlagen im Technikumsmaßstab inokuliert. In diesen zwei Biogasanlagen (HLF und REF) wurden mit Maissilage als Monosubstrat in kontinuierlichen Untersuchungen durch Verkürzen der hydraulischen Verweilzeit organische Raumbelastungen in der HLF zwischen 2,4 g oTR/L*d und 5,8 g oTR/L*d sowie 1,2 – 1,3 g oTR/L*d in der REF eingestellt. In der HLF, in der die Verweilzeit sukzessiv von 40 auf 15 Tage reduziert wurde, konnte so im Langzeitbetrieb auch noch mit der kürzesten Verweilzeit von 15 Tagen ein stabiler Betrieb mit konstanter Biogasausbeute erzielt werden. Es zeigte sich, dass mit zunehmendem Durchsatz durch Verkürzen der hydraulischen Verweilzeit ein Anstieg sowohl für die Biogas-Produktivität als auch für die Methanproduktivität erreicht werden konnte. Die Biogasproduktivität lag mit 3,2 NL/L*d in der HLF mit 15 Tagen Verweilzeit deutlich höher als die Produktivität von 0,8 NL/L*d - 0,9 NL/L*d in der REF. Die Methanproduktivitäten lagen entsprechend bei 1,65 NL/L*d in der HLF mit der Verweilzeit von 15 Tagen sowie bei 0,4 NL/L*D - 0,44 NL/L*d in der REF mit 70 TAgen. Die so erzielten Biogasausbeuten lagen zwischen 545 und 688 NL/kg oTRinput. Für die beiden Biogasanlagen, die sich lediglich in der eingestellten Verweilzeit unterschieden, konnten deutliche Unterschiede in der Mikrobiomzusammensetzung festgestellt werden. Für die HLF wurden charakteristische Leitorganismen identifiziert. Bei der Covergärung mit Rindergülle zeigte es sich, dass auch hier die Biogasproduktivität in der HLF mit der Verweilzeit von 15 Tagen mit 3NL/L*d deutlich höher lag als die Biogasproduktivität in der REF mit der Verweilzeit von 70 Tagen, die bei 0,83 NL/L*d lag.
Aufgabenbeschreibung
Im Fokus stand der Abbau von Maissilage als Monosubstrat mit der Hochlastfaulung bei verschiedenen hydraulischen Verweilzeiten. Dazu wurde der kontinuierliche Betrieb einer Biogasanlage (HLF) im Technikumsmaßstab mit kurzer hydraulischer Verweilzeit von 15 Tagen mit Nachweis einer erhöhten Abbauleistung sowie Charakterisierung der Mikroorganismenflora realisiert. Eine weitere Technikumsanlage mit herkömmlicher Verweilzeit von 70 Tagen wurde als Referenz (REF) parallel betrieben. Die Analyse der Mikroorganismenflora in den Biogasanlagen wurde für beide Betriebsweisen vergleichend durchgeführt. Um ein geeignetes Inokulum einsetzen zu können wurden zunächst verschiedene Gärreste hinsichtlich ihrer mikrobiellen Zusammensetzung charakterisiert sowie hinsichtlich ihres Einsatzes als Inokulum in einem Screeningverfahren geprüft. Mit einem so als geeignet identifizierten, leistungsfähigen Inokulum wurden die zwei Biogasanlagen HLF und REF mit Maissilage als Modellsubstrat durch eine reproduzierbare Verfahrensweise in Betrieb genommen. In der Hochlastfaulung HLF wurde die Verweilzeit sukzessiv von 40 Tagen auf 15 Tage reduziert. Die Anlage sollte so mit der kurzen Verweilzeit im Langzeitbetrieb mit stabiler Biogasproduktion betrieben und ihre Leistung durch Quantifizierung der Biogasproduktivität nachgewiesen werden. Begleitend wurde die Zusammensetzung der Mikroorganismenpopulation zu verschiedenen, festgelegten Zeitpunkten analysiert und verglichen. Durch Vermeidung von langen Verweilzeiten und geringen Raumbelastungen sollten Organismen, die einen Wachstumsvorteil bei kürzeren Verweilzeiten und höheren organischen Raumbelastungen haben, in der Anlage gehalten werden. Die Referenzanlage REF wurde mit gleichem Inokulum und Substrat, jedoch mit langer Verweilzeit von 70 Tagen betrieben. Die Untersuchungen wurden anschließend mit dem Cosubstrat Rindergülle durchgeführt und der Einfluss von Rindergülle als Cosubstrat für beide Betriebsweisen vergleichend untersucht.

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Wettbewerb Bioenergie-Kommunen 2019
Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
 
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