Biogas Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Mathematische Modellierung von Vergärungsprozessen

Anschrift
ATZ Entwicklungszentrum
An der Maxhütte 1
92237 Sulzbach-Rosenberg
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Martin Faulstich
Tel: +49 9661 908-400
E-Mail: mfaulstich@atz-evus.de
FKZ
22016200
Anfang
01.09.2003
Ende
28.02.2006
Ergebnisdarstellung
Mit dem Vorhaben sollten die in Biogasanlagen ablaufenden anaeroben Prozesse anhand der Charakteristika der Substrate sowie der Messung einfacher Prozessgrößen in ein mathematisches Modell eingebunden werden. Hierzu gehörten u.a. die reaktionskinetischen Prozesse, die bei der Umwandlung der Substrate in Biogas ablaufen. Die Ergebnisse sollten in einem "Hydrolysemodell" münden, welches im Vorfeld einer Vergärung anhand der Zusammensetzung eines Substrats detaillierte Aussagen über das Verhalten verschiedener Substrate und deren Mischungen im Vergärungsprozess darlegen sollte. Ziel des Vorhaben war, durch die Erfassung einfacher Parameter eine universelle Prozesssteuerung zu entwickeln, mit der ein optimaler und störungsfreier Betrieb landwirtschaftlicher Biogasanlagen ermöglicht wird. Im Laufe des Vorhaben wurde aufgrund neuer Erkenntnisse diese Vorgehensweise und somit der Versuchsplan im Vorhaben modifiziert, um dem Praxisbezug des Vorhabens gerecht zu bleiben. Durch die Beschränkung auf den Parameter der H2-Konzentration im Biogas und die Bestimmung der Aussagekraft dieses Messwertes, konnten umfassende Aussagen zum Prozesszustand der Biogas-Biozönose frühzeitig getroffen werden. Durch die Früherkennung möglicher Prozessstörungen sollen diese verhindert werden und so einen stabilen Anlagenbetrieb im Bereich der maximalen Raumbelastung (Anlagenauslastung) bewirken. Dies wiederum steigert die Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebes. Mit der Durchführung der Versuche und durch die Ermittlung der Abhängigkeit zwischen dem Anstieg der H2-Konzentration und der Stabilität des Biogasprozesses im Technikummaßstab, konnten gute Vorraussetzungen geschaffen werden, um ein einfaches Steuerungsmodel für den Betrieb von Biogasanlagen zu entwickeln. Dazu bedarf es jedoch noch weiterer Untersuchungen, die in einem geplanten Folgeprojekt durchgeführt werden sollen.
Aufgabenbeschreibung
Es wird ein möglichst universell einsetzbares math. Modell entwickelt, mit dem verschiedene Belastungszustände für unterschiedliche Substratkombinationen simuliert werden können, ohne für jedes Co-Substrat eigene Gärversuche durchzuführen. Die notwendige Einteilung und Charakterisierung der Substrate soll durch möglichst einfache, bereits bekannte Parameter erfolgen, um ein zusätzlichen analytischen Aufwand zu verhindern. Die grundsätzliche Zusammensetzung der unterschiedlichen Substrate aus den 3 Biopolymeren Fetten/Lipiden, Proteinen u. verschiedenen Kohlenhydrate scheint hierfür geeignet, da die Daten für unterschiedliche Substrate bereits vorliegen. Anhand der Daten wird es möglich, ein fundiertes math. Modell der anaeroben Fermentation zu gewinnen, das zur Validierung u. evtl. notwendigen Anpassung mit den Daten kontinuierl. Fermentationsversuche u. technischer Biogasanlagen abzugleichen ist. Mit einem solchen Modell steht abschließend ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem verschiedene Belastungszustände für unterschiedliche Substratkombinationen simuliert werden können, ohne dass für jedes einzelne Co-Substrat eigene Gärversuche durchgeführt werden müssen.

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Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
 
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