BiogasFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: Membranbasiertes Verfahren zur weitergehenden Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen in Biogasanlagen (MEMBIO); Teilvorhaben 1: Optimierung und Praxiseinführung - Akronym: MEMBIO

Anschrift
Hochschule Nordhausen
Weinberghof 4
99734 Nordhausen
Kontakt
Prof. Uta Breuer
Tel: +49 3631 420708
E-Mail schreiben
FKZ
22403316
Anfang
01.07.2017
Ende
30.06.2021
Ergebnisdarstellung
Die im Vorhaben gewählte Steigerung der Feed-Pumpenlaufleistung von 3 m³/h auf 7,5 m³/h sollte eine Erhöhung der täglichen Permeatproduktion bewirken und somit eine weitergehende Entlastung des Gärprozesses resultieren. Im Ergebnis zeigt sich aufgrund einer bakteriellen Störung, bedingt durch die höhere Scherwirkung auf die Bakterienpopulation, eine NH4-N-Hemmung mit Werten über 3.500 mg/l NH4-N. Die daraus resultierende niedrigere Gasproduktion im membrangekoppelten Gärprozess (Ø0,452 Nm³/kg oTS vs. 0,568 Nm³/kg oTS im Kontrollfermenter) steht dem Ziel der Gasertragssteigerung entgegen. Allerdings liegt nahe, dass die gewählte Überströmungsgeschwindigkeit bei größeren Fermentervolumina keinen negativen Einfluss auf die Fermenterbiologie ausüben würde, da bei höheren Fermentervolumina auch geringere membranbezogene Scherkräfte auf die Mikroorganismen wirken würden. Dies gilt es im Upscaling an einer Forschungsbiogasanlage mit über 100 m³ Fermentervolumen zu prüfen. Die im Vorhaben gewählte Modulkonfiguration zeigte in Kombination mit der Überströmungsgeschwindigkeit nicht die gewünschte Permeatproduktion. Die anvisierte tägliche Permeatproduktion von 10 % des Fermentervolumens (100 Liter) konnte nicht erreicht werden. Nach über 3.000 Betriebsstunden belief sich die Permeatproduktion mit einer Membranfläche von 0,3088 m² auf täglich 2,5 % des Fermentervolumens. Hier gilt es mit Membranherstellern alternative Verschaltungen oder Modulaufbauten in fortführenden Untersuchungen zu testen, um mit einer höheren Filtrationsfläche und höheren Transmembrandrücken die Leistungsfähigkeit der Membranen zu steigern. Die Anbindung der Membraneinheit an die Praxisanlage konnte im Vorhaben nicht realisiert werden.
Aufgabenbeschreibung
Im Rahmen des Vorhabens soll das von den Kooperationspartnern entwickelte membranbasierte Verfahren zur weitergehenden Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen in Biogasanlagen weiterentwickelt und im Anschluss an die halbtechnischen Laboruntersuchungen in die landwirtschaftliche Praxis überführt werden. Im Ergebnis soll ein verringerter Substrateinsatz mit effizienterer Nutzung der biobasierten Ressourcen erreicht werden. Die Untersuchungsergebnisse lassen dann auch eine erste Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zu. Die Versuchsbiogasanlage und der Kontrollfermenters sollen mit Medium aus der späteren Praxisanlage befüllt und synchronisiert werden. Parallel soll die Membraneinheit erweitert und optimiert sowie der UASB-Fermenter an die Membraneinheit und die Versuchsbiogasanlage angeschlossen werden. Anschließend soll der Langzeitbetrieb des membrangekoppelten Gärverfahrens unter stetiger analytischer Prozesskontrolle erfolgen. Insofern notwendig sollen weitergehende Optimierungsschritte der Membraneinheit in Vorbereitung auf den Praxisbetrieb erfolgen. Nach Abschluss der Untersuchungen im Labor soll die Anbindung der Membraneinheit an die Praxisanlage und die Durchführung von Langezeituntersuchungen realisiert werden. Auf Basis der erhaltenen Daten soll eine erste Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt werden.

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