Projektübersicht
| Anfang | Ende | FKZ | Projektthema | Bericht | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 01.08.2016 | 30.11.2020 | 22003513 | Verbundvorhaben: Dynamik des Intermediat-Stoffwechsels in Biogasprozessen (MODISTO); Teilvorhaben 1: Anlagenbetrieb und Analytik aktiver Gilden - Akronym: MODISTO-TV1 | Technikumsfermenter des Instituts für Landtechnik und Tierhaltung wurden programmgemäß betrieben. Dabei wurde Maissilage im einstufigen Durchflussbetrieb mesophil und thermophil zu Biogas vergoren. Nach dem Einfahren wurde die Belastung zur Untersuchung der interessanten Prozesszustände effizienter stabiler Betrieb sowie Prozessstörung gesteigert, wobei den Biozönosen zu den genannten Prozessbedingungen ein Puls isotopenmarkierter Maisssilage für die metabolischen Studien zugesetzt wurde. Anhand der konventionellen physiko-chemischen sowie der modernen molekularbiologischen Parameter wurde der Prozesszustand diagnostiziert. Die Daten und Ergebnisse flossen in das Stoffwechsel- bzw. thermodynamische Modell ein. Anhand der Daten und Ergebnisse wurden auch die Nachweismethoden für eine optimierte Sensorik/Diagnostik verbessert. Als weitere Leistung wurden den Partnern Proben aus den oben genannten erwünschten Prozesszuständen geliefert. Für die Sequenzierungen und PCR-basierten molekularbiologischen Untersuchungen wurde geeignete DNA und RNA bereitgestellt. Außerdem wurden qualitative und quantitative Untersuchungen mit Fokus auf Amplikons bzw. Transkripte der Funktionsgene mcrA1,2 für die methanogenen Archaeen und fhs für die syntrophen Intermediatoxidierer durchgeführt. Das Hauptziel war es zu ermitteln, welche Organismen in welchen Zuständen transkriptionell dominant aktiv waren und als Bioindikatoren für den betrachteten Zustand dienen konnten. Der Abgleich zwischen diesen Ergebnissen und denen aus den SIP-Metatranskriptomen sollte Schlüsse auf die zustandsspezifisch relevanten beschrittenen Stoffwechselwege zulassen. Die Daten und Ergebnisse flossen in das thermodynamische Modell ein. Nötigenfalls wurden Nachweismethoden hinsichtlich einer optimierten Sensorik/Diagnostik verbessert. | Der Fermenterbetrieb für die SIP-Versuche zum mesophilen (38°C) sowie thermophilen (52°C) stabilen und gestörten Prozesszustand wurde erfolgreich durchgeführt. Der mesophile Betrieb wurde mit Inokulum einer mesophilen NawaRo-Praxisanlage, der thermophile Betrieb mit Gärrest aus dem Hauptgärer (48°C) und dem Nachgärer (ca. 40°C) einer mit Maissilage, Ganzpflanzensilage und Hühnermist betriebenen Praxisanlage gestartet. Zum Zeitpunkt der Beprobung für die SIP-Versuche mesophil und thermophil stabil lag keine Säureakkumulation vor. Die Methanerträge lagen über 400 NLCH4 * kgoTM-1, was auf sehr intensive mikrobielle Aktivität mit Verstoffwechslung der Intermediate hinwies. Danach wurde die OLR weiter erhöht, um den Prozess in die instabile Phase zu überführen. Fettsäuren akkumulierten (mesophil hauptsächlich Propionsäure, thermophil hauptsächlich Essigsäure), und der Methanertrag sank auf ca. 200 NLCH4 * kgoTM-1 (mesophil) bzw. 3 NLCH4 * kgoTM-1 (thermophil). Die Konzentration der methanogenen Archaeen (mcrA) und Bakterien (rrs) in den SIP-Versuchen bildete die OLR-Steigerung gut ab. Im instabilen Betrieb stiegen typischerweise sowohl die transkriptionelle Aktivität als auch der MQ nochmals deutlich an. Demnach konnte ein metabolischer Stress bei hohen OLRs molekularbiologisch abgebildet werden. Die rrs- und mcrA-Amplikonsequenzierungen für die SIP-Untersuchungen zeigten einen deutlichen Unterschied der Zusammensetzung der bakteriellen und der methanogenen archaeellen Gesellschaften im mesophilen und thermophilen sowie zwischen dem stabilen und gestörten Betrieb. Diese Ergebnisse wurden durch die Sequenzierung der Metagenome und Metatranskriptome bestätigt. Es wurden Bioindikatoren für den stabilen Betrieb und die Prozessstörung gefunden. Diese Daten flossen in das thermodynamisch korrekte Modell ein, um die Biogasprozesse besser und detaillierter abbilden zu können. | Dr. Michael Lebuhn Tel.: +49 8161 8640-3838 michael.lebuhn@lfl.bayern.de Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) - Abt. Qualitätssicherung und Untersuchungswesen Lange Point 4 85354 Freising | X |
| 01.12.2016 | 31.03.2020 | 22004316 | Verbundvorhaben: Entwicklung von Schnelltests zur Erfassung und Bestimmung von Hemmstoffen und Mykotoxinen in Biogasanlagen (Hemmtest); Teilvorhaben 2: Hemm-Wirkbeziehung von Mykotoxinen auf Biogasproduktion - Akronym: Mykotoxintest | Im Teilvorhaben 2, bearbeitet von Fraunhofer UMSICHT, wurden die Hemm-Wirkmechanismen von verschiedenen Mykotoxinen und von verschimmelter Maissilage im diskontinuierlichen Gärtest und in kontinuierlichen Versuchen untersucht. Das Ziel des Teilvorhabens war die Ermittlung der Dosis-Wirk-beziehung von verschiedenen Mykotoxinen sowie von verschimmelter Silage auf die Biogasproduktion. Die verschimmelte Silage wurde dabei unter kontrollierten Laborbedingungen hergestellt. Die akute Wirkung der Mykotoxine und entsprechend kontaminierter Silagen wurde im Rahmen eines Screening-Testverfahrens unter Einsatz eines modifizierten Batch-Gärtests (modifizierter ORGA-Test) untersucht. Zusätzlich wurde die verschimmelte Maissilage chemisch-analytisch charakterisiert. Die Validierung der Screening-Ergebnisse und Untersuchung der Langzeitwirkung von verschimmelter Maissilage auf den Biogasprozess erfolgte im kontinuierlichen Betrieb in einer Laborbiogasanlage. Unter Einsatz von zwei parallel betriebenen Bioreaktoren wurde die Vergärung von verschimmelter und nicht-verschimmelter Maissilage, jeweils als Monosubstrat zugeführt, im direkten Vergleich untersucht. Die Vergärung beider Monosubstrate wurde hinsichtlich verschiedener Parameter wie Biogasproduktion, Biogasqualität und Zusammensetzung der Gärsuspension verglichen. | Die Untersuchungen mit den Gärtests sollten eine akute Stoßbelastung mit hohen Konzentrationen von Mykotoxinen simulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Mykotoxin-Konzentrationen, die weit höher waren als bei verschimmelten Getreiden und Silagen in der Literatur beschrieben, keine hemmenden Effekte auf die Biogasproduktion auftraten. Da bereits bei hohen Mykotoxin-Dosierungen keine Hemmwirkung beobachtet wurde, war die Aufstellung einer Dosis-Wirkung-Beziehung nicht sinnvoll möglich. Gärtest-Untersuchungen mit Einsatz von verschimmelter Maissilage als Substrat haben durchaus verringerte Biogaserträge im Vergleich zu nichtverschimmelter Maissilage gezeigt. Die chemische Charakterisierung der Silagen hat deutliche Unterschiede zwischen verschimmelter und nichtverschimmelter Maissilage ergeben, die als wesentliche Begründung für den geringeren Biogasertrag angesehen werden. Mittels erweiterter Stoffgruppen-Analyse wurde gezeigt, dass der Gehalt an leicht verfügbaren Kohlenhydraten in der verschimmelten Maissilage signifikant abgenommen, dafür der Anteil an schwerer abbaubaren Rohfaser-Komponenten zugenommen hat. In den kontinuierlichen Versuchen zur Biogasproduktion mit Maissilage wurde die Vergärung von verschimmelter und nicht verschimmelter Silage im direkten Vergleich untersucht. Durch den Einsatz von verschimmelter Maissilage als Monosubstrat wurde der Extremfall simuliert, um auch Langzeiteffekte im kontinuierlichen Betrieb erfassen zu können. Die Ergebnisse zeigen, dass es unter diesen Extrembedingungen zu keinem Einbruch oder gar Zusammenbruch des Biogasprozesses kam. Insgesamt zeigen die Ergebnisse aus dem Teilprojekt 2, dass bei Zufuhr von verschimmelter Maissilage in Biogasanlagen keine Hemmwirkung des Biogasprozesses durch Mykotoxine zu befürchten ist. Bei der Fütterung von verschimmelter Maissilage kann es durch die veränderte Zusammensetzung des Substrates zu verringerten Biogaserträgen kommen, der Biogasprozess wird allerdings nicht nachhaltig gestört. | Dr. rer. nat. Ute Merrettig-Bruns Tel.: +49 208 8598-1229 ute.merrettig-bruns@umsicht.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) Osterfelder Str. 3 46047 Oberhausen | X |
| 01.12.2016 | 30.11.2019 | 22005916 | Verbundvorhaben: Entwicklung von Schnelltests zur Erfassung und Bestimmung von Hemmstoffen und Mykotoxinen in Biogasanlagen (Hemmtest); Teilvorhaben 4: Entwicklung und Anwendung des Mykotoxin-Schnelltests - Akronym: Praxis-Mykotoxintest | Das Unternehmen aokin AG entwickelt und vermarktet ein auf Industrieanforderungen abge-stimmtes Verfahren zur Spurenanalytik von Schadstoffen. Messungen werden innerhalb weniger Minuten vollautomatisch durchgeführt. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz vor Ort in unterschiedlichen Problem-Bereichen der Industrie. Grundlage dieser neuartigen Analytik ist die Detektion der zeitabhängigen Veränderung der polarisierten Fluoreszenz bei einer kompetitiven Bindungs-Reaktion. Seit 2008 bietet aokin AG dieses Analyse-System für die Entdeckung von Mykotoxinen in Getreide an. Die Automatisierung ist für eine ganze Serie von Mykotoxinen verfügbar und wird z.B. für Routineuntersuchungen in Getreidemühlen eingesetzt. Der Einsatzbereich dieser Analytik soll erweitert und damit die industrielle Selbstkontrolle in unterschiedlichen Anwendungs-Bereichen ermöglicht werden. Aokin wird das Schnelltestsystem für die Analyse von Mykotoxinen für die Anwendung in Biogasanlagen weiterentwickeln. | Die Entwicklung einer Probenvorbereitung für besonders schwierige Probenarten wie die Silage zur Analytik von Mykotoxinen mit dem Schnelltestssystem "mycontrol" auf Basis von Fluorescence Polarisations Messungen war erfolgreich. Der Hauptfokus der Arbeiten lag auf der Reduzierung der Autofluoreszenz der Proben Maissilage bei möglichst einfacher Probenvorbereitung. Die Aufgaben wurden für Deoxynivalenol, Ochratoxin und Aflatoxin bearbeitet und jeweils für die Einzelanalytik geeignete Probenvorbereitungsprotokolle identifiziert. Es wurden hierfür eine Vielzahl von Varianten durchgetestet und zur Bewertung zwei quantifizierbare Matrixeffekte herangezogen. Zum einen die Hintergrundfluoreszenzintensität diese darf einen Maximalwert nicht überschreiten und als zweites die Variationsbreite des Fluoreszenz-Intensitäts-Anstiegs nach Tracerzugabe, dieser sollte bei Anwesenheit und Abwesenheit einer Matrixprobe möglichst identisch sein. Der erforderliche Messbereich bei Aflatoxin liegt bei 5 ppb – 100 ppb, bei DON aufgrund der geringeren Toxizität bei 250 – 5000 ppb, so dass die erforderliche Sensitivität und auch die von der EU Richtlinie 401/2006 geforderten Genauigkeit erfüllt wurden. Die Silageanalytik wird im Bereich Dienstleistungslabor für Futtermittel bereits in der Praxis eingesetzt. Der Anwendungsbereich Mykotoxinanalytik für Biogasanlagen hat sich aufgrund der Ergebnisse der Projektpartner als nicht relevant dargestellt, da Mykotoxine wohl keine Hemmwirkung im Biogasprozess haben. Dennoch wird das Projekt als positiv gewertet, da die Projektergebnisse in einem anderen Marktsegment der Landwirtschaft die Viehwirtschaft eine hohe Relevanz haben. | Dr. Ursula Dahmen-Levison Tel.: +49 30 948921-60 udahmen@aokin.de AOKIN AG Robert-Rössle-Str. 10 13125 Berlin | X |
| 01.12.2016 | 30.06.2018 | 22006016 | Verbundvorhaben: Entwicklung von Schnelltests zur Erfassung und Bestimmung von Hemmstoffen und Mykotoxinen in Biogasanlagen (Hemmtest); Teilvorhaben 3: Anwendung des Hemmquick-Tests in der Praxis - Akronym: Praxis-Hemmtest | In diesem Vorhaben sollen die frühzeitige Erkennung von Prozessstörungen sowie die Vermeidung von Störungen durch das Einbringen von Hemmstoffen in landwirtschaftlichen Biogasanlagen bearbeitet werden. Hiermit soll ein Beitrag zur nachhaltigen und ökologischen Biogasproduktion sowie zur Steigerung der Effizienz geleistet werden. Dazu werden der Schnelltest Hemm-quick zur Bestimmung von Hemmungen in Biogasanlagen sowie der Schnelltest Myko-quick zur Bestimmung von Mykotoxinen in Biogasanlagen entwickelt. Ein Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Dosis-Wirk-Beziehungen von Mykotoxinen mit Hilfe der Abbaukinetik bei unterschiedlich dotierten Standardsubstraten zu quantifizieren. Der Schnelltest (Hemm-quick) soll zur Erfassung der potentiellen Hemmwirkung von realen Biogassubstrat- und Fermenterproben eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine schnelle Identifizierung von Prozessstörungen. Die Hemmwirkung wird zudem über das Säurespektrum validiert. -Entwicklung des Hemm-quick auf Basis des ANKOM-Systems und Etablierung eines speziellen Aufbereitungsverfahrens. Die Aufbereitung der Proben ermöglicht eine Prüfung der Hemmwirkung von realen Proben auch bei niedrigen Hemmstoffkonzentrationen ohne das Testsystem mit organischer Substanz zu überladen. Dabei sollen Güllen, Miste, Silagen und andere NaWaRo´s sowie Fementerinhalte getestet werden können. -Anpassung eines kommerziell verfügbaren Mykotoxin-Schnelltests an die Matrix Biogas-Fermenterbrühe zur raschen und quantitativen Erfassung von Mykotoxinen in Biogasanlagen. -Validierung der ermittelten Hemmstoffkonzentrationen in einer quasikontinuierlichen Versuchsanlage im Technikumsmaßstab. Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse zu Hemmstoffschwellen auf den kontinuierlichen Biogasprozess. - Anwendung des Hemmstofftestsystems und des Mykotoxin-Schnelltests in der Praxis. -Anpassung und Optimierung des Testsystems für die Praxis | Elke von Buchholz Tel.: +49 4441 99978-951 e.buchholz@weltec-biopower.de WELTEC BIOPOWER GmbH Zum Langenberg 2 49377 Vechta | X | |
| 01.04.2017 | 31.05.2020 | 22010515 | Anbau von Steinklee – Wiedereinführung in die Praxis und Verbesserung der Anbau- und Saatgutsituation - Akronym: Steinklee | Das Projekt hat das Ziel, auf der Basis des geförderten und erfolgreich abgeschlossenen Projektes zum Steinkleeanbau die gewonnenen Erkenntnisse in die Praxis zu übertragen und Produktionsverfahren an konkrete Betriebssituationen anzupassen. Damit soll ein Beitrag zur Verbesserung der Situation in der Pflanzenproduktion in benachteiligten Gebieten, insbesondere auf den trockenen Sandböden, geleistet werden. Gleichzeitig wird eine ökologisch wertvolle ertragreiche Bienenweide als Ergänzung zum Winterraps eingeführt. Die Situation der Pflanzenproduktion auf den grundwasserfernen Sandböden in Nordostdeutschland ist äußerst angespannt. Vielerorts verarmen die Fruchtfolgen, wegen der niedrigen Biomasseerträge fallen die Humusbilanzen meist negativ aus. Mit wuchsfreudigen Pflanzen wie Steinklee, die als nachwachsende Rohstoffe zu nutzen sind, kann dem begegnet werden. Im Mittelpunkt des Vorhabens stehen Produktionsexperimente auf Sandböden mit Schwerpunkt in Nordostdeutschland. Diese sollen sowohl der Erkenntnisgewinnung als auch ihrer gezielten Verbreitung dienen. Die Praxisexperimente werden gleichzeitig als Demonstrationsobjekte zur Überleitung wissenschaftlicher Erkenntnisse in die landwirtschaftliche Praxis genutzt. Im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit wird der "Steinkleetag", bestehend aus einer Vortragstagung und der Verfahrensdemonstration, favorisiert. Im praktischen Anbau wird die Verfügbarkeit des Stickstoffs für die Folgefrüchte überprüft. Daraus werden Empfehlungen für den praktischen Anbau auf Sandböden zur Wahrung ihrer Ertragsfähigkeit abgeleitet. Um die Einführung in die Praxis umfassend zu ermöglichen, soll ein Netzwerk "Steinklee" initiiert werden. Hier sollen sowohl die Anbauer, als auch Züchter, Imker und Naturschutzfachleute Möglichkeit zum fachlichen Austausch erhalten. | - Methanausbeuten der verschiedenen Schnittregime des Steinklees zwischen 26 und 30 m³/dt TM, beim Silomais bei 39 m³/dt TM. - Methanerträge zwischen 1281 m³/ha TM (einschnittige Nutzung) u. 1845 m³/ha TM (zweischnittige Nutzung). - EROI-Wert (Effizienz-Kennziffer) des einschnittig genutzten Steinklees unterscheidet sich im Ansaatjahr (ASJ) vom zweischnittig genutzten Steinklee um ca. 31 %, ein Unterschied im Hauptnutzungsjahr (HNJ) war kaum feststellbar. Der Unterschied zum Silomais fällt im ASJ extremer aus. Hier ist die Energieeffizienz zwischen 69 und 80 % geringer im Vergleich zum Silomais. Im HNJ beträgt der Unterschied zwischen Steinklee u. Silomais im Schnitt zwischen 29 u. 30 %. - Steinklee ist eine Möglichkeit für die Energiegewinnung in der BGA, vorzugsweise für Anbau auf Flächen, die wegen geringer Ertragsleistung aus der Produktion genommen wurden (Chance bodenverbessernde Eigenschaften mit Biomassegewinnung zu verbinden). Auf den ertragsschwachen Standorten ist das Anbaurisiko höher als auf besseren Böden, Steinklee kann hier unter Umständen im Vergleich zu anderen Kulturen konkurrenzfähigere Erträge erzielen. - Im Durchschnitt der Anbaujahre werden Deckungsbeiträge (DB) von 150 €/ha erzielt. Es ist davon auszugehen, dass der DB im ASJ negativ ausfällt, da Arbeiten wie Aussaat und Schröpfschnitt einer erfahrungsgemäß niedrigen Biomassegewinnung gegenüberstehen. - Monetäre Mindererträge können durch gute Biomasseerträge im HNJ und den auf die Nachfrucht wirkenden Vorfruchtwert bzgl. eines geringeren Einsatzes mineralischen Düngers und der geringeren Notwendigkeit der Bodenbearbeitung ausgeglichen werden. - sehr gute Nektar- u. Pollenquelle auch in der Trachtlücke (Förderung der Bestäuber nach Ernte der Sommerungen) - starkes Wurzelsystem bietet Chance zur Bodenverbesserung auf leichten Standorten (Verbesserung der Nährstoff- und Wasseraufnahme). | Dr. Andreas Gurgel Tel.: +49 3843 789-246 a.gurgel@lfa.mvnet.de Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern - Institut für Pflanzenproduktion und Betriebswirtschaft Dorfplatz 1 18276 Gülzow-Prüzen | X |
| 01.08.2015 | 31.07.2018 | 22010615 | Verbundvorhaben: Innovative in-situ Gesamtmesstechniklösung für Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Entwicklung eines Prototypen zur Gasdetektion - Akronym: IN2-Biogas | Innerhalb dieses Vorhabens soll ein in-situ Sensorsystem erforscht und entwickelt werden, das sowohl Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) als auch Schwefelwasserstoff (H 2S) hochgenau detektieren kann. Dazu ist die Integration verschiedener Technologie in ein einziges Messgerät notwendig, das der hochkorrosiven Umgebung einer Biogasanlage widerstehen kann. Um eine kostengünstige Lösung zu ermöglichen kommen innovative Lösungsansätze zum Einsatz, deren Leistungsfähigkeit mindestens den zurzeit verwendeten Geräten entspricht, deren Kosten aber um ein Vielfaches geringer sind. Durch eine solche Lösung wird eine großflächige, hochaufgelöste Überwachung der Gaszusammensetzung aller Prozessschritte der Biogasprozesskette möglich. An dem Vorhaben sollen die Gassensorgruppe des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg und das KMU J.Dittrich Elektronics GmbH & Co. KG beteiligt sein. Dabei wird das IMTEK die grundlagenwissenschaftlichen Fragenstellungen bearbeiten, die sich auf die Bereiche Spektroskopie, Oberflächenphysik und Mikrosystemtechnik erstrecken. Die Firma Dittrich wird auf den Ergebnissen aufbauend eine Übertragung der Labortechnologien auf den Industriemaßstab vornehmen. | Jörg Schäffer Tel.: +49 7221 64-103 j.schaeffer@logidatatech.com LogiDataTech systems GmbH & Co. KG Bahnhofstr. 67 76532 Baden-Baden | X | |
| 01.10.2015 | 31.12.2018 | 22011613 | Effizienzsteigerung von Biogasanlagen durch Etablieren der Hochlastfaulung (am Beispiel von Mais) mit Nachweis der Mikroorganismenflora (HoLaFlor) - Akronym: HoLaFlor | 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. | 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. | Dr. rer. nat. Brigitte Kempter-Regel Tel.: +49 711 970-4128 brigitte.kempter-regel@igb.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) Nobelstr. 12 70569 Stuttgart | X |
| 01.07.2015 | 28.02.2017 | 22011914 | Energiemaisanbau für hohen Ertrag und Biologische Vielfalt (Vorstudie) - Akronym: BioDivEnergiemais | Der Maisanbau ist auf vielen Standorten in Deutschland ein unverzichtbares Element der Strategien zur Anpassung an den Klimawandel und für die Nutzung regenerativer Energien. Der Anbau von Mais ist pflanzenbaulich sehr attraktiv, hat jedoch negative Auswirkungen auf die Biodiversität in den Agrarlandschaften. Die negativen Effekte auf wildlebende Pflanzen und Tiere sind primär auf die späte Bodenbearbeitung und die Nahrungs- bzw. Strukturarmut der Maisbestände zurückzuführen. In Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens werden praxiserprobte Einzelverfahren z.B. zur Streifenbearbeitung (Strip-Till) und das Bandspritzverfahren mit der Vorherbst-Ansaat von Wildkräutern verknüpft. Durch eine kleinräumige Trennung von "Produktionsstreifen" und "Biodiversitätsstreifen", soll die Habitatgüte von Mais grundlegend aufgewertet und gleichzeitig eine hohe ökonomische Wertschöpfung gewährleistet werden. Prüfglieder der Untersuchungen sind: a.) zwei verschiedene Ansaatgemische für Wildkräuter, die speziell nach den ökologischen Effekten der einzelnen Arten, ihrer pflanzenbaulichen Realisierbarkeit und einer geringen Massewüchsigkeit zusammengestellt wurden; b.) die Etablierung der Wildkrautansaaten in unterschiedliche Deckfrüchte; c.) unterschiedliche Dichten der Deckfrüchte; d.) unterschiedliche Breiten für die Wildkrautstreifen und e.) unterschiedliche Breiten für den Pflanzenschutz. Die Parzellenversuche wurden einjährig an zwei Versuchsstandorten in Nordostdeutschland durchgeführt. Die Versuche wurden hinsichtlich folgender Kriterien ausgewertet: Etablierungserfolg der Wildkrautansaaten, technologische Eignung/Machbarkeit der Anbauverfahrensschritte, Ertragsleistung von Mais, Wasserkonkurrenz, Konkurrenz zwischen Maisbeständen und Wild- bzw. Beikräutern, Erfolg der Beikrautregulation, ökologische Effekte auf das Vorkommen von Wildkräutern, Blütenbesuchern und Agrarvögel. | Die 2015/16 auf zwei Versuchsstandorten in Nordostdeutschland durchgeführten Parzellenversuche haben die technologische Realisierbarkeit des Anbauverfahrens eindrucksvoll bestätigt. Das Strip-Till-Verfahren ist gut geeignet, Maisstreifen in im Vorherbst angelegte Wildkrautstreifen zu etablieren. Das Vorhandensein von GPS-Spurleitsystemen ist vorteilhaft für die Anwendung des Systems. Die ausgewählten Ansaatmischungen waren von hohen Etablierungsraten gekennzeichnet. Die ökologischen Effekte des entwickelten Anbausystems sind beeindruckend. Es wurde eine konstante, diverse und bis zur Ernte andauernde Blühkette im Mais realisiert, das Blütenangebot wurde um den Faktor 3-10 erhöht. Die Diversität der Beikräuter wurde ebenfalls maßgeblich erhöht. Für Blütenbesucher war die Maisanbaufläche mit den Wildkrautstreifen annähernd so attraktiv wie eine reine vollflächige Wildkrautansaat ohne Nutzung. Der Habitatwert der Maisanbaufläche für die Feldlerche konnte für alle drei Brutzyklen jeweils um mindestens eine Stufe verbessert werden. Die ökologischen Effekte waren in der Regel auch bereits bei 1-reihiger Wildkrautaussaat vorhanden. Zu den ungelösten Problemen des Anbausystems gehört vor allem die Beikrautkontrolle. In diesem Kontext ist eine Weiterentwicklung des Anbauverfahrens dringend notwendig. Für die Bearbeitung dieser Fragestellung sind unterschiedliche Ansätze zu verfolgen, von Mulchvarianten bis hin zu chemischen oder selektiven Regulationsverfahren. Die Zielstellung einer Ertragsgleichheit des Anbausystems mit dem konventionellen Maisanbau kann nicht aufrechterhalten werden, die besten Prüfvarianten erreichten 60-70% der Ertragsleistung der Maisreferenzvariante. Eine Reduzierung der festgestellten Ertragslücke erscheint möglich. Als eine Kernfrage für die Weiterentwicklung des Anbausystems muss die Standorteignung des Systems vor allem für nicht niederschlagslimitierte Gebiete und Hochertragsstandorte geprüft werden. | Dr. Michael Glemnitz Tel.: +49 33432 82-264 mglemnitz@zalf.de Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. Eberswalder Str. 84 15374 Müncheberg | X |
| 01.12.2016 | 30.06.2020 | 22013813 | Verbundvorhaben: Entwicklung von Schnelltests zur Erfassung und Bestimmung von Hemmstoffen und Mykotoxinen in Biogasanlagen (Hemmtest); Teilvorhaben 1: Entwicklung und Validierung des Hemm-quick Testsystems - Akronym: Hemmtest | In Biogasanlagen können Hemmstoffe wie Desinfektionsmittel, Antibiotika, Schwermetalle oder Ammoniak die Mikroorganismengemeinschaft im Fermenter erheblich stören. Die genannten Hemmstoffe gelangen auf verschiedenen Wegen, meist jedoch über die zugeführten Substrate in die Biogasanlage oder werden als Zwischenprodukt des Biogasprozesses im Fermenter gebildet. Hemmungen zeigen sich vor allem durch eine Verminderung der Biogasmenge sowie der Biogasqualität. Ebenso können veränderte prozessbiologische Analysenparameter wie der pH-Wert oder der FOS/TAC-Wert auf eine Hemmung hinweisen. Bisher gibt es in der Praxis jedoch noch keinen praxisnahen Schnelltest um eine Hemmung in Fermentern oder Hemmstoffe in Inputsubstraten wie Silagen oder Güllen bestimmen zu können. Aus diesem Grund wurde in diesem Forschungsprojekt ein Hemmtest (Hemmquick) auf Basis der Biogasbildungskinetik entwickelt. Dabei wird der Verlauf der Biogasbildung auf Hemmungen untersucht. Neben der Entwicklung des Hemmquicktests lagen die Schwerpunkte auf der Probenaufbereitung von Inputsubstraten sowie der Validierung durch kontinuierliche Biogasversuche. Der entwickelte Hemmquicktest wurde an Praxisproben getestet. Zusätzlich wurden die Ergebnisse der Hemmquicktests mit Veränderungen im Säurespektrum verglichen. | Hemm-Wirkversuche ergaben für Natriumchlorid eine leichte Hemmung ab 6 g/L, für Urea eine beginnende Hemmung ab 2,5 g/L und für Kupfersulfat ab 0,5g/L. Diese Hemmstoffe wurden anschließend in den ermittelten Dosierungen in kontinuierlichen Versuchen eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass Hemmungen in kontinuierlich betriebenen Versuchsanlagen auch im Hemmquick-Test als solche erkannt wurden. Bei Hemmstoffen wie NaCl und Urea, an welche sich die Mikroorganismen adaptieren können, wurde bei langsamer Zudosierung in den kontinuierlichen Versuchen keine eindeutige Hemmung erkennbar. Im Hemmquicktest wurde jedoch bereits eine leichte Hemmung angezeigt. Die im Hemmquicktest angezeigten Hemmungen korrelierten mit Auffälligkeiten in den Säurespektren, was die Aussagekraft der Tests bestätigt.Es wurden die Substrate Stärke, Essigsäure, Cellulose sowie getrocknete, gemahlene Maissilage auf ihre Eignung als Referenzsubstrat untersucht. Die Auswahl des Referenzsubstrats hatte Einfluss auf die Biogasbildungskurve. In Abhängigkeit von der Substratzusammensetzung wurden unterschiedliche Biogasbildungskinetiken festgestellt. Um Hemmungen bei allen am Biogasbildungsprozess beteiligten Mikroorganismen feststellen zu können wurde getrocknete, gemahlene Maissilage als Referenzsubstratgewählt. Für Fragestellungen zur Hemmung der Methanbildenden Bakterien kann Essigsäure als Referenzsubstrat mitgeführt werden. In der Betreiberumfrage wurde angegeben, dass der Hemmtest neben Fermenterinhalten vor allem für zugekaufte Miste und Güllen eingesetzt werden soll. Während der Projektlaufzeit wurden aus der Praxis neben Mist und Fermenterproben vor allem aber auch verschimmelte Maissilagen eingesandt. | Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen Tel.: +49 551 5032-257 achim.loewen@hawk.de HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst - Hildesheim/Holzminden/Göttingen - Fakultät Ressourcenmanagement Büsgenweg 1 a 37077 Göttingen | X |
| 01.04.2016 | 31.03.2017 | 22014113 | Metall(oid)e im Gärsubstrat von landwirtschaftlichen Biogasanlagen: Auswirkungen auf die Gärbiologie sowie mögliche Umweltrelevanz - Akronym: BayBIOGAS | In Biogasanlagen werden komplexe Gärsubstrate sowie verschiedenste Gärhilfsmittel verwendet. Über diese Komponenten gelangt auch eine Vielzahl von Spur- und Störstoffen in die Anlage, wie Schwermetalle (z.B. Blei, Cadmium) oder Metall(oid)e wie Arsen (As), Antimon (Sb) und Bismut (Bi) und deren Verbindungen. Das Verhalten derartiger Komponenten in den Anlagen, aber auch ihr Austrag in die Umwelt sind bislang noch kaum untersucht. Es ist nach unseren Voruntersuchungen aber durchaus möglich, dass einige dieser Komponenten Probleme bereiten. Dies gilt neben den genannten Schwermetallen insbesondere für Elemente, die von den Mikroorganismen methyliert werden können, d.h. As, Sb, eventuell auch Bi. In der Anlage stoßen diese Substanzen auf eine hochaktive Gemeinschaft von Methanproduzenten. In einer Konkurrenzreaktion zur Methanbildung kommt es zur (Teil)methylierung und damit zur Bildung von geno- und zelltoxischen Verbindungen. Gleichzeitig werden der Methanbildung Methylgruppen entzogen. Bedenkt man die potentiellen ökologischen und ökonomischen Folgen, so ist es überraschend, dass es hierzu noch keine systematische Forschung gibt. Gleichzeitig postulieren wir, dass es mit Hilfe von Eisensalzen möglich sein sollte, das Problem zu managen. Die Entwicklung einer geeigneten Interventionsstrategie könnte Gegenstand eines Folgeprojektes sein, falls sich im Rahmen dieser Vorstudie tatsächlich eine Hemmung landwirtschaftlicher Anlagen durch Metall(oid)e belegen lässt. Wissenschaftlich verankert ist das Projekt an den Zentren für Energietechnik (ZET) bzw. für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER) der Universität Bayreuth. In unserem Projekt wollen wir Eintragswege aber auch den Effekt von Metall(oid)en (Schwermetallen, As, Sb, Bi) aus Gärsubstrat und Gärhilfsmittel auf Stabilität und Effizienz der mikrobiellen Umsetzungen untersuchen und gleichzeitig mögliche Konsequenzen für Mensch und Umwelt abschätzen. Hierzu soll ein breites Spektrum von Biogasanlagen untersucht werden. | Prof. Dr. Ruth Freitag Tel.: +49 921 55-7371 ruth.freitag@uni-bayreuth.de Universität Bayreuth - Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften - Lehrstuhl Bioprozesstechnik Universitätsstr. 30 95447 Bayreuth | X | |
| 01.10.2015 | 31.12.2018 | 22015915 | Verbundvorhaben: Bewertung von Substraten hinsichtlich des Gasertrags – vom Labor zur großtechnischen Anlage; Teilvorhaben 2: Auswertung der Ringversuche, Erstellung Leitfaden - Akronym: SubEval | Für die Qualitätsbeurteilung von Substraten und die Effizienzbewertung ihrer verfahrenstechnischen Umsetzung in einer Biogasanlage existieren in der Wissenschaft und Praxis vielfältige Untersuchungsverfahren und Berechnungsmethoden. Eine Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Verfahren auf Basis der Trockensubstanz (TS, oTS, FoTS), Futtermittel-, Elementar- oder Brennwertanalyse sowie den Richtwerten der KTBL ist bis heute nicht gegeben. Anlagenbetreibern oder Finanzdienstleistern ist es damit nicht möglich, den aktuellen Substrateinsatz bzw. Prozesszustand oder das jeweilige Investitionsrisiko (Repowering) detailliert und realitätsnah zu bewerten. Ziel der vorliegenden Projektskizze ist es, die unterschiedlichen Verfahren in Ihrer Aussagekraft und Praxistauglichkeit zu beurteilen und hinsichtlich einer einheitlichen bzw. präzisen Methode zur Substrat und Prozessbewertung weiterzuentwickeln. Das Projekt leistet damit einen entscheidenden Beitrag, um einen direkten Vergleich und gezielten bzw. aussagekräftigen Einsatz der vielfältigen Kenngrößen im großtechnischen Anlagenbetrieb zu ermöglichen. Im Rahmen der Projektarbeit sollen die unterschiedlichen theoretischen und analytischen Verfahren für die Bestimmung des maximalen Biogasbildungspotentials praxisrelevanter Substrate miteinander verglichen werden. Auf Basis vereinfachter Reaktionsmodelle lassen sich diese Ergebnisse dann im Rahmen einer Anlagenbilanzierung zur Effizienzbewertung einer Biogasanlage verwenden. Durch die vergleichenden Analysen im Labor-, Technikums- und Praxismaßstab lassen sich die unterschiedlichen Bewertungsverfahren dabei auch hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit evaluieren. Die Projektergebnisse sollen abschließend sowohl in einem praxisnahen Leitfaden (DBFZ-Report) als auch in einer benutzerfreundlichen Webanwendung zur Substrat- und Effizienzbewertung von Biogasanlagen veröffentlicht werden. | Mark Paterson Tel.: +49 6151 7001-234 m.paterson@ktbl.de Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) Bartningstr. 49 64289 Darmstadt | X | |
| 01.01.2018 | 31.10.2020 | 22016217 | Verbundvorhaben: Energetische Nutzung landwirtschaftlicher Reststoffe in Deutschland und China; Teilvorhaben 2: Analyse und Optimierung von Stallhaltungs- und Entmistungsverfahren - Akronym: ChinaRes | Im Rahmen des Vorhabens soll jeweils für Deutschland und China unter regem Austausch das Wissen über (a) die Hemmnisse der Nutzung landwirtschaftlicher Reststoffe in der Praxis identifiziert, (b) Pflichtenhefte für einen abgestimmten Betrieb von Stall und Biogasanlage erarbeitet sowie (c) die Projektergebnisse so aufbereitet werden, dass sie einer breiten Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden können. Deutsch-Chinesische Workshops zum Wissensaustausch über den Stand der Technik sowie den Stand der Forschung sind ebenso wie Besichtigungen von Best-Case-Anlagen in beiden Ländern geplant, um deren Akteure besser zu vernetzten. | Im ATB-Teilvorhaben 2 des Verbundvorhabens mit dem DBFZ wurde der aktuelle Status der deutschen Milchviehhaltung analysiert. Hierbei wurde eine große Bandbreite auf nationaler Ebene ermittelt. Von den Bundesländern hat Bayern die insgesamt größte Anzahl an Milchviehbetrieben, bei durchschnittlichen 39 Tieren pro Betrieb. Die Betriebe in Brandenburg besitzen auf nationaler Ebene die größten Milchviehbestände mit 296 Tieren pro Betrieb. Details dazu sind in Tabelle 1 des Schlussberichtes enthalten. In Deutschland werden Milchkühe überwiegend in Liegeboxenlaufställen gehalten. Dabei kommen v.a. Schieber oder Faltschieber als Entmistungssysteme zum Einsatz. Details dazu sind in Abb. 2 und 3 im Schlussbericht zu entnehmen. Weiterhin erfolgte eine allgemeine Analyse der Vor- und Nachteile von Gülle, Einstreu, Futterresten in Bezug auf die Biogasnutzung. Details sind in Tabelle. 3 des Abschlussberichtes dargestellt. Der Einfluss des Haltungsverfahrens auf den Biogasertrag und die Methan-Emissionen wurde analysiert. Die Ergebnisse sind im Abschlussbericht dargestellt und wurden außerdem als wissenschaftlicher Open-Access-Artikel zur Abhängigkeit der Methanemissionen aus der Flüssigmistlagerung von Temperatur, Jahreszeit und Lagerdauer veröffentlicht (https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.12.026). | Prof. Dr. Thomas Amon Tel.: +49 331 5699-510 tamon@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | X |
| 01.08.2015 | 31.07.2018 | 22017014 | Verbundvorhaben: Innovative in-situ Gesamtmesstechniklösung für Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Sensorenentwicklung - Akronym: IN-Biogas | Innerhalb dieses Vorhabens soll ein in-situ Sensorsystem erforscht und entwickelt werden, das sowohl Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) als auch Schwefelwasserstoff (H2S) hochgenau detektieren kann. Dazu ist die Integration verschiedener Technologien in ein einziges Messgerät notwendig, das der hochkorrosiven Umgebung einer Biogasanlage widerstehen kann. Um eine kostengünstige Lösung zu ermöglichen kommen innovative, neuartige Lösungsansätze zum Einsatz, deren Leistungsfähigkeit mindestens den zurzeit verwendeten Geräten entspricht. Gleichwohl sollen die Kosten aber um ein Vielfaches geringer sein. Durch eine solche Lösung wird eine großflächige, hochaufgelöste Überwachung der Gaszusammensetzung aller Prozessschritte der Biogasprozesskette möglich.Hierbei soll für die Detektion von CH4 und CO2 ein kostengünstiges optisches Verfahren erforscht werden. Damit auch H2S kostengünstig und genau gemessen werden kann, soll eine konzeptionell neue, metalloxid-basierte Messmethode erforscht werden. An dem Vorhaben sollen die Gassensorgruppe des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg und das KMU J.Dittrich Elektronics GmbH & Co. KG beteiligt sein. Dabei wird das IMTEK die grundlagenwissenschaftlichen Fragenstellungen bearbeiten, die sich auf die Bereiche Spektroskopie, Oberflächenphysik und Mikrosystemtechnik erstrecken. Die nachfolgenden Arbeitschritte beschreiben den geplanten Weg die inkjetgedruckten gassensitiven CuO-Schichten und die dazugehörigen Substrate zur Anwendertauglichkeit zu verbessern:Materialentwicklung – Stabile druckbare SuspensionenFertigungsverfahren – Herstellung der sensitiven Schichten mittels InkjetDesign / Layout / Charakterisierung Sensorelement. Analog zum Schwelwasserstoffsensor werden hier die Schritte beschrieben, die auf dem Weg zu einem anwendungsfähigen, photoakustikbasierten CH4/CO2 Sensor notwendig sind. | Prof. Dr. Jürgen Wöllenstein Tel.: +49 761 8857-134 juergen.woellenstein@ipm.fraunhofer.de Albert-Ludwigs-Universität Freiburg - Fakultät für Angewandte Wissenschaften - Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) Georges-Köhler-Allee 102 79110 Freiburg im Breisgau | X | |
| 01.10.2016 | 31.12.2020 | 22020115 | Biogas im Ökolandbau - Substratbereitstellung nach 2020 - Akronym: BOEL2020 | Im ökologischen Landbau (ÖL) sind ca. 160-180 Biogasanlagen in Betrieb, von denen 55 % konventionelle Substrate verwenden, was entsprechend der Richtlinien der Anbauverbände derzeit zu bestimmten Anteilen erfolgen darf. Dies sollte ursprünglich – verbandsabhängig – ab 2020 nicht mehr zulässig sein. Dieses Verbot ist mittlerweile verschoben worden, zugleich wird aber angestrebt, die Nutzung konventioneller Substrate weiter zu reduzieren. Ziel des BÖL2020-Projektes war es, Möglichkeiten der Integration des Anbaus von Energiepflanzen innerhalb der Fruchtfolge ohne oder nur mit geringer Flächenkonkurrenz für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion aufzuzeigen und zu prüfen, da diese im ÖL weiterhin Priorität haben soll. Dazu wurden drei Verfahren (Prüfglieder) zur Erschließung zusätzlicher Biomassequellen untersucht, die an unterschiedlichen Stellen in der Fruchtfolge ansetzen: 1) Intensiver Sommerzwischenfruchtanbau nach Wintergetreideanbau zur Kornnutzung; 2) Feldfutterbau: 3) Zweikulturnutzungssysteme. Diese Prüfglieder wurden jeweils mit drei Varianten in 4-jährigen Feldversuchen hinsichtlich Biomasseertrag, Futterqualität und potenziell erzeugbarer Milchmenge, Methanertrag, Stickstofffixierungsleistung und dem Flächenertragsvorteil von angebauten Mischkulturen untersucht. Alle Varianten wurden ökonomisch dahingehend bewertet, dass die potenziellen Erlöse der Milch- und der Bioenergieerzeugung ermittelt wurden. Dabei sollte kein Vergleich zwischen den Varianten durchgeführt, sondern vielmehr Potenziale aufgezeigt werden, um beide Produktionsverfahren im ÖL in die Fruchtfolgen integrieren zu können. | Es konnte aufgezeigt werden, dass es innerhalb der Fruchtfolge ökologisch wirtschaftender Betriebe Möglichkeiten gibt, Substrate für die Biogasproduktion und zugleich auch Biomasse für andere Verwertungsrichtungen wie die Milchviehfütterung zu erzeugen, wodurch Konkurrenzen abgemildert werden. Die dabei geprüften Strategien waren nicht allesamt erfolgreich. Der intensive Sommerzwischenfruchtanbau (Prüfglied 1) nach einer Druschfrucht konnte aufgrund von Trockenheit oder Schädlingsbefall nicht erfolgreich durchgeführt werden, so dass dieser keine erfolgversprechende Variante darstellt. Der Feldfutterbau (Prüfglied 2: Klee- und Luzernegras, Landsberger Gemenge) sowie Zweikulturnutzungssysteme (Prüfglied 3: Wintererbse/Roggen-Mais, Wintererbse/Triticale-Roggen, Roggen-Kleegras) hingegen ermöglichen die gleichzeitige Erzeugung von Biomasse für unterschiedliche Verwertungsrichtungen in einem Jahr. Bei Prüfglied 3 konnte allerdings nur die Variante Wintererbse/Roggen-Mais erfolgreich in allen Jahren geprüft werden, die zugleich den höchsten Gesamtbiomasseertrag aller Varianten erzielte. Bei den anderen Varianten konnten die Zweitkulturen (Sommerungen) infolge von Trockenheit keine ausreichenden Erträge erzielen. Die Verwertung der Biomassen für die Milcherzeugung führte zu höheren Erlösen als die Verwertung zur Biogaserzeugung. Dies ist in der Vergütung als Bio-Milch begründet, während es für die erzeugte Bioenergie keine gesonderte und damit höhere Bio-Vergütung gibt. Dennoch ermöglicht die Biogaserzeugung betriebsinterne Vorteile wie z.B. die Erzeugung des Gärrestes als mobiler Dünger mit einem hohen Anteil an schnell pflanzenverfügbarem Stickstoff. Zusätzlich können Synergieeffekte wie ganzjährige Bodenbedeckung und Nährstoffentzug, Stickstofffixierung durch Leguminosen und Ertragssteigerung durch den Gemengeanbau erzielt werden. | Prof. Dr. Michael Wachendorf Tel.: +49 5542 98-1334 mwach@uni-kassel.de Universität Kassel - Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften - Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe Steinstr. 19 37213 Witzenhausen | X |
| 01.08.2016 | 30.11.2020 | 22021715 | Verbundvorhaben: Dynamik des Intermediat-Stoffwechsels in Biogasprozessen (MODISTO); Teilvorhaben 2: Biologie der Hydrolyse pflanzlicher Rohstoffe - Akronym: Modisto-TV2 | Das Teilvorhaben TV2a der TUM befasste sich im Forschungsverbund MODISTO mit dem Teilaspekt der molekularen Mikrobiologie in der Analyse-Kette, insbesondere mit den Mikroorganismen, die den optimalen, d.h. effizienten und raschen Biomasseabbau einleiten und die daher die Grundlage einer effizienten Ausnutzung der für den Prozess bereitgestellten Biomasse darstellen. Ein Hauptziel dabei war es, die am Biomasseabbau beteiligten Bakterien, d.h. die Schlüsselorganismen des Abbauprozesses, zu definieren, ggf. neue am Prozess beteiligte Bakterien zu isolieren und und ihre Rolle für diesen Prozess mit mikrobiologischen, molekularbiologischen und bioinformatischen Methoden zu untersuchen. Untersuchungsschwerpunkt der TUM waren insbesondere die an der Biomassehydrolyse, einem Flaschenhals im Abbauprozess, beteiligten Bakterien. Aus den Genomsequenzdaten neuer Isolate konnten deren Gene für hydrolytische Enzyme und Abbausysteme untersucht und mit anderen Sequenzdaten aus mikrobiellen Gemeinschaften in Biogasprozessen abgeglichen werden. Im Teilvorhaben TV2b wurden Nukleinsäure-Sequenzdaten analysiert, die von den Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden. Zum einen wurden Genomassemblierungen aus DNA-Sequenzierungsansätzen von Rein- und Mischisolaten aus TV2a erzeugt, weiterhin wurden Qualitätsmetriken und Annotationsdaten dafür bereitgestellt. Sequenzdaten aus Gäransätzen und Markierungsexperimenten wurden in TV1b, TV2a, sowie TV3 erzeugt und in TV2b analysiert. Für die Ermittlung der taxonomischen Zusammensetzung von Mikroorganismengemeinschaften wurden Amplikonsequenzen von 16S-rRNA- und ausgewählten Schlüsselenzymgenen, sowie Metagenom- und Metatranskriptomsequenzen verwendet. Dabei wurde auch Veränderungen zwischen unterschiedlichen Fermenterbetriebszuständen, sowie über die Zeit in verschiedenen Fraktionen aus Markierungexperimenten untersucht. | TV2a: Die Anreicherung und Isolierung cellulolytischer und saccharolytischer Bakterien resultierte in insgesamt 20 verschiedenen Reinkulturen. Daraus konnten fünf neuartige Spezies bzw. Isolate (N2K1T, MD1, MA18, 249c-K6, GS7-6-2T) physiologisch charakterisiert und deren Genomsequenzen untersucht werden. Die Etablierung von GH48-Genen als molekularer Marker über die Entwicklung eines neuen PCR-Primer-Gemisches einerseits, sowie die Zusammenstellung einer GH48-Datenbank zur vereinfachten taxonomischen Einordnung von GH48-basierten OTUs andererseits, ermöglichte die Analyse der cellulolytischen Bakterien in verschiedenen Fermenter-Zuständen oder in Anreicherungskulturen. Insgesamt war der Anteil an cellulolytischen Bakterien bei Einsatz einer In Sacco Anreicherung deutlich erhöht. Bemerkenswert war auch, dass die Diversität cellulolytischer Bakterien sowie der Anteil an unbekannten cellulolytischen Genera vor allem in den mesophilen Anreicherungen oder dem mesophilen Fermenterbetrieb deutlich höher war als in den thermophilen Prozessen. Im TV2b wurden die Genome von vier bakteriellen Spezies aus DNA-Sequenzen der Isolate assembliert. Für die Bearbeitung der im MODISTO-Verbund durchgeführten Amplikonsequenzierungen konnte eine Pipeline etabliert werden, die im Wesentlichen auf den Programmpaketen Usearch und Vsearch beruht. Damit ließen sich die Sequenzen in OTUs (operational taxonomical units) bzw. ZOTUs zusammenfassen und Tabellen mit Zähldaten der Häufigkeiten der Sequenzierfragmente erstellen. Für weitere Analysen wurde auf die statistische Programmierumgebung R und das Paket DESeq2 zurückgegriffen. Damit war es möglich, OTUs zu identifizieren, deren Häufigkeit sich signifikant bezüglich der untersuchten Parameter des Fermenterbetriebs unterschied. | Prof. Dr. Wolfgang Liebl Tel.: +49 8161 715450 wliebl@wzw.tum.de Technische Universität München - Wissenschaftszentrum Weihenstephan - Forschungsdepartment Biowissenschaftliche Grundlagen - Lehrstuhl für Mikrobiologie Emil-Ramann-Str. 4 85354 Freising | X |
| 01.08.2016 | 30.11.2020 | 22021815 | Verbundvorhaben: Dynamik des Intermediat-Stoffwechsels in Biogasprozessen (MODISTO); Teilvorhaben 3: Mikrobiologie des anaeroben Intermediatstoffwechsels - Akronym: MODISTO-TV3 | Teilprojekt 3 adressierte den intermediären Metabolismus der anaeroben Fütterungskette und der aktiven Organismen. Zur Verfolgung des Substratabbaus im Prozess wurde 13C-markierter Mais eingesetzt und Intermediate und Produkte massenspektrometrisch bestimmt. Aktive Organismen und Stoffwechselwege wurden zu verschiedenen Zeitpunkten des Substratabbaus durch 16S rRNA- und Metatranskriptom-basierte stabile Isotopenbeprobung (SIP) ermittelt. Bei den untersuchten Zuständen handelte es sich um einen mesophil stabilen und instabilen, sowie thermophil stabilen, instabilen und hocheffizienten Betriebszustand. Schlüsselorganismen, Schlüsselenzymgene und -transkripte von [FeFe]-Hydrogenasen und einem Reifungsprotein von [NiFe]-Hydrogenasen der stabilen und instabilen Prozesse, sowie eines schwermetallbelasteten, mesophilen Betriebes wurden analysiert um Indikatortaxa abzuleiten, die frühzeitig eine beginnende Prozessstörung erkennen lassen. | Ein Anstieg von markierten 13C-organischer Säuren wurde in allen Zuständen beobachtet. Im stabilen und dem hocheffizienten Betrieb erfolgte ein Abbau der Säuren, während in den instabilen Betrieben keine deutliche Abnahme erkennbar war. Die instabilen Zustände zeichneten sich durch eine geringere bis fehlende Methanogenese aus und eine intermediäre Akkumulation von Laktat und Wasserstoff (H2). Die 13C-Markierung verschiedener Organismen konnte zu verschiedenen Zeitpunkten der Beprobung durch RNA-SIP festgestellt werden. Es wurde meist eine unterschiedliche Aktivität basierend auf der Markierungsintensität der Taxa im stabilen und instabilen Betrieb beobachtet. Einige Organismen, die den syntrophen Gärern zugeordnet wurden, waren in beiden Zuständen aktiv. Durch Metatranskriptom-SIP -Analysen konnte die Aktivität acetogener und syntropher Stoffwechselwege in den einzelnen Zuständen gezeigt werden. [FeFe]-Hydrogenasen wurden unter allen Betriebsbedingungen mit der Ausnahme von thermophil instabil exprimiert. Indikatorgene, -transkripte und -taxa wurden für alle Zustände und Prozessstörungen unter mesophilen und thermophilen Bedingungen identifiziert, wobei eine hohe Abundanz der Gene nicht notwendigerweise mit hoher Abundanz der Transkripte korrelierte. | Prof. Dr. Marcus A. Horn Tel.: +49 511 762-17980 horn@ifmb.uni-hannover.de Leibniz Universität Hannover - Naturwissenschaftliche Fakultät - Institut für Mikrobiologie (ifmb) Herrenhäuser Str. 2 30419 Hannover | X |
| 01.08.2016 | 30.11.2020 | 22021915 | Verbundvorhaben: Dynamik des Intermediat-Stoffwechsels in Biogasprozessen (MODISTO); Teilvorhaben 4: Thermodynamisch korrektes Modell der anaeroben Umsetzung - Akronym: MODISTO | Das Projekt hat eine auf experimentell ermittelten Basisdaten beruhende Optimierung der Methanausbeute aus Maissilage, dem in Deutschland wichtigsten Biogassubstrat, und der Steuerung des Biogasprozesses zum Ziel. Hierfür sind wesentliche Erkenntnisse und Entwicklungen erforderlich. Im vorliegenden Teilprojekt des Verbundvorhabens sollen folgende Punkte erarbeitet werden: 1. Aufstellen des Energiefunktionals auf molekularer Ebene. Dies wird ausgehen von der Gibbs’schen freien Energie, 2. Hochskalieren des in 1. erarbeiteten Energiefunktionals mit Hilfe von Methoden der Homogenisierung. Dies führt zu einem Modell auf der gröberen Skala und zu Übergangsoperatoren zwischen den Skalen, sowie 3. Umsetzen des Mehrskalenmodells im Rahmen des Simulationssystems UG4-BioSim. Insgesamt kommt es durch die Ergebnisse aus dem Projekt zu einer quantitativen Kenntnis der biochemisch/metabolischen Umsetzungen und der mikrobiellen Akteure für den optimalen Abbau pflanzlicher Biomasse zu Biogas. Es wird möglich, die Prozessstabilität auf biochemischer und mikro- bzw. molekularbiologischer Ebene zu beurteilen. Damit wird ein funktionell orientiertes Monitoring für eine prognostische Prozesssteuerung geschaffen. Im Projekt wird das Arbeitspaket (AP) 9 "Mathematisches Interaktionsmodell" bearbeitet. Das G-CSC ist außerdem an der Bearbeitung der folgenden Arbeitspakete beteiligt: AP 5 "Sequenzierung von Metagenomen, -transkriptomen, Schlüsselenzymgenen und –transkripten", AP 7 "Isolation neuer Leitorganismen und Charakterisierung des Stoffwechsels", AP 8 "Genomsequenzierung wichtiger Isolate", und AP 10 "Nachweismethoden/Sensorik" | Es wurde ein thermodynamischen Prozessmodell unter Einbeziehung der Gibbs-Energien in Abhängigkeit der räumlich und zeitlich aktuellen Konzentrationsverhältnisse. Das Reaktionsmodell konnte auf einer repräsentativen Reaktorgeometrie, die auf Grundlage der experimentellen Fermenterdimensionen erstellt wurde, anhand der Betriebs- und Prozessdaten der Modistofermenter getestet und erweitert werden. Vergleiche zeigen für die stabilen Prozesszuständen wenig Unterschiede zwischen Verwendung der vollen thermodynamischen Korrektur und der einfacheren wasserstoffabhängigen Hemmung bei syntrophen Abbauprozesse. Mit beginnender Prozessstörung ist die thermodynamische Korrektur jedoch speziell für die Säurenakkumulation relevant. | Prof. Dr. Gabriel Wittum Tel.: +49 69 798-25259 wittum@gcsc.uni-frankfurt.de Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main - Goethe-Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (G-CSC) Kettenhofweg 139 60325 Frankfurt am Main | X |
| 01.08.2019 | 28.02.2023 | 22025717 | Verbundvorhaben: Charakterisierung des genetischen und enzymatischen Potentials von Biogas-Mikrobiomen mittels Metaanalyse von Metagenomdatensätzen; Teilvorhaben 1: Phylogenetische und funktionelle Metaanalytik ausgewählter Zielorganismen - Akronym: BIOGAS-GeneMining | Am anaeroben Abbau von Biomasse ist eine Vielzahl Arten von Mikroorganismen mit unterschiedlichsten Stoffwechseleigenschaften beteiligt. Ein Großteil der in Biogasreaktoren nachweisbaren Arten ist aber bislang weder hinsichtlich seiner speziellen Stoffumwandlungseigenschaften noch hinsichtlich seiner jeweiligen ökologischen Rolle innerhalb des mikrobiologischen Systems Biogasreaktor ausreichend charakterisiert. Dementsprechend ist das in Biogasreaktoren für den Abbau der pflanzlichen Biomasse verantwortliche trophische Netzwerk auch nur ansatzweise und nur hinsichtlich grundlegender mikrobieller Prozesse verstanden. Ziel des Vorhabens ist die Nutzung molekularer Hochdurchsatz-Daten für eine detaillierte Darstellung mikrobieller Netzwerke mittels einer umfassenden bioinformatischen Auswertung (Metaanalyse) unter Einbeziehung abiotischer Prozessfaktoren. | Dr. Susanne Theuerl Tel.: +49 331 5699-900 stheuerl@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | ||
| 15.08.2017 | 31.07.2021 | 22025816 | Verbundvorhaben: Energetische Nutzung landwirtschaftlicher Reststoffe in Deutschland und China; Teilvorhaben 1: Erarbeitung von Konzepten für zukünftige Biogasanlagenbetreiber - Akronym: ChinaRes | Im Rahmen der Deutsch-Chinesischen Arbeitsgruppe sollten jeweils für Deutschland und China unter regem Austausch das Wissen über (a) die Hemmnisse der Nutzung landwirtschaftlicher Reststoffe in der Praxis identifiziert, (b) technische Konzepte für einen abgestimmten Betrieb von Stall und Biogasanlage erarbeitet sowie (c) die Projektergebnisse so aufbereitet werden, dass sie einer breiten Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden können. Deutsch-Chinesische Workshops zum Wissensaustausch über den Stand der Technik sowie den Stand der Forschung waren ebenso wie Besichtigungen von Best-Case-Anlagen in beiden Ländern geplant, um deren Akteure besser zu vernetzten. | Dr. Britt Schumacher Tel.: +49 341 2434-540 britt.schumacher@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 01.04.2019 | 31.03.2021 | 22026217 | Verbundvorhaben: Weiterentwicklung eines kostengünstigen Textil-Biogasreaktors; Teilvorhaben 1: Betrieb und Weiterentwicklung eines Biogasreaktors - Akronym: Schlauchreaktor_JN | Ziel des Projektes ist die Implementierung eines neuartigen Schlauchreaktors auf Polymerbasis. Die Idee der Verwendung von Schlauchreaktoren zur Produktion von Methan durch Fermentation ist nicht neu, wird jedoch derzeit vor allem in Entwicklungsländern eingesetzt. Schlauchreaktoren zeichnen sich durch Ihre Flexibilität, geringe Anschaffungskosten, einen vergleichbaren geringen Wartungsaufwand und ihre Kompaktheit aus. Im vorliegenden Projekt soll ein Schlauchreaktor optimiert und an mitteleuropäische Klimaverhältnisse angepasst werden. Dabei soll ein tieferes Verständnis für die Wirkmechanismen im Reaktor erlangt werden. Zudem soll der Aufbau des Reaktors mit dem Ziel der Effizienzsteigerung optimiert werden. Im Fokus steht eine hohe Gasausbeute bei geringen Verweilzeiten. Hierfür soll ein Demonstrationsvorhaben zur Vergärung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe umgesetzt werden. Als möglicher Demonstrationsstandort ist ein landwirtschaftlicher Viehbetrieb vorgesehen. Um den Reaktor anschließend gut am Markt platzieren zu können, wird eine Containerlösung des Anlagenkonzeptes verbunden mit einem Dienstleistungskonzept zum leicht handhabbaren Betrieb der Anlage erarbeitet. Der kompakte Reaktor ist geeignet, um bei kleinen landwirtschaftlichen Betrieben, wo Rest- und Abfallstoffe aus der Landwirtschaft anfallen, eingesetzt zu werden. Häufig haben gerade kleinere landwirtschaftliche Betriebe das Problem, dass trotz Förderung nicht ausreichend finanzielle Mittel für den gewinnbringenden Einsatz von Biogasanlagen bereitstehen. Zudem sind aufgrund der hohen Investitionskosten die Gewinnmargen so gering und gleichzeitig schlecht zu kalkulieren, so dass das Risiko zur Anschaffung für viele Landwirte zu hoch ist. Die dezentralen Anlagen können dazu dienen, vor Ort in einem BHKW eingesetzt zu werden. Die anfallende Wärme kann zur Beheizung des Reaktors sowie von Betriebsräumen genutzt werden. | Dr.-Ing. Janet Nagel Tel.: +49 30 32707-576 nagel@ineri.de Institut für Energie- und RessourcenInnovation (INERI) Sauerbruchstr. 1 14109 Berlin | X | |
| 01.06.2016 | 15.04.2017 | 22029015 | International Conference Progress in Biogas IV - Akronym: PIBIV | Der nun zum 4. Mal stattfindende internationale Konferenz "Progress in Biogas" soll im Rahmen eines 2-tägigen Konferenzteils und einem darauf folgenden Workshoptag den Entwicklungsfortschritt bei unterschiedlichen Low- und Hightech Biogasanlagen in Deutschland und weltweit präsentieren. Ausgehend von der Idee der ersten Ausgabe der Konferenz "Progress in Biogas" soll aufgezeigt werden, welche Fortschritte in Deutschland gemacht wurden, um diese international zu vergleichen. Dieses Mal wird der Fokus auf der Biogaserzeugung von Organischen Reststoffen aus Industrie, Landwirtschaft und Kommunen (inklusive Abwasserbehandlungsanlagen) liegen. Ein weiterer Themenschwerpunkt ist die Ausbringung von Gärrest und die Gelegenheit, dadurch den Einsatz von fossil erzeugtem Dünger zu minimieren. Hier sollen insbesondere die Innovationen, welche in der Branche in der letzten Zeit zustande gekommen sind, aufgezeigt werden. Ebenso wird das Thema Prozessbiologie (Mikrobiologie, Hemmung, Nachhaltigkeit beim Einsatz von Prozesshilfsmitteln) im Rahmen der Konferenz wieder eine Rolle spielen. Nach dem Erfolg der Praktikervorträge bei "Progress in Biogas III" soll auch dieses Mal wieder diesem innovativen Präsentationsforum der ihm gebührende Raum zur Verfügung gestellt werden. - Organisations- und Wissenschaftlicheskomitee werden zusammenstellt. - Broschüren, Webseite und sonstigem Werbematerial für das Call for Papers, Sponsorensuche, Ausstellersuche und Werbung der Konferenz werden hergestellt und aktualisiert. - Das Call for Papers findet sttat. - Evaluierung der eingegangenen Abstracts. Eine Zu- und Absage erfolgt. - Sponsoren und Aussteller werden gesucht. - Das Programm der Konferenz wird erstellt und aktualisiert. - Die Anmeldung der Referenten und Teilnehmer wird geöffnet. - Full papers werden eingereicht und die Tagungsbände hergestellt. - Logistik für die Konferenz wird organisiert (Räume herrichten, Technik, Verpflegung, usw.) - Die Konferenz findet statt. | Bauingeneurin - MSc Jenny Myreya Aragundy-Kaiser Tel.: +49 7954 926-203 j.aragundy@biogas-zentrum.de IBBK Fachgruppe Biogas GmbH Am Feuersee 6 74592 Kirchberg an der Jagst | X | |
| 01.09.2019 | 31.08.2022 | 22031318 | Verbundvorhaben: Biogasproduktion in Hochlastfermentern zur intelligenten Energiebereitstellung; Teilvorhaben 1: Grundlagen und Laborversuche - Akronym: Bio-Smart | Ziel des Projektes ist es, einen Hochlastfermenter zu entwickeln und zu überprüfen, der den Betreibern von Biogasanlagen den Weiterbetrieb ihrer Anlagen im Anschluss an das EEG ermöglicht. Das Kernelement bildet ein vergleichsweise kleiner Hochlastfermenter, der in bestehende Biogasanlagenkonzepte integriert werden kann. Hierin können die energiearmen flüssigen Fraktionen von Reststoffen aus der Landwirtschaft oder energiereiche Abwasserströme aus industriellen Prozessen hocheffizient vergoren werden. In Deutschland wurden in den Jahren 2010 bis 2013 1.972 Mio. tTS Rinderflüssigmist und 2.124 Mio. tTS Schweineflüssigmist pro Jahr energetisch nicht genutzt. Ziel des Projektes ist es u.a. diese erheblichen Potentiale zu erschließen. Dies ermöglicht den Betreibern von Biogasanlagen die Erschließung neuer regionaler, preiswerter und in keiner Konkurrenz stehender Substratpotenziale. Ein weiterer Vorteil des neuen Fermenters ist die aus der hohen Durchflussgeschwindigkeit resultierenden vergleichsweise kurzen Ansprechzeiten. Dies ermöglicht einen an den Strombedarf angepassten Betrieb des Fermenters. Hierdurch kann die Energie, bis sie benötigt wird im Substrat gespeichert werden, was die benötigten Gasspeicher reduziert und gleichzeitig neue preisgünstige nachhaltige Substratströme erschließt. Die Vorgehensweise beinhaltet neben der Identifikation von industriellen Reststoffen- und Abwasserströmungen Versuche im halbtechnischen Maßstab, wodurch die Systemgrenzen und Ansprechzeiten ermittelt und optimiert werden, sodass nach den Versuchen eine Aussage zur Eignung für die unterschiedlichen Regelenergien und das Biogaspotential gemacht werden kann. Mit der Erstellung eines Verfahrenskonzeptes werden die Versuchsergebnisse zusammengefaßt und durch eine Wirtschaftlichkeitsberechnung komplettiert. Der entwickelte Hochlastfermenter wird in eine zweistufige Biogasversuchsanlage eingebunden. Die Anlagenkombination wird unter realistischen Bedingungen ein Jahr betrieben. | Dr.-Ing. Elmar Brügging Tel.: +49 2551 9-62420 bruegging@fh-muenster.de FH Münster - Fachbereich Energie - Gebäude - Umwelt Stegerwaldstr. 39 48565 Steinfurt | ||
| 01.08.2019 | 28.02.2023 | 22031918 | Verbundvorhaben: Charakterisierung des genetischen und enzymatischen Potentials von Biogas-Mikrobiomen mittels Metaanalyse von Metagenomdatensätzen; Teilvorhaben 2: Phylogenetische und funktionelle Mikrobiom-Metaanalytik - Akronym: GeneMining | Am anaeroben Abbau von Biomasse ist eine Vielzahl Arten von Mikroorganismen mit nterschiedlichsten Stoffwechseleigenschaften beteiligt. Ein Großteil der in Biogasreaktoren nachweisbaren Arten ist aber bislang weder hinsichtlich seiner speziellen Stoffumwandlungseigenschaften noch hinsichtlich seiner jeweiligen ökologischen Rolle innerhalb des mikrobiologischen Systems Biogasreaktor ausreichend charakterisiert. Dementsprechend ist das in Biogasreaktoren für den Abbau der pflanzlichen Biomasse verantwortliche trophische Netzwerk auch nur ansatzweise und nur hinsichtlich grundlegender mikrobieller Prozesse verstanden. Ziel des Vorhabens ist die Nutzung molekularer Hochdurchsatz-Daten für eine detaillierte Darstellung mikrobieller Netzwerke mittels einer umfassenden bioinformatischen Auswertung (Metaanalyse) unter Einbeziehung abiotischer Prozessfaktoren. | Prof. Dr. Alfred Pühler Tel.: +49 521 106-8750 puehler@cebitec.uni-bielefeld.de Universität Bielefeld - Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) Universitätsstr. 27 33615 Bielefeld | ||
| 01.05.2019 | 31.10.2022 | 22032518 | Verbundvorhaben: Neue Entwicklungswerkzeuge zur Optimierung der Mischregime in Bioreaktoren; Teilvorhaben 1: Entwicklung von WSN-Technik und CFD-Verfahren zur Charakterisierung von Rührsystemen - Akronym: NeoBio | Rührsysteme in Biogasfermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den aktuell deutschlandweit betriebenen ca. 9.000 Anlagen wird in der Regel rein empirisch ausgelegte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Gesamtziel des Projektes ist die Steigerung des Systemwirkungsgrades durch eine Optimierung des Rührprozesses insbesondere an bestehenden Anlagen. Durch eine optimal an den individuellen Substratmix angepasste Rührstrategie kann der Gasertrag bei gleichzeitig reduzierter Antriebsleistung der Rührtechnik signifikant gesteigert werden. Hierzu werden neuartige praxistaugliche Werkzeuge und Verfahren für den direkten Einsatz bei der Auslegung von Rührkonzepten in Biogasfermentern entwickelt. Die komplexen rheologischen Eigenschaften der Fermentersuspensionen werden in großem Umfang charakterisiert. Eine völlig neue, auf drahtloser Signalübertragung aufbauende Messtechnik soll erstmals eine flexible und umfassende, zeitliche und räumliche Online-Datenerhebung der Strömungs- und Durchmischungsvorgänge während des laufenden Betriebes realer Anlagen realisieren und die tatsächlichen Vorgänge in einem bisher nicht möglichen Maße quantifizierbar und systematisch optimierbar machen. Zudem sollen über neu zu entwickelnde numerische Simulationsansätze erstmals bisher an keiner Stelle abgebildete prozessrelevante Einflussfaktoren wie die für den Einmischprozess wesentlichen Turbulenzen in direkter Rührwerksnähe sowie das Verhalten der freien Oberfläche berechenbar werden. Dies ist besonders bei Paddelrührwerken von Bedeutung, die auch Schwimmschichten aufbrechen können. Bei all diesen Untersuchungen werden die komplexen Substrateigenschaften berücksichtigt. So wird die zielgerichtete systematische Optimierung der Rührwerksgeometrie, -anordnung und -steuerung möglich. | Prof. Dr.-Ing. Hans-Arno Jantzen Tel.: +49 2551 962-743 jantzen@fh-muenster.de FH Münster - Fachbereich Maschinenbau - Labor für Strömungstechnik und Simulation Stegerwaldstr. 39 48565 Steinfurt | ||
| 01.05.2019 | 31.10.2022 | 22032618 | Verbundvorhaben: Neue Entwicklungswerkzeuge zur Optimierung der Mischregime in Bioreaktoren; Teilvorhaben 2: Qualifizierung eines autonomen Sensorsystems zur Strömungs- und Mischcharakterisierung - Akronym: NEOBIO | Rührsysteme in Biogasfermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den aktuell deutschlandweit betriebenen ca. 9.000 Anlagen wird in der Regel rein empirisch ausgelegte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Gesamtziel des Projektes ist die Steigerung des Systemwirkungsgrades durch eine Optimierung des Rührprozesses insbesondere an bestehenden Anlagen. Durch eine optimal an den individuellen Substratmix angepasste Rührstrategie kann der Gasertrag bei gleichzeitig reduzierter Antriebsleistung der Rührtechnik signifikant gesteigert werden. Hierzu werden neuartige praxistaugliche Werkzeuge und Verfahren für den direkten Einsatz bei der Auslegung von Rührkonzepten in Biogasfermentern entwickelt. Die komplexen rheologischen Eigenschaften der Fermentersuspensionen werden in großem Umfang charakterisiert. Eine völlig neue, auf drahtloser Signalübertragung aufbauende Messtechnik soll erstmals eine flexible und umfassende, zeitliche und räumliche Online-Datenerhebung der Strömungs- und Durchmischungsvorgänge während des laufenden Betriebes realer Anlagen realisieren und die tatsächlichen Vorgänge in einem bisher nicht möglichen Maße quantifizierbar und systematisch optimierbar machen. Zudem sollen über neu zu entwickelnde numerische Simulationsansätze erstmals bisher an keiner Stelle abgebildete prozessrelevante Einflussfaktoren wie die für den Einmischprozess wesentlichen Turbulenzen in direkter Rührwerksnähe sowie das Verhalten der freien Oberfläche berechenbar werden. Dies ist besonders bei Paddelrührwerken von Bedeutung, die auch Schwimmschichten aufbrechen können. Bei all diesen Untersuchungen werden die komplexen Substrateigenschaften berücksichtigt. So wird die zielgerichtete systematische Optimierung der Rührwerksgeometrie, -anordnung und -steuerung möglich. | Dr. Sebastian Reinecke Tel.: +49 351 260-2320 s.reinecke@hzdr.de Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf e. V. - Institut für Fluiddynamik Bautzner Landstr. 400 01328 Dresden | ||
| 01.04.2019 | 31.03.2021 | 22033018 | Verbundvorhaben: Weiterentwicklung eines kostengünstigen Textil-Biogasreaktors; Teilvorhaben 2: Analyse und Bewertung - Akronym: Schlauchreaktor | Ziel des Projektes ist die Implementierung eines neuartigen Schlauchreaktors auf Polymerbasis. Die Idee der Verwendung von Schlauchreaktoren zur Produktion von Methan durch Fermentation ist nicht neu, wird jedoch derzeit vor allem in Entwicklungsländern eingesetzt. Schlauchreaktoren zeichnen sich durch Ihre Flexibilität, geringe Anschaffungskosten, einen vergleichbaren geringen Wartungsaufwand und ihre Kompaktheit aus. Im vorliegenden Projekt soll ein Schlauchreaktor optimiert und an mitteleuropäische Klimaverhältnisse angepasst werden. Dabei soll ein tieferes Verständnis für die Wirkmechanismen im Reaktor erlangt werden. Zudem soll der Aufbau des Reaktors mit dem Ziel der Effizienzsteigerung optimiert werden. Im Fokus steht eine hohe Gasausbeute bei geringen Verweilzeiten. Hierfür soll ein Demonstrationsvorhaben zur Vergärung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe umgesetzt werden. Als möglicher Demonstrationsstandort ist ein landwirtschaftlicher Viehbetrieb vorgesehen. Um den Reaktor anschließend gut am Markt platzieren zu können, wird eine Containerlösung des Anlagenkonzeptes verbunden mit einem Dienstleistungskonzept zum leicht handhabbaren Betrieb der Anlage erarbeitet. Der kompakte Reaktor ist geeignet, um bei kleinen landwirtschaftlichen Betrieben, wo Rest- und Abfallstoffe aus der Landwirtschaft anfallen, eingesetzt zu werden. Häufig haben gerade kleinere landwirtschaftliche Betriebe das Problem, dass trotz Förderung nicht ausreichend finanzielle Mittel für den gewinnbringenden Einsatz von Biogasanlagen bereitstehen. Zudem sind aufgrund der hohen Investitionskosten die Gewinnmargen so gering und gleichzeitig schlecht zu kalkulieren, so dass das Risiko zur Anschaffung für viele Landwirte zu hoch ist. Die dezentralen Anlagen können dazu dienen, vor Ort in einem BHKW eingesetzt zu werden. Die anfallende Wärme kann zur Beheizung des Reaktors sowie von Be-triebsräumen genutzt werden. | Dr. Matthias Plöchl Tel.: +49 331 601498-12 mp@b3-bornim.de BioenergieBeratungBornim GmbH Max-Eyth-Allee 101 14469 Potsdam | X | |
| 01.04.2019 | 31.03.2021 | 22033118 | Verbundvorhaben: Weiterentwicklung eines kostengünstigen Textil-Biogasreaktors; Teilvorhaben 3: Membranbehälter - Akronym: Schlauchreaktor | Ziel des Projektes ist die Implementierung eines neuartigen Schlauchreaktors auf Polymerbasis. Die Idee der Verwendung von Schlauchreaktoren zur Produktion von Methan durch Fermentation ist nicht neu, wird jedoch derzeit vor allem in Entwicklungsländern eingesetzt. Schlauchreaktoren zeichnen sich durch Ihre Flexibilität, geringe Anschaffungskosten, einen vergleichbaren geringen Wartungsaufwand und ihre Kompaktheit aus. Im vorliegenden Projekt soll ein Schlauchreaktor optimiert und an mitteleuropäische Klimaverhältnisse angepasst werden. Dabei soll ein tieferes Verständnis für die Wirkmechanismen im Reaktor erlangt werden. Zudem soll der Aufbau des Reaktors mit dem Ziel der Effizienzsteigerung optimiert werden. Im Fokus steht eine hohe Gasausbeute bei geringen Verweilzeiten. Hierfür soll ein Demonstrationsvorhaben zur Vergärung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe umgesetzt werden. Als möglicher Demonstrationsstandort ist ein landwirtschaftlicher Viehbetrieb vorgesehen. Um den Reaktor anschließend gut am Markt platzieren zu können, wird eine Containerlösung des Anlagenkonzeptes verbunden mit einem Dienstleistungskonzept zum leicht handhabbaren Betrieb der Anlage erarbeitet. Der kompakte Reaktor ist geeignet, um bei kleinen landwirtschaftlichen Betrieben, wo Rest- und Abfallstoffe aus der Landwirtschaft anfallen, eingesetzt zu werden. Häufig haben gerade kleinere landwirtschaftliche Betriebe das Problem, dass trotz Förderung nicht ausreichend finanzielle Mittel für den gewinnbringenden Einsatz von Biogasanlagen bereitstehen. Zudem sind aufgrund der hohen Investitionskosten die Gewinnmargen so gering und gleichzeitig schlecht zu kalkulieren, so dass das Risiko zur Anschaffung für viele Landwirte zu hoch ist. Die dezentralen Anlagen können dazu dienen, vor Ort in einem BHKW eingesetzt zu werden. Die anfallende Wärme kann zur Beheizung des Reaktors sowie von Betriebsräumen genutzt werden. | Jörg Eßling Tel.: +49 2594 8927-800 joerg.essling@huesker.de Huesker Symthetic GmbH - Standort Dülmen Im Brömken 5 48249 Dülmen | X | |
| 01.10.2015 | 31.01.2019 | 22034614 | Verbundvorhaben: Bewertung von Substraten hinsichtlich des Gasertrags – vom Labor zur großtechnischen Anlage; Teilvorhaben 1: Durchführung der Labor- und Praxisversuche - Akronym: SubEval | Für die Qualitätsbeurteilung von Substraten und die Effizienzbewertung ihrer verfahrenstechnischen Umsetzung in einer Biogasanlage existieren in der Wissenschaft und Praxis vielfältige Untersuchungsverfahren und Berechnungsmethoden. Eine Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Verfahren auf Basis der Trockensubstanz (TS, oTS, FoTS), Futtermittel-, Elementar- oder Brennwertanalyse sowie den Richtwerten der KTBL ist bis heute nicht gegeben. Anlagenbetreibern oder Finanzdienstleistern ist es damit nicht möglich, den aktuellen Substrateinsatz bzw. Prozesszustand oder das jeweilige Investitionsrisiko (Repowering) detailliert und realitätsnah zu bewerten. Ziel der vorliegenden Projektskizze ist es, die unterschiedlichen Verfahren in Ihrer Aussagekraft und Praxistauglichkeit zu beurteilen und hinsichtlich einer einheitlichen bzw. präzisen Methode zur Substrat- und Prozessbewertung weiterzuentwickeln. Das Projekt leistet damit einen entscheidenden Beitrag, um einen direkten Vergleich und gezielten bzw. aussagekräftigen Einsatz der vielfältigen Kenngrößen im großtechnischen Anlagenbetrieb zu ermöglichen. Im Rahmen der Projektarbeit sollen die unterschiedlichen theoretischen und analytischen Verfahren für die Bestimmung des maximalen Biogasbildungspotentials praxisrelevanter Substrate miteinander verglichen werden. Auf Basis vereinfachter Reaktionsmodelle lassen sich diese Ergebnisse dann im Rahmen einer Anlagenbilanzierung zur Effizienzbewertung einer Biogasanlage verwenden. Durch die vergleichenden Analysen im Labor-, Technikums- und Praxismaßstab lassen sich die unterschiedlichen Bewertungsverfahren dabei auch hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit evaluieren. Die Projektergebnisse sollen abschließend sowohl in einem praxisnahen Leitfaden (DBFZ-Report) als auch in einer benutzerfreundlichen Webanwendung zur Substrat- und Effizienzbewertung von Biogasanlagen veröffentlicht werden. | Dr. Sören Weinrich Tel.: +49 341 2434-341 soeren.weinrich@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 01.01.2020 | 31.12.2022 | 22035318 | Verbundvorhaben: Direktmethanisierung zur Flexibilisierung kleiner und mittlerer Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Erprobung eines heat pipe gekühlten Reaktors für die Direktmethanisierung von Biogas - Akronym: FlexBiomethane | Die Flexibilisierung von Biogasanlagen ist eines der wesentlichen Ziele der letztjährigen EEG-Novellen. Ziel ist dabei die bedarfsgerechte Drosselung der Stromproduktion beispielsweise tagsüber und eine Verschiebung der Stromproduktion zur Deckung von Strombedarfsspitzen. Das Konzept "Power-to-Gas" nutzt die Biogas- oder Kläranlage lediglich als CO2-Quelle für die Methanisierung und ist entsprechend auf große Biomethananlagen beschränkt. Wesentlich vereinfachen würde sich die Prozesskette dagegen, wenn das CO2 für die Methanisierung nicht vollständig abgetrennt werden müsste, sondern das Biogas direkt katalytisch umgesetzt und im vorhandenen Gasspeichervolumen der Fermenter zwischengespeichert wird. Beim vorgeschlagenen Konzept wird daher dem Fermenter kontinuierlich Biogas entnommen. Der CO2 Anteil wird katalytisch in Methan gewandelt und zurück in den Fermenter gespeist. Dadurch wird der Anteil des Methans im Gasspeichervolumen des Fermenters kontinuierlich erhöht und die Prozesskette und Abwärmenutzung vereinfacht sich maßgeblich. Da auf die Gasnetzeinspeisung verzichtet wird, reduzieren sich Aufwand und Kosten gegenüber etablierten Konzepten substantiell. Das Projekt soll damit die Umsetzung eines ersten "Proof-of-Concepts" zur katalytischen Direktmethanisierung von Biogas mit Direktdampferzeugung und Direktbeheizung des Fermenters vorbereiten, um eine vielversprechende Option zur einfachen Nachrüstung und Flexibilisierung der ca. 9.000 bundesdeutschen Bestandsanlagen zu erproben. Ziele des beantragten Projektes sind entsprechend - Integrierte Anlagenkonzepte für kleine und mittlere Anlagen - Entwicklung Methanisierungsreaktor mit integrierter Direktverdampfung - Direktbeheizung des Fermenters mit Dampf und heißem Produktgas aus dem Methanisierungsreaktor - Dauertest des Methanisierungsreaktors mit realem Biogas, um nach einer wirtschaftlichen Evaluierung ein weiterführendes Demonstrationsprojekt an einer realen Biogasanlage vorzubereiten. | Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl Tel.: +49 911 5302-99021 juergen.karl@fau.de Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik Fürther Str. 244 f 90429 Nürnberg | ||
| 01.10.2019 | 30.06.2023 | 22038018 | Verbundvorhaben: Prozessinformationssysteme zur kontinuierlichen Überwachung der Energieeffizienz von Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Modellentwicklung und Auswertung - Akronym: Effektor | Zur unmittelbaren Beurteilung der Energieeffizienz von Bioenergie-Konversionsanlagen fehlt es an einer objektiven, idealerweise einsatzstoffunabhängigen und unmittelbar verfügbaren Kennzahl. Hier setzt das vorgeschlagene Projekt an und verbindet biologische und energetische Bilanzierung zu einer kontinuierlichen Überwachung der technischen Effizienz von Biogasanlagen. Aus dem Transfer von der Wissenschaft in die Praxis wird im Ergebnis eine allgemein zugängliche Software stehen, welche Biogasanlagenbetreibern die tagesaktuelle und intuitive Beurteilung der Anlageneffizienz ermöglicht und perspektivisch die Grundlage für effizienzbasierte Förderinstrumente darstellen kann. Durch die Verschneidung und Integration der etablierten Ansätze von energetischer Anlagenbilanzierung und der Bilanzierung des biologischen Umsatzes sollen sich differenzierte Handlungsempfehlungen für die Betreiber ableiten lassen. Die genannte Vereinigung der beiden Bilanzierungsansätze soll die vorhandene Bilanzierungslücke zwischen Gasproduktion und Gasverwertung zu schließen. Hierdurch wird die Suche nach Schwachstellen im Betrieb präzisiert und der Anlagenbetrieb kann in ökonomischer wie ökologischer Hinsicht verbessert werden. Dies geschieht mithilfe der messtechnischen Erfassung der gefassten Gasemissionen über Über-/Unterdrucksicherungen und der Fackel, welche in der derzeitigen Praxis vornehmlich nicht überwacht sind, aber dennoch Biogas in nicht bezifferbarer Menge durchsetzen. Die exemplarische Integration in das Prozessinformationssystem PIMOS der Firma OPTUM greift hierbei auf vorhandenen Datenaufnahmen zu. Der entwickelte Algorithmus wird zur Verifikation an der Forschungsbiogasanlage des DBFZ sowie zwei Praxis-Biogasanlagen getestet und wissenschaftlich begleitet. | Marcel Pohl Tel.: +49 341 2434-471 marcel.pohl@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.10.2019 | 30.06.2023 | 22038118 | Verbundvorhaben: Prozessinformationssysteme zur kontinuierlichen Überwachung der Energieeffizienz von Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Erprobung und Implementierung - Akronym: Effektor | Zur unmittelbaren Beurteilung der Energieeffizienz von Bioenergie-Konversionsanlagen fehlt es an einer objektiven, idealerweise einsatzstoffunabhängigen und unmittelbar verfügbaren Kennzahl. Hier setzt das vorgeschlagene Projekt an und verbindet biologische und energetische Bilanzierung zu einer kontinuierlichen Überwachung der technischen Effizienz von Biogasanlagen. Aus dem Transfer von der Wissenschaft in die Praxis wird im Ergebnis eine allgemein zugängliche Software stehen, welche Biogasanlagenbetreibern die tagesaktuelle und intuitive Beurteilung der Anlageneffizienz ermöglicht und perspektivisch die Grundlage für effizienzbasierte Förderinstrumente darstellen kann. Durch die Verschneidung und Integration der etablierten Ansätze von energetischer Anlagenbilanzierung und der Bilanzierung des biologischen Umsatzes sollen sich differenzierte Handlungsempfehlungen für die Betreiber ableiten lassen. Die genannte Vereinigung der beiden Bilanzierungsansätze soll die vorhandene Bilanzierungslücke zwischen Gasproduktion und Gasverwertung zu schließen. Hierdurch wird die Suche nach Schwachstellen im Betrieb präzisiert und der Anlagenbetrieb kann in ökonomischer wie ökologischer Hinsicht verbessert werden. Dies geschieht mithilfe der messtechnischen Erfassung der gefassten Gasemissionen über Über-/Unterdrucksicherungen und der Fackel, welche in der derzeitigen Praxis vornehmlich nicht überwacht sind, aber dennoch Biogas in nicht bezifferbarer Menge durchsetzen. Die exemplarische Integration in das Prozessinformationssystem PIMOS der Firma OPTUM greift hierbei auf vorhandenen Datenaufnahmen zu. Der entwickelte Algorithmus wird zur Verifikation an der Forschungsbiogasanlage des DBFZ sowie zwei Praxis-Biogasanlagen getestet und wissenschaftlich begleitet. | Dr.-Ing. Martin Haupt Tel.: +49 371 5300-110 martin.haupt@optum.de Optum Systemtechnik GmbH Reichenhainer Str. 171 09125 Chemnitz | ||
| 01.04.2019 | 31.10.2021 | 22038218 | Verbundvorhaben: Pfropfenstrom-basierte Hydrolyse-Reaktoren mit flexibler Phasentrennung zur effizienten Substratvorbehandlung anaerober Gärprozesse; Teilvorhaben 2: Versuchsreaktor - Akronym: Hydroflex | Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Pfropfenstrom-basierten Hydrolyseverfahrens, welches mit unterschiedlichen Sauerstoff- und Feststoffgehalten entlang der Reaktorebene gefahren wird, so dass mit der Kopplung von zwei Zirkulationskreisen unterschiedliche hydrolytische Phasen gebildet werden. Diese sollen zu einer vollständigen und effizienten Hydrolyse führen und die Hauptgärung flexibler und robuster machen. Die biotechnologische Hydrolyse soll dabei weitestgehend ohne oder mit nur geringen mechanischen Substratvorbehandlungen auskommen, keine Enzymzusätze oder ähnliches notwendig machen und gleichzeitig für niedrigere Viskositäten im Hauptvergärer sorgen. Die Steuerbarkeit der Vergärung durch das hydrolytisch vorbehandelte Substrat soll sich verbessern und so eine flexible Fahrweise vereinfachen. Damit können Anlagen besser an regionale Stoffkreisläufe angepasst und in übergeordnete Strom- und Wärmekonzepte integriert werden. In einer Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Berlin und den Firmen Fickert+Winterling sowie FWE GmbH soll ein entsprechender modularer Pfropfenstromreaktor entwickelt werden, der durch örtlich variable Dünnschlammrezirkulation gekoppelt mit einem Expertensystem die Hydrolyse steuerbar macht. Damit soll gewährleistet werden, dass unterschiedliche hydrolytische Bakterien in hoher Konzentration akkumulieren können, um eine schnelle und möglichst vollständige Hydrolyse durchzuführen. | Tobias Schraml Tel.: +49 9231 502-57 tobias.schraml@fickertwinterling.de Fickert & Winterling Maschinenbau GmbH Wölsauer Str. 20 95615 Marktredwitz | ||
| 01.04.2019 | 30.06.2021 | 22038318 | Biomethan & Torfersatzstoff aus Pappelholz - Akronym: PaplGas | Pappelholz aus Kurzumtriebsplantagen (KUP) kann als nachwachsender Rohstoff für die Gewinnung erneuerbarer Energien z.B. für das dezentrale Wärmecontracting zum Einsatz kommen. Die Anwendung von klimafreundlichen Holzheizungen im städtischen Bereich steht jedoch vor zahlreichen Hürden wie dem Platzbedarf für Heizanlagen und Brennstofflager sowie aufgrund der aktuellen Feinstaubdiskussion. Beim Einsatz von Pappelholz-KUP zur Biomethanerzeugung über den Biogasprozess im Rahmen dieses Projekts handelt es sich um einen innovativen Ansatz der energetischen Nutzung dessen Innovationsgrad durch die Kombination mit der stofflichen Nutzung des Holzfaseranteils nach der Gärrestseparation als Torfersatzstoff noch erhöht wird. Der Biogasprozess kann als vorgeschalteter Konditionierungsschritt zur stofflichen Nutzung verstanden werden, der selbst Energie bereitstellt und bei entsprechender Substratkonservierung auch das Potenzial des Holzes an flüchtigen Stoffen ausschöpft. | Dr. Britt Schumacher Tel.: +49 341 2434-540 britt.schumacher@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 01.04.2019 | 31.10.2021 | 22039818 | Verbundvorhaben: Pfropfenstrom-basierte Hydrolyse-Reaktoren mit flexibler Phasentrennung zur effizienten Substratvorbehandlung anaerober Gärprozesse; Teilvorhaben 1: Prozessentwicklung - Akronym: Hydroflex | Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Pfropfenstrom-basierten Hydrolyseverfahrens, welches mit unterschiedlichen Sauerstoff- und Feststoffgehalten entlang der Reaktorebene gefahren wird, so dass mit der Kopplung von zwei Zirkulationskreisen unterschiedliche hydrolytische Phasen gebildet werden. Diese sollen zu einer vollständigen und effizienten Hydrolyse führen und die Hauptgärung flexibler und robuster machen. Die biotechnologische Hydrolyse soll dabei weitestgehend ohne oder mit nur geringen mechanischen Substratvorbehandlungen auskommen, keine Enzymzusätze oder ähnliches notwendig machen und gleichzeitig für niedrigere Viskositäten im Hauptvergärer sorgen. Die Steuerbarkeit der Vergärung durch das hydrolytisch vorbehandelte Substrat soll sich verbessern und so eine flexible Fahrweise vereinfachen. Damit können Anlagen besser an regionale Stoffkreisläufe angepasst und in übergeordnete Strom- und Wärmekonzepte integriert werden. In einer Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Berlin und den Firmen Fickert+Winterling sowie FWE GmbH soll ein entsprechender modularer Pfropfenstromreaktor entwickelt werden, der durch örtlich variable Dünnschlammrezirkulation gekoppelt mit einem Expertensystem die Hydrolyse steuerbar macht. Damit soll gewährleistet werden, dass unterschiedliche hydrolytische Bakterien in hoher Konzentration akkumulieren können, um eine schnelle und möglichst vollständige Hydrolyse durchzuführen. | Prof. Dr. Peter Neubauer Tel.: +49 30 314-72527 peter.neubauer@tu-berlin.de Technische Universität Berlin - Fakultät III - Prozesswissenschaften - Institut für Biotechnologie - Fachgebiet Bioverfahrenstechnik Ackerstr. 76 ACK24 13355 Berlin | ||
| 01.08.2019 | 31.12.2022 | 22041518 | Verbundvorhaben: StroPellGas-Nachhaltiger Einsatz von Strohpellets zur Biogaserzeugung; Teilvorhaben 1: Charakterisierung der Strohpellets und verfahrenstechnische und ökobilanzielle Bewertungen - Akronym: StroPellGas | Das angestrebte Vorhaben "StroPellGas" soll als Verbundprojekt der HAWK und der Universität Göttingen einen Beitrag leisten zur Erreichung der Ziele des Förderaufrufs "Stärkung der landwirtschaftlichen Rest-und Abfallstoffverwertung für die Biogaserzeugung". Im Vorhaben werden verschiedene Szenarien zur Nutzung von Strohpellets als Biogassubstrat technisch, analytisch, sozioökonomisch und ökologisch betrachtet. Dies soll auch die Entwicklung und Bewertung von Konzepten für die Herstellung und den Transport von Strohpellets umfassen. Zudem wird eine ökobilanzielle Bewertung eingeplant, die u.a. eine Bewertung der Verbesserung der CO2-Bilanz durch die Substitution von Maissilage durch Strohpellets beinhaltet. Durch chemische und physikalische Analysen sowie die Bestimmung des Gasertragspotentials werden die Qualität und Eignung unterschiedlicher Strohpellets als Biogassubstrat bewertet. Auf Basis der entwickelten Szenarien werden in kontinuierlichen Technikumsversuchen die Auswirkungen auf den Biogasprozess untersucht. Dabei werden z.B. Parameter wie die Erhöhung des Trockensubstanzgehalts, der Nährstoffversorgung und der Viskosität berücksichtigt. Mit Versuchen an einer Praxisanlage soll die großtechnische Umsetzbarkeit untersucht und validiert werden. Eine sozioökonomische Bewertung mittels Prozesskostenrechnungen und einer Akzeptanzstudie wird durchgeführt. Durch die Bereitstellung einer Handreichung und eines Kalkulationstools werden Anlagenbetreibern Entscheidungshilfen bereitgestellt. Insbesondere für Betreiber von Bestandsanlagen werden Wege aufgezeigt, die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit ihrer Anlage zu steigern. | Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen Tel.: +49 551 5032-257 achim.loewen@hawk.de Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst-Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen - Fakultät Ressourcenmanagement Göttingen - Fachgebiet Nachhaltige Umwelt- und Energietechnik NEUTec Rudolf-Diesel-Str. 12 37075 Göttingen | ||
| 01.08.2019 | 31.12.2021 | 22041618 | Verbundvorhaben: Effiziente Aufbereitung alternativer Biogassubstrate durch gezielte Kombination von Entstickung, Ammoniakaufschluss und Pelletierung; Teilvorhaben 1: Verfahrenskonzeption und Optimierung für die Maximierung der Biogasausbeute - Akronym: NH3Feed | Sowohl Getreidestroh als auch Wirtschaftsdünger stellen aktuell die größte bisher ungenutzte Ressource an Biomasse dar, welche potenziell in Biogasanlagen genutzt werden könnte. Zusätzlich fallen bei der Ernte und Reinigung von Getreide regional größere Mengen an Spelzen und Getreideausputz an, welche z.T. als günstige Alternative zur Verfügung stünden. Auch Materialien aus der Landschaftspflege werden bisher nicht im großen Maße in Biogasanlagen eingesetzt. Während Wirtschaftsdünger, insbesondere Geflügelmist, eine Überlastung mit Stickstoff im Fermenter bewirken können, liegt die Herausforderung bei den anderen genannten Einsatzstoffen eher im schwierigen Handling und dem begrenzten Abbaugrad. Genau hier setzt das skizzierte Projekt "NH3-Feed" an, indem beide Herausforderungen mit einem kombinierten Verfahren gelöst werden sollen. Verfolgt wird dabei die Verfahrensentwicklung und Demonstration des gezielten Ammoniakaufschlusses von unterschiedlichen lignozellulosehaltigen Reststoffen in Kombination mit mechanischer Zerkleinerung und Pelletierung. Der dafür notwendige Ammoniak wird aus der Entstickung von Wirtschaftsdüngern gewonnen. Damit soll ein praxisnaher Beitrag zur Verbesserung der Einsatzmöglichkeiten sowohl von hoch stickstoffhaltigen Reststoffen (z.B. Geflügelmist) als auch von hoch lignozellulosehaltigen Reststoffen (z.B. Stroh, Spelzen, Ausputz und Landschaftspflege) geleistet werden. | Innerhalb des Projektes konnten die Betriebsbedingungen für eine Ammoniakstrippung abgeleitet werden, um damit landwirtschaftliche Reststoffe zu behandeln. In systematischen Laborversuchen zum Einsatz von Ammoniakgas und Ammoniakwasser für den Aufschluss von Substraten wurden Konzentration, Behandlungsdauer, Partikelgröße und Substratart variiert. Dabei konnte festgestellt werden, dass es zu einer deutlichen pH-Wert-Erhöhung kommt. Diese Erhöhung führt auch zur Freisetzung von gelösten organischen Stoffen (CSB). In durchgeführten Biogas Ertragstests zeigte sich jedoch keine oder nur eine sehr geringe Steigerung des produzierten Methans. In kontinuierlichen Vergärungstests konnte dies bestätigt werden. Die Aufschlusswirkung von Ammoniak ist offensichtlich zu gering. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung konnte daher nur für die Prozesse der Pelletierung durchgeführt werden. Im Ergebnis zeigte sich nur dann eine Wirtschaftlichkeit, wenn die Substrate kostengünstig erworben werden. Die THG-Bilanz weist einen sehr niedrigen Fußabdruck für landwirtschaftliche Reststoffe aus. Optimierungsbedarf besteht generell bezüglich des Methanschlupf bei der Biogaserzeugung und Wandlung im BHKW. | Dipl.-Ing. Björn Schwarz Tel.: +49 351 2553-7745 bjoern.schwarz@ikts.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Winterbergstr. 28 01277 Dresden | X |
| 01.10.2019 | 31.03.2023 | 22041718 | Verbundvorhaben: Entwicklung eines neuartigen biochemischen Verfahrens zur Sulphur-Separation aus Gasen; Teilvorhaben 1: Anlagenbetrieb und begleitende Optimierung - Akronym: BioSuSep | In Zusammenhang mit den derzeit steigenden Rohstoffpreisen und der zukünftigen Rohstoffmarktentwicklung hinsichtlich ressourcensparender Technologien wird die Biogasanlageneffizienz zum exponierten Wirtschaftsfaktor für Betreiber und Investoren. Somit müssen neue Wege zur Optimierung von Biogasanlagen gesucht werden. Dies betrifft neben der Optimierung der Verfahrens-technik zur Gasproduktion vorrangig und insbesondere die Optimierung der Gasentschwefelung einschließlich umweltfreundlicher Filtermaterialien. Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens (BEKOM-Bio-Power) zur optimierten redundanten Abtrennung von Schwefelwasserstoff. Es sollen durch eine externe, die Eigenenergie des Gases nutzen-de, bio-biochemische Anlage laufende Betriebskosten und Betriebsausfallkosten bei Rohgas berührten Anlagenteilen und beim BHKW (Wartung, Ölwechsel) in mehrfacher Höhe eingespart wer-den. Durch die Verfahrensentwicklung soll eine nachhaltige, hochwertige und von Schwefel-wasserstofffrachtschwankungen unabhängige stabile Biogasentschwefelung gesichert und somit einen deutlichen Beitrag zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von Biogasanla-gen geleistet werden. Das Verfahren bildet folglich einen entscheidenden Baustein innerhalb des Maßnahmenkataloges zur Effizienzsteigerung von Biogasanlagen und der Akzeptanz in der Energiemixbranche als sicheren Energiespeicher und Flexpartner. Zugleich würde Biogas unter der Be-völkerung als ein sauberer und zukunftsorientierter Technologieträger mit natürlichem Kreislaufcharakter anerkannt werden. Somit wird das Verfahren auch direkt zur Stabilisierung der Wirtschaftlichkeit von Landwirtschaftsbetrieben beitragen. | Prof. Dr. Uta Breuer Tel.: +49 3631 420-708 uta.breuer@hs-nordhausen.de Hochschule Nordhausen Weinberghof 4 99734 Nordhausen | ||
| 01.07.2019 | 31.12.2022 | 22041818 | Untersuchung der Eignung landwirtschaftlicher Reststoffe zur Flexibilisierung des Biogasprozesses mittels modellgestützter Methoden und Verschneidung der Ergebnisse mit vorhandenen Mengenpotenzialen - Akronym: RestFlex | Im geplanten Vorhaben soll die Eignung von landwirtschaftlichen Reststoffen für die flexible Biogasproduktion mittels modellgestützter Methoden evaluiert werden. Es sollen insbesondere kinetische Daten zum Abbauverhalten verschiedener landwirtschaftlicher Reststoffe erhoben werden, die Aufschluss über die spezifischen Einsatzmöglichkeiten der Reststoffe in der flexiblen Biogasproduktion geben. Anhand der ermittelten kinetischen Daten werden im Rahmen von Simulationsstudien optimale Einsatzszenarien von landwirtschaftlichen Reststoffen zur Flexibilisierung des Biogasprozesses bzw. der Biogasbereitstellung erstellt. Die Daten zum Abbauverhalten werden in eine am DBFZ vorhandenen Ressourcendatenbank integriert, um die zu erwartenden Systembeiträge zu quantifizieren. Durch eine Kombination der erstellten Einsatzszenarien mit vorhandenen Daten zu Mengenpotenzialen werden Handlungsempfehlungen zur zielgerichteten Nutzung und zum gesteigerten Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe im Rahmen einer flexiblen Biogaserzeugung bzw. bedarfsgerechten Stromerzeugung erstellt und Vorzugsregionen in Deutschland benannt. | Dr. Jörg Kretzschmar Tel.: +49 341 2434-419 joerg.kretzschmar@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.08.2019 | 31.01.2023 | 22041918 | Biologische Entschwefelung von Rohbiogas durch Grüne Schwefelbakterien - Akronym: BEGSB | Die Betreiber von Biogasanlagen benötigen für die Verstromung des Rohbiogases ein Gas, das weitgehend frei von Schwefelwasserstoff ist, da ansonsten der Motor durch Korrosion geschädigt oder sogar zerstört wird. Die Entfernung des Schwefelwasserstoffs erfolgt heutzutage nach gängiger Praxis durch Einblasen von Luft in die Gasphase der Biogasanlagen, wodurch die Umsetzung des Schwefelwasserstoffs zu elementarem Schwefel gefördert wird. Dieses Verfahren ist sehr beliebt, da es vordergründig nur sehr geringe Kosten verursacht. Im Anschluss findet extern noch eine zusätzliche Reinigung und Trocknung über Aktivkohle statt, bevor das Gas in den Motor gelangt. Der oben beschriebene Prozess ist schwierig zu kontrollieren und es kommt sehr häufig zur mikrobiellen Oxidation des Schwefels, wobei Schwefelsäure gebildet wird, mit der Folge von massiven Korrosionserscheinungen im Gasraum der Biogasanlage. In diesem Projekt soll ein Verfahren zur nachgeschalteten biologischen Entschwefelung von Rohbiogas entwickelt werden, das als kostengünstige und nachhaltige Alternative zu bisher angewandten Verfahren dienen soll. Die Verwendung anaerober phototropher Bakterien unter niedrigen Lichtintensitäten zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus dem Rohbiogas stellt eine neue und interessante Möglichkeit dar. Diese Bakterien benötigen zum Wachstum ein flüssiges Medium, Licht und Schwefelwasserstoff als Energiequelle sowie Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle. Sie sind anspruchslos und tolerieren auch hohe und schwankende Schwefelwasserstoffgehalte. Ihre Aktivität ist über die Lichtintensität sehr einfach zu steuern. | Dr. rer. nat. Jan Kuever Tel.: +49 421 53708-70 kuever@mpa-bremen.de IWT Stiftung Institut für Werkstofftechnik - Amtliche Materialprüfungsanstalt Bremen - Abt. Mikrobiologie Paul-Feller-Str. 1 28199 Bremen | ||
| 01.10.2019 | 31.03.2023 | 22042018 | Verbundvorhaben: Innovative Rührtechnik in Biogasanlagen zur energieoptimalen Substrateinmischung bei flexibler Fütterung; Teilvorhaben 1: Entwicklung neuer Rührwerksgeometrien und Auslegungsmethodik zur Optimierung der Rühr- und Mischprozesse - Akronym: innoFlex | Rührsysteme in Biogas-Fermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den rund 9.400 aktuell deutschlandweit betriebenen Anlagen wird in der Regel rein empirisch entwickelte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches, bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die deutliche Steigerung des Methanertrages bei gleichzeitiger Senkung des Eigen-Energiebedarfes in Biogas-Fermentern. Zielsysteme sind dabei insbesondere bestehende aber auch neue Anlagen. Bei der Entwicklung einer Post-EEG-Strategie setzen Betreiber bestehender Anlagen zunehmend auf eine Flexibilisierung der Zufütterung. Hierbei werden vermehrt auch anfallende Rest- und Abfallstoffe sowie industrielle Abwässer eingesetzt, um wirtschaftlicher, effizienter und nachhaltiger agieren zu können sowie die Flächenkonkurrenz zu reduzieren. Vor diesem Hintergrund fokussiert sich das Projekt insbesondere auf die effiziente Vergärung stark variierender Substratzusammensetzungen. Erreicht wird dies durch drei Teilziele: Die Entwicklung einer neuen Generation von Rührwerken mit deutlich verbessertem Suspensionsverhalten bei gleichzeitig hohem Axialschub, eine substratabhängige Antriebsregelung in Kombination mit einem Online-Prozessmonitoring sowie eine neue Auslegungsmethodik zur Projektierung neuer und Optimierung bestehender Anlagen. Grundsatzuntersuchungen zum Impulseintrag in scherverdünnende Fluide sowie die Adaption der Tragflächentheorie herkömmlicher newtonscher Fluide auf die Rührwerksgeometrie im viskoplastischen Regime sind Bausteine einer streng algorithmischen Geometrieauslegung. Zur effizienteren und variablen Rührstrategie für den Einsatz bei sich häufig ändernden Substratzusammensetzungen wird eine neuartige Rührwerksregelung unter Einbindung robuster, alltagstauglicher Sensorsysteme entwickelt. | Prof. Dr.-Ing. Hans-Arno Jantzen Tel.: +49 2551 962-743 jantzen@fh-muenster.de FH Münster - Fachbereich Maschinenbau - Labor für Strömungstechnik und Simulation Stegerwaldstr. 39 48565 Steinfurt | ||
| 01.11.2019 | 31.12.2022 | 22042218 | Verbundvorhaben: Landwirtschaftliche Rest- und Abfallstoffverwertung (LaRA) – Lösungsansätze zur technischen Anpassung bestehender Biogasanlagen für die Nutzung faseriger Reststoffe; Teilvorhaben 1: Anlagentechnische Untersuchungen - Akronym: LaRA | Die übergeordnete Zielsetzung des Vorhabens besteht in der Entwicklung von Lösungsansätzen und Anlagenkonzepten zur Schaffung optimaler prozess- und anlagentechnischer Rahmenbedingungen für die Verwertung der faserhaltigen Reststoffkategorien Stroh, Landschaftspflegegras und Festmist in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Die Grundlage der Konzeptentwicklung bilden umfassende Untersuchungen an repräsentativen bundesweit verteilten Praxisanlagen unter Berücksichtigung prozess-, anlagentechnischer und (sozio-) ökonomischer Fragestellungen. Die Untersuchungen beinhalten sowohl detaillierte Datenerhebungen zu den Anlagen und Erfahrungsberichte der Anlagenbetreiber als auch die Erfassung der mit der Substratsubstitution einhergehenden Umstellung ertragsrelevanter Prozessgrößen von den Gaspotentialen über die Rheologie und den Substrataufschluss bis hin zum Verschleißverhalten der Anlagenkomponenten anhand von Laboruntersuchungen und Vorort-Messungen. Basierend auf der generierten Datenbasis werden bestehende Optimierungspotenziale definiert. Aufbauend auf den abgeleiteten Handlungsfeldern werden technische Lösungen zur Erschließung der Potentiale auf der Ebene der Anlagen- und Prozesstechnik innerhalb der Systemgrenze der Biogasanlage als auch im Hinblick vor- und nachgelagerter Wertschöpfungsprozesse, entwickelt. Die Lösungsansätze und Maßnahmen werden anschließend zu anlagen- und standortspezifisch optimierten Anlagenkonzepten zusammengefasst und als Handlungsempfehlung in einer Handreichung für Anlagenbetreiber formuliert. Um einen faktischen Mehrwert für den Anlagenbetreiber darzustellen und den methodischen Ansatz der entwickelten technischen Lösungen und Anlagenkonzepte adäquat zu verwerten, wird ein checklistenbasierter Aufbau der Handlungsempfehlungen in der Handreichung dargestellt. Dies ermöglicht eine betreiberspezifische Definition optimaler Anlagenkonzepte unter Berücksichtigung wertschöpfungsrelevanter Rahmenbedingungen. | Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner Tel.: +49 841 9348-2270 wilfried.zoerner@thi.de Technische Hochschule Ingolstadt - Zentrum für Angewandte Forschung (ZAF) Esplanade 10 85049 Ingolstadt | ||
| 01.07.2020 | 31.12.2023 | 22042518 | Reduktion von Treibhausgasrelevanten Emissionen von Biogasmotoren mit Vorkammerzündung - Akronym: miniCO2MET | Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden Strategien zur "Reduzierung der Methan- und Stickoxid-Emissionen in Biogasmotoren mit optimierten Zündkonzepten" untersucht. Bei Biogasmotoren sind insbesondere die hohen Methan-Emissionen zu nennen, die ein 25-fach höheres Treibhausgas-Potential (GWP) aufweisen und damit dem CO2-Vorteil der Biogasverbrennung entgegen stehen. In diesem Zusammenhang sollen Brennverfahren mit Vorkammerzündung untersucht und entwickelt werden, die ein Treibhausgas-Reduktionspotential gegenüber konventionellen Zündverfahren aufweisen. Das Konzept der Vorkammerzündung für Großgasmotoren mit Leistungen über 5 MW soll auf Biogasmotoren für mittlere BHKW-Anwendungen im landwirtschaftlichen Bereich (~ 0,5 MW) adaptiert werden einschließlich der Vorteile wie Effizienz und geringe Emissionen. Der Einsatz von Vorkammerzündstrategien ist gerade bei schwer entzündlichen Biogasen in Biogasmotoren für BHKW-Anwendungen vorteilhaft, um eine schnelle und vollständige Verbrennung zu begünstigen. Wichtig wird das insbesondere bei schwankenden Gasqualitäten oder Mager-Brennverfahren. Unterstützend sollen Anpassungen an der Brennraumgeometrie vorgenommen werden, die der Flammenausbreitung und Emissionsminimierung dienlich sind. Die Brennraumanpassungen zielen darauf ab eine optimierte Ladungsbewegung im Brennraum zu generieren, die der Entstehung der Methan-Emissionen in kritischen Bereichen (Wand-, Feuerstegbereich) entgegenwirken soll. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich direkt in bestehende Biogasmotoren für BHKW-Anwendungen umsetzen, z.B. durch Umrüstlösungen bestehender Zündanlagen. | Prof. Dr. Friedrich Dinkelacker Tel.: +49 511 762-2418 dinkelacker@itv.uni-hannover.de Leibniz Universität Hannover - Fakultät für Maschinenbau - Institut für Technische Verbrennung An der Universität 1 30823 Garbsen | ||
| 01.05.2019 | 30.04.2022 | 2219NR012 | Verbundvorhaben: Neue Entwicklungswerkzeuge zur Optimierung der Mischregime in Bioreaktoren; Teilvorhaben 3: Systemintegration, Leistungsmanagement und Elektronikdesign autonomer Sensorsysteme - Akronym: NEOBIO | Rührsysteme in Biogasfermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den aktuell deutschlandweit betriebenen ca. 9.000 Anlagen wird in der Regel rein empirisch ausgelegte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Gesamtziel des Projektes ist die Steigerung des Systemwirkungsgrades durch eine Optimierung des Rührprozesses insbesondere an bestehenden Anlagen. Durch eine optimal an den individuellen Substratmix angepasste Rührstrategie kann der Gasertrag bei gleichzeitig reduzierter Antriebsleistung der Rührtechnik signifikant gesteigert werden. Hierzu werden neuartige praxistaugliche Werkzeuge und Verfahren für den direkten Einsatz bei der Auslegung von Rührkonzepten in Biogasfermentern entwickelt. Die komplexen rheologischen Eigenschaften der Fermentersuspensionen werden in großem Umfang charakterisiert. Eine völlig neue, auf drahtloser Signalübertragung aufbauende Messtechnik soll erstmals eine flexible und umfassende, zeitliche und räumliche Online-Datenerhebung der Strömungs- und Durchmischungsvorgänge während des laufenden Betriebes realer Anlagen realisieren und die tatsächlichen Vorgänge in einem bisher nicht möglichen Maße quantifizierbar und systematisch optimierbar machen. Zudem sollen über neu zu entwickelnde numerische Simulationsansätze erstmals bisher an keiner Stelle abgebildete prozessrelevante Einflussfaktoren wie die für den Einmischprozess wesentlichen Turbulenzen in direkter Rührwerksnähe sowie das Verhalten der freien Oberfläche berechenbar werden. Dies ist besonders bei Paddelrührwerken von Bedeutung, die auch Schwimmschichten aufbrechen können. Bei all diesen Untersuchungen werden die komplexen Substrateigenschaften berücksichtigt. So wird die zielgerichtete Optimierung der Rührwerksgeometrie, -anordnung und -steuerung möglich | Im Teilvorhaben Systemintegration Leistungsmanagement und Elektronikdesign autonomer Sensorsysteme wurden die für das Gesamtziel nötigen Elektronikkomponenten entwickelt. Dabei wurden im Hinblick auf ein autonom operierendes Sensorsystem, welches auf drahtloser Funktechnologie basiert, besonderes Augenmerk auf Miniaturisierung, Energieeffizienz und fertigungsgerechtes, störungsunempfindliches Design gelegt. Um eine aktive Tauchfähigkeit der Sensormodule zu gewährleisten, sind ferner elektromechanische Komponenten in das Gesamtkonzept eingeplant worden. Für die Analyse der Substratdurchmischung ist neben der Leitfähigkeitssonde weitere Sensorik für eine genaue Bewegungsverfolgung in die Sensormodule integriert worden. Diese umfasst unter anderem Beschleunigungssensoren für translatorische und rotatorische Bewegungen für inertiale Navigation unter der Substratoberfläche und Ultra-Wide-Band-Funkmodule zur Berechnung von Referenzpositionen mittels Multilateration über der Substratoberfläche. Ergänzt um Algorithmen zur Datenvorverarbeitung auf dem Sensormodul und Datenübertragung aus dem Modul heraus entstand somit im Rahmen dieses Teilvorhabens die Elektronik und Hardware für das autonome Sensorsystem. | Jeannine Budelmann Tel.: +49 2501 9208-440 mail@budelmann-elektronik.com Budelmann Elektronik GmbH Kopenhagener Str. 11 48163 Münster | X |
| 01.01.2020 | 31.12.2022 | 2219NR042 | Verbundvorhaben: Systemdienlicher Ausgleich der jahreszeitlichen Schwankungen des Energiebedarfs durch saisonal flexibilisierte Biogaserzeugung am Praxisbeispiel der Nutzung von Extensiv- und Biotopgrünland; Teilvorhaben 1: Ökologisch-ökonomische Auswirkungen der Saisonalisierung - Akronym: BioSaiFle | Biogasanlagen (BGA) ermöglichen eine bedarfsorientierten Strom- und Wärmeproduktion und können in Ergänzung zu fluktuierenden erneuerbaren Energien (fEE) zur Deckung der Residuallast beitragen und systemdienlich betrieben werden. Die Flexibilität kann dabei in verschiedenen Komponenten der BGA bereitgestellt werden – bei der Gasnutzung im BHKW und bei der Gasproduktion im Fermenter. Bisherige Biogasforschung zielte hauptsächlich auf den kurzfristigen Ausgleich über Tage bzw. Wochen. Die Einspeisung von fEE und auch der Strom- und Wärmebedarf weisen jedoch aufgrund der jahreszeitlichen Witterung ein saisonales Profil auf. Dieses kann von Biogasanlagen bedient werden. Aufgrund der begrenzten Gasspeicherkapazitäten kommt der flexiblen Gaserzeugung jedoch eine besondere Rolle zu. Die Energiespeicherung erfolgt in der dafür geeigneten Biomasse und die Nutzung hochwertiger Silage wird vorrangig in den Winter verschoben. Gleichzeitig wird die Anlagenleistung im Sommer durch eine verminderte Gasproduktion bei der Nutzung eines schwer abbaubaren Substrates reduziert. Vor diesem Hintergrund soll im Forschungsprojekt die Eignung von Schnittgut Extensiv- bzw. Biotopgrünland (z.B. FFH-Mähwiesen) für die saisonale Flexibilisierung (Saisonalisierung) der Bioenergie untersucht werden. In den Sommermonaten soll schwer abbaubares Schnittgut verwertet und für diesen Zweck adäquat aufbereitet werden. In den Wintermonaten soll dann durch die Zufuhr leicht umsetzbarer Substrate die Anlagenleistung wieder gesteigert werden. Zusätzlich zur Saisonalisierung kann durch Gas- und Wärmespeicherkapazitäten eine kurzfristige Bereitstellung von Flexibilität in der Gasnutzung erfolgen. Die Betriebskonzepte werden für verschiedene Landschaften und Naturräume anhand von Beispielen aus Baden-Württemberg und Brandenburg geprüft und ihre Transferpotenziale für andere Bundesländer bestimmt. Dazu wird mit Praxisakteuren, in BW z.B. das LRA Reutlingen, zusammengearbeitet. | Dr. Ludger Eltrop Tel.: +49 711 685-87816 ludger.eltrop@ier.uni-stuttgart.de Universität Stuttgart - Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Heßbrühlstr. 49 a 70565 Stuttgart | ||
| 01.08.2020 | 31.07.2023 | 2219NR043 | Mechanische Aufbereitung faserreicher Nebenprodukte wie Pferdemist, Landschaftspflegegrün und Stroh mithilfe einer hierfür optimierten Kugelmühle für die Flexibilisierung der Biogaserzeugung im landwirtschaftlichen Betrieb - Akronym: Flex-Crash | Im Bereich erneuerbarer Energien nehmen Biogasanlagen heute und zukünftig eine Schlu¨sselrolle in der Energiewende ein. Strom aus Biogas kann anders als Strom aus Photovoltaik- oder Windkraftanlagen flexibel und nach aktuellem Bedarf erzeugt werden. Nachteilig wirkt sich der derzeit hohe Einsatz an Energiepflanzen aus, der zu einer Konkurrenzsituation mit der Erzeugung von Nahrungsmitteln führt. Nebenprodukte der Nahrungserzeugung wie z.B. , Stroh, sowie Landschaftspflegematerial und Pferdemist können aufgrund ihres hohen Lignozelluloseanteils und der daraus resultierenden unvollständigen und langsamen Abbaubarkeit bei üblicher Aufbereitung nicht wirtschaftlich als Gärsubstrat in Biogasanalgen eingesetzt werden. Sie führen zudem zu technischen Problemen im Fermenter. In diesem Kooperationsprojekt soll untersucht werden, ob die genannten faserreichen Substrate durch die Aufbereitung mit der neu entwickelten Kugelmühle vor Zugabe zum Biogasfermenter so aufbereitet werden können, dass sie im Biogasfermenter zu einer erhöhten Biogasausbeute führen, ob sie eine beschleunigte Abbaukinetik zeigen und so letztlich als Futter für den flexiblen Betrieb von Biogasanalgen eingesetzt werden können. Damit kann dann hochwertiges Futter wie Maissilage und Getreideschrot ersetzt werden. In Fluid-Modellierungen und Anpassung der neue entwickelten Kugelmühle, soll deren Leistung und Effizienz verbessert werden. In Versuchen zur Biogasausbeute in Batchfermentern, kontinuierlich betriebenen Laborfermentern und in 2 Praxisanlagen (eine davon die Forschungsbiogasanalge der Universität Hohenheim) soll die Kugelmühle weiter optimiert werden und es wird getestet, welche Effekte durch die Vorbehandlung zu erreichen sind. Es wird untersucht, unter welchen Bedingungen eine flexible Gaserzeugung möglich wird. Die Untersuchungen gehen bis zur wirtschaftlichen Bewertung. | Dr. Hans Oechsner Tel.: +49 711 459-22683 oechsner@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.05.2020 | 30.04.2023 | 2219NR046 | Verbundvorhaben: Automatisierte Rührsysteme in Biogasanlagen – Entwicklung und Erprobung sensorbasierter Rührsysteme in Biogasanlagen zur Steigerung der Effizienz und Prozessstabilität bei einer lastflexiblen und bedarfsgerechten Biogasproduktion; Teilvorhaben 1: KI-basierter Regler - Akronym: Sens-O-Mix | Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Infolge der gegebenen technischen Grenzen des Einsatzes von Rührtechnik zum Mischen hochviskoser Substrate werden viskositätsreduzierende Maßnahmen wie die Substratzerkleinerung und das Prozesswassermanagement in die Entwicklungen des automatischen Anlagenbetriebes implementiert. Voraussetzung für eine vollautomatisierte Prozessführung einer flexiblen Biogaserzeugung ist eine robuste Messtechnik zur Online-Bewertung der zur Fermentation einzusetzenden multifeedstockfähigen Substrate und zur Online-Erfassung von ortsaufgelösten Messgrößen zur Bewertung der fluiddynamischen Zustandsgrößen und des biochemischen Abbauprozesses im Fermenter. Durch Erweiterung der bestehenden Datengrundlage und dem geplanten Einsatz von neu zu entwickelnder bzw. anzupassender Messtechnik zur sensorbasierten ortsaufgelösten Prozessbewertung des Misch- und Fermentationsprozesses sollen bestehende funktionale Zusammenhänge zwischen Substrateigenschaften, Mischprozess und Biogasgewinnung qualifiziert und darauf aufbauend ein praxistauglicher Regler auf Basis des Maschinellen Lernens entwickelt und an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim getestet werden. Zielstellung ist es, das Verfahren zur Biogaserzeugung einschließlich der Prozessautomatisierung so zu optimieren und weiterzuentwickeln, dass stündlich wechselnden Anforderungen bezüglich der Biogasmenge entsprochen werden kann. | Dipl.-Ing. André Wufka Tel.: +49 351 2553-7790 andre.wufka@ikts.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Winterbergstr. 28 01277 Dresden | ||
| 01.06.2020 | 31.05.2023 | 2219NR049 | Verbundvorhaben: Nutzung von Synergieeffekten bei der Co-Fermentation für die Flexibilisierung von Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Nachweis von Synergieeffekten im Labormaßstab, Entwicklung eines Prozessmodells, Optimierung der Co-Substrat-Mischungen - Akronym: SynFlex | Gesamtziel des Projektes ist es, zu untersuchen, inwieweit die Synergieeffekte, die bei der Co-Fermentation von Substraten auftreten, für die Flexibilisierung von Biogasanlagen genutzt werden können. Hierfür wird die Wirkung von Substratmischungen mit verschiedenen Substraten und Mischverhältnissen auf die Biogasproduktion, den Methananteil und die Reaktionskinetik untersucht. Die Ergebnisse werden für die Validierung der im Prozessmodell einer Biogasanlage dargestellten Synergieeffekte angewandt. Das Prozessmodell dient daraufhin zur Optimierung der Co-Substratmischungen, wobei die Synergieeffekte maximiert werden sollen. Des Weiteren wird über die Simulation verschiedener Betriebskonzepte geprüft, inwieweit die optimierten Co-Substratmischungen die Flexibilität einer Biogasanlage erhöhen können. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt darin, die beobachteten Synergieeffekte der Substratmischungen mit dem Prozessmodell zuverlässig vorhersagen zu können, um damit die flexible, bedarfsorientierte Fütterung von Biogasanlagen zu optimieren. Das Projekt soll damit zum einen zur nachhaltigen Produktion von Biogas beitragen. Zum anderen soll die zukünftige Integration der Biogasproduktion als regelbare erneuerbare Energiequelle zur Abdeckung der Residuallast gefördert werden. | Prof. Dr. rer. nat. Sven Steinigeweg Tel.: +49 4921 807 1513 sven.steinigeweg@hs-emden-leer.de Hochschule Emden/Leer Constantiaplatz 4 26723 Emden | ||
| 01.08.2020 | 31.03.2023 | 2219NR052 | Verbundvorhaben: Weiterentwicklung eines modellbasierten Prognosetools für die flexible Biogaserzeugung in großtechnischen Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Experimentelle Untersuchungen zum dynamischen Verhalten verschiedener Substrate und Definition von Mindestanforderungen an Prozess-, Mess- und Leittechnik - Akronym: FlexiMod | Das Vorhaben dient der Weiterentwicklung eines modellbasierten Prognosetools für die flexible Biogaserzeugung in großtechnischen Biogasanlagen. Zur Vorhersage der dynamischen Gasproduktionsrate soll ein vorhandenes empirisches Reaktionsmodell verwendet werden. In Abgrenzung zu bisherigen Entwicklungen soll das Prognosetool explizit in der großtechnischen Anlagenpraxis einfach anwendbar sein. Dies setzt voraus, dass es die Anforderungen an eine Prognosegenauigkeit der Biogaserzeugung für eine flexible Biogaserzeugung erfüllt. Die Basis dafür bilden die in der Praxis typischerweise verfügbaren Daten, Anlagenkonfigurationen und flexiblen Betriebsweisen von großtechnischen Biogasanlagen. Für die Weiterentwicklung des Prognosetools werden im Vorhaben die kinetischen Parameter der in einer Praxisanlage verfütterten Substrate mit Hilfe hochaufgelöster batch-Versuche bestimmt. Dabei wird u.a. der Einfluss der sich ändernder Fermenterbiologie bei Umstellung der Anlagenfütterung auf die Kinetik der Biogasbildung untersucht. Auf Basis der realen Fütterungsdaten der Praxisanlage werden die dynamischen Gasproduktionsraten im flexiblen Anlagenbetrieb simuliert. Durch Anwendung verschiedener Modellstrukturen (1- oder 2-Fraktionen) und Methoden zur Bestimmung der kinetischen Parameter (Laboranalysen und/oder mathematische Optimierungsverfahren) wird der Modellansatz im Hinblick auf das Vorhabensziel weiterentwickelt und getestet. Im Ergebnis wird ein Prognosetool zur flexiblen Biogaserzeugung in großtechnischen Biogasanlagen entwickelt, basierend auf einer für diesen Anwendungsfall besonders geeigneten Modellstruktur und besonders geeigneten Bestimmungsmethoden der kinetischen Modellparameter. Um den typischen Herausforderungen der Datenbereitstellung aus großtechnischen Biogasanlagen für das zu entwickelnde Prognosetool zu begegnen, werden darüber hinaus Lösungsansätze entwickelt, die eine ausreichende Datengrundlage bei vertretbarem Aufwand sicherstellen. | Prof. Dr. Michael Nelles Tel.: +49 381 489-3400 michael.nelles@uni-rostock.de Universität Rostock - Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät - Institut für Umweltingenieurwesen - Professur Abfall- und Stoffstromwirtschaft Justus-v.-Liebig-Weg 6 18059 Rostock | ||
| 01.01.2020 | 31.12.2022 | 2219NR054 | Automatische Überwachung der Prozessstabilität in Biogasreaktoren mittels CO2-Partialdruck innerhalb der Reaktorflüssigkeit - Akronym: pCO2_stabil | Die Stabilität des anaeroben Abbaus der organischen Substanz ist eine Voraussetzung für einen effizienten und wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen. Mit fortschreitender Flexibilisierung der Biogaserzeugung wird durch die ungleichmäßige Substratzufuhr der Bedarf an einer zeitnahen Kenntnis der biologischen Prozessstabilität weiter zunehmen. Dabei soll die verwendete Messmethodik hohe Anforderungen an Robustheit, Kosten, Aussagekraft, Übertragbarkeit und eine Echtzeiterfassung erfüllen und soll kostengünstig für die breite Biogaspraxis umsetzbar sein. Aus langjährigen Anwendungen der Messung von CO2-Partialdruck (pCO2) in der Reaktorflüssigkeit in der Arbeitsgruppe des Antragstellers wurde eine neue Messmethodik zur Überwachung der Prozessstabilität entwickelt. Die direkte Messung von CO2-Partialdruck im flüssigen Fermenterinhalt erlaubt eine störungsfreie Beurteilung der Prozessstabilität ohne Entnahmen des Reaktorinhaltes. Das Vorhaben soll diesen Messansatz umfassend überprüfen und Kennzahlen für einen biologisch stabilen Betrieb von Biogasanlagen erarbeiten. Das Vorhaben verfolgt mit weiterführenden Arbeiten folgende Ziele: (1) Überprüfung der Zusammenhänge zwischen pCO2 und FOS/TAC, Säurespektrum, etc. unter mesophilen und thermophilen Bedingungen, (2) Anwendung in Langzeit-Praxistests insbesondere in flexibel geführten Biogasanlagen, (3) Vergleich der marktüblichen pCO2-Messsysteme hinsichtlich ihrer Eignung für die Praxis-Messumgebung, (4) Wirtschaftlichkeitsbeurteilung und (5) Anpassung für einen breiten Praxiseinsatz und zur online Überwachung der Prozessstabilität sowie (6) Erarbeitung von pCO2-Grenzwerten, die zur Anlagenüberwachung und einer automatisierten Substratzufuhr verwendet werden können. Im Rahmen des Vorhabens soll das Messsystem einen Technologiereifegrad 8 erreichen, wobei die Weiterentwicklung in ein eigenständiges an die Erfordernisse einer Biogasanlage abgestimmtes Produkt als schnell umsetzbar gilt. | Prof. Dr. Marian Kazda Tel.: +49 731 50-23300 marian.kazda@uni-ulm.de Universität Ulm - Fakultät für Naturwissenschaften - Institut für Systematische Botanik und Ökologie (Biologie V) Albert-Einstein-Allee 11 89081 Ulm | ||
| 01.08.2019 | 31.12.2022 | 2219NR075 | Verbundvorhaben: StroPellGas-Nachhaltiger Einsatz von Strohpellets zur Biogaserzeugung; Teilvorhaben 2: Sozioökonomische Bewertungen - Akronym: StroPellGas | Das angestrebte Vorhaben "StroPellGas" soll als Verbundprojekt der HAWK und der Universität Göttingen einen Beitrag zur Erreichung der Ziele des Förderaufrufs "Stärkung der landwirtschaftlichen Rest- und Abfallstoffverwertung für die Biogaserzeugung" leisten. Im Vorhaben werden verschiedene Szenarien zur Nutzung von Strohpellets als Biogassubstrat technisch, analytisch, sozioökonomisch und ökologisch betrachtet. Dies soll auch die Entwicklung und Bewertung von Konzepten für die Herstellung und den Transport von Strohpellets umfassen. Zudem wird eine ökobilanzielle Bewertung eingeplant, die u.a. eine Bewertung der Verbesserung der CO2-Bilanz durch die Substitution von Maissilage durch Strohpellets beinhaltet. Durch chemische und physikalische Analysen sowie die Bestimmung des Gasertragspotentials werden die Qualität und Eignung unterschiedlicher Strohpellets als Biogassubstrat bewertet. Auf Basis der entwickelten Szenarien werden in kontinuierlichen Technikumsversuchen die Auswirkungen auf den Biogasprozess untersucht. Dabei werden z.B. Parameter wie die Erhöhung des Trockensubstanzgehalts, der Nährstoffversorgung und der Viskosität berücksichtigt. Mit Versuchen an einer Praxisanlage soll die großtechnische Umsetzbarkeit untersucht und validiert werden. Eine sozioökonomische Bewertung mittels Prozesskostenrechnungen und einer Akzeptanzstudie wird durchgeführt. Durch die Bereitstellung einer Handreichung und eines Kalkulationstools werden Anlagenbetreibern Entscheidungshilfen bereitgestellt. Insbesondere für Betreiber von Bestandsanlagen werden Wege aufgezeigt, die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit ihrer Anlage zu steigern. | Dr. Christian Schaper Tel.: +49 551 24846 christian.schaper@agr.uni-goettingen.de Georg-August-Universität Göttingen - Fakultät für Agrarwissenschaften - Department für Agrarökonomie und Rurale Entwicklung - Betriebswirtschaftslehre des Agribusiness Platz der Göttinger Sieben 5 37073 Göttingen | ||
| 01.12.2019 | 28.02.2021 | 2219NR100 | Integrated Cycles for Urban Biomass (ICU): Optimierung von Biomasseströmen und -verwertungswegen in urbanen Wohngebäuden mit dem Ziel einer CO2-neutralen Stadt - Akronym: ICU | Um der fortschreitenden globalen Erwärmung erfolgreich entgegenwirken zu können, ist es zwingend notwendig, eine CO2-neutrale Gesellschaft basierend auf nachhaltigen Wertschöpfungskreisläufen zu etablieren. Allerdings fehlen derzeit noch CO2-neutrale Konzepte für die Versorgung mit Lebensmitteln und Entsorgung bzw. Nutzung der biogenen Reststoffe. Ein Ansatz dafür wäre es, die in Gebäuden anfallende Biomasse zu recyceln und die Produktion der Lebensmittel wenigstens teilweise direkt in die Stadt und die Gebäude zu integrieren. Dabei werden die von Menschen generierten biogenen Reststoffe im "Technikum" des Hauses anaerob durch eine Biogasanlage zu Methan und CO2 abgebaut. Methan wiederum kann in einem hausinternen Blockheizkraft zur Bereitstellung von Strom und Wärme genutzt werden. Der verbleibende Gärrest wird als Nährstofflieferant verwendet, um auf Häuserdächern oder hausinternen Gewächshäusern Obst und Gemüse anzubauen. Um beim Anbau der Pflanzen möglichst große Erträge zu erreichen, könnten die Pflanzen direkt in Nährlösungen angebaut werden (hydroponische Kultur). Allerdings muss bei dieser Prozessführung getestet werden, ob sich im Gärrest enthaltene Verbindungen hemmend auf das Pflanzenwachstum auswirken und ob Ammonium und andere (organische) Nährstoffverbindungen für die Pflanzen nutzbar sind oder erst durch Mikroorganismen (an den Wurzeln) umgewandelt werden müssen. Der Vorteil dieses lokalen Biomasserecyclings ist, dass die vorhandenen Biomasseströme optimal genutzt. Voraussetzung um diese Vision umzusetzen, ist die vorherige Evaluierung der wirtschaftlichen, energetischen, stofflichen, technischen, juristischen und hygienischen Aspekte des Konzepts und die Abschätzung möglicher Potentiale. Diese soll im Rahmen der hier beantragten Machbarkeitsstudie durchgeführt werden. | Die Berechnungen zeigen, dass eine Wohnanlage mit 100 Personen mit dem produzierten Bioabfall 21% ihres jährlichen Stromverbrauchs decken kann. Der Stickstoff (N) in den flüssigen Fermentationsrückständen ermöglicht die Produktion von bis zu 6,3 t frischer Salatmasse pro Jahr in einem 70 m² großen professionellen Hydroponik-Produktionsbereich. Die Menge an Salat reicht aus, um vier Personen für ein Jahr zu ernähren. Aufgrund des verringerten Transports von Bioabfällen, der Eigenproduktion von Lebensmitteln und Düngemitteln werden im Vergleich zu einem herkömmlichen Gebäude 6,468 kg CO2-Äquivalent (CO2-Äq.) pro Jahr gespart. Die Machbarkeitsstudie zeigt jedoch auch, dass die Umsetzung rentabler wird, je mehr Menschen in dem Gebäudekomplex wohnen. Noch besser wäre eine Quartierslösung bei der mehrere Gebäudeeinheiten integriert werden. Für die Zukunft wird es unerlässlich sein ein Prototyp zu erstellen, um zu zeigen, dass auch die praktische Umsetzung funktioniert. Weitere Herausforderungen für die praktische Umsetzung werden die juristischen Paragraphen, wie die BioAbV und die DüMV, sein. Insgesamt bringt uns die Umsetzung dieses Konzepts einer nachhaltigen CO2-neutralen Gesellschaft einen Schritt näher und verringert gleichzeitig die Nachfrage nach Land. | Dr.-Ing. Robert Heyer Tel.: +49 391 6757069 robert.heyer@ovgu.de Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg - Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik - Institut für Verfahrenstechnik Universitätsplatz 2 39106 Magdeburg | X |
| 01.08.2019 | 31.12.2022 | 2219NR101 | Verbundvorhaben: StroPellGas-Nachhaltiger Einsatz von Strohpellets zur Biogaserzeugung; Teilvorhaben 3: Praxisversuche - Akronym: StroPellGas | Das angestrebte Vorhaben "StroPellGas" soll als Verbundprojekt der HAWK und der Universität Göttingen einen Beitrag leisten zur Erreichung der Ziele des Förderaufrufs "Stärkung der landwirtschaftlichen Rest-und Abfallstoffverwertung für die Biogaserzeugung". Im Vorhaben werden verschiedene Szenarien zur Nutzung von Strohpellets als Biogassubstrat technisch, analytisch, sozioökonomisch und ökologisch betrachtet. Dies soll auch die Entwicklung und Bewertung von Konzepten für die Herstellung und den Transport von Strohpellets umfassen. Zudem wird eine ökobilanzielle Bewertung eingeplant, die u.a. eine Bewertung der Verbesserung der CO2-Bilanz durch die Substitution von Maissilage durch Strohpellets beinhaltet. Durch chemische und physikalische Analysen sowie die Bestimmung des Gasertragspotentials werden die Qualität und Eignung unterschiedlicher Strohpellets als Biogassubstrat bewertet. Auf Basis der entwickelten Szenarien werden in kontinuierlichen Technikumsversuchen die Auswirkungen auf den Biogasprozess untersucht. Dabei werden z.B. Parameter wie die Erhöhung des Trockensubstanzgehalts, der Nährstoffversorgung und der Viskosität berücksichtigt. Mit Versuchen an einer Praxisanlage soll die großtechnische Umsetzbarkeit untersucht und validiert werden. Eine sozioökonomische Bewertung mittels Prozesskostenrechnungen und einer Akzeptanzstudie wird durchgeführt. Durch die Bereitstellung einer Handreichung und eines Kalkulationstools werden Anlagenbetreibern Entscheidungshilfen bereitgestellt. Insbesondere für Betreiber von Bestandsanlagen werden Wege aufgezeigt, die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit ihrer Anlage zu steigern. | Dr. Dirk Augustin Tel.: +49 551 39-24209 dirk.augustin@zvw.uni-goettingen.de Georg-August-Universität Göttingen - Abteilung Eigenbetriebe Carl-Sprengel-Weg 1 37075 Göttingen | ||
| 01.10.2019 | 31.03.2023 | 2219NR118 | Verbundvorhaben: Entwicklung eines neuartigen biochemischen Verfahrens zur Sulphur-Separation aus Gasen; Teilvorhaben 2: Kultivierungsverfahren und analytische Begleitung - Akronym: BioSuSep | Im Zusammenhang mit den derzeit steigenden Rohstoffpreisen und der zukünftigen Rohstoffmarktentwicklung hinsichtlich ressourcensparender Technologien wird die Biogasanlageneffizienz zum exponierten Wirtschaftsfaktor für Betreiber und Investoren. Somit müssen neue Wege zur Optimierung von Biogasanlagen gesucht werden. Dies betrifft neben der Optimierung der Verfahrenstechnik zur Gasproduktion vorrangig und insbesondere die Optimierung der Gasentschwefelung einschließlich umweltfreundlicher Filtermaterialien. Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens (BEKOM-Bio-Power) zur optimierten redundanten Abtrennung von Schwefelwasserstoff. Es sollen durch eine externe, die Eigenenergie des Gases nutzen-de, bio-biochemische Anlage laufende Betriebskosten und Betriebsausfallkosten bei Rohgas berührten Anlagenteilen und beim BHKW (Wartung, Ölwechsel) in mehrfacher Höhe eingespart werden. Durch die Verfahrensentwicklung soll eine nachhaltige, hochwertige und von Schwefelwasserstoff-frachtschwankungen unabhängige stabile Biogasentschwefelung gesichert und somit einen deutlichen Beitrag zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von Biogasanlagen geleistet werden. Das Verfahren bildet folglich einen entscheidenden Baustein innerhalb des Maßnahmenkataloges zur Effizienzsteigerung von Biogasanlagen und der Akzeptanz in der Energiemixbranche als sicheren Energiespeicher und Flexpartner. Zugleich würde Biogas unter der Bevölkerung als ein sauberer und zukunftsorientierter Technologieträger mit natürlichem Kreislaufcharakter anerkannt werden. Somit wird das Verfahren auch direkt zur Stabilisierung der Wirtschaftlichkeit von Landwirtschaftsbetrieben beitragen. | Bachelor Engineering Nicole Bäger Tel.: +49 3631 656-964 baeger-btn-gmbh@t-online.de BTN Biotechnologie Nordhausen GmbH Kommunikationsweg 11 99734 Nordhausen | ||
| 01.10.2019 | 31.03.2023 | 2219NR119 | Verbundvorhaben: Entwicklung eines neuartigen biochemischen Verfahrens zur Sulphur-Separation aus Gasen; Teilvorhaben 3: Technische Entwicklung - Akronym: BioSuSep | In Zusammenhang mit den derzeit steigenden Rohstoffpreisen und der zukünftigen Rohstoffmarktentwicklung hinsichtlich ressourcensparender Technologien wird die Biogasanlageneffizienz zum exponierten Wirtschaftsfaktor für Betreiber und Investoren. Somit müssen neue Wege zur Optimierung von Biogasanlagen gesucht werden. Dies betrifft neben der Optimierung der Verfahrenstechnik zur Gasproduktion vorrangig und insbesondere die Optimierung der Gasentschwefelung einschließlich umweltfreundlicher Filtermaterialien. Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens (BEKOM-Bio-Power) zur optimierten redundanten Abtrennung von Schwefelwasserstoff. Es sollen durch eine externe, die Eigenenergie des Gases nutzende, bio-biochemische Anlage laufende Betriebskosten und Betriebsausfallkosten bei Rohgas berührten Anlagenteilen und beim BHKW (Wartung, Ölwechsel) in mehrfacher Höhe eingespart werden. Durch die Verfahrensentwicklung soll eine nachhaltige, hochwertige und von Schwefelwasserstofffrachtschwankungen unabhängige stabile Biogasentschwefelung gesichert und somit ein deutlicher Beitrag zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von Biogasanlagen geleistet werden. Das Verfahren bildet folglich einen entscheidenden Baustein innerhalb des Maßnahmenkataloges zur Effizienzsteigerung von Biogasanlagen und der Akzeptanz in der Energiemixbranche als sicheren Energiespeicher und Flexpartner. Zugleich würde Biogas unter der Bevölkerung als ein sauberer und zukunftsorientierter Technologieträger mit natürlichem Kreislaufcharakter anerkannt werden. Somit wird das Verfahren auch direkt zur Stabilisierung der Wirtschaftlichkeit von Landwirtschaftsbetrieben beitragen. | Herbert Zölsmann Tel.: +49 365 8305898 h.zoelsmann@ugn-umwelttechnik.de UGN - Umwelttechnik GmbH Gewerbepark Keplerstr. 20 07549 Gera | ||
| 01.08.2019 | 31.12.2021 | 2219NR123 | Verbundvorhaben: Effiziente Aufbereitung alternativer Biogassubstrate durch gezielte Kombination von Entstickung, Ammoniakaufschluss und Pelletierung; Teilvohaben 2: Technische Entwicklung und praxisnahe Erprobung für die kombinierte Ammoniakbehandlung und Pelletierung - Akronym: NH3-Feed | Sowohl Getreidestroh als auch Wirtschaftsdünger stellen aktuell die größte bisher ungenutzte Ressource an Biomasse dar, welche potenziell in Biogasanlagen genutzt werden könnte. Zusätzlich fallen bei der Ernte und Reinigung von Getreide regional größere Mengen an Spelzen und Getreideausputz an, welche z.T. als günstige Alternative zur Verfügung stünden. Auch Materialien aus der Landschaftspflege werden bisher nicht im großen Maße in Biogasanlagen eingesetzt. Während Wirtschaftsdünger, insbesondere Geflügelmist, eine Überlastung mit Stickstoff im Fermenter bewirken können, liegt die Herausforderung bei den anderen genannten Einsatzstoffen eher im schwierigen Handling und dem begrenzten Abbaugrad. Genau hier setzt das skizzierte Projekt "NH3-Feed" an, indem beide Herausforderungen mit einem kombinierten Verfahren gelöst werden sollen. Verfolgt wird dabei die Verfahrensentwicklung und Demonstration des gezielten Ammoniakaufschlusses von unterschiedlichen lignozellulosehaltigen Reststoffen in Kombination mit mechanischer Zerkleinerung und Pelletierung. Der dafür notwendige Ammoniak wird aus der Entstickung von Wirtschaftsdüngern gewonnen. Damit soll ein praxisnaher Beitrag zur Verbesserung der Einsatzmöglichkeiten sowohl von hoch stickstoffhaltigen Reststoffen (z.B. Geflügelmist) als auch von hoch lignozellulosehaltigen Reststoffen (z.B. Stroh, Spelzen, Ausputz und Landschaftspflege) geleistet werden. | Innerhalb des Projektes konnten 6 verschiedene grundlegende Behandlungsstrategien in einem praktischen Maßstab konzipiert und realisiert werden. Dazu zählten die Behandlung mit Ammoniakwasser oder Ammoniakgas in Folie umwickelten Ballen, die Behandlung mit Ammoniakwasser oder Ammoniakgas von Schüttgütern im abgedichteten IBC sowie der simultane Einsatz von Ammoniakwasser oder Ammoniakgas während der Pelletierung. Mit diesen Behandlungslinien wurden ca. 40 Ballen verschiedener Substrate behandelt und pelletiert. Zusätzlich fanden noch orientierende Versuche zur Pelletierung mit verschiedenen Substraten und Matrizen statt. Trotz erheblicher Anstrengungen im Bereich der Abluftentfernung und Wäsche sowie verschiedener sicherheitsrelevanter Ergänzungen musste festgestellt werden, dass sowohl aus den mehrfach umwickelten Folien Ballen als auch aus der Pelletieranlage größere Mengen an Ammoniak frei werden. Dies führte zum einen zu niedrigen Aufschlusseffekten und zum anderen zu einer größeren Belastung von Mitarbeitern und Umwelt. Insgesamt konnten die erhofften Effizienzsteigerung durch den Ammoniakeinsatz nicht realisiert werden. Kostenseitig bleibt die Aufbereitung mittels Pelletierung eine Nischenanwendung für sehr preisgünstige Einsatzstoffe. | Dipl.-Geoökologe Jelto Papendieck Tel.: +49 5505 9407-512 jp@agro-trading.de ATS - Agro Trading & Solutions GmbH Zementfabrik 4 37181 Hardegsen | X |
| 01.09.2020 | 31.08.2021 | 2219NR130 | Verbundvorhaben: De-Methanisierung von Flüssigmist - Intelligente Energieversorgung im ländlichen Raum durch flexible Energiebereitstellung mit Güllekleinanlagen; Teilvorhaben 1: Koordination, technische Grundlagen und Umweltwirkung - Akronym: DEMETHA | Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung hochgradig standardisierter Güllekleinanlagen für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 150 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen beruhen auf dem Konzept der Hohenheimer zweistufigen Güllevergärung, bestehend aus einem Rührkessel- und einem Festbettreaktor mit einer Rückführung nicht abgebauter Faserstoffe zwischen den beiden Prozessstufen. Diese standardisierten Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Diese Anlagen können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen. Die Integration eines Festbettreaktors in das Gesamtkonzept ermöglicht durch dessen hohe Prozessstabilität und Lastflexibilität eine Biogasproduktion, die jederzeit exakt dem Bedarf angepasst werden kann. Zudem soll das BHKW der Anlagen auf eine durchschnittliche Laufzeit von ca. 14 Stunden je Tag ausgelegt werden, so dass Strom und Wärme zu den Bedarfszeiten produziert werden kann. Gleichzeitig werden die Treibhausgasemissionen aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung erheblich gesenkt und sowohl Geruchs- als auch Ammoniakemissionen durch die Ausbringung der Gärreste im Vergleich zur Ausbringung von Flüssigmist erheblich reduziert. Neben der ausschließlichen Verwertung von Flüssigmist soll in einer ergänzenden Variante die zusätzliche Nutzung von Festmist aus Kalbungs- und Kälberbereich sowie die Verwertung von Futterresten und Siloabraum unter wirtschaftlichen und technischen Aspekten ergänzend untersucht werden. | PD. Dr. Andreas Lemmer Tel.: +49 711 459-22684 andreas.lemmer@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | X | |
| 01.04.2020 | 31.07.2021 | 2219NR134 | Verbundvorhaben: Bedarfsgerechte Speicherung fluktuierender erneuerbarer (Wind-) Energie durch Integration der Biologischen Methanisierung im Rieselbettverfahren; Teilvorhaben 1: Konzeptionierung, Modifizierung und scale up des Rieselbettverfahrens am Beispiel der BMA-Schuby und BGA-Nordhackstedt - Akronym: WeMetBio | Gesamtziel des Vorhabens ist die Integration einer innovativen Pilotanlage zur Biomethanisierung in den Energieverbund von Biogas- bzw. Biomethananlagen, Windkraftanlagen und Methaneinspeisung ins Erdgasnetz. Die Durchführbarkeitsstudie dient der Ermittlung von effizienten und wirtschaftlichen Konzepten, der Entscheidungsfindung und der Einbindung an den ausgewählten Projekt-Standorten Schuby und Nordhackstedt (Schleswig-Holstein). Für das Gelingen der Energiewende stellt die Systemintegration und Kopplung der verschieden erneuerbaren Energiequellen, inklusive deren Speicherung und Transport, eine entscheidende Herausforderung dar. Gleichzeitig stehen sowohl Biogas- als auch Windkraftanlagenbetreiber vor der Herausforderung, wirtschaftliche Post-EEG Konzepte für Bestandsanlagen zu entwickeln. Bedingt durch die geografische Lage und die günstigen Rahmenbedingungen ist im WeMetBio-Projekt eine Durchführbarkeitsstudie geplant, die die Sektorenkopplung von Windkraftanlagen mit fluktuierenden Stromabgaben und Biogas-/Biomethananlagen in Hinblick auf die Umsetzbarkeit der Technologie und die Übertragbarkeit in effiziente und wirtschaftliche Maßstäbe für den ländlichen Raum anstrebt. Praxispartner sind die Biomethananlage Schuby und die Biogasanlage der Nissen Biogas GmbH & Co. KG. Für die Biomethanisierung stehen verschiedene CO2–Quellen zur Verfügung. Der Reaktionspartner H2 soll mittels elektrischer Energie des Windparks Nordhackstedt-Ost durch Elektrolyse gewonnen werden. Für die Realisierung soll ein Rieselbettreaktor im Pilotmaßstab vor Ort errichtet und in den Anlagenbestand integriert werden. Entscheidende Vorteile dieses patentierten Verfahrens sind die hohe Methankonzentration bei zugleich geringem Energieeinsatz, die Prozessstabilität und die bedarfsgerechte minutengenaue Steuerbarkeit des Betriebes. Nach virtueller Durchleitung im Erdgasnetz kann die effizientere Nutzung zur Verstromung, als Wärmequelle, al chemischer Grundstoff oder als Treibstoff erfolgen. | Die wissenschaftlich-technischen Ergebnisse des Vorhabens werden im Schlussbericht in Kapitel 1 zusammengefasst und sind in Kapitel 5 ausführlich beschrieben. Hervorzuheben ist, dass im Ergebnis der kleintechnischen Versuche noch einmal deutlich die Leistungsfähigkeit des Verfahrens angehoben werden konnte (siehe auch Kapitel 5.4). Somit liegen jetzt Erkenntnisse und belastbare prozessstabile Kennwerte für die Biomethanisierung unter Einsatz von Biogas als CO2 Quelle und unter Einsatz von methanogenen Mischkulturen ohne spezielles Nährmedium vor. Die energetische Bilanzierung (Wärme und Gas) erlaubt die Darstellung der CO2-Bindung und somit Minderung (Kapitel 5.5 und 5.6). Neben dieser technischen und ökologischen Analyse erfolgte eine wirtschaftliche Betrachtung (Kapitel 5.7). Unter Berücksichtigung der aktuellen Randbedingungen und auch zukünftiger umweltpolitischer aber auch marktorientierter Szenarien und Einflussfaktoren konnte eine Wirtschaftlichkeit dargestellt werden. Interessante Begleitergebnisse, die bereits für den Betrieb einer Pilot-/Praxisanlage hochinteressant sind ist die Bilanzierung des nutzbaren Wärmestromes (Wärmeauskopplung), der Feststellung eines geringen Eigenenergiebedarfes, die Anwendbarkeit des am Standort verfügbaren Biogasanlagenablaufes als kostenfreies Nährmedium und die Erkenntnis des unproblematischen Lastwechselverhaltens (Kapitel 5.4). Als negative Erfahrungen zeigte sich im Rahmen der Recherche die Nachvollziehbarkeit bisheriger Studien und Verfahrensberichte. Die unterschiedliche und z.T. intransparente Berechnungsmethodik und Darstellung von Kostenannahmen aber auch die Darstellung von technischen Verfahren und prozessbeschreibenden Ergebnissen stellte sich als sehr problematisch heraus (Kapitel 3.4). Dies erschwerte die Bewertung und führt zu einer eingeschränkten Vergleichbarkeit der Ergebnisse. | Dr.-Ing. Marko Burkhardt Tel.: +49 355 69-4328 burkhardt@b-tu.de Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg - Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften - Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik - AG Aufbereitungstechnik und Bioenergie Siemens-Halske-Ring 8 03046 Cottbus | X |
| 01.10.2019 | 30.09.2022 | 2219NR137 | Verbundvorhaben: Innovative Rührtechnik in Biogasanlagen zur energieoptimalen Substrateinmischung bei flexibler Fütterung; Teilvorhaben 2: Auswahl und Entwicklung alltagstauglicher Strömungssensortechnik zur Regelung von Rühr- und Mischprozessen - Akronym: innoFlex | Rührsysteme in Biogas-Fermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den rund 9.400 aktuell deutschlandweit betriebenen Anlagen wird in der Regel rein empirisch entwickelte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches, bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die deutliche Steigerung des Methanertrages bei gleichzeitiger Senkung des Eigen-Energiebedarfes in Biogas-Fermentern. Zielsysteme sind dabei insbesondere bestehende aber auch neue Anlagen. Bei der Entwicklung einer Post-EEG-Strategie setzen Betreiber bestehender Anlagen zunehmend auf eine Flexibilisierung der Zufütterung. Hierbei werden vermehrt auch anfallende Rest- und Abfallstoffe sowie industrielle Abwässer eingesetzt, um wirtschaftlicher, effizienter und nachhaltiger agieren zu können sowie die Flächenkonkurrenz zu reduzieren. Vor diesem Hintergrund fokussiert sich das Projekt insbesondere auf die effiziente Vergärung stark variierender Substratzusammensetzungen. Erreicht wird dies durch drei Teilziele: Die Entwicklung einer neuen Generation von Rührwerken mit deutlich verbessertem Suspensionsverhalten bei gleichzeitig hohem Axialschub, eine substratabhängige Antriebsregelung in Kombination mit einem Online-Prozessmonitoring sowie eine neue Auslegungsmethodik zur Projektierung neuer und Optimierung bestehender Anlagen. Grundsatzuntersuchungen zum Impulseintrag in scherverdünnende Fluide sowie die Adaption der Tragflächentheorie herkömmlicher newtonscher Fluide auf die Rührwerksgeometrie im viskoplastischen Regime sind Bausteine einer streng algorithmischen Geometrieauslegung. Zur effizienteren und variablen Rührstrategie für den Einsatz bei sich häufig ändernden Substratzusammensetzungen wird eine neuartige Rührwerksregelung unter Einbindung robuster, alltagstauglicher Sensorsysteme entwickelt. | Dipl.-Ing. Dennis Borgmann Tel.: +49 2575 97757-23 dborgmann@trilogik.de Trilogik GmbH Herberner Str. 43a 48268 Greven | ||
| 01.11.2019 | 31.12.2022 | 2219NR158 | Verbundvorhaben: Landwirtschaftliche Rest- und Abfallstoffverwertung (LaRA) - Lösungsansätze zur technischen Anpassung bestehender Biogasanlagen für die Nutzung faseriger Reststoffe; Teilvorhaben 2: Prozesstechnische Untersuchungen - Akronym: LaRA | Die übergeordnete Zielsetzung des Vorhabens besteht in der Entwicklung von Lösungsansätzen und Anlagenkonzepten zur Schaffung optimaler prozess- und anlagentechnischer Rahmenbedingungen für die Verwertung der faserhaltigen Reststoffkategorien Stroh, Landschaftspflegegras und Festmist in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Die Grundlage der Konzeptentwicklung bilden umfassende Untersuchungen an repräsentativen bundesweit verteilten Praxisanlagen unter Berücksichtigung prozess-, anlagentechnischer und (sozio-) ökonomischer Fragestellungen. Die Untersuchungen beinhalten sowohl detaillierte Datenerhebungen zu den Anlagen und Erfahrungsberichte der Anlagenbetreiber als auch die Erfassung der mit der Substratsubstitution einhergehenden Umstellung ertragsrelevanter Prozessgrößen von den Gaspotentialen über die Rheologie und den Substrataufschluss bis hin zum Verschleißverhalten der Anlagenkomponenten anhand von Laboruntersuchungen und Vorort-Messungen. Basierend auf der generierten Datenbasis werden bestehende Optimierungspotenziale definiert. Aufbauend auf den abgeleiteten Handlungsfeldern werden technische Lösungen zur Erschließung der Potentiale auf der Ebene der Anlagen- und Prozesstechnik innerhalb der Systemgrenze der Biogasanlage als auch im Hinblick vor- und nachgelagerter Wertschöpfungsprozesse, entwickelt. Die Lösungsansätze und Maßnahmen werden anschließend zu anlagen- und standortspezifisch optimierten Anlagenkonzepten zusammengefasst und als Handlungsempfehlung in einer Handreichung für Anlagenbetreiber formuliert. Um einen faktischen Mehrwert für den Anlagenbetreiber darzustellen und den methodischen Ansatz der entwickelten technischen Lösungen und Anlagenkonzepte adäquat zu verwerten, wird ein checklistenbasierter Aufbau der Handlungsempfehlungen in der Handreichung dargestellt. Dies ermöglicht eine betreiberspezifische Definition optimaler Anlagenkonzepte unter Berücksichtigung wertschöpfungsrelevanter Rahmenbedingungen. | Dr. Christiane Herrmann Tel.: +49 331 5699-231 cherrmann@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | ||
| 01.09.2019 | 31.08.2022 | 2219NR165 | Verbundvorhaben: Biogasproduktion in Hochlastfermentern zur intelligenten Energiebereitstellung; Teilvorhaben 2: Konzeptionierung und Testbetrieb - Akronym: Bio-Smart | Ziel des Projektes ist es, einen Hochlastfermenter zu entwickeln und zu überprüfen, der den Betreibern von Biogasanlagen den Weiterbetrieb ihrer Anlagen im Anschluss an das EEG ermöglicht. Das Kernelement bildet ein vergleichsweise kleiner Hochlastfermenter, der in bestehende Biogasanlagenkonzepte integriert werden kann. Hierin können die energiearmen flüssigen Fraktionen von Reststoffen aus der Landwirtschaft oder energiereiche Abwasserströme aus industriellen Prozessen hocheffizient vergoren werden. In Deutschland wurden in den Jahren 2010 bis 2013 1.972 Mio. tTS Rinderflüssigmist und 2.124 Mio. tTS Schweineflüssigmist pro Jahr energetisch nicht genutzt. Ziel des Projektes ist es u.a. diese erheblichen Potentiale zu erschließen. Dies ermöglicht den Betreibern von Biogasanlagen die Erschließung neuer regionaler, preiswerter und in keiner Konkurrenz stehender Substratpotenziale. Ein weiterer Vorteil des neuen Fermenters ist die aus der hohen Durchflussgeschwindigkeit resultierenden vergleichsweise kurzen Ansprechzeiten. Dies ermöglicht einen an den Strombedarf angepassten Betrieb des Fermenters.Hierdurch kann die Energie, bis sie benötigt wird im Substrat gespeichert werden, was die benötigten Gasspeicher reduziert und gleichzeitig neue preisgünstige nachhaltige Substratströme erschließt. Die Vorgehensweise beinhaltet neben der Identifikation von industriellen Reststoffen- und Abwasserströmungen Versuche im halbtechnischen Maßstab, wodurch die Systemgrenzen und Ansprechzeiten ermittelt und optimiert werden, sodass nach den Versuchen eine Aussage zur Eignung für die unterschiedlichen Regelenergien und das Biogaspotential gemacht werden kann. Mit der Erstellung eines Verfahrenskonzeptes werden die Versuchsergebnisse zusammengefaßt und durch eine Wirtschaftlichkeitsberechnung komplettiert. Der entwickelte Hochlastfermenter wird in eine zweistufige Biogasversuchsanlage eingebunden. Die Anlagenkombination wird unter realistischen Bedingungen ein Jahr betrieben. | Jeroen Terwort Tel.: +49 2564 3950-517 j.terwort@planet-biogas.com PlanET Biogastechnik GmbH Schildarpstr. 75 48712 Gescher | ||
| 01.08.2020 | 31.01.2024 | 2219NR188 | Verbundvorhaben: AMMOFIT – Neue Starterkonzentrate zur Biogaserzeugung aus Substraten mit hohen Stickstoff-Frachten; Teilvorhaben 1: Erzeugung und Anwendung des Starterkonzentrates - Akronym: Ammofit | Ziel des Verbundvorhabens ist es, die Adaptationsfähigkeit der Mikroorganismen an erhöhte Ammonium-N Konzentrationen zu nutzen, um ein Verfahren zu entwickeln, das eine stabile Biogasproduktion aus Substraten mit hohen Stickstofffrachten (Hühnertrockenkot (HTK)) gewährleistet. Dafür soll die Gemeinschaft der Mikroorganismen optimal an die Milieubedingungen angepasst werden und mit Hilfe des anvisierten AMMOFIT-Starterkonzentrats eine Möglichkeit geschaffen werden, jede bestehende Biogasanlage ohne zusätzliche verfahrenstechnische Erweiterungen an entsprechende Substrate anzupassen. Um die Vermehrung in großen Volumina (Technikumsmaßstab) zu ermöglichen, wird ein Verfahren zur gezielten Kultivierung dieser mikrobiellen Gemeinschaft, inklusive geeigneter Qualitätskontrolle entwickelt. Ferner steht die Identifikation relevanter Stoffwechselfunktionen der Biogasbildung und der verantwortlichen Mikroorganismen bei hohen Ammoniumfrachten im Mittelpunkt, um perspektivisch die Kontrolle und Steuerung der Biogasbildung aus diesen Substraten verbessern zu können. Am Ende des dreijährigen Vorhabens soll ein ökonomisches Nutzungskonzept für HTK und andere stickstoffreiche landwirtschaftliche Nebenprodukte erarbeitet worden sein. Im Rahmen des Teilvorhabens 1 erfolgt die Entwicklung und Herstellung eines AMMOFIT-Starterkonzentrates gleichbleibender Qualität mittels Rührkesselreaktor (CSTR) und einfacher, kostengünstiger Anlagenkonfiguration. Ferner wird die Wirksamkeit des entwickelten Starterkonzentrats in Biogasversuchen im Technikumsmaßstab untersucht. Dabei soll neben der Adaptionsfähigkeit von Bakterienstämmen insbesondere der kontinuierliche Anlagenbetrieb erprobt werden. Das primäre Ziel der Technikumsversuche ist es, einen stabilen Vergärungsprozess unter Einsatz stickstoffreicher Substrate (Maissilage + Hühnertrockenkot) zu erzielen. | Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen Tel.: +49 551 5032-257 achim.loewen@hawk.de Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst-Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen - Fakultät Ressourcenmanagement Göttingen - Fachgebiet Nachhaltige Umwelt- und Energietechnik NEUTec Rudolf-Diesel-Str. 12 37075 Göttingen | ||
| 01.11.2019 | 31.12.2022 | 2219NR196 | Verbundvorhaben: Landwirtschaftliche Rest- und Abfallstoffverwertung (LaRA) - Lösungsansätze zur technischen Anpassung bestehender Biogasanlagen für die Nutzung faseriger Reststoffe; Teilvorhaben 3: (Sozio-)ökonomische Untersuchungen - Akronym: LaRA | Die übergeordnete Zielsetzung des Vorhabens besteht in der Entwicklung von Lösungsansätzen und Anlagenkonzepten zur Schaffung optimaler prozess- und anlagentechnischer Rahmenbedingungen für die Verwertung der faserhaltigen Reststoffkategorien Stroh, Landschaftspflegegras und Festmist in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Die Grundlage der Konzeptentwicklung bilden umfassende Untersuchungen an repräsentativen bundesweit verteilten Praxisanlagen unter Berücksichtigung prozess-, anlagentechnischer und (sozio-) ökonomischer Fragestellungen. Die Untersuchungen beinhalten sowohl detaillierte Datenerhebungen zu den Anlagen und Erfahrungsberichte der Anlagenbetreiber als auch die Erfassung der mit der Substratsubstitution einhergehenden Umstellung ertragsrelevanter Prozessgrößen von den Gaspotentialen über die Rheologie und den Substrataufschluss bis hin zum Verschleißverhalten der Anlagenkomponenten anhand von Laboruntersuchungen und Vorort-Messungen. Basierend auf der generierten Datenbasis werden bestehende Optimierungspotenziale definiert. Aufbauend auf den abgeleiteten Handlungsfeldern werden technische Lösungen zur Erschließung der Potentiale auf der Ebene der Anlagen- und Prozesstechnik innerhalb der Systemgrenze der Biogasanlage als auch im Hinblick vor- und nachgelagerter Wertschöpfungsprozesse, entwickelt. Die Lösungsansätze und Maßnahmen werden anschließend zu anlagen- und standortspezifisch optimierten Anlagenkonzepten zusammengefasst und als Handlungsempfehlung in einer Handreichung für Anlagenbetreiber formuliert. Um einen faktischen Mehrwert für den Anlagenbetreiber darzustellen und den methodischen Ansatz der entwickelten technischen Lösungen und Anlagenkonzepte adäquat zu verwerten, wird ein checklistenbasierter Aufbau der Handlungsempfehlungen in der Handreichung dargestellt. Dies ermöglicht eine betreiberspezifische Definition optimaler Anlagenkonzepte unter Berücksichtigung wertschöpfungsrelevanter Rahmenbedingungen. | Dipl. Ing. Robert Wagner Tel.: +49 9421 960-350 rw@carmen-ev.de C.A.R.M.E.N. e.V. Schulgasse 18A 94315 Straubing | ||
| 01.01.2020 | 30.06.2023 | 2219NR277 | Verbundvorhaben: Direktmethanisierung zur Flexibilisierung kleiner und mittlerer Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Konzeption und Integration von Heißgasinjektoren für den gekoppelten Betrieb eines Biogasfermenters mit einer Methanisierung - Akronym: FlexBiomethane | Die Flexibilisierung von Biogasanlagen ist eines der wesentlichen Ziele der letztjährigen EEG-Novellen. Ziel ist dabei die bedarfsgerechte Drosselung der Stromproduktion beispielsweise tagsüber und eine Verschiebung der Stromproduktion zur Deckung von Strombedarfsspitzen. Das Konzept "Power-to-Gas" nutzt die Biogas- oder Kläranlage lediglich als CO2-Quelle für die Methanisierung und ist entsprechend auf große Biomethananlagen beschränkt. Wesentlich vereinfachen würde sich die Prozesskette dagegen, wenn das CO2 für die Methanisierung nicht vollständig abgetrennt werden müsste, sondern das Biogas direkt katalytisch umgesetzt und im vorhandenen Gasspeichervolumen der Fermenter zwischengespeichert wird. Beim vorgeschlagenen Konzept wird daher dem Fermenter kontinuierlich Biogas entnommen. Der CO2 Anteil wird katalytisch in Methan gewandelt und zurück in den Fermenter gespeist. Dadurch wird der Anteil des Methans im Gasspeichervolumen des Fermenters kontinuierlich erhöht und die Prozesskette und Abwärmenutzung vereinfacht sich maßgeblich. Da auf die Gasnetzeinspeisung verzichtet wird, reduzieren sich Aufwand und Kosten gegenüber etablierten Konzepten substantiell. Das Projekt soll damit die Umsetzung eines ersten "Proof-of-Concepts" zur katalytischen Direktmethanisierung von Biogas mit Direktdampferzeugung und Direktbeheizung des Fermenters vorbereiten, um eine vielversprechende Option zur einfachen Nachrüstung und Flexibilisierung der ca. 9.000 bundesdeutschen Bestandsanlagen zu erproben. Ziele des beantragten Projektes sind entsprechend - Integrierte Anlagenkonzepte für kleine und mittlere Anlagen - Entwicklung Methanisierungsreaktor mit integrierter Direktverdampfung - Direktbeheizung des Fermenters mit Dampf und heißem Produktgas aus dem Methanisierungsreaktor - Dauertest des Methanisierungsreaktors mit realem Biogas, um nach einer wirtschaftlichen Evaluierung ein weiterführendes Demonstrationsprojekt an einer realen Biogasanlage vorzubereiten. | M. Eng. Michael Beringer Tel.: +49 8421 93766-62 m.beringer@regineering.com regineering GmbH Am Dörrenhof 13a 85131 Pollenfeld | ||
| 01.01.2020 | 31.12.2022 | 2219NR279 | Verbundvorhaben: Direktmethanisierung zur Flexibilisierung kleiner und mittlerer Biogasanlagen; Teilvorhaben 3: Gekoppelter Betrieb eines Laborfermenters mit katalytischer Biogas-Direktmethanisierung - Akronym: FlexBiomethane | Die Flexibilisierung von Biogasanlagen ist eines der wesentlichen Ziele der EEG Novellen der Jahre 2012, 2014 und 2017. Ziel ist dabei die bedarfsgerechte Drosselung der Stromproduktion beispielsweise tagsüber und eine Verschiebung der Stromproduktion zur Deckung von Strombedarfsspitzen. Das Konzept "Power-to-Gas" nutzt die Biogas- oder Kläranlage lediglich als CO2-Quelle für die Methanisierung und ist entsprechend auf sehr große Biomethananlagen mit CO2-Abtrennung beschränkt. Wesentlich vereinfachen würde sich die Prozesskette dagegen, wenn das CO2 für die Methansierung nicht vollständig abgetrennt werden müsste, sondern das Biogas direkt katalytisch umgesetzt werden könnte und im vorhandenen Gasspeichervolumen der Fermenter zwischengespeichert wird. Beim vorgeschlagenen Konzept wird daher dem Fermenter kontinuierlich Biogas entnommen. Der CO2- Anteil wird katalytisch in Methan gewandelt und zurück in den Fermenter gespeist. Dadurch wird der Anteil des Methans im Gasspeichervolumen des Fermenters kontinuierlich erhöht. Durch die in diesem Projekt vorgeschlagene Rückführung des heißen Produktgases in den Fermenter vereinfacht sich die Prozesskette und Abwärmenutzung maßgeblich. Da auf die Gasnetzeinspeisung verzichtet wird, reduzieren sich der Aufwand und die Kosten gegenüber etablierten Konzepten substantiell. Das Projekt soll damit einen ersten "Proof-of-Concept" zur katalytischen Direktmethanisierung von Biogas mit Direktdampferzeugung und Direktbeheizung des Fermenters vorbereiten, um eine vielversprechende Option zur einfachen Nachrüstung und Flexibilisierung der ca. 9.000 bundesdeutschen Bestandsanlagen zu erproben. | Prof. Dr. Markus Goldbrunner Tel.: +49 841 9348-3420 markus.goldbrunner@thi.de Technische Hochschule Ingolstadt - Zentrum für Angewandte Forschung (ZAF) Esplanade 10 85049 Ingolstadt | ||
| 01.04.2020 | 31.03.2023 | 2219NR280 | Verbundvorhaben: Technisch-betriebswirtschaftliche Evaluation und Validierung eines Prognosemodells zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen für die Flexibilisierung des Biogasprozesses in der Praxis; Teilvorhaben 1: Schnittstelle zur Praxis und Projektkoordination - Akronym: LIGNOFLEX | Biomassen von Dauerkulturen und landwirtschaftliche Rest- und Koppelprodukte sind kostengünstige Alternativsubstrate zum Silomais ohne Bedarf an zusätzlichen Flächen. Allerdings weisen diese Einsatzstoffe eine höhere Konzentration an Lignocellulose auf. Hauptziel des Vorhabens ist die Evaluation und Validierung einer praxistauglichen Vorhersage der Abbaukinetik von lignocellulosereichen Substraten auf Basis eines verfügbaren Prognosemodells. Damit können biologische, chemische und mechanische Substrataufbereitungen bewertet werden. Dies erlaubt belastbare Aussagen zur Eignung von Substratmischungen für deren Einsatz in der Praxis. Ziele des beantragten Projekts sind: die Weiterentwicklung und Anpassung eines Modells zur Vorhersage der Biogasausbeute und Abbaugeschwindigkeit von landwirtschaftlichen Reststoffen, Überprüfung der Korrelation zwischen Hydrolysekonstante und Verweilzeit von Substraten in Biogasanlagen, Entwicklung eines Modells zur Abschätzung der notwendigen Verweilzeit von Substraten in Biogasanlagen für den definierten Abbaugrad eines Substrates, Prüfung der Wirkung der Substrataufbereitungsmethoden im praxistauglichen Maßstab, Entwicklung einer modellbasierten Webanwendung eines praxistauglichen Prognosetools der Abbaukinetik für die Abschätzung der Fermentationscharakteristik lignocellulosereicher Substrate. Die modellbasierte Webanwendung des Prognosetools der Abbaukinetik wird im Internet für die Anwendung durch die Öffentlichkeit, insbesondere durch die Biogasanlagenbetreiber, frei zur Verfügung gestellt. Die Projektergebnisse werden in Form von praxisgerechten Empfehlungen der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. | Dr. Dirk Wagner Tel.: +49 162 4399067 service@apma.de APMA Services GmbH Wannbornstr. 4 66125 Saarbrücken | ||
| 01.01.2020 | 30.04.2023 | 2219NR310 | Verbundvorhaben: Systemdienlicher Ausgleich der jahreszeitlichen Schwankungen des Energiebedarfs durch saisonal flexibilisierte Biogaserzeugung am Praxisbeispiel der Nutzung von Extensiv- und Biotopgrünland; Teilvorhaben 3: Gasproduktionsprofile und Prozessanalyse - Akronym: BioSaiFle | Biogasanlagen (BGA) ermöglichen eine bedarfsorientierte Strom- und Wärmeproduktion und können in Ergänzung zu fluktuierenden erneuerbaren Energien (fEE) zur Deckung der Residuallast beitragen und systemdienlich betrieben werden. Dabei sind sowohl der Ausgleich kurzfristiger Schwankungen im Tages- und Wochenbereich, als auch die Bedienung saisonaler Profile im Strom- und Wärmebedarf aufgrund der jahreszeitlichen Witterung von Bedeutung. Ziel des Vorhabens ist es, ein saisonales Flexibilisierungskonzept für Biogasanlagen basierend auf einer flexiblen Gaserzeugung zu entwickeln, im Labor- und Praxismaßstab zu untersuchen, und Effekte in ökonomischer, ökologischer Sicht auf Anlagenebene und auf Energiesystem-Ebene zu analysieren. Für die Erzeugung des saisonalen Gasbildungsprofils wird die Nutzung hochwertiger Silage vorrangig in den Winter verschoben, und die Anlagenleistung im Sommer durch eine verminderte Gasproduktion bei Verwertung schwer abbaubarer Substrate reduziert. Im Forschungsprojekt soll die Eignung von Schnittgut aus Extensiv- bzw. Biotopgrünland (z.B. FFH-Mähwiesen) für die saisonale Flexibilisierung (Saisonalisierung) der Bioenergie geprüft werden. In den Sommermonaten soll schwer abbaubares Schnittgut verwertet und für diesen Zweck adäquat aufbereitet werden. In den Wintermonaten soll dann durch die Zufuhr leicht umsetzbarer Substrate die Anlagenleistung wieder gesteigert werden. Zusätzlich zur Saisonalisierung kann durch Gas- und Wärmespeicherkapazitäten eine kurzfristige Bereitstellung von Flexibilität in der Gasnutzung erfolgen. Die Betriebskonzepte werden für verschiedene Landschaften und Naturräume anhand von Beispielen aus Baden-Württemberg und Brandenburg geprüft und ihre Transferpotenziale für andere Bundesländer bestimmt. Dazu wird mit Praxisakteuren zusammengearbeitet. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen werden Umsetzungspotenziale für Biogasanlagen in Deutschland abgeleitet. | Dr. Christiane Herrmann Tel.: +49 331 5699-231 cherrmann@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | ||
| 01.08.2020 | 31.03.2023 | 2219NR313 | Verbundvorhaben: Weiterentwicklung eines modellbasierten Prognosetools für die flexible Biogaserzeugung in großtechnischen Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Datenaufbereitung und Weiterentwicklung bestehender Simulationsmodelle unter Berücksichtigung praxisnaher Prozessüberwachungstechnik - Akronym: FlexiMod | Das Vorhaben dient der Weiterentwicklung eines modellbasierten Prognosetools für die flexible Biogaserzeugung in großtechnischen Biogasanlagen. Zur Vorhersage der dynamischen Gasproduktionsrate soll ein vorhandenes empirisches Reaktionsmodell verwendet werden. In Abgrenzung zu bisherigen Entwicklungen soll das Prognosetool explizit in der großtechnischen Anlagenpraxis einfach anwendbar sein. Dies setzt voraus, dass es die Anforderungen an eine Prognosegenauigkeit der Biogaserzeugung für eine flexible Biogaserzeugung erfüllt. Die Basis dafür bilden die in der Praxis typischerweise verfügbaren Daten, Anlagenkonfigurationen und flexiblen Betriebsweisen von großtechnischen Biogasanlagen. Im Vorhaben sollen die wesentlichen Herausforderungen in der praktischen Anwendung des modellbasierten Prognosetools für eine flexible Biogasproduktion identifiziert und Lösungsansätze im Umgang mit diesen entwickelt werden. Dies betrifft zum einen die Entwicklung geeigneter Methoden zur Bestimmung der Modelleingangsparameter (substratspezifische Biogasbildungspotenziale und Kinetiken) und zum anderen technisch-organisatorische Lösungen zur Bereitstellung der notwendigen Anlagendaten in der für die Modellanwendung erforderlichen Qualität. Um ein möglichst umfängliches Bild der typischerweise anzutreffenden Bedingungen in der Praxis abbilden zu können, werden 10 bis 15 Biogasanlagen im Hinblick auf die verfügbaren Daten, Betriebsweisen und die Möglichkeiten zur Optimierung der Datenbereitstellung analysiert. Im Vorhaben soll durch diese Maßnahmen eine modellbasierte Prognose der Biogasproduktion in großtechnischen Biogasanlagen mit einer Genauigkeit von +/- 5% innerhalb weniger Stunden erreicht werden. Die Möglichkeiten und Grenzen zur Erreichung dieses Ziels sollen durch die Anwendung des Prognosetool in mehreren großtechnischen Biogasanlagen validiert werden. | Dr. Sören Weinrich Tel.: +49 341 2434-341 soeren.weinrich@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.01.2020 | 31.12.2022 | 2219NR317 | Verbundvorhaben: Systemdienlicher Ausgleich der jahreszeitlichen Schwankungen des Energiebedarfs durch saisonal flexibilisierte Biogaserzeugung am Praxisbeispiel der Nutzung von Extensiv- und Biotopgrünland; Teilvorhaben 2: Substrataufbereitung, Lagerung und Kinetik - Akronym: BioSaiFle | Biogasanlagen (BGA) ermöglichen eine bedarfsorientierten Strom- und Wärmeproduktion und können in Ergänzung zu fluktuierenden erneuerbaren Energien (fEE) zur Deckung der Residuallast beitragen und systemdienlich betrieben werden. Die Flexibilität kann dabei in verschiedenen Komponenten der BGA bereitgestellt werden - bei der Gasnutzung im BHKW aber auch bei der Gasproduktion im Fermenter. Bisherige Biogasforschung zielt hauptsächlich auf den kurzfristigen Ausgleich im Tages- und Wochenbereich. Sowohl die Einspeisung von fEE als auch der Strom- und Wärmebedarf weisen jedoch aufgrund der jahreszeitlichen Witterung ein saisonales Profil auf. Dieses saisonale Profil kann von Biogasanlagen geliefert werden, auf Grund der begrenzten Gasspeicherkapazitäten kommt der flexiblen Gaserzeugung jedoch eine besondere Rolle zu. Die Energiespeicherung erfolgt in der Biomasse und die Nutzung hochwertiger Silage wird in den Winter verschoben. Gleichzeitig wird die Anlagenleistung im Sommer durch die verminderte Gasproduktion bei der Nutzung eines schwer abbaubaren Substrates reduziert. Vor diesem Hintergrund soll im Forschungsprojekt die Eignung von Schnittgut aus Extensiv- bzw. Biotopgrünland (z.B. FFH-Mähwiesen) für die saisonale Flexibilisierung (Saisonalisierung) von BGA untersucht werden. In Sommermonaten soll schwer abbaubares Schnittgut verwertet und in Wintermonaten leicht umsetzbare Substrate verwendet, und so die Gaserzeugung und Anlagenleistung moduliert werden. Die Betriebskonzepte werden für verschiedene Landschaften und Naturräume anhand von Beispielen aus Baden-Württemberg und Brandenburg geprüft und ihre Transferpotenziale für andere Bundesländer bestimmt. Dazu wird mit Praxisakteuren, in BW z.B. das Landratsamt Reutlingen, zusammengearbeitet. Neben dieser praxisorientierten Fragestellung soll die Saisonalisierung umweltseitig, ökonomisch und auf Systemebene untersucht werden, um die Eignung und das Potential für die BGA in Deutschland zu bestimmen. | PD. Dr. Andreas Lemmer Tel.: +49 711 459-22684 andreas.lemmer@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.11.2020 | 31.10.2023 | 2219NR333 | Nachwuchsgruppe: Modellbasierte Zustandsüberwachung und Prozessführung an Biogasanlagen - Akronym: BioSim | Der Einsatz von aussagekräftigen Prozessmodellen bietet wertvolle Informationen für eine automatisierte, effiziente und sichere Prozessführung von Biogasanlagen. Aufgrund der komplexen Modellstrukturen bei einer Vielzahl an unbekannten Modellparametern und Eingangsgrößen lassen sich modellbasierte Automatisierungskonzepte bisher jedoch nicht im regulären Betrieb von großtechnischen Biogasanlagen einsetzen. Weiterführende Untersuchungen, inwieweit sich modellbasierte Simulations- oder Regelungsverfahren als belastbare Funktionsbausteine zur dynamischen Prozessführung und Zustandsüberwachung in das Leitsystem von Biogasanlagen implementieren lassen, fehlen bis heute, sodass die konkreten Möglichkeiten und Limitierungen der verfügbaren Simulationsmodelle und Regelungsverfahren für den Praxisbetrieb nur selten bekannt sind. Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe sollen praxisrelevante Methoden zur modellbasierten Zustandsüberwachung und Prozessführung implementiert, evaluiert und gezielt hinsichtlich der Anforderungen der System- und Regelungstechnik zur Prozessautomatisierung von großtechnischen Biogasanlagen weiterentwickelt werden. Das interdisziplinäre Forschungsvorhaben schafft damit die grundlegende Voraussetzung, um modellbasierte Automatisierungskonzepte zur Zustandsüberwachung und Prozessführung langfristig im regulären Anlagenbetrieb zu etablieren. | Dr. Sören Weinrich Tel.: +49 341 2434-341 soeren.weinrich@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.05.2020 | 30.04.2023 | 2219NR387 | Verbundvorhaben: Automatisierte Rührsysteme in Biogasanlagen – Entwicklung und Erprobung sensorbasierter Rührsysteme in Biogasanlagen zur Steigerung der Effizienz und Prozessstabilität bei einer lastflexiblen und bedarfsgerechten Biogasproduktion; Teilvorhaben 5: Fütterungsoptimierung - Akronym: Sens-O-Mix | Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Infolge der gegebenen technischen Grenzen des Einsatzes von Rührtechnik zum Mischen hochviskoser Substrate werden viskositätsreduzierende Maßnahmen wie die Substratzerkleinerung und das Prozesswassermanagement in die Entwicklungen des automatischen Anlagenbetriebes implementiert. Voraussetzung für eine vollautomatisierte Prozessführung einer flexiblen Biogaserzeugung ist eine robuste Messtechnik zur Online-Bewertung der zur Fermentation einzusetzenden multi-feedstock-fähigen Substrate und zur Online-Erfassung von ortsaufgelösten Messgrößen zur Bewertung der fluiddynamischen Zustandsgrößen und des biochemischen Abbauprozesses im Fermenter. Durch Erweiterung der bestehenden Datengrundlage und dem geplanten Einsatz von neu zu entwickelnder bzw. anzupassender Messtechnik zur sensorbasierten ortsaufgelösten Prozessbewertung des Misch- und Fermentationsprozesses sollen bestehende funktionale Zusammenhänge zwischen Substrateigenschaften, Mischprozess und Biogasgewinnung qualifiziert und darauf aufbauend ein praxistauglicher Regler auf Basis des "Maschinellen Lernens" entwickelt und an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim getestet werden. | Eric Mauky Tel.: +49 341 2434-745 eric.mauky@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.05.2020 | 30.04.2023 | 2219NR388 | Verbundvorhaben: Automatisierte Rührsysteme in Biogasanlagen – Entwicklung und Erprobung sensorbasierter Rührsysteme in Biogasanlagen zur Steigerung der Effizienz und Prozessstabilität bei einer lastflexiblen und bedarfsgerechten Biogasproduktion; Teilvorhaben 2: Messverfahren / Messtechnik - Akronym: Sens-O-Mix | Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Infolge der gegebenen technischen Grenzen des Einsatzes von Rührtechnik zum Mischen hochviskoser Substrate werden viskositätsreduzierende Maßnahmen wie die Substratzerkleinerung und das Prozesswassermanagement in die Entwicklungen des automatischen Anlagenbetriebes implementiert. Voraussetzung für eine vollautomatisierte Prozessführung einer flexiblen Biogaserzeugung ist eine robuste Messtechnik zur Online-Bewertung der zur Fermentation einzusetzenden multifeedstockfähigen Substrate und zur Online-Erfassung von ortsaufgelösten Messgrößen zur Bewertung der fluiddynamischen Zustandsgrößen und des biochemischen Abbauprozesses im Fermenter. Durch Erweiterung der bestehenden Datengrundlage und dem geplanten Einsatz von neu zu entwickelnder bzw. anzupassender Messtechnik zur sensorbasierten, ortsaufgelösten Prozessbewertung des Misch- und Fermentationsprozesses sollen bestehende funktionale Zusammenhänge zwischen Substrateigenschaften, Mischprozess und Biogasgewinnung qualifiziert und darauf aufbauend ein praxistauglicher Regler auf Basis des Maschinellen Lernens entwickelt und an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim getestet werden. Zielstellung ist es, das Verfahren zur Biogaserzeugung einschließlich der Prozessautomatisierung so zu optimieren und weiterzuentwickeln, dass stündlich wechselnden Anforderungen bezüglich der Biogasmenge entsprochen werden kann. | PD. Dr. Andreas Lemmer Tel.: +49 711 459-22684 andreas.lemmer@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.05.2020 | 30.04.2023 | 2219NR390 | Verbundvorhaben: Automatisierte Rührsysteme in Biogasanlagen – Entwicklung und Erprobung sensorbasierter Rührsysteme in Biogasanlagen zur Steigerung der Effizienz und Prozessstabilität bei einer lastflexiblen und bedarfsgerechten Biogasproduktion; Teilvorhaben 3: Konsistometer - Akronym: Sens-O-Mix | Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Infolge der gegebenen technischen Grenzen des Einsatzes von Rührtechnik zum Mischen hochviskoser Substrate werden viskositätsreduzierende Maßnahmen wie die Substratzerkleinerung und das Prozesswassermanagement in die Entwicklungen des automatischen Anlagenbetriebes implementiert. Voraussetzung für eine vollautomatisierte Prozessführung einer flexiblen Biogaserzeugung ist eine robuste Messtechnik zur Online-Bewertung der zur Fermentation einzusetzenden multifeedstockfähigen Substrate und zur Online-Erfassung von ortsaufgelösten Messgrößen zur Bewertung der fluiddynamischen Zustandsgrößen und des biochemischen Abbauprozesses im Fermenter. Durch Erweiterung der bestehenden Datengrundlage und dem geplanten Einsatz von neu zu entwickelnder bzw. anzupassender Messtechnik zur sensorbasierten ortsaufgelösten Prozessbewertung des Misch- und Fermentationsprozesses sollen bestehende funktionale Zusammenhänge zwischen Substrateigenschaften, Mischprozess und Biogasgewinnung qualifiziert und darauf aufbauend ein praxistauglicher Regler auf Basis des Maschinellen Lernens entwickelt und an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim getestet werden. Zielstellung ist es, das Verfahren zur Biogaserzeugung einschließlich der Prozessautomatisierung so zu optimieren und weiterzuentwickeln, dass stündlich wechselnden Anforderungen bezüglich der Biogasmenge entsprochen werden kann. | Dr. Holger Kryk Tel.: +49 351 260-2248 h.kryk@hzdr.de Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf e. V. - Institut für Fluiddynamik Bautzner Landstr. 400 01328 Dresden | ||
| 01.06.2020 | 31.05.2023 | 2219NR391 | Verbundvorhaben: Nutzung von Synergieeffekten während der Co-Fermentation für die Flexibilisierung von Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Untersuchung von Synergieeffekten im Industriemaßstab zur Verifikation eines Prozessmodells - Akronym: SynFlex | Gesamtziel des Projektes ist es, zu untersuchen, inwieweit die Synergieeffekte, die bei der Co-Fermentation von Substraten auftreten, für die Flexibilisierung von Biogasanlagen genutzt werden können. Hierfür wird die Wirkung von Substratmischungen mit verschiedenen Substraten und Mischverhältnissen auf die Biogasproduktion, den Methananteil und die Reaktionskinetik untersucht. Die Ergebnisse werden für die Validierung der im Prozessmodell einer Biogasanlage dargestellten Synergieeffekte angewandt. Das Prozessmodell dient daraufhin zur Optimierung der Co-Substratmischungen, wobei die Synergieeffekte maximiert werden sollen. Des Weiteren wird über die Simulation verschiedener Betriebskonzepte geprüft, inwieweit die optimierten Co-Substratmischungen die Flexibilität einer Biogasanlage erhöhen können. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt darin, die beobachteten Synergieeffekte der Substratmischungen mit dem Prozessmodell zuverlässig vorhersagen zu können, um damit die flexible, bedarfsorientierte Fütterung von Biogasanlagen zu optimieren. Das Projekt soll damit zum einen zur nachhaltigen Produktion von Biogas beitragen. Zum anderen soll die zukünftige Integration der Biogasproduktion als regelbare erneuerbare Energiequelle zur Abdeckung der Residuallast gefördert werden. | Maik Vaske Tel.: +49 4491 93800-193 maik.vaske@bwe-energie.de bwe Energiesysteme GmbH & Co. KG Zeppelinring 12-16 26169 Friesoythe | ||
| 01.05.2020 | 30.04.2023 | 2219NR394 | Verbundvorhaben: Automatisierte Rührsysteme in Biogasanlagen – Entwicklung und Erprobung sensorbasierter Rührsysteme in Biogasanlagen zur Steigerung der Effizienz und Prozessstabilität bei einer lastflexiblen und bedarfsgerechten Biogasproduktion; Teilvorhaben 6: Rührbetrieb - Akronym: Sens-O-Mix | Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Infolge der gegebenen technischen Grenzen des Einsatzes von Rührtechnik zum Mischen hochviskoser Substrate werden viskositätsreduzierende Maßnahmen wie die Substratzerkleinerung und das Prozesswassermanagement in die Entwicklungen des automatischen Anlagenbetriebes implementiert. Voraussetzung für eine vollautomatisierte Prozessführung einer flexiblen Biogaserzeugung ist eine robuste Messtechnik zur Online-Bewertung der zur Fermentation einzusetzenden multifeedstockfähigen Substrate und zur Online-Erfassung von ortsaufgelösten Messgrößen zur Bewertung der fluiddynamischen Zustandsgrößen und des biochemischen Abbauprozesses im Fermenter. Durch Erweiterung der bestehenden Datengrundlage und dem geplanten Einsatz von neu zu entwickelnder bzw. anzupassender Messtechnik zur sensorbasierten ortsaufgelösten Prozessbewertung des Misch- und Fermentationsprozesses sollen bestehende funktionale Zusammenhänge zwischen Substrateigenschaften, Mischprozess und Biogasgewinnung qualifiziert und darauf aufbauend ein praxistauglicher Regler auf Basis des Maschinellen Lernens entwickelt und an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim getestet werden. Zielstellung ist es, das Verfahren zur Biogaserzeugung einschließlich der Prozessautomatisierung so zu optimieren und weiterzuentwickeln, dass stündlich wechselnden Anforderungen bezüglich der Biogasmenge entsprochen werden kann. | Dipl. -Ing. (FH) Kay Rostalski Tel.: +49 345 6868 713-0 k.rostalski@repowering-technik-ost.de RTO-Repowering Technik Ost GmbH Reideburger Str. 43 06116 Halle (Saale) | ||
| 01.04.2020 | 31.07.2021 | 2219NR401 | Verbundvorhaben: Bedarfsgerechte Speicherung fluktuierender erneuerbarer (Wind-) Energie durch Integration der Biologischen Methanisierung im Rieselbettverfahren; Teilvorhaben 2: Einbindung, Dimensionierung und Bewertung des Rieselbettverfahrens am Beispiel der BMA-Schuby und BGA-Nordhackstedt - Akronym: WeMetBio | Gesamtziel des Vorhabens ist die Integration einer innovativen Pilotanlage zur Biomethanisierung in den Energieverbund von Biogas- bzw. Biomethananlagen, Windkraftanlagen und Methaneinspeisung ins Erdgasnetz. Die Durchführbarkeitsstudie dient der Ermittlung von effizienten und wirtschaftlichen Konzepten, der Entscheidungsfindung und der Einbindung an den ausgewählten Projekt-Standorten Schuby und Nordhackstedt (Schleswig-Holstein). Für das Gelingen der Energiewende stellt die Systemintegration und Kopplung der verschieden erneuerbaren Energiequellen, inklusive deren Speicherung und Transport, eine entscheidende Herausforderung dar. Gleichzeitig stehen sowohl Biogas als auch Windkraftanlagenbetreiber vor der Herausforderung, wirtschaftliche Post-EEG Konzepte für Bestandsanlagen zu entwickeln. Bedingt durch die geografische Lage und die günstigen Rahmenbedingungen ist im WeMetBio-Projekt eine Durchführbarkeitsstudie geplant, die die Sektorenkopplung von Windkraftanlagen mit fluktuierenden Stromabgaben und Biogas-/Biomethananlagen im Hinblick auf die Umsetzbarkeit der Technologie und die Übertragbarkeit in effiziente und wirtschaftliche Maßstäbe für den ländlichen Raum anstrebt. Praxispartner sind die Biomethananlage Schuby und die Biogasanlage der Nissen Biogas GmbH & Co. KG. Für die Biomethanisierung stehen verschiedene CO2–Quellen zur Verfügung. Der Reaktionspartner H2 soll mittels elektrischer Energie des Windparks Nordhackstedt-Ost durch Elektrolyse gewonnen werden. Für die Realisierung soll ein Rieselbettreaktor im Pilotmaßstab vor Ort errichtet und in den Anlagenbestand integriert werden. Entscheidende Vorteile dieses patentierten Verfahrens sind die hohe Methankonzentration bei zugleich geringem Energieeinsatz, die Prozessstabilität und die bedarfsgerechte minutengenaue Steuerbarkeit des Betriebes. Nach virtueller Durchleitung im Erdgasnetz kann die effizientere Nutzung zur Verstromung, als Wärmequelle, als chemischer Grundstoff oder als Treibstoff erfolgen. | Die wissenschaftlich-technischen Ergebnisse des Vorhabens werden im Schlussbericht in Kapitel 1 zusammengefasst und sind in Kapitel 5 ausführlich beschrieben. Hervorzuheben ist, dass ein wirtschaftlicher Betrieb einer biologischen Methanisierungsanlage im betrachteten Energieverbund mit einer Biogasanlage zuerst im Kraftstoffsektor gegeben ist (siehe Kapitel 5.1). Langfristig ist auch eine Nutzung im Stromsektor zu erwarten. Die THG-Bilanzierung (siehe Kapitel 5.6) ergab, dass mit dem aktuellen Strommix nur die direkte Kopplung mit PV-Anlagen oder WKA zu einer hohen THG-Minderung führt, die wiederum die wirtschaftliche Vermarktung im Kraftstoffsektor ermöglicht. Die Wirtschaftlichkeit ergibt sich maßgeblich durch die Vermarktung der Treibhausgasminderungsquote und hängt damit stark vom Emissionsfaktor des verwendeten elektrischen Stroms und den erreichbaren Volllaststunden ab. Mit leicht angepassten regulatorischen Rahmenbedingungen (siehe Kapitel 6.3) können die Gasgestehungskosten bereits kurzfristig auf ein wirtschaftliches Niveau gesenkt werden. Mit zunehmender Dekarbonisierung des Strommixes sind höhere Volllaststunden möglich. Dementsprechend sinken zukünftig auch die Gasgestehungskosten des im Rieselbettreaktors erzeugten PtG-Methans erheblich. Das größte wirtschaftliche Potenzial für die Umsetzung der Biomethanisierung besteht bei der Integration in Anlagen, die Abfall-stämmige Substrate einsetzen und entsprechend geringe Rohbiogasgestehungskosten aufweisen. Als negative Erfahrungen zeigte sich im Rahmen der Recherche die Nachvollziehbarkeit bisheriger Studien und Verfahrensberichte. Die unterschiedliche und z.T. intransparente Berechnungsmethodik und Darstellung von Kostenannahmen aber auch die Darstellung von technischen Verfahren und prozessbeschreibenden Ergebnissen stellte sich als sehr problematisch heraus (Kapitel 3.4). Dies erschwerte die Bewertung und führt zu einer eingeschränkten Vergleichbarkeit der Ergebnisse. | Prof. Dr.-Ing. Hinrich Uellendahl Tel.: +49 461 805-1293 hinrich.uellendahl@hs-flensburg.de Hochschule Flensburg - Fachbereich 1: Maschinenbau, Verfahrenstechnik und MaritimeTechnologien - Lehrstuhl für technische Mechanik Kanzleistr. 91-93 24943 Flensburg | X |
| 01.04.2020 | 31.03.2023 | 2219NR417 | Verbundvorhaben: Technisch-betriebswirtschaftliche Evaluation und Validierung eines Prognosemodells zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen für die Flexibilisierung des Biogasprozesses in der Praxis; Teilvorhaben 4: Entwicklung einer Webanwendung für die Abbaukinetik - Akronym: Lignoflex | Auf Grundlage des im Projekt erarbeiteten bzw. erweiterten Modells zur Ermittlung der Abbaukinetik von Biogassubstraten (AE 4) wird ein Online-Tool entwickelt, mit dessen Hilfe Betreiber von Biogasanlagen in die Lage versetzt werden, den zeitlichen Verlauf der Gasproduktion ihrer Anlage entsprechend den Erfordernissen für eine flexible Stromproduktion anzupassen. | Henning Eckel Tel.: +49 6151 7001-177 h.eckel@ktbl.de Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) Bartningstr. 49 64289 Darmstadt | ||
| 01.08.2020 | 31.07.2023 | 2219NR419 | Verbundvorhaben: AMMOFIT – Neue Starterkonzentrate zur Biogaserzeugung aus Substraten mit hohen Stickstoff-Frachten; Teilvorhaben 2: Mikrobiologie und Bioinformatik zur Charakterisierung des Starterkonzentrates - Akronym: AMMOFIT | Ziel des Verbundes ist es, die Adaptationsfähigkeit der Mikroorganismen (MO) an erhöhte Ammonium-N Konzentrationen zu nutzen, um ein Verfahren zu entwickeln, das eine stabile Biogasproduktion aus Substraten mit hohen Stickstofffrachten (HTK) gewährleistet. Dafür soll die Gemeinschaft der MO optimal an die Milieubedingungen angepasst und mit Hilfe des anvisierten AMMOFIT-Starterkonzentrats eine Möglichkeit geschaffen werden, jede bestehende BGA ohne zusätzliche verfahrenstechnische Erweiterungen an entsprechende Substrate anzupassen. Um die Vermehrung in großen Volumina zu ermöglichen, wird ein Verfahren zur gezielten Kultivierung dieser mikrobiellen Gemeinschaft, inklusive geeigneter Qualitätskontrolle entwickelt. Ferner steht die Identifikation relevanter Stoffwechselfunktionen der Biogasbildung und der verantwortlichen MO bei hohen Ammoniumfrachten im Mittelpunkt, um perspektivisch die Kontrolle und Steuerung der Biogasbildung aus diesen Substraten verbessern zu können. Am Ende des dreijährigen Vorhabens soll ein ökonomisches Nutzungskonzept für HTK und andere N-reiche landwirtsch. Nebenprodukte erarbeitet worden sein. Im TV 2 wird die Entwicklung des AMMOFIT-Konzentrats durch die Charakterisierung der MO-Gemeinschaft bezüglich ihrer strukturellen und funktionellen Zusammensetzung sowie der bereitgestellten Stoffwechselleistungen mittels Metagenom-Sequenzierung begleitet. Basierend darauf kann die Funktionalität des Konzentrates optimiert werden. Im weiteren Verlauf sollen quantitative Nachweisverfahren für einzelne Organismengruppen bzw. funktionelle Gene etabliert werden, die sich zur Qualitätskontrolle des AMMOFIT-Konzentrates während dessen Herstellung eignen. Ferner ist vorgesehen, regelmäßig die Mikrobiome von Proben der Biogasversuche des Partners durch quantitative PCR und Hochdurchsatzsequenzierung von PCR-amplifizierten ribosomalen Markergenen zu charakterisieren, um den mikrobiellen Status Quo unter Einsatz N-reicher Substrate erfassen zu können. | Prof. Dr. Christoph Tebbe Tel.: +49 531 596-2553 christoph.tebbe@thuenen.de Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Biodiversität Bundesallee 65 38116 Braunschweig | ||
| 01.04.2020 | 31.03.2023 | 2219NR436 | Verbundvorhaben: Technisch-betriebswirtschaftliche Evaluation und Validierung eines Prognosemodells zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen für die Flexibilisierung des Biogasprozesses in der Praxis; Teilvorhaben 3: Chemische Analytik von Einsatzstoffen und Gärresten - Akronym: LIGNOFLEX | Biomassen von Dauerkulturen und landwirtschaftliche Rest- und Koppelprodukte sind kostengünstige Alternativsubstrate zum Silomais ohne Bedarf an zusätzlichen Flächen. Allerdings weisen diese Einsatzstoffe eine höhere Konzentration an Lignocellulose auf. Hauptziel des Vorhabens ist die Evaluation und Validierung einer praxistauglichen Vorhersage der Abbaukinetik von lignocellulosereichen Substraten auf Basis eines verfügbaren Prognosemodells. Damit können biologische, chemische und mechanische Substrataufbereitungen bewertet werden. Dies erlaubt belastbare Aussagen zur Eignung von Substratmischungen für deren Einsatz in der Praxis. Ziele des beantragten Projekts sind: die Weiterentwicklung und Anpassung eines Modells zur Vorhersage der Biogasausbeute und Abbaugeschwindigkeit von landwirtschaftlichen Reststoffen, Überprüfung der Korrelation zwischen Hydrolysekonstante und Verweilzeit von Substraten in Biogasanlagen, Entwicklung eines Modells zur Abschätzung der notwendigen Verweilzeit von Substraten in Biogasanlagen für den definierten Abbaugrad eines Substrates, Prüfung der Wirkung der Substrataufbereitungsmethoden im praxistauglichen Maßstab, Entwicklung einer modellbasierten Webanwendung eines praxistauglichen Prognosetools der Abbaukinetik für die Abschätzung der Fermentationscharakteristik lignocellulosereicher Substrate. Die modellbasierte Webanwendung des Prognosetools der Abbaukinetik wird im Internet für die Anwendung durch die Öffentlichkeit, insbesondere durch die Biogasanlagenbetreiber, frei zur Verfügung gestellt. Die Projektergebnisse werden in Form von praxisgerechten Empfehlungen der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. | Dr. Manfred Bischoff Tel.: +49 441 801830 manfred.bischoff@lufa-nord-west.de Landwirtschaftskammer Niedersachsen - Lufa Nord West Jägerstr. 23-27 26121 Oldenburg | ||
| 01.05.2020 | 30.04.2023 | 2219NR437 | Verbundvorhaben: Automatisierte Rührsysteme in Biogasanlagen – Entwicklung und Erprobung sensorbasierter Rührsysteme in Biogasanlagen zur Steigerung der Effizienz und Prozessstabilität bei einer lastflexiblen und bedarfsgerechten Biogasproduktion; Teilvorhaben 4: Suspensionsmodellierung - Akronym: Sens-O-Mix | Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Zielstellung ist es, das Verfahren zur Biogaserzeugung einschließlich der Prozessautomatisierung so zu optimieren und weiterzuentwickeln, dass stündlich wechselnden Anforderungen bezüglich der Biogasmenge entsprochen werden kann. Zielstellungen des TU Teilprojektes • Weiterentwicklung und Nutzung von Rheometern zur Vermessung viskoelastischer Fließeigenschaften von Gärsubstraten sowie Erweiterung bestehender Modelle zur Quantifizierung dieser • Ableitung physikalischer Zusammenhänge zwischen viskoelastischen Fließeigenschaften und Substratzusammensetzung (granulometrischer Zustand) mithilfe photooptischer Messtechniken • Experimentelle Strömungsmessung zur Ableitung von Regeln für eine effiziente Suspendierung bzw. Vermeidung von Sinkschichten • Entwicklung von CFD-Mehrphasenmodellen (fest/flüssig) unter Beachtung viskoelastischer Fließeigenschaften von Gärsubstrat auf Basis experimenteller Untersuchungen •Bewertung des Mischprozesses bei variierenden Substrateigenschaften mittels numerischer Strömungssimulation und Ableitung von Maßnahmen zur Ausbildung definierter Strömungsverhältnisse und hinreichender Suspendierung • Vergleich der mittels Strömungssimulation erzielten Ergebnisse mit den Aussagen des Maschinellen Lernens (Teilvorhaben 1). | Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume Tel.: +49 30 314-22348 matthias.kraume@tu-berlin.de Technische Universität Berlin - Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik - Fachgebiet Verfahrenstechnik Marchstr. 23, Sekr. MAR 2-1 10587 Berlin | ||
| 01.04.2020 | 31.03.2023 | 2219NR441 | Verbundvorhaben: Technisch-betriebswirtschaftliche Evaluation und Validierung eines Prognosemodells zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen für die Flexibilisierung des Biogasprozesses in der Praxis; Teilvorhaben 2: Modellierung der Abbaukinetik - Akronym: LignoFlex | Im Rahmen des Verbundvorhabens wird eine praxistaugliche Vorhersagemethode zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen evaluiert. Darüber hinaus werden biologische, chemische und mechanische Substrataufbereitungen zur Verbesserung der Abbaukinetik bewertet. So entsteht die Möglichkeit, durch gezielte Eingriffe (Dosierung der einzelnen Einsatzstoffe) direkten Einfluss auf den Ablauf der Methanbildung zu nehmen, um eine flexible Betriebsweise einer Biogasanlage zu optimieren. | Susanne Höcherl Tel.: +49 8161 8640-3796 susanne.hoecherl@lfl.bayern.de Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) - Institut für Landtechnik und Tierhaltung Vöttinger Str. 36 85354 Freising | ||
| 01.09.2020 | 31.08.2021 | 2219NR446 | Verbundvorhaben: De-Methanisierung von Flüssigmist - Intelligente Energieversorgung im ländlichen Raum durch flexible Energiebereitstellung mit Güllekleinanlagen; Teilvorhaben 2: Potenziale, rechtliche Grundlagen und Anpassung an Praxisbetriebe - Akronym: DEMETHA | Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung hochgradig standardisierter Güllekleinanlagen für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 150 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen beruhen auf dem Konzept der Hohenheimer zweistufigen Güllevergärung, bestehend aus einem Rührkessel- und einem Festbettreaktor mit einer Rückführung nicht abgebauter Faserstoffe zwischen den beiden Prozessstufen. Diese standardisierten Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Diese Anlagen können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen. Die Integration eines Festbettreaktors in das Gesamtkonzept ermöglicht durch dessen hohe Prozessstabilität und Lastflexibilität eine Biogasproduktion, die jederzeit exakt dem Bedarf angepasst werden kann. Zudem soll das BHKW der Anlagen auf eine durchschnittliche Laufzeit von ca. 14 Stunden je Tag ausgelegt werden, so dass Strom und Wärme zu den Bedarfszeiten produziert werden kann. Gleichzeitig werden die Treibhausgasemissionen aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung erheblich gesenkt und sowohl Geruchs- als auch Ammoniakemissionen durch die Ausbringung der Gärreste im Vergleich zur Ausbringung von Flüssigmist erheblich reduziert. Neben der ausschließlichen Verwertung von Flüssigmist soll in einer ergänzenden Variante die zusätzliche Nutzung von Festmist aus Kalbungs- und Kälberbereich sowie die Verwertung von Futterresten und Siloabraum unter wirtschaftlichen und technischen Aspekten ergänzend untersucht werden. | Isabel Hartmann Tel.: +49 831 5262 680-20 ih@renergie-allgaeu.de renergie Allgäu e.V. Adenauerring 97 87439 Kempten (Allgäu) | ||
| 01.09.2020 | 31.08.2021 | 2219NR458 | Verbundvorhaben: De-Methanisierung von Flüssigmist - Intelligente Energieversorgung im ländlichen Raum durch flexible Energiebereitstellung mit Güllekleinanlagen; Teilvorhaben 3: Verfahrenstechnische Planung und Kostenschätzung - Akronym: Demetha | Güllekleinanlagen beruhen auf dem Konzept der Hohenheimer zweistufigen Güllevergärung, bestehend aus einem Rührkessel- und einem Festbettreaktor mit einer Rückführung nicht abgebauter Faserstoffe zwischen den beiden Prozessstufen. Diese standardisierten Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Diese Anlagen können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen. Die Integration eines Festbettreaktors in das Gesamtkonzept ermöglicht durch dessen hohe Prozessstabilität und Lastflexibilität eine Biogasproduktion, die jederzeit exakt dem Bedarf angepasst werden kann. Zudem soll das BHKW der Anlagen auf eine durchschnittliche Laufzeit von ca. 14 Stunden je Tag ausgelegt werden, so dass Strom und Wärme zu den Bedarfszeiten produziert werden kann. Gleichzeitig werden die Treibhausgasemissionen aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung erheblich gesenkt und sowohl Geruchs- als auch Ammoniakemissionen durch die Ausbringung der Gärreste im Vergleich zur Ausbringung von Flüssigmist erheblich reduziert. | Thomas Haas Tel.: +49 8381 502-555 thomas.haas@natec-network.com Hochland Natec GmbH Kolpingstr. 32 88178 Heimenkirch | ||
| 01.08.2021 | 31.07.2024 | 2220NR010X | Bioelektrochemische Acetatsynthese für die bedarfsorientierte Methanproduktion zur Abdeckung von Strombedarfsspitzen - Akronym: AceMeS | Vor dem Hintergrund des weltweit stetig steigenden Bedarfs an elektrischer Energie und der Endlichkeit von fossilen Brennstoffen ist es zwingend erforderlich, neue und innovative Konzepte für eine CO2-neutrale Produktion, Speicherung und Nutzung von erneuerbaren Energien zu entwickeln. Biogasanlagen können witterungsunabhängig betrieben werden und sind daher grundsätzlich geeignet, flexibel Strom zu produzieren und damit die Stromproduktion kurzfristig an den jeweiligen Bedarf anzupassen. Um die Flexibilisierung von Biogasanlagen weiter zu steigern, könnten bestehende Biogasanlagen mit einem ergänzenden, steuerbaren Modul für eine gerichtete stoffliche und energetische Konversion verbunden werden. Im Rahmen des Vorhabens soll ein bioelektrisches System (BES) entwickelt werden, welches eine bedarfsorientierte Biogasproduktion gewährleisten kann. Die flexible Bereitstellung des Biogases soll durch den Betrieb einer mikrobiellen Elektrolysezelle (MEZ) gelingen, die im Falle von Biogasüberschuss den daraus gewonnenen Strom zur Gewinnung von biogenem Acetat nutzt, welches mittels Elektrosynthese von chemolithoautotrophen Bakterien aus CO2 (Abfallprodukt der Stromerzeugung im BHKW) und exogenen Elektronen gebildet wird. Das so synthetisierte Acetat wird gespeichert und bei einem hohen Strombedarf im Netz dem Biogasreaktor zugeführt. Das zugeführte Acetat kann auf diese Weise schnell und bedarfsgerecht in Biogas umgewandelt werden und nachfolgend so die Energieproduktion erhöhen. Schwerpunkt der Arbeiten soll die technische Etablierung dieses BES-Konzeptes sein. Hierzu zählen die Entwicklung und Optimierung eines geeigneten MEZ-Moduls für die Implementierung in bestehende Biogasanlagen. Darüber hinaus soll eine ökonomische Bewertung des geplanten Systems auf Grundlage einer Kosten-Nutzen-Kalkulation durchgeführt werden. | Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern Tel.: +49 234 32-25891 marc.wichern@rub.de Ruhr-Universität Bochum - Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften - Institut für Infrastruktur und Umwelt - Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik Universitätsstr. 150 44801 Bochum | ||
| 01.07.2020 | 31.12.2021 | 2220NR028X | Biogas mit Schweinekot - Akronym: BioSeK | Im beantragten Vorhaben soll im Rahmen einer Durchführbarkeitsstudie exemplarisch anhand einer aufnehmenden Region und einer abgebenden Region im Land Niedersachsen ermittelt werden, • Wie hoch das Biogaspotential von Schweinekot aus Praxisbetrieben ist, • Welche Techniken für den Umbau oder Neubau von Ställen mit Kot-Harn-Trennsystemen eingesetzt werden können, • Welche technischen Veränderungen für den Umbau von Biogasanlagen zur Aufnahme des Substrates Schweinekot erforderlich sind, • Welche Logistik für die Erfassung und den Transport von Schweinkot erforderlich ist • Welche Kosten für den abgebenden und aufnehmenden Landwirt entstehen, • Welche Einsparungen, Erträge und sonstige Vorteilswirkungen für den abgebenden und aufnehmenden Landwirt entstehen. Als abgebende Region wurde die niedersächsische Gemeinde Dötlingen ausgewählt. Die Gemeinde Dötlingen ist landwirtschaftlich durch Tierhaltung sowie Biogaserzeugung geprägt. Insgesamt fallen ca. 250.000 t Wirtschaftsdünger an. Es ist von N-und P-Überschüssen von 30% des Anfalls auszugehen. Als aufnehmende Region wurde die Gemeinde Landsatz bei Dannenberg ausgewählt. Sie ist geprägt durch Pflanzenbau sowie Biogaserzeugung. Anhand von Szenarioberechnungen mit Variationen von erzeugten und aufgenommenen Mengen, Anlagengrößen, Transportentfernungen und Verwertungsoptionen soll die Eignung für weitere Business Cases ermittelt werden. | Dipl.-Ing.agr. Helmut Döhler Tel.: +49 9533 9211-01 helmut.doehler@doehler-agrar.de Helmut Döhler Schloßweg 7 96190 Untermerzbach | ||
| 01.10.2020 | 30.09.2023 | 2220NR035A | Verbundvorhaben: Praxisumsetzung des DAUMEN-Verfahrens zum Einsatz rohfaserreicher Substrate in Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Verfahrenstechnische Umsetzung und Praxisbewertung - Akronym: DAUMEN3 | Weltweit fallen rohfaserreiche landwirtschaftliche Rückstände im Überfluss an, von denen ein Großteil -insbesondere in den Schwellenländern- direkt auf dem Feld verbrannt werden und eine erhebliche Luftverschmutzung verursacht. Auch in Europa ist ein solches Biomassepotential vorhanden, woraus durch geeignete technische Lösungen Biogas als regenerative Energie erzeugt werden könnte. Das innovative "DAUMEN"-Verfahren bietet durch die bionische Implementierung des Vormagensystems der Wiederkäuer und die Nutzung der effizienten Pansenmikrobiologie eine solche effektive und wirtschaftliche technische Lösung. Mit dem Projekt DAUMEN 3.0 erfolgt durch das ISAH und das IPZ die Praxisumsetzung und Integration des Verfahrens in die Biogasanlage (BGA) der Agrar-G. "Bergland". Mit dem eingesetzten Hochlast-Reaktor für Hydrolyse und Versäuerung (HRHV) wird die hohe Raum-Zeit-Ausbeute des Pansens nachgebildet. Durch eine etablierte Pansenflora ist der Reaktor geeignet, schwer abbaubare Reststoffe effizient aufzuschließen und kurzkettige Fettsäuren zu produzieren. Diese werden der BGA als ergiebiges Substrat zugeleitet. Im Teilvorhaben 1 wird die Separationsstufe zur Entkopplung des Rückhalts der Feststoffe und Flüssigphase – entsprechend dem Netzmagen beim Wiederkäuer- zunächst im Technikum optimiert. Der HRHV und die Separationsstufe werden u.a. mit separiertem Gärrest, Leinstroh und Festmist im Praxistest eingesetzt. Dabei werden substratspezifische Betriebsparameter und Prozessgrößen aufgenommen und ausgewertet. Das Gesamtsystem aus HRHV und Biogasanlage wird durch ein math. Modell auf Basis des ADM1xp_HRHV abgebildet, um sowohl das "Repowering" bestehender Anlagen als auch die Leistung von Neuanlagen zu kalkulieren und eine Übertragbarkeit auf weitere Substrate zu ermöglichen. Eine Bilanzierung der Stoff- und Energieströme sowie eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Ermittlung der Invest- und Betriebskosten für die Marktimplementierung runden das Vorhaben ab. | Dr.-Ing. Dirk Weichgrebe Tel.: +49 511 762-2899 weichgrebe@isah.uni-hannover.de Leibniz Universität Hannover - Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie - Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (ISAH) - FG Anaerobtechnik und Bioenergie Welfengarten 1 30167 Hannover | ||
| 01.10.2020 | 30.09.2023 | 2220NR035B | Verbundvorhaben: Praxisumsetzung des DAUMEN-Verfahrens zum Einsatz rohfaserreicher Substrate in Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Stabilität und Risikobewertung der mikrobiellen Gemeinschaft - Akronym: DAUMEN3 | Weltweit fallen rohfaserreiche landwirtschaftliche Rückstände im Überfluss an, von denen ein Großteil -insbesondere in den Schwellenländern- direkt auf dem Feld verbrannt werden und eine erhebliche Luftverschmutzung verursacht. Auch in Europa ist ein solches Biomassepotential vorhanden, woraus durch geeignete technische Lösungen Biogas als regenerative Energie erzeugt werden könnte. Das innovative "DAUMEN"-Verfahren bietet durch die bionische Implementierung des Vormagensystems der Wiederkäuer und die Nutzung der effizienten Pansenmikrobiologie eine solche effektive und wirtschaftliche technische Lösung. Mit dem Projekt DAUMEN 3.0 erfolgt durch das ISAH und das IPZ die Praxisumsetzung und Integration des Verfahrens in die Biogasanlage (BGA) der Agrar-G. "Bergland". Mit dem eingesetzten Hochlast-Reaktor für Hydrolyse und Versäuerung (HRHV) wird die hohe Raum-Zeit-Ausbeute des Pansens nachgebildet. Durch eine etablierte Pansenflora ist der Reaktor geeignet, schwer abbaubare Reststoffe effizient aufzuschließen und kurzkettige Fettsäuren zu produzieren. Diese werden der BGA als ergiebiges Substrat zugeleitet. Im Teilvorhaben 2 wird durch das Institut für Physiologie und Zellbiologie (IPZ) eine mikrobiologische Bewertung der Anlage durchgeführt. Hierbei soll zum einen die Stabilität der aus Panseninhalt stammenden mikrobiellen Gemeinschaft im HRHV-Reaktors mittels Illumina-Sequenzierung bei Einsatz unterschiedlicher Substrate untersucht werden, zum anderen soll überprüft werden ob durch den Einbau des HRHV-Reaktors Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft der Biogasanlage auftreten. Darüberhinaus wird die Syntheseleistung der Mikroorganismen im HRHV-Reaktor in Relation zum Substrat und zur Substratmenge quantifiziert. Um einen potentiellen Eintrag von pathogenen Mikroorganismen über den HRHV-Reaktor in die Biogasanlage auszuschließen, wird mittels bakteriologischer Untersuchungen das Vorhandensein potentieller Krankheitserregern erfasst. | Melanie Brede Tel.: +49 511 856-7629 melanie.brede@tiho-hannover.de Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover - Institut für Physiologie und Zellbiologie Bischofsholer Damm 15 / Haus 102 30173 Hannover | ||
| 01.07.2020 | 30.06.2021 | 2220NR036X | Elektrochemische Speicher im Kontext landwirtschaftlicher Energiesysteme / Kombination mit Biogasanlagen - Akronym: BioBatSys - EV | Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es erstmalig Bioenergie-Batteriesysteme (BioBatSys) zu entwickeln, die in technologischer und ökonomischer Hinsicht die Eigenschaften von Biogasanlagen und Batteriespeichern optimal vereinen und für eine verbesserte Integration der Bioenergie in regionale und überregionale Energieinfrastruktursysteme (Wärme, Strom, Mobilität) sorgen. Dazu soll zunächst in einer Durchführbarkeitsstudie überprüft werden, welche Anwendungsfälle mit der Kombination aus elektrochemischen Speichern und Biogasanlagen bedient werden können und zu bewerten welche wirtschaftlichen Erfolgsaussichten für diese Anwendungsfälle bestehen. Im Rahmen des Vorhabens sollen unterschiedliche Standorte als Modellfälle für die praktische Umsetzung untersucht und bewertet werden. Zur Sicherstellung praxisrelevanter Ergebnisse und zur Erzielung einer raschen Multiplikation wird eine Demonstration im landwirtschaftlichen Anwendungsumfeld geplant. Das Vorhaben stellt damit eine "First-of its Kind" Anwendung dar mit einem hohen Multiplikationspotential in anderen landwirtschaftlichen Betrieben. | Im Rahmen des Vorhabens wurde zunächst der aktuelle Stand der Technik für Biogasanlagen und Batteriespeicher zusammengefasst. Insbesondere die Analyse der Biogasanlagen und der landwirtschaftlichen Betriebe hat sehr deutlich gemacht wie groß das Spektrum der unterschiedlichen Betriebe ist. Ein Ziel war es die Transparenz bei der wirtschaftlichen Beurteilung von Batteriespeichern zu erhöhen. Es wurde aufgezeigt, dass im Rahmen der Investitionskostenbetrachtung stark unterschiedliche Annahmen getroffen werden können, die sich im Anschluss auf die techno-ökonomische Analyse auswirken. In der anschließenden Bewertung von potentiellen Anwendungsfällen wurde aufgezeigt, dass sich die beiden Technologien durch ihre spezifische Charakteristik gut ergänzen können. Neuere Biogasanlagen bzw. Blockheizkraftwerke sind zwar bereits heute in der Lage schnelle Lastwechsel zu vollziehen, können aber nicht so schnell reagieren wie Batteriespeicher. Im Gegenzug sind Batteriespeicher zwar reaktionsschnell, werden aber nie in der Lage sein so lange Bereitstellungszeiträume wie Biogasanlagen zu erreichen. Eine gezielte Kombination beider Anlagen zu einem System führt zu einer Verbindung der beiden wesentlichen Eigenschaften. Das Gesamtsystem ist dann durch die Biogasanlage in der Lage zuverlässig über einen langen Zeitraum Verbrauchsprofile zu bedienen und der Batteriespeicher sorgt dafür, dass Lastwechsel problemlos bewältigt werden können, wenn Leistung und Kapazität des Batteriespeichers richtig auf die Biogasanlage und das Lastprofil abgestimmt sind. Beide realen Standorte haben die Ergebnisse aus dem Projekt sehr positiv bewertet und mündliche Interessensbekundungen ausgesprochen um die zweite Projektphase im Falle der Bewilligung zu ermöglichen. Durch die Überführung der Untersuchung in einen der realen Betriebe würden die guten Projektergebnisse noch wertvoller werden und könnten im Anschluss als eine Blaupause für die Übertragung auf möglichst viele Standorte dienen. | Dipl.-Ing. Christian Dick Tel.: +49 561 7294-485 christian.dick@iee.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) Joseph-Beuys-Str. 8 34117 Kassel | X |
| 01.11.2020 | 31.10.2023 | 2220NR046A | Verbundvorhaben: Sensorgestützte, flexible, zweitstufige Biogasproduktion durch Regelung auf Basis eines künstlichen neuronalen Netzes; Teilvorhaben 1: Abbildung einer flexiblen Biogasproduktion auf Basis eines künstlichen neuronalen Netzes - Akronym: FlexBioNeuro | Das Hauptziel des Projektes besteht in der bedarfsorientierten Produktion von Biogas auf Basis einer zweistufigen Fermentation durch ein intelligentes Regelsystem auf Basis eines künstlichen neuronalen Netzes. In einer ersten Hydrolysestufe wird Rohsubstrat in kurzkettige Fettsäuren (v. a. Essigsäure) abgebaut, wobei der Hydrolysereaktor als Zwischenpuffer dient. Durch gezielte Fütterung in den Hauptfermenter werden schnell abbaubare Fettsäuren eingebracht und damit gezielt und zeitlich eng aufgelöst die Gasproduktion angepasst. Die Regelung basiert auf einem sensorgestützten Echtzeitmesssystem. Es werden Daten aus der SPS der Anlage genutzt und zusätzliche Sensoren zur Messung des pH-Wertes, des TS-Gehaltes und der Essigsäurekonzentration im Hydrolysereaktor und im Fermenter installiert. Für die Messung des TS-Gehaltes und der Essigsäurekonzentration wird ein NIRSensor kalibriert, validiert und weiterentwickelt. Das Regelsystem soll den Anlagenbetreibern von Biogasanlagen ermöglichen, die Erlöse an der Strombörse bei möglichst geringem und effizientem Substrateinsatz zu maximieren. | Prof. Dr.-Ing. Matthias Gaderer Tel.: +49 9421 187-100 gaderer@tum.de Technische Universität München - Professur für Regenerative Energiesysteme Schulgasse 16 94315 Straubing | ||
| 01.11.2020 | 31.10.2023 | 2220NR046B | Verbundvorhaben: Sensorgestützte, flexible, zweitstufige Biogasproduktion durch Regelung auf Basis eines künstlichen neuronalen Netzes; Teilvorhaben 2: Entwicklung einer Cloud- und KI-basierten Messdatenverarbeitung zur Regelung der Biogasproduktion - Akronym: FlexBioNeuro | Das Hauptziel des Projektes besteht in der bedarfsorientierten Produktion von Biogas auf Basis einer zweistufigen Fermentation durch ein intelligentes Regelsystem auf Basis eines künstlichen neuronalen Netzes. In einer ersten Hydrolysestufe wird Rohsubstrat in kurzkettige Fettsäuren (v. a. Essigsäure) abgebaut, wobei der Hydrolysereaktor als Zwischenpuffer dient. Durch gezielte Fütterung in den Hauptfermenter werden schnell abbaubare Fettsäuren eingebracht und damit gezielt und zeitlich eng aufgelöst die Gasproduktion angepasst. Die Regelung basiert auf einem sensorgestützten Echtzeitmesssystem. Es werden Daten aus der SPS der Anlage genutzt und zusätzliche Sensoren zur Messung des pH-Wertes, des TS-Gehaltes und der Essigsäurekonzentration im Hydrolysereaktor und im Fermenter installiert. Für die Messung des TS-Gehaltes und der Essigsäurekonzentration wird ein NIRSensor kalibriert, validiert und weiterentwickelt. Das Regelsystem soll den Anlagenbetreibern von Biogasanlagen ermöglichen, die Erlöse an der Strombörse bei möglichst geringem und effizientem Substrateinsatz zu maximieren. | Ralf Schiessl Tel.: +49 9961 910-110 ralf.schiessl@ib-complan.com ib-comPLAN Inh. Ralf Schiessl Mitterkogl 4 94362 Neukirchen | ||
| 16.11.2020 | 15.07.2021 | 2220NR062A | Verbundvorhaben: Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung; Teilvorhaben 1: Laborversuche und Marktanalyse - Akronym: MABR-Inno | Vorrangiges Ziel ist es, neben der Rohstoff- und der Gasgewinnung die Schweinegülle so zu behandeln, dass es Betrieben bis zu einem Gülleanfall von 15.000 m³./Jahr ohne großflächige Ausbringung auf die Felder möglich ist, ihre flüssigen Schweineabfälle umweltgerecht zu entsorgen. Zielgruppen dieser neu entwickelten Technik sind, zunächst in Deutschland, kleine und mittlere Betriebe, die den Großteil der heute ca. 28.000 Schweinezüchter repräsentieren. Für diese Betriebe eignen sich die bisher existierenden Technologien nicht, da diese nur für große Betriebe oder Regionen mit hoher Gülledichte konzipiert wurden. Ihnen soll es künftig ohne wesentliche Mehrkosten möglich sein, die stetig steigenden Umweltauflagen einzuhalten und auf eine Ausbringung auf die Felder zu verzichten. Gereinigte Restflüssigkeiten werden so aufbereitet, dass sie in die Vorfluter eingeleitet werden können. Die Entsorgungsproblematik würde so für Expansionen und Neugründungen von Schweinezuchtbetrieben nicht mehr als limitierender Faktor im Wege stehen. Im Gegenteil erlaubt dieser Ansatz eine Reduktion der Energiekosten durch Ausnutzung vom Restenergien aus den Güllen, sowie eine Bereitstellung konzentrierter organischer Düngestoffe, die die Düngemittelverordnung erfüllen und ggf. eine verkaufsfähiges Gut darstellen kann. | Prof. Dr. Michael Nelles Tel.: +49 381 498-3400 michael.nelles@uni-rostock.de Universität Rostock - Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät - Institut für Umweltingenieurwesen - Professur Abfall- und Stoffstromwirtschaft Justus-v.-Liebig-Weg 6 18059 Rostock | X | |
| 16.11.2020 | 15.07.2021 | 2220NR062B | Verbundvorhaben: Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung; Teilvorhaben 2: Konzeptentwicklung und THG-Bestimmung - Akronym: MABR-Inno | Vorrangiges Ziel ist es, neben der Rohstoff- und der Gasgewinnung die Schweinegülle so zu behandeln, dass es Betrieben bis zu einem Gülleanfall von 15.000 m³./Jahr ohne großflächige Ausbringung auf die Felder möglich ist, ihre flüssigen Schweineabfälle umweltgerecht zu entsorgen. Zielgruppen dieser neu entwickelten Technik sind, zunächst in Deutschland, kleine und mittlere Betriebe, die den Großteil der heute ca. 28.000 Schweinezüchter repräsentieren. Für diese Betriebe eignen sich die bisher existierenden Technologien nicht, da diese nur für große Betriebe oder Regionen mit hoher Gülledichte konzipiert wurden. Ihnen soll es künftig ohne wesentliche Mehrkosten möglich sein, die stetig steigenden Umweltauflagen einzuhalten und auf eine Ausbringung auf die Felder zu verzichten. Gereinigte Restflüssigkeiten werden so aufbereitet, dass sie in die Vorfluter eingeleitet werden können. Die Entsorgungsproblematik würde so für Expansionen und Neugründungen von Schweinezuchtbetrieben nicht mehr als limitierender Faktor im Wege stehen. Im Gegenteil erlaubt dieser Ansatz eine Reduktion der Energiekosten durch Ausnutzung vom Restenergien aus den Güllen, sowie eine Bereitstellung konzentrierter organischer Düngestoffe, die die Düngemittelverordnung erfüllen und ggf. eine verkaufsfähiges Gut darstellen kann. | Prof. Dr. Holger Schneider Tel.: +49 7720 307-4346 holger.schneider@hs-furtwangen.de Hochschule Furtwangen - Fakultät Medical and Life Sciences - Campus Schwenningen Jakob-Kienzle-Str. 17 78054 Villingen-Schwenningen | X | |
| 01.12.2020 | 30.11.2023 | 2220NR078X | Energetische und stoffliche Kopplung einer Biogasanlage mit einer Bioraffinierie - Akronym: BioKop | Im Sinne der nachhaltigen Bioökonomie ist es sinnvoll, dezentrale Bioraffinerien zu betreiben. Das Konzept der Universität Hohenheim basiert auf der Kopplung mit einer Biogasanlage, die hier bezüglich Energie- und Massenflüsse weiter ausgearbeitet werden soll. Das Konzept beinhaltet eine landwirtschaftliche Bioraffinerie, die dezentral lokal erzeugte Biomasse in Plattformchemikalien herstellt. Der Fokus liegt bei Lignocellulosen, aus denen Hydroxymethylfurfural (HMF), Furfural (Fu) und Lignin erzeugt werden. Aus dem HMF können dann in größeren, zentralen Anlagen PEF für Verpackungen oder Fasern hergestellt werden. HMF selbst kann, wie auch Fu, als Ersatz für Formaldehyd in Harzen, z.B. für Spanplatten genutzt werden. Dies sind nur einige Beispiele, so können aus HMF auch Polyamide wie Nylon 6 und Nylon 6,6 hergestellt werden, oder als Zusatz in der Nahrungsmittel - und Pharmaindustrie dienen. Lignin kann als Füllmaterial zu Harzen zugesetzt werden, oder zu Phenolen gespalten werden, um damit selbst zu den Bestandteilen von Harzen werden. Eine andere Anwendung ist die Umwandlung zu hochwertigen Kohlenstoffmaterialien für Elektroden und Superkondensatoren. In diesem Projekt wird die energetische und stoffliche Kopplung mit einer Biogasanlage, zunächst am Beispiel der Versuchsanlage im "Unteren Lindenhof", berechnet werden. Dieser Ansatz wird anschließend verallgemeinert, um das Gesamtpotenzial und geeignete Standorte für Deutschland zu ermitteln. | Prof. Dr. Andrea Kruse Tel.: +49 711 459-24700 andrea_kruse@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Fakultät Agrarwissenschaften - Institut für Agrartechnik (440) - FG Konversionstechnologie und Systembewertung nachwachsender Rohstoffe (440f) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.08.2021 | 31.07.2024 | 2220NR092A | Verbundvorhaben: Entwicklung innovativer und intelligenter Sensorsysteme zur Gewährleistung der biologischen Prozessstabilität beim lastflexiblen Betrieb von Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Implementierung der neuartigen Messtechnik in die Steuerung einer lastflexibel betriebenen Biogasanlage - Akronym: i2-Sens | Der Ausbau der Stromproduktion auf der Basis von Windkraft- und PV-Anlagen führt zu einer stark fluktuierenden Stromproduktion und stellt unsere Stromnetze vor neue Herausforderungen. Hier kommt der Bioenergie eine besondere Bedeutung zu. Durch die Speicherfähigkeit der Biomasse in Kombination mit einem lastflexiblen Betrieb der Biogasanlagen können die Stromnetze dezentral und auf der Basis regenerativer Energieträger stabilisiert werden. Technologisch und sicherheitstechnisch ist die notwendige lastflexible und bedarfsorientierte Biogasproduktion aber mit dem derzeitigen technischen Entwicklungsstand der Anlagen nicht möglich. Eine stark flexible Substratzufuhr kann die Qualität des produzierten Gases erheblich senken und durch die vermehrte Freisetzung von Wasserstoff und Schwefelwasserstoff auch die Betriebssicherheit der Anlagen gefährden. Hier setzt das beantragte Forschungsprojekt an. Durch eine Echtzeit-Erfassung der Gasqualität im Fermenter mittels neuartiger Sensorsysteme (Photoakustische Sensoren), werden der Methan- und Kohlenstoffdioxidgehalt mit einer wesentlich höheren zeitlichen Auflösung erfasst, als dies mit bisherigen Verfahren möglich ist. Über ein vollkommen neuartiges Ramansystem erfolgt die simultane und quantitative Bestimmung aller weiteren Gaskomponenten, wozu neben Methan und Kohlendioxid unter anderem auch Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und höherkettige Moleküle gehören. Aufbauend auf diesen neuartigen Sensoren und Messdaten werden Regelkreise entworfen, die eine Algorithmen-basierte Substratzufuhr und Rührwerkseinstellungen in ein Managementsystem integrieren, so dass eine einfache aber umfassende Überwachung und Betrieb der Anlagen auch bei komplexen Fütterungsstrategien ermöglicht wird. Damit wird eine flexible, nachfragebestimmte Produktion von Biogas bei gleichzeitig stabiler Prozessbiologie ermöglicht. | PD. Dr. Andreas Lemmer Tel.: +49 711 459-22684 andreas.lemmer@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.08.2021 | 31.07.2024 | 2220NR092B | Verbundvorhaben: Entwicklung innovativer und intelligenter Sensorsysteme zur Gewährleistung der biologischen Prozessstabilität beim lastflexiblen Betrieb von Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Entwicklung innovativer Sensorsysteme zur umfassenden Analyse der Gaszusammensetzung im Fermenter - Akronym: i2-Sens | Im Rahmen der Flexibilisierung und Umstellung der Stromversorgung kommt den Biogasanlagen eine besondere Bedeutung zu. Durch die Speicherfähigkeit der Biomasse in Kombination mit einem lastflexiblen Betrieb der Biogasanlagen können die Stromnetze dezentral und auf der Basis regenerativer Energieträger stabilisiert werden. . Hier setzt das beantragte Forschungsprojekt an. Durch eine Echtzeit-Erfassung der Gasqualität im Fermenter mittels neuartiger Sensorsysteme (Photoakustische Sensoren), werden der Methan- und Kohlenstoffdioxidgehalt mit einer wesentlich höheren zeitlichen Auflösung erfasst, als dies mit bisherigen Verfahren möglich ist. Über ein vollkommen neuartiges Ramansystem erfolgt die simultane und quantitative Bestimmung aller weiteren Gaskomponenten, wozu neben Methan und Kohlendioxid unter anderem auch Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und höherkettige Moleküle gehören. Aufbauend auf diesen neuartigen Sensoren und Messdaten werden Regelkreise entworfen, die eine algorithmen-basierte Substratzufuhr und Rührwerkseinstellungen in ein Managementsystem integrieren, so dass eine einfache aber umfassende Überwachung und Betrieb der Anlagen auch bei komplexen Fütterungsstrategien ermöglicht wird. Damit wird eine flexible, nachfragebestimmte Produktion von Biogas bei gleichzeitig stabiler Prozessbiologie ermöglicht. | Dipl. Ing. Torsten Haug Tel.: +49 721 680 381-11 torsten.haug@union-instruments.com Union Instruments GmbH Maria-Goeppert-Str. 22 23562 Lübeck | ||
| 01.03.2022 | 31.12.2024 | 2220NR120A | Verbundvorhaben: Hocheffiziente Biogas-SCR-Systeme; Teilvorhaben 1: Experimentelle Untersuchung der Eindüsung von Harnstoff-Wasser-Lösung für SCR-Systeme von Biogas-BHKW - Akronym: BiNOred | Im Rahmen des BiNOred-Projektes geht es um eine Entwicklung für die Realisierung von sehr sauber arbeitenden SCR-Systemen (Selektive katalytische Reduktion), damit die ab 2023 nach der 44. BImSchV (Bundes-Immissions-Schutz-Verordnung) sehr strengen Emissionsregeln eingehalten werden können. Diese SCR-Systeme sind notwendig, um in Zukunft saubere und CO2-neutrale Biomasse in Blockheizkraftwerken (BHKW) nutzen zu können. Dazu soll ein "Digitales Abbild" für die Eindüsung von Harnstofflösung in heißes Abgas entwickelt werden. Dabei liegt der Fokus auf der Parametrisierung der Einflüsse des komplexen Zusammenhangs aus geometrischen und physikalischen Randbedingungen. Speziell wird hier die Verteilung der Harnstofflösung und anschließend des freigesetzten Ammoniaks betrachtet. Damit soll bei konkreten Anwendungen bereits in der Projektierungsphase vorhergesagt werden können, unter welchen Voraussetzungen der effizienteste Einsatz von Harnstofflösung möglich ist. Mit Hilfe des "Digitalen Abbilds" wird es dann möglich, Harnstofflösung für den Betrieb eines SCR-Katalysators zur Stickoxid-Reinigung des Abgases als Ressource bedarfsoptimiert einzusetzen und gleichzeitig Ammoniakschlupf minimieren. Dies wird auch die daraus resultierenden Sekundäremissionen wie Stickoxide oder Blausäure verhindern. Eine unnötige Überdimensionierung des SCR-Katalysatorvolumens kann so vermieden werden. Als Konsequenz ergeben sich essenzielle wirtschaftliche Vorteile sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb des SCR-Systems. Nur so kann der hocheffizienten, CO2-neutralen Biomassenutzung eine reelle Chance eingeräumt werden, da sie einem immensen Kostendruck unterliegt. Die Ergebnisse finden direkt Verwertung im Biogas-BHKW-Markt, da durch das Inkrafttreten der 44. BImSchV ab 2023 strengere Emissionsregularien gelten, die nur mit einem optimal ausgelegtem SCRSystem einzuhalten sind. | Prof. Friedrich Dinkelacker Tel.: +49 511 762-2438 dinkelacker@itv.uni-hannover.de Leibniz Universität Hannover - Fakultät für Maschinenbau - Institut für Technische Verbrennung An der Universität 1 30823 Garbsen | ||
| 01.03.2022 | 31.12.2024 | 2220NR120B | Verbundvorhaben: Hocheffiziente Biogas-SCR-Systeme; Teilvorhaben 2: Entwicklung eines CFD-basierten Auslegungstools für die SCR - Abgasnachbehandlung in Biogas-BHKW - Akronym: BiNOred | Im Rahmen des BiNOred-Projektes geht es um eine Entwicklung für die Realisierung von sehr sauber arbeitenden SCR-Systemen (Selektive katalytische Reduktion), damit die ab 2023 nach der 44. BImSchV (Bundes-Immissions-Schutz-Verordnung) sehr strengen Emissi-onsregeln eingehalten werden können. Diese SCR-Systeme sind notwendig, um in Zukunft saubere und CO2-neutrale Biomasse in Blockheizkraftwerken (BHKW) nutzen zu können. Dazu soll ein "Digitales Abbild" für die Eindüsung von Harnstofflösung in heißes Abgas entwi-ckelt werden. Dabei liegt der Fokus auf der Parametrisierung der Einflüsse des komplexen Zusammenhangs aus geometrischen und physikalischen Randbedingungen, welche sich in maßgeblicher Weise von jenen im Automobil- und Kraftwerksbereich unterscheiden. Speziell wird hier die Verteilung der Harnstofflösung und anschließend des freigesetzten Ammoniaks betrachtet. Damit soll bei konkreten Anwendungen bereits in der Projektierungsphase vorher-gesagt werden können, unter welchen Voraussetzungen der effizienteste Einsatz von Harn-stofflösung möglich ist. Mit Hilfe des "Digitalen Abbilds" wird es dann möglich, Harnstofflö-sung für den Betrieb eines SCR-Katalysators zur Stickoxid-Reinigung des Abgases als Res-source bedarfsoptimiert einzusetzen und gleichzeitig Ammoniakschlupf minimieren. Dies wird auch die daraus resultierenden Sekundäremissionen wie Stickoxide oder Blausäure verhin-dern. Eine unnötige Überdimensionierung des SCR-Katalysatorvolumens kann so vermieden werden. Als Konsequenz ergeben sich essenzielle wirtschaftliche Vorteile sowohl in der An-schaffung als auch im Betrieb des SCR-Systems. Nur so kann der hocheffizienten, CO2-neutralen Biomassenutzung eine reelle Chance eingeräumt werden, da sie einem immensen Kostendruck unterliegt. Die Ergebnisse finden direkt Verwertung im Biogas-BHKW-Markt, da durch das Inkrafttreten der 44. BImSchV ab 2023 strengere Emissionsregularien gelten, die nur mit einem optimal ausgelegten SCR-System einzuhalten sind. | Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume Tel.: +49 30 314-22348 matthias.kraume@tu-berlin.de Technische Universität Berlin - Fakultät III - Prozesswissenschaften - Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik - Fachgebiet Verfahrenstechnik - MAR2-1 Marchstr. 23 10587 Berlin | ||
| 01.03.2022 | 31.12.2024 | 2220NR120C | Verbundvorhaben: Hocheffiziente Biogas-SCR-Systeme; Teilvorhaben 3: Feldvalidierung und Begleitung der Entwicklung einer computergestützten Auslegung zur SCR-Abgasnachbehandlung von Biogas-BHKW - Akronym: BiNOred | Im Rahmen des BiNOred-Projektes geht es um eine Entwicklung für die Realisierung von sehr sauber arbeitenden SCR-Systemen (Selektive katalytische Reduktion), damit die ab 2023 nach der 44. BImSchV (Bundes-Immissions-Schutz-Verordnung) sehr strengen Emissionsregeln eingehalten werden können. Diese SCR-Systeme sind notwendig, um in Zukunft saubere und CO2 neutrale Biomasse in Blockheizkraftwerken (BHKW) nutzen zu können. Dazu soll ein "Digitales Abbild" für die Eindüsung von Harnstofflösung in heißes Abgas entwickelt werden. Dabei liegt der Fokus auf der Parametrisierung der Einflüsse des komplexen Zusammenhangs aus geometrischen und physikalischen Randbedingungen, welche sich in maßgeblicher Weise von jenen im Automobil- und Kraftwerksbereich unterscheiden. Speziell wird hier die Verteilung der Harnstofflösung und anschließend des freigesetzten Ammoniaks betrachtet. Damit soll bei konkreten Anwendungen bereits in der Projektierungsphase vorhergesagt werden können, unter welchen Voraussetzungen der effizienteste Einsatz von wässriger Harnstofflösung möglich ist. Mit Hilfe des "Digitalen Abbilds" wird es dann möglich, Harnstofflösung für den Betrieb eines SCR-Katalysators zur Stickoxid-Reinigung des Abgases als Res-source bedarfsoptimiert einzusetzen und gleichzeitig Ammoniakschlupf minimieren. Dies wird auch die daraus resultierenden Sekundäremissionen wie Stickoxide oder Blausäure verhindern. Eine unnötige Überdimensionierung des SCR-Katalysatorvolumens kann so vermieden werden. Als Konsequenz ergeben sich essenzielle wirtschaftliche Vorteile sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb des SCR-Systems. Nur so kann der hocheffizienten, CO2-neutralen Biomassenutzung eine reelle Chance eingeräumt werden, da sie einem immensen Kostendruck unterliegt. | Dirk Goeman Tel.: +49 4498 92326-26 dirk.goeman@emission-partner.de Emission Partner GmbH & Co. KG Industriestr. 5 26683 Saterland | ||
| 01.05.2021 | 30.04.2024 | 2220NR137A | Verbundvorhaben: Energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials; Teilvorhaben 1: Isotopenanalytik - Akronym: ENCOVER | Ziel des Projektes ist eine energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials während der Biogasgewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen. Die Verwertbarkeit von CO2 basiert hierbei auf dem vor knapp 30 Jahren erstmals beschriebenen Prozess der Biokonversion, in dem CO2 ohne zusätzliches Einbringen von Wasserstoff (H2) in energetisch nutzbares Methan (CH4) umgewandelt wird. Dieser Effekt wurde bisher allerdings ausschließlich im Labor- und Technikumsmaßstab und unter Verwendung von Klärschlämmen bzw. Speiseresten als Substrate nachgewiesen. Die wesentliche Aufgabenstellung dieses Vorhabens ist es, die Biokonversion bei der Vergärung verschiedener NawaRo-Substrate (Mais-, Grass-, Ganzpflanzensilagen) im Technikums- und Pilotmaßstab zu evaluieren. Hierbei sollen das CO2-Aufnahmepotential und die zusätzliche CH4-Produktion quantifiziert werden. Durch begleitende Isotopenanalysen und mikrobiologische Untersuchungen sollen die Mechanismen aufgedeckt und die Prozesse besser verstanden werden. Mit dem Ziel einer dauerhaft stabilen Betriebsweise gilt es, Optimierungspotentiale bezüglich Inputsubstraten, Raumbelastung und CO2-Injektion (Rate und Volumen) auszuschöpfen und Änderungen im Langzeitbetrieb zu prüfen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen sollen Empfehlungen für die Nutzung des Effektes in der Praxis abgeleitet werden. Einsatzmöglichkeiten in der Praxis bestehen beispielsweise bei verfügbaren hochkonzentrierten externen CO2-Quellen oder auch in einer Rezirkulierung von CO2, das als Abfallprodukt bei der Biogasaufbereitung bei Einspeiseanlagen anfällt. CO2-Emissionen werden so vermieden bzw. reduziert und in nutzbares CH4 umgesetzt. Der C-Kreislauf wird mit dem Effekt einer erhöhten energetischen Umsetzung während der anaeroben Vergärung in der Biogasanlage geschlossen. Gleichzeitig trägt die Stimulation des Biogasprozesses durch die CO2-Injektion dazu bei, das Restgaspotential in den Gärprodukten zu minimieren. | Dr. Daniela Polag Tel.: +49 6221 54-6008 daniela.polag@geow.uni-heidelberg.de Universität Heidelberg - Fakultät für Chemie- und Geowissenschaften - Institut für Geowissenschaften Im Neuenheimer Feld 234-236 69120 Heidelberg | ||
| 01.05.2021 | 30.04.2024 | 2220NR137B | Verbundvorhaben: Energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials; Teilvorhaben 2: Reaktorbetrieb - Akronym: ENCOVER | Ziel des Projektes ist eine energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials während der Biogasgewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen. Die Verwertbarkeit von CO2 basiert hierbei auf dem vor knapp 30 Jahren erstmals beschriebenen Prozess der Biokonversion, in dem CO2 ohne zusätzliches Einbringen von Wasserstoff (H2) in energetisch nutzbares Methan (CH4) umgewandelt wird. Dieser Effekt wurde bisher allerdings ausschließlich im Labor- und Technikumsmaßstab und unter Verwendung von Klärschlämmen bzw. Speiseresten als Substrate nachgewiesen. Die wesentliche Aufgabenstellung dieses Vorhabens ist es, die Biokonversion bei der Vergärung verschiedener NawaRo-Substrate (Mais-, Grass-, Ganzpflanzensilagen) im Technikums- und Pilotmaßstab zu evaluieren. Hierbei sollen das CO2-Aufnahmepotential und die zusätzliche CH4-Produktion quantifiziert werden. Durch begleitende Isotopenanalysen und mikrobiologische Untersuchungen sollen die Mechanismen aufgedeckt und die Prozesse besser verstanden werden. Mit dem Ziel einer dauerhaft stabilen Betriebsweise gilt es, Optimierungspotentiale bezüglich Inputsubstraten, Raumbelastung und CO2-Injektion (Rate und Volumen) auszuschöpfen und Änderungen im Langzeitbetrieb zu prüfen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen sollen Empfehlungen für die Nutzung des Effektes in der Praxis abgeleitet werden. Einsatzmöglichkeiten in der Praxis bestehen beispielsweise bei verfügbaren hochkonzentrierten externen CO2-Quellen oder auch in einer Rezirkulierung von CO2, das als Abfallprodukt bei der Biogasaufbereitung bei Einspeiseanlagen anfällt. CO2-Emissionen werden so vermieden bzw. reduziert und in nutzbares CH4 umgesetzt. Der C-Kreislauf wird mit dem Effekt einer erhöhten energetischen Umsetzung während der anaeroben Vergärung in der Biogasanlage geschlossen. Gleichzeitig trägt die Stimulation des Biogasprozesses durch die CO2-Injektion dazu bei, das Restgaspotential in den Gärprodukten zu minimieren. | PD Dr.-Ing. habil. Konrad Koch Tel.: +49 89 289-13706 k.koch@tum.de Technische Universität München - Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen - Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft Am Coulombwall 85748 Garching b. München | ||
| 01.05.2021 | 30.04.2024 | 2220NR137C | Verbundvorhaben: Energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials; Teilvorhaben 3: Mikro- und Molekularbiologie - Akronym: ENCOVER | Ziel des Projektes ist eine energetische Nutzung von CO2 zur Verringerung des Restmethanpotentials während der Biogasgewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen. Die Verwertbarkeit von CO2 basiert hierbei auf dem vor knapp 30 Jahren erstmals beschriebenen Prozess der Biokonversion, in dem CO2 ohne zusätzliches Einbringen von Wasserstoff (H2) in energetisch nutzbares Methan (CH4) umgewandelt wird. Dieser Effekt wurde bisher allerdings ausschließlich im Labor- und Technikumsmaßstab und unter Verwendung von Klärschlämmen bzw. Speiseresten als Substrate nachgewiesen. Die wesentliche Aufgabenstellung dieses Vorhabens ist es, die Biokonversion bei der Vergärung verschiedener NawaRo-Substrate (Mais-, Grass-, Ganzpflanzensilagen) im Technikums- und Pilotmaßstab zu evaluieren. Hierbei sollen das CO2-Aufnahmepotential und die zusätzliche CH4-Produktion quantifiziert werden. Durch begleitende Isotopenanalysen und mikrobiologische Untersuchungen sollen die Mechanismen aufgedeckt und die Prozesse besser verstanden werden. Mit dem Ziel einer dauerhaft stabilen Betriebsweise gilt es, Optimierungspotentiale bezüglich Inputsubstraten, Raumbelastung und CO2-Injektion (Rate und Volumen) auszuschöpfen und Änderungen im Langzeitbetrieb zu prüfen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen sollen Empfehlungen für die Nutzung des Effektes in der Praxis abgeleitet werden. Einsatzmöglichkeiten in der Praxis bestehen beispielsweise bei verfügbaren hochkonzentrierten externen CO2-Quellen oder auch in einer Rezirkulierung von CO2, das als Abfallprodukt bei der Biogasaufbereitung bei Einspeiseanlagen anfällt. CO2-Emissionen werden so vermieden bzw. reduziert und in nutzbares CH4 umgesetzt. Der C-Kreislauf wird mit dem Effekt einer erhöhten energetischen Umsetzung während der anaeroben Vergärung in der Biogasanlage geschlossen. Gleichzeitig trägt die Stimulation des Biogasprozesses durch die CO2-Injektion dazu bei, das Restgaspotential in den Gärprodukten zu minimieren. | Dr. Michael Lebuhn Tel.: +49 8161 8640-3838 michael.lebuhn@lfl.bayern.de Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) - Abt. Qualitätssicherung und Untersuchungswesen Lange Point 4 85354 Freising | ||
| 01.09.2021 | 29.02.2024 | 2220NR151A | Verbundvorhaben: Emissionsminderung bei der Biogasaufbereitung, -verdichtung und –einspeisung; Teilvorhaben 1: Quantifizierung und Minderung von Methanemissionen an Biogasaufbereitungsanlagen in der Praxis - Akronym: EmMinA | Biomethananlagen unterscheiden sich durch die Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz hinsichtlich der technischen Ausgestaltung von Biogasanlagen mit Vor-Ort-Verstromung. Durch die Limitierung der Methanmengen im abgetrennten CO2-/Abgasstrom (0,2 % nach Gasnetzzugangsverordnung – GasNZV [1]) und den Vorgaben der TA Luft, benötigen einige Aufbereitungstechnologien (PSA, DWW, Membranverfahren) eine Abgasnachbehandlung, während andere (z. B. Aminwäsche) den Grenzwert auch ohne Nachbehandlung erfüllen können. Insgesamt hat sich der Methanschlupf durch Optimierung der Aufbereitungstechnologien in den letzten Jahren verringert (z. B. PSA oder Membranverfahren). Geringe Methankonzentrationen im Abgas und geringe Volumenströme, stellen auch gewisse Anforderungen an die Nachbehandlungstechnologie. Einspeisung und Aufbereitung sind bisher wenig systematisch in Bezug auf ihre Emissionen untersucht worden. Gleiches gilt für die Effizienz und Effektivität der Nachbehandlungstechnologien. Vor dem Hintergrund der Weiterentwicklung des Biomethansektors auch an Standorten mit geringeren Volumenströmen ist das Ziel des vorliegenden Antrags, Emissionen aus Aufbereitungs- und Nachbehandlungsanlagen zu ermitteln, sowie Technologien für die Nachbehandlung hinsichtlich der Kosten, der energetischen Effizienz, der Leistungsfähigkeit, der Emissionsminderung und den Betriebserfahrungen zu bewerten. Daneben soll der Biofilter als eine bisher wenig eingesetzte Technologie zur Schwachgasbehandlung als Alternative zu den bisherigen Verfahren für Standorte mit geringeren Volumenströmen bewertet werden. Das Vorhaben sieht vor, alle gewonnenen Informationen übersichtlich aufzubereiten und über eine Broschüre und ein Webinar weiterzugeben. Damit sollen mögliche Optionen für die Biogasaufbereitung und Abgasnachbehandlung und die damit verbundenen Handlungsoptionen für Anlagenbetreiber, Genehmigungsbehörden und Anlagenplaner sinnvoll und nutzbringend dargestellt werden. | Lukas Knoll Tel.: +49 341 2434-365 lukas.knoll@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.09.2021 | 29.02.2024 | 2220NR151B | Verbundvorhaben: Emissionsminderung bei der Biogasaufbereitung, -verdichtung und –einspeisung; Teilvorhaben 2: Bilanzierung der Gasreinigung und Machbarkeit des Einsatzes von Biofiltern - Akronym: EmMinA | Biomethananlagen unterscheiden sich durch die Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz hinsichtlich der technischen Ausgestaltung von Biogasanlagen mit Vor-Ort-Verstromung. Durch die Limitierung der Methanmengen im abgetrennten CO2-/Abgasstrom (0,2 % nach Gasnetzzugangsverordnung – GasNZV [1]) und den Vorgaben der TA Luft, benötigen einige Aufbereitungstechnologien (PSA, DWW, Membranverfahren) eine Abgasnachbehandlung, während andere (z. B. Aminwäsche) den Grenzwert auch ohne Nachbehandlung erfüllen können. Insgesamt hat sich der Methanschlupf durch Optimierung der Aufbereitungstechnologien in den letzten Jahren verringert (z. B. PSA oder Membranverfahren). Geringe Methankonzentrationen im Abgas und geringe Volumenströme, stellen auch gewisse Anforderungen an die Nachbehandlungstechnologie. Einspeisung und Aufbereitung sind bisher wenig systematisch in Bezug auf ihre Emissionen untersucht worden. Gleiches gilt für die Effizienz und Effektivität der Nachbehandlungstechnologien. Vor dem Hintergrund der Weiterentwicklung des Biomethansektors auch an Standorten mit geringeren Volumenströmen ist das Ziel des vorliegenden Antrags, Emissionen aus Aufbereitungs- und Nachbehandlungsanlagen zu ermitteln, sowie Technologien für die Nachbehandlung hinsichtlich der Kosten, der energetischen Effizienz, der Leistungsfähigkeit, der Emissionsminderung und den Betriebserfahrungen zu bewerten. Daneben soll der Biofilter als eine bisher wenig eingesetzte Technologie zur Schwachgasbehandlung als Alternative zu den bisherigen Verfahren für Standorte mit geringeren Volumenströmen bewertet werden. Das Vorhaben sieht vor, alle gewonnenen Informationen übersichtlich aufzubereiten und über eine Broschüre und ein Webinar weiterzugeben. Damit sollen mögliche Optionen für die Biogasaufbereitung und Abgasnachbehandlung und die damit verbundenen Handlungsoptionen für Anlagenbetreiber, Genehmigungsbehörden und Anlagenplaner sinnvoll und nutzbringend dargestellt werden. | Dr.-Ing Jan Liebetrau Tel.: +49 7221 37760-16 jan.liebetrau@rytec.com Rytec GmbH Engineering für Abfalltechnologie und Energiekonzepte Pariser Ring 37 76532 Baden-Baden | ||
| 01.07.2022 | 30.06.2025 | 2220NR156A | Verbundvorhaben: Effizienzsteigerung und Emissionsminimierung von Biogasanlagen bei gleichzeitiger Reduktion der Anlagenkomplexität durch innovative Gastrennverfahren; Teilvorhaben 1: Koordination und Membranentwicklung - Akronym: Bio4Value | Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuartigen Gastrennmembranen/-modulen für die vereinfachte Abtrennung von CO2 und anderen Biogasbestandteilen, für eine effektivere Herstellung von Biomethan. Dabei soll eine hohe Qualität der getrennten Stoffströme und die Anwendbarkeit des Gastrennverfahrens auch für kleine Aufbereitungsanlagen erreicht werden. Zur Herstellbarkeit dieser neuartigen Gastrennmembranen muss eine modulare Membranziehanlage entwickelt werden, mit deren Hilfe die Membranherstellung gezielt an verschiedene Trennaufgaben angepasst werden kann. Für Tests unter Industriebedingungen werden die Membranen in speziell entwickelte Module eingesetzt, um den Einsatz auch in bestehenden Biogasanlagen zu ermöglichen. In Anlehnung an das "chemical leasing"-Konzept soll zudem ein Recycling der Membranen stattfinden und ein Kreislauf zur Ressourcenschonung etabliert werden, der die Freisetzung von Mikroplastik in die Umwelt durch Membranabfälle minimieren soll. Abschließend soll eine ökonomische und ökologische Bewertung des entwickelten Membrantrennverfahrens, einschließlich einer Bewertung des technischen Risikos, erfolgen. | Steven Kluge Tel.: +49 331 568-1224 steven.kluge@iap.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) Geiselbergstr. 69 14476 Potsdam | ||
| 01.07.2022 | 30.06.2025 | 2220NR156B | Verbundvorhaben: Effizienzsteigerung und Emissionsminimierung von Biogasanlagen bei gleichzeitiger Reduktion der Anlagenkomplexität durch innovative Gastrennverfahren; Teilvorhaben 2: Biogastrennung und Technikbewertung - Akronym: Bio4Value | Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuartigen Gastrennmembranen/-modulen für die vereinfachte Abtrennung von CO2 und anderen Biogasbestandteilen, für eine effektivere Herstellung von Biomethan. Dabei soll eine hohe Qualität der getrennten Stoffströme und die Anwendbarkeit des Gastrennverfahrens auch für kleine Aufbereitungsanlagen erreicht werden. Zur Herstellbarkeit dieser neuartigen Gastrennmembranen muss eine modulare Membranziehanlage entwickelt werden, mit deren Hilfe die Membranherstellung gezielt an verschiedene Trennaufgaben angepasst werden kann. Für Tests unter Industriebedingungen werden die Membranen in speziell entwickelte Module eingesetzt, um den Einsatz auch in bestehenden Biogasanlagen zu ermöglichen. In Anlehnung an das "chemical leasing"-Konzept soll zudem ein Recycling der Membranen stattfinden und ein Kreislauf zur Ressourcenschonung etabliert werden, der die Freisetzung von Mikroplastik in die Umwelt durch Membranabfälle minimieren soll. Abschließend soll eine ökonomische und ökologische Bewertung des entwickelten Membrantrennverfahrens, einschließlich einer Bewertung des technischen Risikos, erfolgen. | Dr. Christiane Herrmann Tel.: +49 331 5699-231 cherrmann@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | ||
| 01.07.2022 | 30.06.2025 | 2220NR156C | Verbundvorhaben: Effizienzsteigerung und Emissionsminimierung von Biogasanlagen bei gleichzeitiger Reduktion der Anlagenkomplexität durch Fermentationskontrolle und innovative Gastrennverfahren; Teilvorhaben 3: Prozess- und Modulentwicklung - Akronym: bio4value | Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuartigen Gastrennmembranen/-modulen für die vereinfachte Abtrennung von CO2 und anderen Biogasbestandteilen, für eine effektivere Herstellung von Biomethan. Dabei soll eine hohe Qualität der getrennten Stoffströme und die Anwendbarkeit des Gastrennverfahrens auch für kleine Aufbereitungsanlagen erreicht werden. Zur Herstellbarkeit dieser neuartigen Gastrennmembranen muss eine modulare Membranziehanlage entwickelt werden, mit deren Hilfe die Membranherstellung gezielt an verschiedene Trennaufgaben angepasst werden kann. Für Tests unter Industriebedingungen werden die Membranen in speziell entwickelte Module eingesetzt, um den Einsatz auch in bestehenden Biogasanlagen zu ermöglichen. In Anlehnung an das "chemical leasing"-Konzept soll zudem ein Recycling der Membranen stattfinden und ein Kreislauf zur Ressourcenschonung etabliert werden, der die Freisetzung von Mikroplastik in die Umwelt durch Membranabfälle minimieren soll. Abschließend soll eine ökonomische und ökologische Bewertung des entwickelten Membrantrennverfahrens, einschließlich einer Bewertung des technischen Risikos, erfolgen. | Dr. Peter Pröfrock Tel.: +49 173 9500-700 info@ks-kunststoffbau.de KS Kunststoffbau GmbH Weidendamm 9 15831 Blankenfelde-Mahlow | ||
| 15.11.2021 | 15.01.2024 | 2220NR157A | Verbundvorhaben: Entwicklung von innovativen Konzepten zur Clusterung von Bestandsbiogasanlagen für die Bereitstellung von Biomethan; Teilvorhaben 1: Clusterermittlung und –bewertung - Akronym: BGA-Cluster | Im Rahmen dieses Projekts sollen kurz- und mittelfristig umsetzbare Maßnahmen für die Clusterung von Bestandsbiogasanlagen zur Bereitstellung von Biomethan identifiziert und Handlungsempfehlungen für Anlagenbetreiber entwickelt werden. Hierzu bedarf es der detaillierten Ermittlung von Kapital- und Betriebskosten und der Analyse von rechtlichen, regulatorischen und organisatorischen Fragestellungen. Um eine Detailanalyse anhand von Praxisdaten vornehmen zu können, werden im Projektverlauf drei geeignete Standorte für die Clusterung von Biogasanlagen ausgewählt und näher betrachtet. Die Ergebnisse sollen in einem Leitfaden zur Clusterung von Biogasanlagen nutzbar gemacht werden, der politischen Entscheidungsträgern, Firmen und Biogasanlagenbetreibern Entscheidungshilfe bietet. Mit Hilfe dieser Vorarbeiten sowie der Expertise der Projektpartner in den Themengebieten Biogasbereitstellung, Biogasaufbereitung, Biomethaneinspeisung und -nutzung ermöglichen eine ganzheitliche und interdisziplinare Bearbeitung des Projektes. | Dr. Dipl.-Wirt.-Ing. Frank Graf Tel.: +49 721 608-41221 graf@dvgw-ebi.de DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) Engler-Bunte-Ring 1-9 76131 Karlsruhe | ||
| 15.11.2021 | 15.01.2024 | 2220NR157B | Verbundvorhaben: Entwicklung von innovativen Konzepten zur Clusterung von Bestandsbiogasanlagen für die Bereitstellung von Biomethan; Teilvorhaben 2: Anlagenbewertung und -auslegung - Akronym: BGA-Cluster | Im Rahmen dieses Projekts sollen kurz- und mittelfristig umsetzbare Maßnahmen für die Clusterung von Bestandsbiogasanlagen zur Bereitstellung von Biomethan identifiziert und Handlungsempfehlungen für Anlagenbetreiber entwickelt werden. Hierzu bedarf es der detaillierten Ermittlung von Kapital- und Betriebskosten und der Analyse von rechtlichen, regulatorischen und organisatorischen Fragestellungen. Um eine Detailanalyse anhand von Praxisdaten vornehmen zu können, werden im Projektverlauf drei geeignete Standorte für die Clusterung von Biogasanlagen ausgewählt und näher betrachtet. Die Ergebnisse sollen in einem Leitfaden zur Clusterung von Biogasanlagen nutzbar gemacht werden, der politischen Entscheidungsträgern, Firmen und Biogasanlagenbetreibern Entscheidungshilfe bietet. Mit Hilfe dieser Vorarbeiten sowie der Expertise der Projektpartner in den Themengebieten Biogasbereitstellung, Biogasaufbereitung, Biomethaneinspeisung und -nutzung ermöglichen eine ganzheitliche und interdisziplinare Bearbeitung des Projektes. | Dr. Hans Oechsner Tel.: +49 711 459-22683 oechsner@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 15.11.2021 | 15.01.2024 | 2220NR157C | Verbundvorhaben: Entwicklung von innovativen Konzepten zur Clusterung von Bestandsbiogasanlagen für die Bereitstellung von Biomethan; Teilvorhaben 3: Anlagenbetreiber und Kommunikation - Akronym: BGA-Cluster | Im Rahmen dieses Projekts sollen kurz- und mittelfristig umsetzbare Maßnahmen für die Clusterung von Bestandsbiogasanlagen zur Bereitstellung von Biomethan identifiziert und Handlungsempfehlungen für Anlagenbetreiber entwickelt werden. Hierzu bedarf es der detaillierten Ermittlung von Kapital- und Betriebskosten und der Analyse von rechtlichen, regulatorischen und organisatorischen Fragestellungen. Um eine Detailanalyse anhand von Praxisdaten vornehmen zu können, werden im Projektverlauf drei geeignete Standorte für die Clusterung von Biogasanlagen ausgewählt und näher betrachtet. Die Ergebnisse sollen in einem Leitfaden zur Clusterung von Biogasanlagen nutzbar gemacht werden, der politischen Entscheidungsträgern, Firmen und Biogasanlagenbetreibern Entscheidungshilfe bietet. Mit Hilfe dieser Vorarbeiten sowie der Expertise der Projektpartner in den Themengebieten Biogasbereitstellung, Biogasaufbereitung, Biomethaneinspeisung und -nutzung ermöglichen eine ganzheitliche und interdisziplinare Bearbeitung des Projektes. | Dr. Stefan Rauh Tel.: +49 8161 9446-804 stefan.rauh@biogas.org Fachverband Biogas e.V. Angerbrunnenstr. 12 85356 Freising | ||
| 15.11.2021 | 15.01.2024 | 2220NR157D | Verbundvorhaben: Entwicklung von innovativen Konzepten zur Clusterung von Bestandsbiogasanlagen für die Bereitstellung von Biomethan; Teilvorhaben 4: Engineering, Technik- und Kostenplanung - Akronym: BGA-Cluster | Im Rahmen dieses Projekts sollen kurz- und mittelfristig umsetzbare Maßnahmen für die Clusterung von Bestandsbiogasanlagen zur Bereitstellung von Biomethan identifiziert und Handlungsempfehlungen für Anlagenbetreiber entwickelt werden. Hierzu bedarf es der detaillierten Ermittlung von Kapital- und Betriebskosten und der Analyse von rechtlichen, regulatorischen und organisatorischen Fragestellungen. Um eine Detailanalyse anhand von Praxisdaten vornehmen zu können, werden im Projektverlauf drei geeignete Standorte für die Clusterung von Biogasanlagen ausgewählt und näher betrachtet. Die Ergebnisse sollen in einem Leitfaden zur Clusterung von Biogasanlagen nutzbar gemacht werden, der politischen Entscheidungsträgern, Firmen und Biogasanlagenbetreibern Entscheidungshilfe bietet. Mit Hilfe dieser Vorarbeiten sowie der Expertise der Projektpartner in den Themengebieten Biogasbereitstellung, Biogasaufbereitung, Biomethaneinspeisung und -nutzung ermöglichen eine ganzheitliche und interdisziplinare Bearbeitung des Projektes. | M.Sc Florian Neder Tel.: +49 8151 44637-29 florian.neder@keep-it-green.de keep it green gmbh Münchner Str. 19 a 82319 Starnberg | ||
| 15.11.2021 | 15.01.2024 | 2220NR157E | Verbundvorhaben: Entwicklung von innovativen Konzepten zur Clusterung von Bestandsbiogasanlagen für die Bereitstellung von Biomethan; Teilvorhaben 5: Modellstandorte und Rechtsfragen - Akronym: BGA-Cluster | Im Rahmen dieses Projekts sollen kurz- und mittelfristig umsetzbare Maßnahmen für die Clusterung von Bestandsbiogasanlagen zur Bereitstellung von Biomethan identifiziert und Handlungsempfehlungen für Anlagenbetreiber entwickelt werden. Hierzu bedarf es der detaillierten Ermittlung von Kapital- und Betriebskosten und der Analyse von rechtlichen, regulatorischen und organisatorischen Fragestellungen. Um eine Detailanalyse anhand von Praxisdaten vornehmen zu können, werden im Projektverlauf drei geeignete Standorte für die Clusterung von Biogasanlagen ausgewählt und näher betrachtet. Die Ergebnisse sollen in einem Leitfaden zur Clusterung von Biogasanlagen nutzbar gemacht werden, der politischen Entscheidungsträgern, Firmen und Biogasanlagenbetreibern Entscheidungshilfe bietet. Mit Hilfe dieser Vorarbeiten sowie der Expertise der Projektpartner in den Themengebieten Biogasbereitstellung, Biogasaufbereitung, Biomethaneinspeisung und -nutzung ermöglichen eine ganzheitliche und interdisziplinare Bearbeitung des Projektes. | Dr.-Ing. Armin Bott Tel.: +49 7243 216-418 a.dr.bott@erdgas-suedwest.de Erdgas Südwest GmbH Siemensstr. 9 76275 Ettlingen | ||
| 01.11.2021 | 31.10.2024 | 2220NR161A | Verbundvorhaben: Optimierte Gaswäsche für einen skalierbaren und an die Rohgasinfrastruktur angepassten Ausbau der Biomethanproduktion - Das Triple-A-Verfahren (AmbientAminAbsorption); Teilvorhaben 1: Verfahrensvergleich und ganzheitliche Bilanzen - Akronym: TripleA | Ziel des Triple-A-Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Aufbereitungsverfahrens für Biogas, das die Eigenschaften i) einfache technische Machbarkeit, ii) Skalierbarkeit iii) Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit vereint. Die sogenannten Triple-A-Technologie nutzt Aminosäuren (Amin) unter Umgebungsbedingungen (Ambient) für eine chemische Gaswäsche (Absorption). Durch das Konzept und das verwendete Waschmittel ergeben sich Vorteile, die sich positiv auf den Betriebsablauf, die Wirtschaftlichkeit und das Umsetzungspotential der Technologie auswirken: (1) Das Waschmittel soll sich aus gängigen Biogassubstraten wie Silagen selbst gewinnen lassen und nach Verbrauch im Fermenter wieder verwertet und für lokale bioökonomische Kreisläufe mit kurzen Wegen genutzt werden. (2) Der Prozessablauf bei Umgebungsbedingungen ermöglicht einen einfachen Aufbau mit geringen Anforderungen an Anlagenkomponenten, Sicherheit und fachlicher Betrieb, geringen Energiebedarf und somit hohem Kostensenkungspotential. (3) Diese Eigenschaften ermöglichen ein gut skalierbaren und auf Aufbereitungskapazitäten kleiner 250 Nm³/h kosten-optimierte Betrieb. Das Herz des vorliegenden Projektvorschlages wird durch die Entwicklung, Aufbau und den Betrieb einer Technikumsanlage unter Labor- und realen Praxisbedingungen repräsentiert. Darüber hinaus soll eine technisch-ökologisch-ökonomische Analyse und Bewertung die Machbarkeit erfolgen. In dieser werden bestehenden Modelle zur Prozesssimulation und betriebswirtschaftlichen Einordnung weiterentwickelt und abschließend die Konkurrenzfähigkeit und das zukünftige Potential der Technologie im Kontext der Biomethan-Erzeugung in Deutschland ermittelt. | Dr. Ludger Eltrop Tel.: +49 711 685-87816 ludger.eltrop@ier.uni-stuttgart.de Universität Stuttgart - Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Heßbrühlstr. 49 a 70565 Stuttgart | ||
| 01.11.2021 | 31.10.2024 | 2220NR161B | Verbundvorhaben: Optimierte Gaswäsche für einen skalierbaren und an die Rohgasinfrastruktur angepassten Ausbau der Biomethanproduktion - Das Triple-A-Verfahren (AmbientAminAbsorption); Teilvorhaben 2: Unterstützung Pilotbetrieb und Analyse - Akronym: TripleA | Ziel des Triple-A-Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Aufbereitungsverfahrens für Biogas, das die Eigenschaften i) einfache technische Machbarkeit, ii) Skalierbarkeit iii) Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit vereint. Die sogenannten Triple-A-Technologie nutzt Aminosäuren (Amin) unter Umgebungsbedingungen (Ambient) für eine chemische Gaswäsche (Absorption). Durch das Konzept und das verwendete Waschmittel ergeben sich Vorteile, die sich positiv auf den Betriebsablauf, die Wirtschaftlichkeit und das Umsetzungspotential der Technologie auswirken. Das Gesamtprojekt wird durch die Universität Stuttgart (IER) koordiniert. Im vorliegenden Projektteil geht es um die Erprobung der Technologie im praktischen Labor- bzw. Pilotbetrieb. Hierzu stellen wir unsere Biogasanlage in Eutingen-Weitingen zur Verfügung und beteiligen uns am Versuchs- und Auswertungsbetrieb. Schon gegenwärtig benutzen wir eine Gasaufbereitung, um unser Biogas in nutzungsfertiges Biomethan aufzuwerten. Das Biomethan wird dann an einer lokalen Tankstelle als Kraftstoff für eine Fahrzeugflotte abgegeben. Um dieses Verfahren zu optimieren beteiligen wir uns mit unserer Expertise gern am vorgeschlagenen TripleA-Verfahren. So werden wir uns bei der Konfigurierung der Technikumsanlage für den Pilotbetrieb auf unserem Hof beteiligen und die im Labor erzielte Gasqualität bewerten. Weiterhin beteiligen wir uns an der Auslegung der Anlage für den Pilotbetrieb und an der Entwicklung möglichen Alternativen und Varianten für andersartige Biogasanlagen. Unser Beitrag besteht darüber hinaus in der kontinuierlichen Überwachung des Anlagenbetriebes, der Auslesung und Interpretation der Betriebsdaten und der Entwicklung von Empfehlungen für die Weiterentwicklung und den Transfer. Wir können hierfür mit unserer jahrelangen Expertise über Biogasanlagen und Biogas-Aufbereitungsanlagen punkten und wichtige Beiträge liefern. | Winfried Vees Tel.: +49 7457 59-132 winfried.vees@t-online.de Winfried Vees Energieproduktion Eckenweiler Str. 72 72184 Eutingen im Gäu | ||
| 01.07.2022 | 30.06.2024 | 2220NR164X | Bereitstellung von CO2 aus Biogasaufbereitungsanlagen für die stoffliche Nutzung - Akronym: Bio-CO2 | Die übergeordnete Zielstellung des Vorhabens besteht in der Effizienzsteigerung von Biogasaufbereitungsanlagen (BGAA) durch eine signifikante Verminderung von Emissionen und gleichzeitiger Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Im Vorhaben sollen neue Erlösmöglichkeiten für Betreiber von BGAA durch die neben Biomethan zusätzliche Erzeugung und Vermarktung von CO2 aufgezeigt werden. Das Ziel des Vorhabens besteht in der: - Ermittlung ökonomisch optimierter Bereitstellungsketten für CO2 aus Biogas - Ökologischen Bewertung der Bereitstellungsketten für CO2 aus Biogas - Entwicklung von Geschäftsmodellen zur kombinierten Erzeugung und Vermarktung von Biomethan und CO2 - Erstellung eines Leitfadens als Handreichung für Anlagenbetreiber und Projektentwickler | Michael Beil Tel.: +49 561 7294-421 michael.beil@iee.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) Joseph-Beuys-Str. 8 34117 Kassel | ||
| 01.12.2021 | 30.11.2023 | 2220NR176A | Verbundvorhaben: Regenerative Energieversorgung für netzautarke Mobilität durch Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Analyse und Evaluation der Energiebereitstellung für den Individualverkehr - Akronym: RegEnerMoBio | Für viele Betreiber von Biogasanlagen in Deutschland stellt sich die Frage, wie nach Auslaufen der Förderung über das Erneuerbare-Energien-Gesetz ein wirtschaftlicher Weiterbetrieb der Anlage aussehen kann. Dies soll im beantragten Vorhaben mit Fokus auf der Bereitstellung von Energie für die rurale Mobilität, sowohl den Individualverkehr wie auch den landwirtschaftlichen Maschineneinsatz, beantwortet werden. Es wird untersucht, welcher Energieträger bei einer ganzheitlichen Betrachtung (energetisch, betriebswirtschaftlich, volkswirtschaftlich, ökologisch) die sinnvollste Lösung für den Mobilitätssektor darstellt. Denkbar sind die Bereitstellung von elektrischer Energie für Batterien, die Nutzung der aufbereiteten Biogase oder Biomethan in Verbrennungsmotoren, die Erzeugung von Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge, die Umwandlung des Biogases in synthetische flüssige Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren sowie Kombinationen davon in Hybridfahrzeugen. Je nach gewählter Variante und zugehörigem Aufbereitungsprozess wird die Wärmebereitstellung durch die Biogasanlage beeinflusst, was bei möglichen Wärmeversorgungsaufträgen zu beachten ist. Mit Hilfe von Simulationen der Angebots- wie auch der Nachfrageseite werden die verschiedenen Konzepte verglichen. Mit der Zusammenführung der Einzelsimulationen wird untersucht, ob bzw. inwieweit eine Biogasanlage eine räumlich abgeschlossene Region ohne Anschluss an das Erdgasnetz Biomethan bzw. Wasserstoff für die Mobilität bereitstellen kann. Aus den Simulationen wird ein frei verfügbares Softwarepaket abgeleitet, mit dem unter Vorgabe von Randbedingungen Handlungsempfehlungen ausgesprochen werden, welches Konzept für spezifische Anlagen am sinnvollsten ist. Um hier realistische Aussagen treffen zu können, sollen außerdem rechtliche und regulatorische Hindernisse recherchiert und bei der Ableitung von Empfehlungen berücksichtigt werden. | Prof. Dr. Frank Behrendt Tel.: +49 30 314-79724 frank.behrendt@tu-berlin.de Technische Universität Berlin - Fakultät III - Prozesswissenschaften - Institut für Energietechnik - Fachgebiet Energieverfahrenstechnik und Umwandlungstechniken regenerativer Energien Seestr. 13 13353 Berlin | ||
| 01.12.2021 | 30.11.2023 | 2220NR176B | Verbundvorhaben: Regenerative Energieversorgung für netzautarke Mobilität durch Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Energienutzung in der landwirtschaftlichen Hof- und Feldbewirtschaftung - Akronym: RegEnerMoBio | Für viele Betreiber von Biogasanlagen in Deutschland stellt sich die Frage, wie nach Auslaufen der Förderung über das Erneuerbare Energien Gesetz ein wirtschaftlicher Weiterbetrieb der Anlage aussehen kann. Dies soll im beantragten Vorhaben mit Fokus auf der Bereitstellung von Energie für die rurale Mobilität, sowohl den Individualverkehr wie auch den landwirtschaftlichen Maschineneinsatz, beantwortet werden. Es wird untersucht, welcher Energieträger bei einer ganzheitlichen Betrachtung (energetisch, betriebswirtschaftlich, volkswirtschaftlich, ökologisch) die sinnvollste Lösung für den Mobilitätssektor darstellt. Denkbar sind die Bereitstellung von elektrischer Energie für Batterien, die Nutzung der aufbereiteten Biogase oder Biomethan in Verbrennungsmotoren, die Erzeugung von Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge, die Umwandlung des Biogases in synthetische flüssige Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren sowie Kombinationen davon in Hybridfahrzeugen. Je nach gewählter Variante und zugehörigem Aufbereitungsprozess wird die Wärmebereitstellung durch die Biogasanlage beeinflusst, was bei möglichen Wärmeversorgungsaufträgen zu beachten ist. Mit Hilfe von Simulationen der Angebots- wie auch der Nachfrageseite werden die verschiedenen Konzepte verglichen. Mit der Zusammenführung der Einzelsimulationen wird untersucht, ob bzw. inwieweit eine Biogasanlage eine räumlich abgeschlossene Region ohne Anschluss an das Erdgasnetz Biomethan bzw. Wasserstoff für die Mobilität bereitstellen kann. Aus den Simulationen wird ein frei verfügbares Softwarepaket abgeleitet, mit dem unter Vorgabe von Randbedingungen Handlungsempfehlungen ausgesprochen werden, welches Konzept für spezifische Anlagen am sinnvollsten ist. Um hier realistische Aussagen treffen zu können, sollen außerdem rechtliche und regulatorische Hindernisse recherchiert und bei der Ableitung von Empfehlungen berücksichtigt werden. | Prof. Dr. Ludger Frerichs Tel.: +49 531 391-2670 ludger.frerichs@tu-braunschweig.de Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig - Fakultät für Maschinenbau - Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge Langer Kamp 19 a 38106 Braunschweig | ||
| 01.10.2021 | 31.03.2024 | 2220NR248A | Verbundvorhaben: Neue wissenschaftliche und neuartige technische Ansätze für einen effizienten Wärmehaushalt von textilen Biogasspeichern; Teilvorhaben 1: Transdisziplinäre Interaktion Umgebung-Struktur-Thermodynamik-Betrieb - Akronym: BioStorSys | Durch das Erarbeiten der wissenschaftlichen Grundlagen und ihrer technischen Umsetzungen soll ein aktives Gas-, Luft- und Temperaturmanagement verbunden mit einer thermischen Funktionalisierung der Membranen, einer genauen Füllstandmessung und einem abgestimmten Energiemanagement die Wirtschaftlichkeit von textilen Biogasspeichersystemen gesteigert werden. Dies ist nicht nur für Neuanlagen interessant, sondern ermöglicht Bestandsanlagen eine Anpassung an die neuen technischen Aufgabenstellungen, die diese zukünftig erfüllen müssen, um konkurrenzfähig zu bleiben. Zu nennen sind die Flexibilisierung der Strom- und Wärmeerzeugung, die Möglichkeit der Gaszwischenspeicherung, die Erzeugung von Biomethan als Kraftstoff und die Anpassung an die klimatischen Bedingungen (sowohl im Inland als auch in Exportländern). Hierzu sind bei der Konditionierung der Temperaturen im Gasraum und der Trocknung des Gases genauere Methoden zur Überwachung der Membranen und des Stützluftraumes zu erarbeiten, um einen geringeren Methanverlust zu erreichen. Zugleich lassen sich durch einen möglichst umfassenden, kontrollierbaren Betriebszustand bisher auftretende Schadensfälle, Ausfälle durch extreme Umgebungstemperaturen und das umweltbelastende Abfackeln von Methan zuverlässig vermeiden. Durch das Schaffen eines für die Biologie günstigen Klimas im Gasraum, welches nur in geringem Maß von den Umgebungsbedingungen beeinflusst wird, soll die Ausnutzung gesteigert werden. Dies führt zu einer Kostenreduzierung und erhöht bspw. die Wirtschaftlichkeit von Bestandsanlagen. Die deutsche Biogasindustrie bleibt zugleich wettbewerbsfähig im Ausland. Mit dem vorliegenden Vorhaben sollen wissenschaftlich fundierte Konzepte erarbeitet, Simulationsmodelle entwickelt, in Laborversuchen und in einem realen Versuchsbau validiert und erprobt werden, mit denen ein sparsamer und Ressourcen schonender Energiehaushalt eines Biogasspeichersystems gewährleistet wird, um einen wirtschaftlicheren Betrieb zu sichern. | Prof. Dr.-Ing. Rosemarie Wagner Tel.: +49 721 608-47386 rosemarie.wagner@kit.edu Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut Entwerfen und Bautechnik Fachgebiet Bautechnologie Englerstr. 7 76131 Karlsruhe | ||
| 01.10.2021 | 31.03.2024 | 2220NR248B | Verbundvorhaben: Neue wissenschaftliche und neuartige technische Ansätze für einen effizienten Wärmehaushalt von textilen Biogasspeichern; Teilvorhaben 2: Versuchsbetrieb unter Praxisbedingungen - Akronym: BioStorSys | Durch das Erarbeiten der wissenschaftlichen Grundlagen und ihrer technischen Umsetzungen soll ein aktives Gas-, Luft- und Temperaturmanagement verbunden mit einer thermischen Funktionalisierung der Membranen, genauen Füllstandmessung und abgestimmten Energiemanagement die Wirtschaftlichkeit von textilen Biogasspeichersystemen verbessert und gesteigert werden. Dies ist nicht nur für Neuanlagen interessant, sondern ermöglicht Bestandsanlagen eine Anpassung an die neuen technischen Aufgabenstellungen, die diese zukünftig erfüllen müssen, um konkurrenzfähig zu bleiben. Zu nennen sind an dieser Stelle die Flexibilisierung der Strom- und Wärmeerzeugung, die Möglichkeit der Gaszwischenspeicherung, die Erzeugung von Biomethan als Kraftstoff und die Anpassung an die klimatischen Bedingungen (sowohl im Inland als auch in Exportländer) zur Konditionierung der Temperaturen im Gasraum und zur Trocknung des Gases, einen geringeren Methanverlust durch genauere Methoden zur Überwachung der Membranen und des Stützluftraumes. Zugleich lassen sich durch einen möglichst umfassenden, kontrollierbaren Betriebszustand bisher auftretende Schadensfälle, Ausfälle durch extreme Umgebungstemperaturen und das umweltbelastende Abfackeln von Methan zuverlässig vermeiden. Durch das Schaffen eines für die Biologie günstigen Klimas im Gasraum, welches nur in geringem Maß von den Umgebungsbedingungen beeinflusst wird, soll die Ausnutzung gesteigert werden. Dies führt zu einer Kostenreduzierung und erhöht bspw. die Wirtschaftlichkeit von Bestandsanlagen. Die deutsche Biogasindustrie bleibt zugleich wettbewerbsfähig im Ausland. Mit dem vorliegenden Vorhaben sollen wissenschaftlich fundierte Konzepte erarbeitet, Simulationsmodelle entwickelt, in Laborversuchen und in einem realen Versuchsbau validiert und erprobt werden, mit denen ein sparsamer und Ressourcen schonender Energiehaushalt eines Biogasspeichersystems gewährleistet wird, um einen wirtschaftlicheren Betrieb zu sichern. | Benjamin Pacan Tel.: +49 6331 2490-840 benjamin.pacan@pfi-germany.de Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. Marie-Curie-Str. 19 66953 Pirmasens | ||
| 01.10.2021 | 31.03.2024 | 2220NR248C | Verbundvorhaben: Neue wissenschaftliche und neuartige technische Ansätze für einen effizienten Wärmehaushalt von textilen Biogasspeichern; Teilvorhaben 3: Konzeption und Umsetzung der Stütz- und Membran-Konstruktion - Akronym: BioStorSys | Durch das Erarbeiten der wissenschaftlichen Grundlagen und ihrer technischen Umsetzungen soll ein aktives Gas-, Luft- und Temperaturmanagement verbunden mit einer thermischen Funktionalisierung der Membranen, einer genauen Füllstandmessung und einem abgestimmten Energiemanagement die Wirtschaftlichkeit von textilen Biogasspeichersystemen gesteigert werden. Dies ist nicht nur für Neuanlagen interessant, sondern ermöglicht Bestandsanlagen eine Anpassung an die neuen technischen Aufgabenstellungen, die diese zukünftig erfüllen müssen, um konkurrenzfähig zu bleiben. Zu nennen sind die Flexibilisierung der Strom- und Wärmeerzeugung, die Möglichkeit der Gaszwischenspeicherung, die Erzeugung von Biomethan als Kraftstoff und die Anpassung an die klimatischen Bedingungen (sowohl im Inland als auch in Exportländern). Hierzu sind bei der Konditionierung der Temperaturen im Gasraum und der Trocknung des Gases genauere Methoden zur Überwachung der Membranen und des Stützluftraumes zu erarbeiten, um einen geringeren Methanverlust zu erreichen. Zugleich lassen sich durch einen möglichst umfassenden, kontrollierbaren Betriebszustand bisher auftretende Schadensfälle, Ausfälle durch extreme Umgebungstemperaturen und das umweltbelastende Abfackeln von Methan zuverlässig vermeiden. Durch das Schaffen eines für die Biologie günstigen Klimas im Gasraum, welches nur in geringem Maß von den Umgebungsbedingungen beeinflusst wird, soll die Ausnutzung gesteigert werden. Dies führt zu einer Kostenreduzierung und erhöht bspw. die Wirtschaftlichkeit von Bestandsanlagen. Die deutsche Biogasindustrie bleibt zugleich wettbewerbsfähig im Ausland. Mit dem vorliegenden Vorhaben sollen wissenschaftlich fundierte Konzepte erarbeitet, Simulationsmodelle entwickelt, in Laborversuchen und in einem realen Versuchsbau validiert und erprobt werden, mit denen ein sparsamer und Ressourcen schonender Energiehaushalt eines Biogasspeichersystems gewährleistet wird, um einen wirtschaftlicheren Betrieb zu sichern. | Dr.-Ing. Eike Ziegler Tel.: +49 6502 93859-39 eike.ziegler@oekobit-biogas.com ÖKOBIT GmbH Jean-Monnet-Str. 12 54343 Föhren | ||
| 01.10.2021 | 31.03.2024 | 2220NR248D | Verbundvorhaben: Neue wissenschaftliche und neuartige technische Ansätze für einen effizienten Wärmehaushalt von textilen Biogasspeichern; Teilvorhaben 4: Entwicklung und Umsetzung thermisch optimierter Dachmembran mit innovativem Druckmanagement - Akronym: BioStorSys | Durch das Erarbeiten der wissenschaftlichen Grundlagen und ihrer technischen Umsetzungen soll ein aktives Gas-, Luft- und Temperaturmanagement verbunden mit einer thermischen Funktionalisierung der Membranen, einer genauen Füllstandmessung und einem abgestimmten Energiemanagement die Wirtschaftlichkeit von textilen Biogasspeichersystemen gesteigert werden. Dies ist nicht nur für Neuanlagen interessant, sondern ermöglicht Bestandsanlagen eine Anpassung an die neuen technischen Aufgabenstellungen, die diese zukünftig erfüllen müssen, um konkurrenzfähig zu bleiben. Zu nennen sind die Flexibilisierung der Strom- und Wärmeerzeugung, die Möglichkeit der Gaszwischenspeicherung, die Erzeugung von Biomethan als Kraftstoff und die Anpassung an die klimatischen Bedingungen (sowohl im Inland als auch in Exportländern). Hierzu sind bei der Konditionierung der Temperaturen im Gasraum und der Trocknung des Gases genauere Methoden zur Überwachung der Membranen und des Stützluftraumes zu erarbeiten, um einen geringeren Methanverlust zu erreichen. Zugleich lassen sich durch einen möglichst umfassenden, kontrollierbaren Betriebszustand bisher auftretende Schadensfälle, Ausfälle durch extreme Umgebungstemperaturen und das umweltbelastende Abfackeln von Methan zuverlässig vermeiden. Durch das Schaffen eines für die Biologie günstigen Klimas im Gasraum, welches nur in geringem Maß von den Umgebungsbedingungen beeinflusst wird, soll die Ausnutzung gesteigert werden. Dies führt zu einer Kostenreduzierung und erhöht bspw. die Wirtschaftlichkeit von Bestandsanlagen. Die deutsche Biogasindustrie bleibt zugleich wettbewerbsfähig im Ausland. Mit dem vorliegenden Vorhaben sollen wissenschaftlich fundierte Konzepte erarbeitet, Simulationsmodelle entwickelt, in Laborversuchen und in einem realen Versuchsbau validiert und erprobt werden, mit denen ein sparsamer und Ressourcen schonender Energiehaushalt eines Biogasspeichersystems gewährleistet wird, um einen wirtschaftlicheren Betrieb zu sichern. | Dr. rer. nat. Jan Mock Tel.: +49 176 11899-993 jan.mock@seybold-tk.de Seybold Technische Konfektionen GmbH & Co. KG Mirweilerweg 24+26 52349 Düren | ||
| 01.11.2022 | 30.04.2024 | 2220NR259X | Systemauswahl zur biotechnologischen Verwertung von CO2 aus Biogasanlagen - Akronym: BiogasanlagePLUS | Ziel ist die Erarbeitung und Priorisierung von geeigneten Konzepten zur biotechnologischen Verwertung von CO2 aus Biogasanlagen, um eine höhere Wertschöpfung im Anlagenbetrieb, bei gleichzeitiger Reduktion des CO2-Ausstoßes, zu erreichen. Als Ergebnis des Vorprojektes stehen ausführliche Beschreibungen verschiedener sinnvoller Produktionsprozesse, z.B. in Form von Projektskizzen, zur Verfügung. Im Rahmen einer Szenarioanalyse soll insbesondere die morphologische Analyse durchgeführt werden. Als Ergebnis soll eine Auflistung von konsistenten/widerspruchsfreien Szenarienpfaden (Umsetzungsvarianten) zur biotechnologischen CO2-Verwertung im Umfeld einer Biogasanlage stehen, welche anschließend in einer Nutzwertanalyse priorisiert und weiter eingegrenzt werden sollen. Am Ende des Projektes sollen die wichtigsten Erkenntnisse in einer Roadmap zusammengefasst werden. Es sollen konkrete Handlungsempfehlungen, Schlussfolgerungen und strategische Ableitungen für die Fördergeber und Projektnehmer in Bezug auf die geplante Umsetzungsphase der einzelnen Teilprojekte nach der Konzeptionsphase enthalten sein. Durch das Einbeziehen von Experten, Biogasanlagenbetreiber und weiteren relevanten Stakeholdern kann die Roadmap bei der erfolgreichen Umsetzung und Implementierung in Folgeprojekte Hilfestellung leisten. Ebenso soll bereits eine priorisierte Liste von geeigneten bestehenden Biogasanlagen in Deutschland für die mögliche Durchführung des zugehörigen Gesamtvorhabens erstellt werden. | Dr. Sebastian Hiessl Tel.: +49 69 7564-301 sebastian.hiessl@dechema.de DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Theodor-Heuss-Allee 25 60486 Frankfurt am Main | ||
| 01.06.2021 | 31.05.2024 | 2220NR263A | Verbundvorhaben: Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien und SO2-resistenten Katalysators für die langzeitstabile Oxidation von CH4, CH2O und CO im Abgas von stationären Gasmotoren; Teilvorhaben 1: Experimenteller Nachweis der Funktionsfähigkeit an einem Gasmotor - Akronym: MethOx | Ziel des Vorhabens MethOx ist die Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien schwefelresistenten Oxidationskatalysators zur Minderung der Methan-, Formaldehyd- und Kohlenmonoxidemissionen im Abgas stationärer Gasmagermotoren. Die Katalysatoren sollen auf Eisen oder Mangan basieren und sich durch eine höhere Beständigkeit gegen Schwefel und hydrothermale Belastung vom Stand der Technik abheben. Ihre Eignung soll neben Laboruntersuchungen auch in einer realen Anwendung erprobt und bestätigt werden. Teilvorhaben: Experimenteller Nachweis der Funktionsfähigkeit an einem Gasmotor, ggf. mit einer Betriebsdauer von mehreren Wochen. | Florian Henze Tel.: +49 9631 7024-51 henze@voelkl.net Völkl Motorentechnik GmbH Einsteinstr. 12 95643 Tirschenreuth | ||
| 01.06.2021 | 31.05.2024 | 2220NR263B | Verbundvorhaben: Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien und SO2-resistenten Katalysators für die langzeitstabile Oxidation von CH4, CH2O und CO im Abgas von stationären Gasmotoren; Teilvorhaben 2: Demonstratorentwicklung und Erprobung anwendungsnaher Katalysatoren - Akronym: MethOx | Ziel des Vorhabens MethOx ist die Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien schwefelresistenten Oxidationskatalysators zur Minderung der Methan-, Formaldehyd- und Kohlenmonoxidemissionen im Abgas stationärer Gasmagermotoren. Die Katalysatoren sollen auf Eisen oder Mangan basieren und sich durch eine höhere Beständigkeit gegen Schwefel und hydrothermale Belastung vom Stand der Technik abheben. Ihre Eignung soll neben Laboruntersuchungen auch in einer realen Anwendung erprobt und bestätigt werden. In diesem Rahmen ist das Teilvorhaben des DBI auf die Konzeptionierung/Entwicklung des Verfahrens und Demonstrators sowie auf Arbeiten zur Entwicklung und Erprobung des Katalysators fokussiert. Dazu sollen die Katalysatorwaben modellgestützt hinsichtlich Druckverlust optimiert und nach der Herstellung durch den Projektpartner TUBAF im Labor erprobt werden, um die Eignung der Wabenkatalysatoren im Vergleich zu den bei TUBAF entwickelten pulverförmigen Katalysatoren zu untersuchen und Einsatzgrenzen zu ermitteln. In Verbindung mit Erkenntnissen aus der Erprobung unter realen Bedingungen an einem Gasmagermotor werden abschließend Auslegungshinweise und ein Scale-up-Konzept erstellt. | Dipl.-Ing. Michael Kühn Tel.: +49 3731 4195-326 michael.kuehn@dbi-gut.de DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg Halsbrücker Str. 34 09599 Freiberg | ||
| 01.06.2021 | 31.05.2024 | 2220NR263C | Verbundvorhaben: Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien und SO2-resistenten Katalysators für die langzeitstabile Oxidation von CH4, CH2O und CO im Abgas von stationären Gasmotoren; Teilvorhaben 3: Katalysatorentwicklung - Akronym: Methox | Das Vorhaben adressiert die Minderung von THG- und Schadstoffemissionen bei mageren Gasmotoren, die mit biogenen CO2-neutralen Brennstoffen (Biogas, Synthesegas) betrieben werden. Die Gasmotoren finden primär Anwendung bei der flexiblen Bereitstellung von elektrischem Strom. Im Speziellen soll ein neuartiger Oxidationskatalysator entwickelt werden, der das Treibhausgas Methan sowie die toxischen Emittenten Formaldehyd und Kohlenmonoxid zuverlässig aus dem Abgasstrom entfernt. Derzeit sind keine Katalysatorsysteme verfügbar, die eine Dauerstabilität unter mageren Betriebsbedingungen gewährleisten. Zudem soll der Katalysator resistent gegenüber dem im Abgas vorhandenen SO2 sein. Das neuartige Katalysatormaterial wird zunächst im Labor und schließlich im Realabgas eines Gasmotors evaluiert. | Prof. Dr. Sven Kureti Tel.: +49 3731 39-4482 sven.kureti@iec.tu-freiberg.de Technische Universität Bergakademie Freiberg - Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen - Professur Reaktionstechnik Fuchsmühlenweg 9 09599 Freiberg | ||
| 01.11.2021 | 31.10.2024 | 2220WD003X | Methanemissionsmodell für offene Gärprodukt-/Güllelager - Akronym: MEMO | Die Minderung der Emissionen von Treibhausgasen (THG) bei der Lagerung von Wirtschaftsdünger ist in Deutschland und weltweit zwingend geboten, um der globalen Erwärmung entgegenzuwirken. Das vorliegende MEMO-Projekt soll mit Hilfe von (Langzeit-)Messungen im Labor- und Praxismaßstab sowie der Modellierung von Emissionen aus offenen bzw. nicht gasdicht abgedeckten Gärrestlagern an Biogasanlagen einen realistischen Einblick in die tatsächlich unter Praxisbedingungen entstehenden saisonalen Methanemissionen in Deutschland geben. Durch die modellbasierte Auswertung der unterschiedlichen Versuchssysteme wird erstmals ein direkter Vergleich und aussagekräftige Bewertung der verfügbaren Messmethoden zur Bestimmung von THG-Emission ermöglicht. Zudem wird die Übertragbarkeit des MEMO-Modells auf Güllelager untersucht. Auf der Basis dieser Ergebnisse können THG-Bilanzen für den gesamten Anlagenbestand beim Einsatz von Wirtschaftsdüngern angepasst werden. Insbesondere Messdaten der THG-Emissionen aus der Gülle- und Gärrestlagerung werden für genauere Emissionsfaktoren in Deutschland benötigt, die für die jährliche Berichterstattung gemäß den Richtlinien des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) erforderlich sind. Umfassende Praxismessdaten belastbarer Qualität und Quantität sowie Modellierungsansätze hinsichtlich der Methanemissionen verschiedener Arten von Wirtschaftsdünger, Stallhaltungsformen, Lagerdauer und -temperaturen verbessern die Datenbasis des nationalen THG-Inventars in Deutschland. Anschließend erfolgt die Ableitung von Handlungsempfehlungen für Emissionsminderungsmaßnahmen der Gärproduktlagerung. Dabei werden auch mögliche Anpassungen der rechtlichen und ökonomischen Rahmenbedingungen für die energetische Nutzung von Wirtschaftsdüngern als Handlungsempfehlung für die deutsche Politik aufgezeigt. | Dr. Britt Schumacher Tel.: +49 341 2434-540 britt.schumacher@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.05.2022 | 30.06.2024 | 2220WD007A | Verbundvorhaben: Einsatz von definierten Holzkohlen zur Prozessintensivierung im Biogasprozess; Teilvorhaben 1: Holzkohlecharakterisierung, Technikum und techno-ökonomische Bewertung - Akronym: Biogas-Kohle | Von den ca. 9.200 Biogasanlagen in Deutschland benutzen zwar einige Wirtschaftsdünger in hohen Konzentration als Gärsubstrat, jedoch handelt es sich meist um Kleinanlagen mit < 75 kWel. Bei großen Anlagen > 1000 kWel liegt der Wirtschaftsdüngeranteil im Nährsubstrat durchschnittlich bei nur 32%. Ziel des Projektes ist es, den Wirtschaftsdüngeranteil von Anlagen > 1000 kWel auf mindestens 50% anzuheben ohne die Anlagenleistung zu verschlechtern. Dieses Ziel soll durch Zugabe von definierter Holzkohle in den Gärprozess erreicht werden. Durch die Anhebung des Wirtschaftsdüngeranteils werden Rohstoffkosten eingespart sowie der Anbau von Mais und der Ausstoß von klimaerwärmenden Treibhausgasen reduziert. Der positive Effekte durch den Einsatz von definierter Holzkohlezugabe ist bereits bekannt. Wissenschaftlich fundierte Untersuchungen und darauf aufbauende Praxisversuche fehlen jedoch bislang. An der Universität Bayreuth sollen im Projekt die Auswirkungen der Zugabe von Holzkohle auf die Mikrobiologie sowie die metabolischen Umsetzungen im Fermentationsprozess grundlegend erforscht werden. An der Universität Rostock werden in Technikumsfermentern die Holzkohlewirkungen mit praxisnahen Substraten und Betriebseinstellungen aus sieben Gärstrecken von fünf Biogasanlagen untersucht. | Dr.-Ing. Jan Sprafke Tel.: +49 381 498-3417 jan.sprafke@uni-rostock.de Universität Rostock - Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät - Institut für Umweltingenieurwesen - Professur Abfall- und Stoffstromwirtschaft Justus-v.-Liebig-Weg 6 18059 Rostock | ||
| 01.05.2022 | 30.06.2024 | 2220WD007B | Verbundvorhaben: Einsatz von definierten Holzkohlen zur Prozessintensivierung im Biogasprozess; Teilvorhaben 2: Mikrobiologie, Laboranalysen und Gärversuche - Akronym: Biogas-Kohle | Von den ca. 9.200 deutschen Biogasanlagen nutzten derzeit meist nur Kleinanlagen mit < 75 kWel Wirtschaftsdünger in hohen Konzentrationen als Gärsubstrat. Bei Anlagen > 1000 kWel liegt der Wirtschaftsdüngeranteil im Nährsubstrat durchschnittlich bei nur 32 %. Ziel des übergeordneten Projektes ist es, die wissenschaftlich-technische Grundlagen dafür zu erarbeiten, den Wirtschaftsdüngeranteil von Anlagen > 1000 kWel auf mindestens 50% anzuheben, ohne die Anlagenleistung zu verschlechtern. Dieses Ziel soll durch Zugabe von (Pflanzen-)Holzkohlen in den Gärprozess erreicht werden. In Fachmagazinen wird bereits von positiven Effekten einer solchen Zugabe berichtet. Dabei wird vermutet, dass die zugesetzte Holzkohle die inhibierende Wirkung der erhöhten Ammoniakkonzentrationen mindert, die bei der Verwendung von hohen Wirtschaftsdüngerkonzentrationen im Gärsubstrat typischer Weise auftreten. Wissenschaftliche Grundlagenuntersuchungen zu den Wirkmechanismen fehlen jedoch. Dies erschwert den sicheren Einsatz in der Praxis. Auch sind derzeit auf dem Markt befindliche Holzkohlen eher für eine Verfütterung an Wiederkäuer gedacht, inhibieren evtl. also die Methanproduktion. Hier sollen in Teilvorhaben 2 an der Universität Bayreuth die Auswirkungen einer Zugabe von wohlcharakterisierten und standardisierten Holzkohlen auf den Fermentationsprozess (Populationsdynamik, metabolische Umsetzungen) sowohl per se als auch in Gegenwart erhöhter NH4-N bzw. Gülle-Konzentrationen auf Laborebene grundlegend erforscht werden. Die Ergebnisse werden mit Untersuchungen an der Universität Rostock unter praxisnahen Betriebseinstellungen verglichen und durch die Biogas Academy Campus GmbH einer techno-ökonomischen Bewertung unterzogen. Das Vorhaben wird durch einen Praxisbeirat begleitet und fortlaufend auf seine technische und ökonomische Relevanz hin diskutiert. | Prof. Dr. Ruth Freitag Tel.: +49 921 55-7370 ruth.freitag@uni-bayreuth.de Universität Bayreuth - Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften - Lehrstuhl Bioprozesstechnik Universitätsstr. 30 95447 Bayreuth | ||
| 01.01.2022 | 31.12.2023 | 2220WD011X | Fermenter- und Verfahrenskonzept für die breitenwirksame wirtschaftliche Erschließung von kleinen Güllemengen durch Co-Vergärung mit Stroh und Spelzen - Akronym: GuelleHebel | Trotz hoher Mengen an Gülle (Rind, Schwein), welche jährlich in der deutschen Landwirtschaft anfallen, werden diese bisher nur unzureichend energetisch in Biogasanlagen genutzt. Eine Ursache dafür ist der dezentrale Anfall von relativ kleinen Mengen, welcher es nicht erlaubt eine wirtschaftlich tragfähige Biogasanlagegröße zu etablieren. Im Segement der Kleingülleanlagen sind vor allem die maximal möglichen Ausbaustufen von 75 kWel wirtschaftlich interessant. Mit einer üblichen Stallgröße wird die dafür nötige Gasmenge durch alleinigen Einsatz Gülle nicht erreicht. Durch die Co-Vergräung von bis zu 20 % trockenen Reststoffen aus der Getreideproduktion (Stroh, Spelzen) kann die Biogasproduktion auf eine wirtschaftlich interessante Ausbaugröße "gehebelt" werden. Allerdings ergeben sich durch eine signifikante Beimischung strohartiger Co-Substrate in Gülle-kleinanlagen ernsthafte Herausforderungen, welche mit Hilfe des beantragten Projektes adressiert werden sollen. So erhöht sich der Feststoffgehalt der Inputmischung auf bis zu 25%. Dafür bedarf es einer robusten und effektiven Fermenterkonstruktion, wie das NatUrgas-Fermentersystem des Projektpartners Rückert, welches innerhalb des Projektes erstmalig für diesen Größenmaßstab entwickelt, angepasst und bewertet werden soll. Trotz des darin enthaltenen sehr effektiven Paddelrührsystems, welches sich in größerskaligen Anwendungen bereits bewährt hat, sind nicht alle Substratmischungen unbehandelt einsetzbar (Faserlängen, Abbaugrad). Eine gezielte Beeinflussung von Abbaugrad und Gesamtviskosität durch moderaten Substratvoraufschluss für die Reststoffe aus dem Bereich Getreideproduktion ist ein weiteres Projektziel. Dabei wird auf möglichst einfache und kostengünstige Methoden gesetzt, um ein Optimum zwischen Aufwand und notwendiger Wirkung zu finden. | Dipl.-Ing. Björn Schwarz Tel.: +49 351 2553-7745 bjoern.schwarz@ikts.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Winterbergstr. 28 01277 Dresden | ||
| 01.03.2022 | 31.08.2024 | 2220WD012A | Verbundvorhaben: Ökonomische und technische Optimierung der anaeroben Vergärung von Schweinegülle; Teilvorhaben 1: Prozessoptimierung - Akronym: MOVE_WD | Zurzeit werden lediglich ca. 33 % der jährlich anfallenden Wirtschaftsdüngermengen zur Biogaserzeugung genutzt. Darüber hinaus wird die massenbezogene Verteilung von Gülle in Biogasanlagen maßgeblich von Rindergülle sowie Rinderfestmist dominiert. Schweinegülle hingegen macht lediglich 2,2 % dieser Verteilung aus. Ein Hemmnis ist der geringe frischmassespezifische Energiegehalt bzw. hohe Wassergehalt des Substrats. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, die Voraussetzungen für den Einsatz von Schweinegülle zur energetischen und emissionsmindernden Nutzung aus ökonomischer und technischer Sicht zu analysieren und anhand der gewonnenen Informationen praktisch anwendbare Maßnahmen und Konzepte zu erarbeiten, die zur Erschließung des Biogaspotentials von Schweinegülle führen. Es erfolgt eine Analyse des Gesamtsystems, bestehend aus Biogasanlagen, die sich bereits in Betrieb befinden, aber auch der viehhaltenden landwirtschaftlichen Betriebe in der gewählten Projektregion (Münsterland). Dabei werden u.a. anderem das Substrathandling in den unterschiedlichen Betriebsformen betrachtet, die anfallenden Wirtschaftsdüngermengen quantifiziert, charakterisiert und aufgrund ihres hohen Einflusses auf die Gesamtwirtschaftlichkeit ebenso die Transportbeziehungen zwischen Substrat-Senken und Quellen dargestellt. Ein Weiterer wesentlicher Bestandteil sind Versuchsreihen zu unterschiedlichen Vorbehandlungsmethoden bei unterschiedlichen Substratqualitäten. Um die multikausalen Zusammenhänge zwischen Gülle-Qualität, Vorbehandlung und Vergärungskonzept differenziert darstellen zu können, werden im zweiten Projektabschnitt innovative Vergärungskonzepte für die unterschiedlichen Grundvoraussetzungen entwickelt. Allumfassender Rahmen für diese Anlagenkonzepte sind deren Wirtschaftlichkeit, die rechtlichen Rahmenbedingungen und die Anwendbarkeit in der Praxis. Die Konzepte werden in einem Umsetzungsleitfaden "Vergärung von Schweinegülle in der Praxis" veröffentlicht. | Dr.-Ing. Elmar Brügging Tel.: +49 2551 962420 bruegging@fh-muenster.de FH Münster Fachbereich Energie • Gebäude • Umwelt Institutsverbund Ressourcen, Energie und Infrastruktur Herr Dr.-Ing. Elmar Brügging Stegerwaldstr. 39 48565 Steinfurt | ||
| 01.03.2022 | 31.08.2024 | 2220WD012C | Verbundvorhaben: Ökonomische und technische Optimierung der anaeroben Vergärung von Schweinegülle; Teilvorhaben 3: Logistik und Praxisanforderungen - Akronym: MOVE | Zurzeit werden lediglich ca. 33 % der jährlich anfallenden Wirtschaftsdüngermengen zur Biogaserzeugung genutzt. Darüber hinaus wird die massenbezogene Verteilung von Gülle in Biogasanlagen maßgeblich von Rindergülle sowie Rinderfestmist dominiert. Schweinegülle hingegen macht lediglich 2,2 % dieser Verteilung aus. Ein Hemmnis ist der geringe frischmassespezifische Energiegehalt bzw. hohe Wassergehalt des Substrats. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, die Voraussetzungen für den Einsatz von Schweinegülle zur energetischen und emissionsmindernden Nutzung aus ökonomischer und technischer Sicht zu analysieren und anhand der gewonnenen Informationen praktisch anwendbare Maßnahmen und Konzepte zu erarbeiten, die zur Erschließung des Biogaspotentials von Schweinegülle führen. Es erfolgt eine Analyse des Gesamtsystems, bestehend aus Biogasanlagen, die sich bereits in Betrieb befinden, aber auch der viehhaltenden landwirtschaftlichen Betriebe in der gewählten Projektregion (Münsterland). Dabei werden u.a. anderem das Substrathandling in den unterschiedlichen Betriebsformen betrachtet, die anfallenden Wirtschaftsdüngermengen quantifiziert, charakterisiert und aufgrund ihres hohen Einflusses auf die Gesamtwirtschaftlichkeit ebenso die Transportbeziehungen zwischen Substrat-Senken und Quellen dargestellt. Ein Weiterer wesentlicher Bestandteil sind Versuchsreihen zu unterschiedlichen Vorbehandlungsmethoden bei unterschiedlichen Substratqualitäten. Um die multikausalen Zusammenhänge zwischen Gülle-Qualität, Vorbehandlung und Vergärungskonzept differenziert darstellen zu können, werden im zweiten Projektabschnitt innovative Vergärungskonzepte für die unterschiedlichen Grundvoraussetzungen entwickelt. Allumfassender Rahmen für diese Anlagenkonzepte sind deren Wirtschaftlichkeit, die rechtlichen Rahmenbedingungen und die Anwendbarkeit in der Praxis. Die Konzepte werden in einem Umsetzungsleitfaden "Vergärung von Schweinegülle in der Praxis" veröffentlicht. | Benedikt Wessendorf Tel.: +49 2553 99333-61 b.wessendorf@asw-wessendorf.de Reinhold Wessendorf, Agrar-Service und -Handel GmbH & Co. Kommanditgesellschaft Weiner 108 48607 Ochtrup | ||
| 01.01.2022 | 31.12.2024 | 2220WD014A | Verbundvorhaben: Einfluss von unterschiedlichen Lagerungsverfahren und Prozessparametern auf das Methanbildungspotenzial und Restgasemissionen von Wirtschaftsdüngern und Gärresten; Teilvorhaben 1: Methan-Emission bei Lagerung von Wirtschaftsdüngern - Akronym: Gaeremission | Ziel des Projektes ist die Ermittlung des Einflusses von unterschiedlichen Lagerungssystemen und Lagerungsbedingungen bei Wirtschaftsdüngern und Gärresten auf die Emission von Treibhaus-relevanten Gasen. | Lukas Rüller Tel.: +49 208 8598-1553 lukas.rueller@umsicht.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) Osterfelder Str. 3 46047 Oberhausen | ||
| 01.01.2022 | 31.12.2024 | 2220WD016A | Verbundvorhaben: Entwicklung eines Verfahrens zur gezielten Minderung von Methanemissionen bei der Gülle- und Gärrestlagerung mit Möglichkeit der Reaktivierung und Erhaltung des Gasbildungspotenzials für die Biogasproduktion; Teilvorhaben 1: Labor-, Technikum- und Parzellenversuche, Koordination - Akronym: EMeRGE_WD | Ziel des Vorhabens ist es, ein praxistaugliches, technisch einfach umsetzbares Verfahren zur gezielten Minderung von Treibhausgasemissionen, insbesondere Methan, bei der Gülle- und Gärrestlagerung zu entwickeln. Dabei soll durch Zugabe von Kalkstickstoff als neuartiges Additiv bei der Wirtschaftsdüngerlagerung eine reversible Hemmung der mikrobiellen Umsetzungsprozesse bewirkt werden, mit der Option der Speicherung und Reaktivierung des Gasbildungspotenzials für die anschließende Biogasproduktion und darüber hinaus der Produktion qualitativ hochwertiger und umweltfreundlicher organischer Dünger für die Landwirtschaft. In systematischen Untersuchungen im Labormaßstab wird die Wirkung der Kalkstickstoffbehandlung bei kontrollierten Lagerungsbedingungen bezüglich Umfang und Dauer der Emissionsminderung für verschiedene flüssige Wirtschaftsdünger analysiert. Anschließend wird eine Vorhersage dieser Effekte unter praxisnahen Lagerungsbedingungen bis zum Pilotmaßstab geprüft. Hinsichtlich einer weitere Nutzung behandelter Güllen für die Biogasproduktion werden geeignete Kalkstickstoffdosierungen und notwendige Lagerungszeiten zur Maximierung der Methanausbeuten und Vermeidung von Prozessstörungen in kontinuierlichen Gärversuchen ermittelt. Die Wirkung einer Ausbringung von mit Kalkstickstoffzusätzen behandelten Güllen auf Ertrag, Methan- und Lachgasemissionen wird im Feldversuch analysiert. Da in Wirtschaftsdüngerlagern und bei der weiteren Nutzung nahezu sämtliche Stoffwandlungsprozesse von Mikroorganismen betrieben werden, gilt es, die Mechanismen der Wirkung auf das Wirtschaftsdünger-, Biogas- und Boden-Mikrobiom aufzuklären. Auf dieser Grundlage soll das Verfahren des Einsatzes von Kalkstickstoff mit gesicherten Empfehlungen zur Dosierung und Anwendungsdauer in Abhängigkeit von den Lagerungsbedingungen und der weiteren Nutzung der Wirtschaftsdünger zur Praxisreife entwickelt und hinsichtlich Umwelt- und ökonomischer Kriterien bewertet werden. | Dr. Christiane Herrmann Tel.: +49 331 5699-231 cherrmann@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | ||
| 01.01.2022 | 31.12.2024 | 2220WD016B | Verbundvorhaben: Entwicklung eines Verfahrens zur gezielten Minderung von Methanemissionen bei der Gülle- und Gärrestlagerung mit Möglichkeit der Reaktivierung und Erhaltung des Gasbildungspotenzials für die Biogasproduktion; Teilvorhaben 2: Kalkstickstoff-Zusätze und Upscaling - Akronym: EMeRGE_WD | Ziel des Vorhabens ist es, ein praxistaugliches, technisch einfach umsetzbares Verfahren zur gezielten Minderung von Treibhausgasemissionen, insbesondere Methan, bei der Gülle- und Gärrestlagerung zu entwickeln. Dabei soll durch Zugabe von Kalkstickstoff als neuartiges Additiv bei der Wirtschaftsdüngerlagerung eine reversible Hemmung der mikrobiellen Umsetzungsprozesse bewirkt werden, mit der Option der Speicherung und Reaktivierung des Gasbildungspotenzials für die anschließende Biogasproduktion und darüber hinaus der Produktion qualitativ hochwertiger und umweltfreundlicher organischer Dünger für die Landwirtschaft. In systematischen Untersuchungen im Labormaßstab wird die Wirkung der Kalkstickstoffbehandlung bei kontrollierten Lagerungsbedingungen bezüglich Umfang und Dauer der Emissionsminderung für verschiedene flüssige Wirtschaftsdünger analysiert. Anschließend wird eine Vorhersage dieser Effekte unter praxisnahen Lagerungsbedingungen bis zum Pilotmaßstab geprüft. Hinsichtlich einer weitere Nutzung behandelter Güllen für die Biogasproduktion werden geeignete Kalkstickstoffdosierungen und notwendige Lagerungszeiten zur Maximierung der Methanausbeuten und Vermeidung von Prozessstörungen in kontinuierlichen Gärversuchen ermittelt. Die Wirkung einer Ausbringung von mit Kalkstickstoffzusätzen behandelten Güllen auf Ertrag, Methan- und Lachgasemissionen wird im Feldversuch analysiert. Da in Wirtschaftsdüngerlagern und bei der weiteren Nutzung nahezu sämtliche Stoffwandlungsprozesse von Mikroorganismen betrieben werden, gilt es, die Mechanismen der Wirkung auf das Wirtschaftsdünger-, Biogas- und Boden-Mikrobiom aufzuklären. Auf dieser Grundlage soll das Verfahren des Einsatzes von Kalkstickstoff mit gesicherten Empfehlungen zur Dosierung und Anwendungsdauer in Abhängigkeit von den Lagerungsbedingungen und der weiteren Nutzung der Wirtschaftsdünger zur Praxisreife entwickelt und hinsichtlich Umwelt- und ökonomischer Kriterien bewertet werden. | Stephan Winkler Tel.: +49 8621 86-2477 stephan.winkler@alzchem.com AlzChem Trostberg GmbH Dr.-Albert-Frank-Str. 32 83308 Trostberg | ||
| 01.01.2023 | 31.12.2024 | 2221NR043A | Verbundvorhaben: Fütterungsmanagement für flexible Biogasanlagen im Praxisbetrieb; Teilvorhaben 1: Anlagensimulation und ökonomische Bewertung - Akronym: FlexApp | Ein bedarfsorientiertes Substratmanagement bietet zahlreiche Potenziale für einen flexiblen, effizienten und wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen. Aufgrund der erhöhten Anforderungen an die Anlagentechnik, Zustandsüberwachung und Prozessregelung meiden jedoch viele Betreiber den flexiblen Substrateinsatz, sodass entsprechende Flexibilisierungspotentiale in der regulären Betriebspraxis weitestgehend ungenutzt bleiben. Verfügbare (wissenschaftliche) Methoden zur modellbasierten Zustandsüberwachung und Prozessführung finden in der regulären Anlagenpraxis bis heute keine Anwendung. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen erstmals modellbasierte Automatisierungskonzepte zur Optimierung der Substratbeschickung und BHKW-Laufzeiten für die flexible Strombereitstellung an großtechnischen Bestandsanlagen weiterentwickelt werden. Entsprechend werden die unterschiedlichen Bausteine zur Anlagensimulation, Strompreisprognose und Prozessregelung gezielt für den Demonstrationsbetrieb an einer bestehenden Biogasanlage implementiert, evaluiert und optimiert. Die Untersuchungen bieten damit neue Einblicke in die praxisnahe Anwendung verfügbarer Simulationswerkzeuge und Regelungsverfahren an Biogasanlagen. Das Forschungsvorhaben leistet somit einen wesentlichen Beitrag, um modellbasierte Automatisierungskonzepte zur bedarfsgerechten Biogasbereitstellung langfristig im großtechnischen Anlagenbetrieb zu etablieren. | Dr. Sören Weinrich Tel.: +49 341 2434-341 soeren.weinrich@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.01.2023 | 31.12.2024 | 2221NR043B | Verbundvorhaben: Fütterungsmanagement für flexible Biogasanlagen im Praxisbetrieb; Teilvorhaben 2: Modellbasierte Prozessregelung - Akronym: FlexApp | Ein bedarfsorientiertes Substratmanagement bietet zahlreiche Potenziale für einen flexiblen, effizienten und wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen. Aufgrund der erhöhten Anforderungen an die Anlagentechnik, Zustandsüberwachung und Prozessregelung meiden jedoch viele Betreiber den flexiblen Substrateinsatz, sodass entsprechende Flexibilisierungspotentiale in der regulären Betriebspraxis weitestgehend ungenutzt bleiben. Verfügbare (wissenschaftliche) Methoden zur modellbasierten Zustandsüberwachung und Prozessführung finden in der regulären Anlagenpraxis bis heute keine Anwendung. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen erstmals modellbasierte Automatisierungskonzepte zur Optimierung der Substratbeschickung und BHKW-Laufzeiten für die flexible Strombereitstellung an großtechnischen Bestandsanlagen weiterentwickelt werden. Entsprechend werden die unterschiedlichen Bausteine zur Anlagensimulation, Strompreisprognose und Prozessregelung gezielt für den Demonstrationsbetrieb an einer bestehenden Biogasanlage implementiert, evaluiert und optimiert. Die Untersuchungen bieten damit neue Einblicke in die praxisnahe Anwendung verfügbarer Simulationswerkzeuge und Regelungsverfahren an Biogasanlagen. Das Forschungsvorhaben leistet somit einen wesentlichen Beitrag, um modellbasierte Automatisierungskonzepte zur bedarfsgerechten Biogasbereitstellung langfristig im großtechnischen Anlagenbetrieb zu etablieren. | Professor Dr. Stefan Streif Tel.: +49 371 531-31899 stefan.streif@etit.tu-chemnitz.de Technische Universität Chemnitz - Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik - Professur Regelungstechnik und Systemdynamik Reichenhainer Str. 70 09126 Chemnitz | ||
| 01.05.2022 | 30.11.2024 | 2221WD002A | Verbundvorhaben: Auswirkungen des verstärkten Einsatzes von Geflügelexkrementen in BGA auf die Belastung der Gärreste durch Tierarzneimittel / Schwerpunkt Antibiotika; Teilvorhaben 1: Datenerhebungen, experimentelle Untersuchungen und Handlungsempfehlungen - Akronym: AntBioHK | Das Vorhaben soll klären, wie eine vermehrte, möglichst umfassende energetische Nutzung von Geflügelexkrementen in Biogasanlagen möglich ist, ohne dass nachteilige Auswirkungen auf den Biogasprozess selbst oder auf die Umwelt infolge von Antibiotika- und anderen Rückständen zu erwarten sind. Das Vorhaben soll • Daten zum Vorkommen von Rückständen kritischer Antibiotika, weiterer Arzneimittel und Desinfektionsmittel in Geflügelkot liefern • Neue Erkenntnisse zum Einfluss während und zum weiteren Verbleib dieser Rückstände nach der anaeroben Vergärung gewinnen, und • Eine Bewertung der Ab- und Umbauvorgänge im Hinblick auf das Risiko einer Wiederfreisetzung oder erneuten Bildung antibiotischer Verbindungen ermöglichen. | Dr.-Ing. Nils Engler Tel.: +49 341 2434-389 nils.engler@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.05.2022 | 30.11.2024 | 2221WD002B | Verbundvorhaben: Auswirkungen des verstärkten Einsatzes von Geflügelexkrementen in BGA auf die Belastung der Gärreste durch Tierarzneimittel mit Schwerpunkt Antibiotika; Teilvorhaben 2: Analytik und Probenscreening - Akronym: AntBioHK | Das Gesamtvorhaben (s. beigefügte Datei) zielt darauf, eine zukünftig zu steigernde, energetische Nutzung von Geflügelexkrementen (GE) in Biogasanlagen zu gestalten, ohne dass nachteilige Auswirkungen auf den Biogasprozess selbst oder auf die Umwelt infolge von Antibiotika- und ähnlichen Rückständen zu erwarten sind. Dazu werden in zwei kooperierenden Teilvorhaben folgende Schwerpunkte bearbeitet 1. Recherche (Teilvorhaben 1) und analytische Erarbeitung (Teilvorhaben 2) von Daten zum Vorkommen von Antibiotikarückständen und weiteren Stoffen in GE (Teilvorhaben 1 und 2), 2. Gewinnung neuer Erkenntnisse zum Einfluss während und zum weiteren Verbleib dieser Rückstände nach der anaeroben Vergärung (Teilvorhaben 1), und 3. eine Bewertung der Ab- und Umbauvorgänge im Hinblick auf das Risiko einer Freisetzung oder Rückreaktion von Metaboliten zu den antibiotischen Verbindungen (Teilvorhaben 1 mit 2). 4. Daraus sind Handlungsempfehlungen für Anwender und Entscheidungsträger abzuleiten (Teilvorhaben 1 & 2). Teilvorhaben 2: Punkt 1 erfordert die Erarbeitung geeigneter analytischer Methoden zum Nachweis von Spurenrückständen von Antibiotika sowie weiteren Stoffen (Kokzidiostatika) in GE. Organische Matrices wie Tierexkremente sind für die Extraktion und den analytischen Nachweis von Spurenrückständen organischer Chemikalien äußerst problematisch (geringe Extrahierbarkeit, höchste Gehalte anderer organischer Störstoffe). Es wird erwartet, dass dies bei GE, die analytisch bisher kaum berücksichtigt wurden, noch einmal kritischer ist. Damit liefert Teilvorhaben 2 die analytisch-methodischen Entwicklungen und darauf aufbauend Analysenergebnisse zum Belastungsstatus repräsentativ beprobter GE. Diese Arbeiten stehen im engen kooperativen Austausch mit den Projektpartnern und Teilvorhaben 1, das auf die Untersuchung und Verbesserung der Nutzung von GE bei der anaeroben Vergärung zielt. Das Projekt wird durch gemeinsame Workshops der Partner und Veröffentlichungen komplettiert. | Prof. Dr. Sören Thiele-Bruhn Tel.: +49 651 201-2241 thiele@uni-trier.de Universität Trier - Fachbereich VI - Raum- und Umweltwissenschaften - Bodenkunde Behringstr. 21 54296 Trier | ||
| 01.10.2022 | 30.09.2025 | 2221WD004A | Verbundvorhaben: Minimierung von Methanemissionen bei der Lagerung von Wirtschaftsdüngern; Teilvorhaben 1: Anlagenauswahl, Emissionsmessungen und Bewertung - Akronym: MethaMin | Unbehandelt gelagerte Gülle verursacht hohe Methanemissionen, höher als beispielsweise Gärreste aus der anaeroben Güllevergärung . Obwohl verstärkt Anreize geschaffen wurden, Wirtschaftsdünger einer anaeroben Vergärung zuzuführen und über diesen Weg die Emissionen zu senken, ist die Vergärung von Gülle nicht für alle Standorte ökonomisch realisierbar. Die fehlende Wirtschaftlichkeit der vorhandenen Förderungen zeigt sich in dem sehr verhaltenen Zubau in der Klasse der kleinen Anlagen ("75 kW"). Daher sind kostengünstige alternative Lösungen zu entwickeln. Das im Vorhaben zu untersuchende Konzept beinhaltet eine Fassung der entstehenden Emissionen und eine Oxidation des enthaltenen Methans. Die geringen und saisonal stark schwankenden Volumenströme mit teilweise niedrigen Methankonzentrationen stehen einer wirtschaftlichen energetischen Nutzung entgegen. Aus anderen Branchen sind verschiedene Technologien bekannt, die für die Behandlung von schwach methanhaltigen Gasen geeignet sind. Eine Übertragung dieser Technologien auf die Nachbehandlung von Abgasen aus der Güllelagerung erfordert jedoch detaillierte Daten bezüglich Menge und Qualität der Abgase und vor allem zum zeitlichen Verlauf dieser Größen. Das hier beschriebene Vorhaben hat zum Ziel, Emissionen aus Güllelagern unter Praxisbedingungen über mindestens einen kompletten Jahreszyklus zu ermitteln und mögliche Technologien für die Nachbehandlung der Abgase hinsichtlich der Kosten, der energetischen Effizienz, der Leistungsfähigkeit, der Emissionsminderung und den vorhandenen Betriebserfahrungen zu bewerten. Aufbauend darauf soll die Funktionalität geeigneter Technologien praktisch (biologischer Methanoxidationsfilter) und in Form einer Simulation (RTO) demonstriert werden. | Dr.-Ing. Nils Engler Tel.: +49 341 2434-389 nils.engler@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | ||
| 01.10.2022 | 30.09.2025 | 2221WD004B | Verbundvorhaben: Minimierung von Methanemissionen bei der Lagerung von Wirtschaftsdüngern; Teilvorhaben 2: SWOT-Analyse, Konzeptionierung und Demonstration - Akronym: METHAMIN | Methanemissionen aus offenen oder nicht gasdicht abgedeckten Güllelagern tragen in erheblichem Maße zu den Klimagasemissionen der Tierhaltung im Besonderen und der Landwirtschaft im Allgemeinen bei. Aus diesem Grund ist die Reduktion dieser Emissionen auch erklärtes Ziel der Bundesregierung, welches im Klimaschutzprogramm 2030 definiert wurde. Insbesondere unbehandelt gelagerte Gülle verursacht hohe Methanemissionen, höher als beispielsweise Gärreste aus der anaeroben Güllevergärung. Obwohl verstärkt Anreize geschaffen wurden, Wirtschaftsdünger einer anaeroben Vergärung zuzuführen und über diesen Weg die Emissionen zu senken, ist die Vergärung von Gülle nicht für alle Standorte ökonomisch realisierbar. Die fehlende Wirtschaftlichkeit der vorhandenen Förderungen zeigt sich in dem sehr verhaltenen Zubau in der Klasse der kleinen Anlagen ("75 kW"). Daher sind kostengünstige alternative Lösungen zu entwickeln. Das im Vorhaben zu untersuchende Konzept beinhaltet eine Fassung der entstehenden Emissionen und eine Oxidation des enthaltenen Methans. Die geringen und saisonal stark schwankenden Volumenströme mit teilweise niedrigen Methankonzentrationen stehen einer wirtschaftlichen energetischen Nutzung entgegen. Aus anderen Branchen sind verschiedene Technologien bekannt, die für die Behandlung von schwach methanhaltigen Gasen geeignet sind. Eine Übertragung dieser Technologien auf die Nachbehandlung von Abgasen aus der Güllelagerung erfordert jedoch detaillierte Daten bezüglich Menge und Qualität der Abgase und vor allem zum zeitlichen Verlauf dieser Größen. Das hier beschriebene Vorhaben hat zum Ziel, Emissionen aus Güllelagern unter Praxisbedingungen über mindestens einen kompletten Jahreszyklus zu ermitteln und mögliche Technologien für die Nachbehandlung der Abgase hinsichtlich der Kosten, der energetischen Effizienz, der Leistungsfähigkeit, der Emissionsminderung und den vorhandenen Betriebserfahrungen zu bewerten. Aufbauend darauf soll die Funktionalität geeignete | Dr.-Ing Jan Liebetrau Tel.: +49 7221 37760-16 jan.liebetrau@rytec.com Rytec GmbH Engineering für Abfalltechnologie und Energiekonzepte Pariser Ring 37 76532 Baden-Baden | ||
| 01.12.2015 | 31.01.2019 | 22400114 | Verbundvorhaben: ReBi 2.0: Regelung der Gasproduktion von Biogasanlagen (ReBi) für eine am Bedarf orientierte, gesteuerte Biogasverstromung; Teilvorhaben 1: ReBi-Demonstrationsanlagenbau, -betrieb und wirtschaftliche Analyse - Akronym: ReBi2_0 | • Überprüfung der mit der ReBi-Technikumsanlage ermittelten Ergebnisse der flexiblen Biogasproduktion auf einer Demonstrationsanlage • Flexible Biogasproduktion durch Vergärung unterschiedlicher, schnell wechselnder und/oder schwer vergärbarer Substrate • Dynamische Wirtschaftlichkeitsuntersuchung zur Identifizierung geeigneter Geschäftsmodelle für das ReBi-Anlagenkonzept Im geplanten Folgeforschungsvorhaben sollen die vielversprechenden Ergebnisse und Erfahrungen der bedarfsorientiert gesteuerten Biogasproduktion mit der ReBi-Technikumsanlage (des ReBi-Vorprojekts) in den Betrieb einer großtechnischen Biogasanlage mit Demonstrationscharakter überführt werden. Ziel ist, die ReBi-Technik unter praxisnahen Bedingungen zu erproben. Das Gesamtprojekt ist daher in verschiedene Arbeitspakete untergliedert. Während in Arbeitspaket 1 (AP 1) die Abläufe und das Zusammenwirken der gesamten Arbeitsabläufe des Forschungsvorhabens koordiniert wird, ist es Aufgabe in Arbeitspaket 2 (AP2) das ReBi-Anlagenkonzept zu bauen und in den Betrieb einer bestehenden großtechnischen Biogasanlage zu integrieren und in Arbeitspaket 3 (AP3) die gesteuerte, am Bedarf orientierte Biogasproduktion unter Praxisbedingungen zu erproben. Ergänzend wird in Arbeitspaket 4 (AP4) in der bestehenden ReBi-Technikumsanlage am Standort der HAWK die Erfahrung aus der Vergärung von Maissilage zur flexiblen Biogasproduktion auf andere Substrate ausgedehnt. Dafür werden die Vorzüge einer vorgeschalteten Hydrolysestufe genutzt und insbesondere schwer vergärbare Substrate, wie z.B. Stroh, zur gesteuerten Biogasproduktion getestet. Ergänzend zu den praktischen Versuchen an der Demonstrations- und Technikumsbiogasanlage wird in Arbeitspaket 5 (AP5) die Wirtschaftlichkeit einer ReBi-Anlage untersucht und Geschäftsmodelle für den Betrieb dieser Anlagen definiert. Die (Zwischen-)Ergebnisse dieses Arbeitspakets werden genutzt um den Versuchsplan entsprechend des zukünftigen Einsatzes der Anlage steuernd zu beeinflussen. | Uwe Hoffstede Tel.: +49 561 7294-438 uwe.hoffstede@iee.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) Joseph-Beuys-Str. 8 34117 Kassel | X | |
| 01.10.2015 | 31.03.2019 | 22400215 | ERA-Bioenergy: Entwicklung eines innovativen Konzeptes für die Nutzung von Kohlendioxid als Nebenprodukt integrierter Bioraffineriekonzepte - Akronym: ICOCAD | Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung innovativer Reaktor- und Katalysatortechnologie für die Methanisierung von Kohlendioxid, das aus Synthesegas von Bioraffinerieanlagen oder aus Biogas stammt, wobei der erforderliche Wasserstoff durch Wasserelektrolyse auf der Basis regenerativer Energiequellen gewonnen wird. Da die hauptsächlichen Schwachstellen existierender Katalysatorformulierungen ihre geringe Stabilität und Vergiftungsanfälligkeit sind, werden die Entwicklungsarbeiten dies adressieren und die verbesserten Eigenschaften der entwickelten Katalysatoren durch Untersuchung des Verhaltens bei Vergiftung und ihrer Langzeitstabilität verifizieren. Ein weiteres Ziel des Vorhabens ist der Einsatz innovativer Reaktortechnologie für die Methanisierung von Kohlendioxid, das aus den Stoffströmen von Bioraffinerien und Biogasanlagen abgetrennt wurde und die Verifizierung ihrer Eignung durch Tests im Pilotmaßstab und Feld sowie die Entwicklung integrierter Anlagenkonzepte für die Technologie. Die Entwicklungsarbeiten werden durch Energie-,Kostenanalysen und eine Ököbilanzierung begleitet, was die Effizienz und Nachhaltigkeit des künftigen kommerziellen Prozesses gewährleistet. Das Projekt gliedert sich in 5 Arbeitspakete: 1. Katalysatorentwicklung 2. Bestimmung der Vergiftungsbeständigkeit und Langzeitstabilität der Katalysatoren 3. Reaktordesign und –fertigung 4. (Feld)tests am Pilotreaktor 5. Prozessanalyse, Energiebilanzen, Ökobilanzierung und Anlagendesign | Prof. Dr.-Ing. Gunther Kolb Tel.: +49 6131 990-341 gunther.kolb@imm.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) - Institutsteil ICT-IMM Carl-Zeiss-Str. 18-20 55129 Mainz | X | |
| 01.07.2015 | 28.02.2018 | 22400415 | Verbundvorhaben: Upgrading von Bestandsbiogasanlagen hin zu flexiblen Energieerzeugern durch eine bedarfsorientierte Dynamisierung der Biogasproduktion (UBEDB); Teilvorhaben 2: Versuchsdurchführung im Labormaßstab - Akronym: UBEDB | Das Forschungsprojekt macht sich zur Aufgabe, die bedarfsorientierte, dynamische Biogasproduktion, ohne Modifikation der Anlagentechnik von Bestandsbiogasanlagen (ohne zusätzlichen Investitionsaufwand!) zu untersuchen. Hieraus sollen Fütterungskonzepte (Betriebsführungskonzepte) für Bestandsbiogasanlagen abgeleitet werden können. Dafür werden Leistungsparameter der dynamischen Biogasproduktion in Laboranlagen, mit im landwirtschaftlichen Umfeld anfallenden Substraten ermittelt. Der Einfluss auf die Gärdynamik soll im Wesentlichen durch Zugaben von leichter umsetzbaren Materialien erreicht werden. Dazu kommen kohlenhydratreiche Substrate oder schnell vergärende fetthaltige Grünschnitte aus verschiedenen Kulturen (v.a. auch Zwischenfrüchte, landw. Reststoffe und alternative Energiepflanzen) infrage, die den Anlagenbetreibern im humiden Klimaraum zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse ermöglichen eine Substratcharakterisierung und werden dann zum Abfahren von am Strombedarf ausgerichteten Gasproduktionsprofilen auf den Betrieb der großtechnischen Forschungsbiogasanlage übertragen. Basierend auf den erzielten Ergebnissen wird die positive Auswirkung des dynamisierten Anlagenbetriebs auf die Wirtschaftlichkeit von Bestandsbiogasanlagen untersucht und bewertet. | Dr. Sebastian Georgii Tel.: +49 611 7608-500 sebastian.georgii@lhl.hessen.de Landesbetrieb Hessisches Landeslabor - Fachgebiet IV.5.3 Erneuerbare Energien Schubertstr. 60 Haus 13 35392 Gießen | X | |
| 15.05.2015 | 31.03.2020 | 22400514 | Verbundvorhaben: Verfahrensentwicklung für den Einsatz der biologischen Methanisierung in der zweistufigen Biogaserzeugung; Teilvorhaben 1: Untersuchung Festbettfermenter und volldurchmischter Reaktor - Akronym: BioHydroMethan | Der geplante Ausbaus von EE in Deutschland erfordert beträchtliche Speicherkapazitäten für elektrische Energie, die in dieser Größenordnung nur von chemischen Energieträgern zur Verfügung gestellt werden kann. Die biologische Methanisierung von Wasserstoff im Biogasfermenter ist dabei eine vielversprechende Alternative zur katalytischen Methanisierung. Im Rahmen des Projektes soll speziell die zweiphasige Variante mit separater Hydrolyse und der gezielte Wasserstoffeintrag in der Methaniserungsstufe untersucht werden. Besonderer Vorteil dieses Ansatzes ist, dass das im Biogasprozess entstehende Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von hydrogenotrophen Methanbakterien fast vollständig zu Methan umgesetzt und mit einem im Vergleich zu herkömmlichem Biogas deutlich geringerem Aufbereitungsaufwand in das Erdgasnetz wie Biomethan eingespeist oder als Kraftstoff verwendet werden kann. Im Rahmen dieses Verbundvorhabens, das aus 3 Teilprojekten besteht, sollen verfahrenstechnische Untersuchungen mit verschiedenen Reaktorausführungen, wie Festbett-, volldurchmischte und Membranreaktoren im Labormaßstab durchgeführt werden. Fundamental ist dabei die Entwicklung einer Technik zum möglichst feinblasigen Eintrag von Wasserstoff in die Fermenterflüssigkeit, um damit eine optimale Versorgung der Methanbakterien zu erreichen. Es wird auch der Einfluss von Blasengröße und –zugabe sowie der Gestaltung des Blasenaufstiegs auf die Übergabeeffizienz an die Fermenterflüssigkeit sowie die Methanbakterien untersucht. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf der Veränderung der Biozönose in den Methanisierungsreaktoren durch Zugabe von Wasserstoff liegen. Durch Messung der Zusammensetzung und Konzentration von flüchtigen Fettsäuren, der Pufferkapazität, des pH-Wertes, der Konzentration der im Fermentersubstrat gelösten Gase und der Qualität der entstehenden Produktgase werden die Verfahren bewertet, optimiert und weiter entwickelt. | Dr. Hans Oechsner Tel.: +49 711 459-22683 oechsner@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.09.2015 | 30.08.2019 | 22400515 | Verbundvorhaben: Entwicklung effizienter zweiphasiger Biogasanlagen über eine gekoppelte energetische und stoffliche Nutzung nach Abtrennung von Hydrolyseprodukten (Optigär); Teilvorhaben 2: Untersuchung der entkoppelten Hydrolyse zur gezielten Erzeugung von Plattformchemikalien und Methanvergärung - Akronym: Optigaer | Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Kaskadennutzung und damit nachhaltigeren und ganzheitlicheren Verwertung von Agrarrohstoffen. Dabei ist die stoffliche Nutzung von Koppelprodukten als Basischemikalie mit potenziell hohen Preisen im Fokus. Im Rahmen des Vorhabens wird ein neuartiges Konzept zur integrierten stofflichen Nutzung von zweiphasigen Biogasanlagen entwickelt. Mit diesem Konzept soll eine gekoppelte stoffliche und energetische Nutzung der Biogassubstrate ermöglicht werden. Im Hydrolyseprozess wir durch die gezielte Steuerung von Temperatur, pH-Wert sowie Pufferkapazität und dem Zusatz verschiedener Additive (Enzyme, Mikroorganismenkulturen, Puffersubstanzen) und einer gezielten Futterstoffauswahl versucht, die Konzentration an nutzbaren Plattformchemikalien zu erhöhen. Diese werden dann mit selektiven Membranen aus der Flüssigkeit entfern. Der Rest wird annaerob im Methanisierungsreaktor verwertet. Optimierung der Hydrolysephase des Biogasprozesses durch Variation von verwendetem Ausgangssubstrat und dessen Aufbereitung, Raumbelastung, Verweilzeit, Zuschlagstoffen, Betriebsbedingungen (pH-Wert, Temperatur), Rezirkulierung des Gärrestes der Methanisierungsstufe mit dem Hauptziel der Produktion von Wertstoffen. Zur Optimierung der Ausbeuten an verwertbaren löslichen Stoffen werden die Gärprodukte regelmäßig nasschemisch analysiert. Es wird ein Screening sowohl von verschiedenen Substraten als auch von unterschiedlichen Reaktionsbedingungen der Hydrolyse im Hinblick auf die optimale Säurenproduktion durchgeführt. Ziel des Arbeitspakets ist die Selektion geeigneter Substrate und der geeigneten Hydrolysebedingungen. Die Abtrennung der wertbringenden Säuren erfolgt über spezielle Membranen. Diese werden direkt in die Fermenterkette eingebaut, um einen vollintegrierten Prozessablauf zu realisieren. | Dr. Hans Oechsner Tel.: +49 711 459-22683 oechsner@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | X | |
| 01.09.2015 | 30.06.2019 | 22400615 | Verbundvorhaben: Entwicklung effizienter zweiphasiger Biogasanlagen über eine gekoppelte energetische und stoffliche Nutzung nach Abtrennung von Hydrolyseprodukten (Optigär); Teilvorhaben 3: Umweltbewertung, Ökonomie und Überführungskonzept (EIFER) - Akronym: Optigaer | Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Kaskadennutzung und damit nachhaltigeren und ganzheitlicheren Verwertung von Agrarrohstoffen. Dabei ist die stoffliche Nutzung von Koppelprodukten als Basischemikalie mit potenziell hohen Preisen im Fokus. Im Rahmen des Vorhabens wird ein neuartiges Konzept zur integrierten stofflichen Nutzung von zweiphasigen Biogasanlagen (Hydrolysereaktor getrennt vom Methanreaktor). Mit diesem Konzept soll eine gekoppelte stoffliche und energetische Nutzung der Biogassubstrate ermöglicht werden. Im Fokus des Vorhabens steht ein neuartiges Konzept zur integrierten stofflichen Nutzung von zweiphasigen Biogasanlagen (Hydrolysereaktor getrennt vom Methanreaktor). Mit diesem Konzept soll eine gekoppelte stoffliche und energetische Nutzung der Biogassubstrate ermöglicht werden. Flüchtige und nicht methanbildungsrelevante Bestandteile, die bei der anaeroben Hydrolyse entstehen, werden als Wertstoffe durch den Einsatz von Membrantechnik extrahiert. Für diese Wertstoffe werden angepasste Verwertungskonzepte entwickelt. Um die Biogasproduktion zu steuern, werden optimale Prozessbedingungen hinsichtlich der Säurenbildung in der Hydrolysestufe ermittelt und der Betrieb des Hydrolysereaktors mittels Sensortechnik überwacht. Sensoren sollen in Rahmen dieser Projekte am Prozess angebracht werden, um eine online Prozessüberwachung und -steuerung zu ermöglichen. | Dipl.-Geoökologe Rainer Bolduan Tel.: +49 721 6105-1446 bolduan@eifer.org EIfER Europäisches Institut für Energieforschung EDF-KIT EWIV Emmy-Noether-Str. 11 76131 Karlsruhe | X | |
| 01.02.2016 | 31.05.2018 | 22400715 | Biomasseaufwertung und Silierung lignocellulosereicher Koppelprodukte zur Optimierung der Methanausbeute - Akronym: BASiliKOM | Das Ziel ist, Koppelprodukte aus der Landwirtschaft für die Nutzung in Biogasanlagen zu optimieren. Dies soll entlang der gesamten Prozesskette erfolgen. Schlecht vergärbare aber kostengünstige Koppelprodukte der Pflanzenproduktion werden für die Methanproduktion aufgewertet, was die Effizienz landwirtschaftlicher Biogasanlagen und Nutzfläche erheblich erhöht. Ein optimiertes Silierverfahren wird neben der Konservierung gezielt als biologische Vorstufe zur Biogasproduktion zur Aufwertung der Mischungen genutzt. Ein Upscaling bis in die Praxis ist vorgesehen. Die Wirtschaftlichkeit der Verfahren wird bewertet und es werden Potenzialanalysen bezüglich der Mengengerüste und der Verfügbarkeit der Koppelprodukte durchgeführt. Durch angepassten Pflanzenbau soll die Menge der Koppelprodukte wie Getreidestroh deutlich erhöht werden, ohne Konkurrenz mit Lebensmittelproduktion oder Humusneubildung. Ergebnisse werden in Lehre, Fachzeitschriften und Fortbildungen verbreitet. Das Projekt soll mit Silerversuchen mit ausgesuchten Koppelprodukten beginnen. Zeitgleich dazu sollen Inhaltsstoffe untersucht werden, zur Abschätzung von Silererfolg und Vergärbarkeit. Biogasertragstests schließen sich an. Erfolgreiche Substratgemische sollen dann in sensorgestützen Anlagen getestet und die Gärsubstrate ebenfalls auf Inhaltsstoffe untersucht werden, um deren Abbau nachvollziehen zu können. Erfolgversprechende Substratgemische werden dann zur weiteren Aufskalierung kontinuierlichen Biogasertragstests unterzogen, danach zur Validierung in Biogasanlagen in der landwirtschaftlichen Praxis getestet. Während des gesamten Zeitraumes werden modellhafte Anbausysteme zur Frage der agronomischen Praktikabilität und der mengenbezogenen Relevanz der Koppelprodukte bezüglich der Biogasproduktion erstellt. Eine wirtschaftliche Betrachtung zeigt die ökonomische Praktikabilität. Das Thema wird fest in die Lehre eingebunden. Es wird ein Praxishandbuch erstellt, zudem sollen Fortbildungen angeboten werden. | Prof. Dr. Harald Laser Tel.: +49 2921 378-3105 laser.harald@fh-swf.de Fachhochschule Südwestfalen Baarstr. 6 58636 Iserlohn | X | |
| 01.09.2015 | 31.12.2015 | 22400815 | Kurzstudie: Entwicklung der Biomasseverstromung bei Fortschreibung der aktuellen EEG-Vergütung (EBFE) - Akronym: EBFE | In Folge der EEG-Novelle 2014 wird der zukünftige Neubau von Biomasseanlagen zur Stromerzeugung deutlich geringer ausfallen als in den Vorjahren. Dazu tragen vor allem die starken Vergütungskürzungen und auch der Ausbaudeckel von jährlich 100 MWel bei. Bei Fortschreibung dieser Rahmenbedingungen ist zu erwarten, dass der Zubau nicht ausreicht, um die nach ihrer Förderhöchstdauer von 20 Jahren ausscheidenden Bestandsanlagen in Bezug auf deren Stromerzeugung und Bereitstellung von Systemdienstleistungen zu ersetzen. Für Anlagen zur Nutzung fester und gasförmiger Biomasse soll daher beschrieben werden, wie sich dieser Effekt in unterschiedlichen Erzeugungskategorien entwickelt. Anschließend werden Ansätze für alternative Betriebsstrategien für Bestandsanlagen dargestellt. Darauf aufbauend wird eine qualitative Bewertung zu Rückkopplungseffekten für die Energiewirtschaft, die Rochstoff- und Abfallwirtschaft, die nationalen THG-Emissionen und die direkten Beschäftigungseffekte durchgeführt. Die Kurzstudie gliedert sich in drei auf einander aufbauende Arbeitspakete. Im ersten Arbeitspaket werden aufbauend auf dem aktuellen Anlagenbestand und der derzeitigen Rahmenbedingungen Szenarien zur Entwicklung des Bestandes von Bioenergieanlagen im Stromsektor entwickelt. Diese sollen ausgehend vom Jahr 2015 die Entwicklung bis in Jahr 2035 projizieren. Zusätzlich sollen ein Überblick über mögliche alternative Betriebskonzepte gegeben werden. Im Arbeitspaket 2 werden aufbauend auf AP1 Konsequenzen für folgende Dimensionen abzuleiten: Energiewirtschaft, Rohstoff-/ Abfallwirtschaft, Treibhausgasemissionen und direkte Beschäftigungseffekte. Im abschließenden Arbeitspaket 3 werden Handlungsempfehlungen für die Felder Rahmenbedingungen und Forschungsbedarf erstellt. | Martin Dotzauer Tel.: +49 341 2434-385 martin.dotzauer@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 01.07.2016 | 31.03.2020 | 22401316 | Möglichkeiten zur Nutzung von Koppelprodukten des Ackerbohnen- und Erbsenanbaus in Biogasanlagen - Akronym: Koppelprodukte | Von verschiedenen Autoren wird eine Nutzung des Strohs von Ackerbohnen und Erbsen in Biogasanlagen angeregt. Konkrete Untersuchungen zur Praktikabilität wurden bisher nicht angestellt. Ziel dieses Vorhabens ist die Prüfung der Möglichkeiten und Grenzen dieser Verfahren in der Praxis. Die Verfahrensketten werden hinsichtlich der Erntetermine, der Strohbergung und Konservierung entwickelt und optimiert. Zusätzlich werden die Folgen der Strohbergung auf den Düngebedarf der Folgekultur am Beispiel Winterweizen untersucht. Mit Feldversuchen, Laboranalysen sowie Modellrechnungen werden die folgenden Fragestellungen in Bezug auf die Nutzung des Ackerbohnen- und Erbsenstrohs in Biogasanlagen hinsichtlich der Durchführbarkeit, der Wirtschaftlichkeit und der Wirkungen auf Boden und Grundwasser abgeschätzt. 1. Sind die in der Literatur angegebenen Erntemengen bei Erbsen und Ackerbohnenstroh von rund 3 t/ha TM realistisch? 2. Wie groß ist das Zeitfenster vom Beginn der Druschfähigkeit bei Ackerbohnen und Erbsen bis zum Verlust der Silierbarkeit im Verlauf der Strohabreife 3. Wie verändern sich die Methanausbeuten der Silagen während der Strohabreife 4. Prüfung der Verfahrenskette unter praxisnahen Bedingungen 5. Wirtschaftlichkeitsberechnungen und Sensivitätsprüfung der Verfahren. 6. Wie verändert sich der Vorfruchtwert und die Humusbilanz von Ackerbohnen und Erbsen bei Abfuhr des Strohs? | Prof. Dr. Harald Laser Tel.: +49 2921 378-3105 laser.harald@fh-swf.de Fachhochschule Südwestfalen - Standort Soest - Fachbereich Agrarwirtschaft Lübecker Ring 2 59494 Soest | ||
| 01.07.2015 | 28.02.2018 | 22401614 | Verbundvorhaben: Upgrading von Bestandsbiogasanlagen hin zu flexiblen Energieerzeugern durch eine bedarfsorientierte Dynamisierung der Biogasproduktion (UBEDB); Teilvorhaben 1: Versuchsdurchführung im Demonstrationsbetrieb und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung - Akronym: UBEDB | Das Forschungsprojekt macht sich zur Aufgabe , die bedarfsorientierte, dynamische Biogasproduktion, die ohne Modifikation der Anlagentechnik von Bestandsbiogasanlagen (ohne zusätzlichen Investitionsaufwand!) zu untersuchen. Hieraus sollen Fütterungskonzepte (Betriebsführungskonzepte) für Bestandsbiogasanlagen abgeleitet werden können. Dafür werden Leistungsparameter der dynamischen Biogasproduktion in Laboranlagen, mit im landwirtschaftlichen Umfeld anfallenden Substratenermittelt. Der Einfluss auf die Gärdynamik soll im Wesentlichen durch Zugaben von leichter umsetzbaren Materialien erreicht werden. Dazu kommen kohlenhydratreiche Substrate oder schnell vergärende fetthaltige Grünschnitte aus verschiedenen Kulturen (v.a. auch Zwischenfrüchte, landw. Reststoffe und alternative Energiepflanzen) infrage, die den Anlagenbetreibern im humiden Klimaraum zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse ermöglichen eine Substratcharakterisierung und werden dann zum Abfahren von am Strombedarf ausgerichteten Gasproduktionsprofilen auf den Betrieb der großtechnischen Forschungsbiogasanlage übertragen. Basierend auf den erzielten Ergebnissen wird die positive Auswirkung des dynamisierten Anlagenbetriebs auf die Wirtschaftlichkeit von Bestandsbiogasanlagen untersucht und bewertet. | Henning Hahn Tel.: +49 561 7294-261 henning.hahn@iwes.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) Joseph-Beuys-Str. 8 34117 Kassel | X | |
| 01.11.2015 | 31.01.2018 | 22401615 | Verbundvorhaben: Effiziente Mikro-Biogasaufbereitungsanlagen (eMikroBGAA); Teilvorhaben 2: Potenzialabschätzung und betriebswirtschaftliche Bewertung für MikroBGAA - Akronym: eMikroBGAA | Das Vorhaben eMikroBGAA verfolgt das Ziel, die Kostensenkungspotentiale einer optimierten Konstellation von Biogasaufbereitung und Biomethaneinspeisung kleinerer Kapazitäten zu evaluieren und hierfür das auf ganz Deutschland bezogene Potential volkswirtschaftlich optimierter Biogaseinspeisung aufzuzeigen. Darüber hinaus wird untersucht, wie sich die betriebswirtschaftliche Situation des als volkswirtschaftlich sinnvoll identifizierten Anlagentyps unter den gegebenen gesetzlichen Rahmenbedingungen und unter Einbeziehung potenzieller Geschäftsmodelle darstellt. Um die beschriebenen Ziele des Vorhabens zu erreichen, hat sich ein kompetentes Konsortium aus drei Forschungseinrichtungen (DBFZ, Fraunhofer IWES, DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH) und der Deutschen Energie-Agentur GmbH (dena) zusammengeschlossen. Die inhaltlichen Arbeitspakete umfassen: -Volkswirtschaftlicher Vergleich potenzieller Konzepte zur dezentralen Biomethaneinspeisung (IWES/DBFZ) - Darstellung weiterer relevanter Aspekte der dezentralen Biomethaneinspeisung (Ökologische Aspekte (DBFZ), Strukturelle Aspekte (dena) -Methodenentwicklung und Verifizierung zur Abschätzung des MinFlows in Gasverteilnetzen (DBI/IWES) - Potenzialabschätzung für eMikroBGAA in Deutschland (DBFZ/DBI) - Analyse und Bewertung kapazitäts-erweiternder Maßnahmen (DBFZ/IWES) - Betriebswirtschaftliche Bewertung der volkwirtschaftlich optimierten MikroBGAA (DBFZ) -Akteurs-basierte Analyse potenzieller Geschäftsmodelle (DENA) - Bewertung von Hemmnissen und Entwicklung von Lösungsansätzen (alle) Das DBFZ als Partner im Verbundvorhaben bearbeitet schwerpunktmäßig die volks- und betriebswirtschaftliche Bewertungen und Vergleich der Anlagenkonzepte (AP 2 in Kooperation mit IWES, AP 7), die Potenzialabschätzung an Standorten in Deutschland hinsichtlich potenzieller Umrüstung von VOV-Anlagen und Errichtung neuer kleiner Aufbereitungsanlagen (AP 5) und die Zusammenstellung der ökologischen Aspekte der dezentralen Biomethaneinspeisung (AP 3). | Jaqueline Daniel-Gromke Tel.: +49 341 2434-441 jaqueline.daniel-gromke@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 01.10.2017 | 30.06.2021 | 22401617 | Verbundvorhaben: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG-Strategie (OptiFlex); Teilvorhaben 2: Weiterentwicklung Regelungskonzept - Akronym: Optiflex | Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Dagegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagenbetrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb. | Im Rahmen dieses Projekts wurden auf den Grundlagen von CFD-Simulationen, Laborexperimenten und Praxisuntersuchungen effiziente Regel- und Rührtechniken zur optimalen Durchmischung von Biogasfermentern entwickelt, validiert und optimiert. Die optimierten Mischvorgänge ermöglichen außerdem die ökonomische Anwendung modellbasierter, prädiktiver Fütterungsstrategien für eine bedarfsgerechte und effiziente Biogasproduktion. Dies trägt zur Sicherung des zukünftigen Betriebs von Biogasanlagen bei und ermöglicht somit eine dezentralisierte Stabilisierung der Stromnetze. | Anne Deutschmann Tel.: +49 351 2553-7685 anne.deutschmann@ikts.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Winterbergstr. 28 01277 Dresden | X |
| 01.11.2015 | 31.01.2018 | 22401715 | Verbundvorhaben: Effiziente Mikro-Biogasaufbereitungsanlagen (eMikroBGAA); Teilvorhaben 3: Gasnetzseitige Analyse und Potenzialabschätzung für MikroBGAA - Akronym: eMikrBGAA | Das Projekt hat das Ziel, die zwei wesentlichen Fragen zu beantworten: 1. Unter welchen Rahmenbedingungen ist die Aufbereitung und Einspeisung von vergleichsweise kleinen Biogasmengen, insbesondere durch das Repowering von Vor-Ort-Verstromungsanlagen mit geringer Wärmenutzung, aus volkswirtschaftlicher Sicht sinnvoll? 2. Wie groß ist das Potenzial für Standorte mit einer solchen Konstellation in Deutschland? • AP 1: Projektmanagement (IWES, alle) • AP 4: Methodenentwicklung und Verifizierung zur Abschätzung des MinFlows in Gasverteilnetzen (DBI, IWES) o In diesem AP werden die Methoden zur Ermittlung des MinFlows und MinFlows+ erarbeitet und anhand von Daten zu realen, repräsentativen Modellnetzen verifiziert. Basierend auf den Erkenntnissen werden sowohl theoretische Einspeisepotenziale für die Modellnetze ermittelt als auch die aus volkswirtschaftlicher Sicht am besten geeigneten Druckebenen für die Einspeisung kleiner Biogasmengen. • AP 5: Potenzialabschätzung für eMikroBGAA in Deutschland (DBFZ, DBI) o In diesem AP erfolgt die Abschätzung der Potenziale für MikroBGAA-Standorte in Deutschland, basierend auf dem MinFlow aus AP4 sowie den Biomassepotenzialen. • AP 6: Analyse und Bewertung kapazitätserweiternder Maßnahmen (IWES, DBI, DBFZ) o In diesem Arbeitspaket werden unterschiedliche Ansätze analysiert, welche das Generieren von zusätzlichen Einspeisekapazitäten in den Verteilnetzen für MikroBGAAStandorte zum Ziel haben. Die Analyse soll Aufschluss über die Relevanz und diePraxistauglichkeit der einzelnen Maßnahmen geben. • AP 10: Berichtswesen & Veröffentlichungen (IWES, alle) | M.Eng Jens Hüttenrauch Tel.: +49 341 2457-128 jens.huettenrauch@dbi-gruppe.de DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Karl-Heine-Str. 109/111 04229 Leipzig | X | |
| 01.10.2017 | 30.06.2021 | 22401717 | Verbundvorhaben: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie (OptiFlex); Teilvorhaben 3: Weiterentwicklung MPC (modellbasierte prädiktive Regelung) - Akronym: OptiFlex | Der Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Da-gegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen bisher vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf ersten funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagen-betrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb. | unterschiedlichen Betriebsszenarien im Praxisbetrieb als auch unter Laborbedingungen angewendet werden. Für die modellbasierte Regelung von Biogasbildung und Beschickung wurden vereinfachte Reaktionsmodelle auf der Basis von unterschiedlich schnell abbaubaren Fraktionen der oTS entwickelt. Weiterhin wurden robuste Methoden zur BHKW-Fahrplanidentifikation entwickelt, welche eine strommarktorientierte Prozessführung anhand von Börsenpreisen ermöglichen. Die Kopplung zur Rührwerkssteuerung konnte umgesetzt werden. Es zeigte sich eine vergleichbare Prozessdynamik, sowohl in der Gasproduktion als auch in der Rheologie bei gleichzeitig reduzierter notwendiger Rührintensität. Es konnte gezeigt werden, dass sich die DBFZ-Modelle neben der Effizienzbewertung des Gärprozesses auch als Kontrollinstanz für die verwendete Messtechnik eignen. Durch die gezielte Anpassung an die Messwerte sind die DBFZ-Modelle aber gleichzeitig sehr robust gegenüber systematischen Messfehlern und können diese Identifizieren. Im Rahmen der Langzeitversuche konnte die Eignung der Modelle für den Einsatz in einer modellprädiktiven Regelung nachgewiesen werden. Die in diesem Zuge etablierte Datenaustausch- Schnittstelle zwischen der Forschungsbiogasanlage und den Partnern stellte einen wichtigen Meilenstein im Forschungsvorhaben OptiFlex dar. Bei der Untersuchung mögliche Einflüsse der flexiblen Fütterung und der variierenden Rühreinstellungen auf die Prozessstabilität konnte ein sehr robuster Prozess nachgewiesen werden. Laborversuchen konnten bestätigen, dass auch mit minimaler Durchmischung ein stabiler Biogasbildungsprozess mit vergleichbarem Biogasertrag etabliert werden kann, ohne Prozessstörungen zu provozieren. Die Mittelwerte über die jeweiligen Phasen deuten an, dass durch eine Beschränkung auf das Einmischen des Substrats ein ebenso hoher Substratabbau gewährleistet werden kann, bei minimaler Rührwerknutzung. | Eric Mauky Tel.: +49 341 2434-745 eric.mauky@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X |
| 01.12.2015 | 30.06.2018 | 22401815 | Verbundvorhaben: ReBi 2.0: Regelung der Gasproduktion von Biogasanlagen (ReBi) für eine am Bedarf orientierte, gesteuerte Biogasverstromung; Teilvorhaben 2: Flexible Biogasproduktion durch die Vergärung eines breiten Substratspektrums mit der bestehenden ReBi-Technikumsanlage - Akronym: ReBi-HAWK | Die Versuchsergebnisse aus dem Vorprojekt ReBi zeigen, dass durch die Anpassung der Anlagenkonzeption mit entsprechender Prozessführung eine steuerbare Biogasproduktion möglich ist. Dies ermöglicht es den für eine gesteuerte/bedarfsgerechte Verstromung notwendigen Biogasspeicherbedarf vor Ort deutlich zu reduzieren und führt zu einer insgesamt höheren Flexibilität der bedarfsorientierten Biogasbereitstellung. Ziel ist es, die Ergebnisse, die mit der Technikumsbiogasanlage durch die Vergärung von Maissilage erzielt wurden, hinsichtlich der Übertragbarkeit auf großtechnische Biogasanlagen zu überprüfen. Einen entscheidenden Vorteil der vorgeschlagenen Technologie stellt die Möglichkeit einer Unterbrechung der Biogasproduktion für mehrere Tage und eines erneuten Anfahrens der Biogasproduktion innerhalb weniger Stunden dar. Darüber hinaus wird im Rahmen des Vorhabens der Einsatz eines breiten Substratspektrums, mit besonderer Beachtung schwer vergärbarer Substrate (z. B. Stroh), für die gesteuerte Biogasproduktion untersucht. Aufbauend auf den am Fachgebiet NEUTec (HAWK) vorliegenden Erfahrungen und Erkenntnissen mit der im Vorprojekt aufgebauten Versuchsanlage werden im Arbeitspaket 4 weitere Substrate zum Einsatz in der bestehenden Versuchsanlage kommen. Ziel ist es, möglichst repräsentative Substratmengen über einen längeren Zeitraum in dem zweistufigen Verfahren, entsprechend einem vordefinierten Anforderungsprofils, flexibel zu vergären. Dabei wird Stroh, das allgemein in der Vergärung als problematisch gilt, zusammen mit leicht versauernden Substraten eigesetzt. Das Arbeitspaket ist in zwei Abschnitte aufgeteilt. Im ersten Schritt erfolgt das Substrat-Screening, mit dem Ziel eine Vorauswahl für potenziell geeignete Substratmischungen zu treffen. Anschließend werden drei potenziell geeignete Substratmischungen im kontinuierlichen Prozess, entsprechend den vordefinierten Anforderungsprofilen, zur flexiblen Biogasproduktion genutzt. | Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen Tel.: +49 551 5032-257 achim.loewen@hawk.de Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst-Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen - Fakultät Ressourcenmanagement Göttingen - Fachgebiet Nachhaltige Umwelt- und Energietechnik NEUTec Rudolf-Diesel-Str. 12 37075 Göttingen | X | |
| 01.10.2017 | 31.12.2021 | 22402017 | Verbundvorhaben: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie (OptiFlex); Teilvorhaben 4: Optimierung Rührprozessparameter - Akronym: OptiFlex | Die Technische Universität Berlin wird im Rahmen des geplanten For- schungsvorhabens die systematischen Untersuchungen bezüglich des Einflusses der durch die hochviskosen und viskoelastischen Fließ-eigenschaften hervorgerufenen Strömungsphänomene am Propeller-rührwerk und in der Großraumströmung im Pilotmaßstab weiter fortsetzen. Neben einer Variation des Yaw-Winkels soll nun auch der Pitch-Winkel der Rührwerke variiert werden. Die strömungsmechanischen Untersuchungen werden durch Mischzeit- und Färbeversuche ergänzt. Dabei wird u.a. mit unterschiedlichen Fließeigenschaften des Feeds gearbeitet, um unterschiedliche Fütterungsmethoden zu berücksichtigen. Die exp. Unter-suchungen werden zudem von numerischen Strömungssimulationen begleitet. Bei diesen wird sowohl das viskoelastische Verhalten als auch die Gasbildung berücksichtigt. Die experimentellen Arbeiten werden durch eine parallele Messung des Rührwerksschubs als auch des Drehmoments ergänzt. Parallel zu diesen Untersuchungen soll eine Schubspannungsmessung zur indirekten Bestimmung der Sedimentation von Feststoffen in Zonen geringer Geschwindigkeit erprobt werden (vgl. Abb. 1 der Anlage). Somit können die vom Propellerrührwerk erzeugten Strömungskräfte auch in optisch nicht zugänglichen Gebieten messtechnisch erfasst werden. Ähnliche Untersuchungen wurden an der Technischen Universität Berlin bei Untersuchungen von Erosionen an Gewässersohlen durch den Schiffverkehr erfolgreich durchgeführt. Sowohl die Kraft-, Schub- und Drehmomentmessung als auch die Messprogramme zur Charakterisierung der viskoelastischen und nicht-Newtonschen Fließeigenschaften werden im Rahmen des Projekts in den großtechnischen Maßstab überführt und in das Regelkonzept eingebettet. Beteiligung der TU Berlin an den AP-Nr.: 2.1/ 2.2 AP-Nr. 3.3 / 3.4/ 3.6 AP-Nr. 4.2 AP -Nr. 6.2 AP-Nr. 7.1/7.4 AP-Nr. 9.2 gem. beigefügtem Balken und Strukturplan | Es konnten erfolgreich Messverfahren auf Basis eines Relativrheometers entwickelt werden, mit welchen die viskoelastische Rheologie von Gärsubstraten quantifizierbar ist. Alle damit untersuchten Proben der Forschungsbiogasanlage Unterer Lindenhof weisen ausgeprägt elastische Fließeigenschaften auf. Mit den Messmethoden können erstmalig Parameter für viskoelastische Stoffmodelle von Gärsubstraten ermittelt werden. Die Messmethode zur Bestimmung von Sedimentations-/Sinkschichten mittels Schubspannungsmessung wurde erfolgreich eingesetzt. Damit konnte die untersuchte Rührtechnik im Labormaßstab derart geregelt werden, dass weder Stagnations- noch Sedimentationszonen entstehen. Die bereits im Labormaßstab in vorangegangenen Projekten untersuchten Auswirkungen von Elastizität auf das Förderverhalten von Propellerrührern konnte auch im Pilotmaßstab nachgewiesen werden: Erst ab einer ausreichend hohen Drehfrequenz, welche über die Elastizitätszahl bestimmt werden kann, fördern die Propeller axial und effizient. Darunter wird die Pumpleistung durch die Elastizität des Fluides stark eingeschränkt. Dieses Verhalten konnte auch in CFD-Simulationen der Forschungsbiogasanlage nachgewiesen werden. Hier zeigte sich auch, dass durch parallelen Einsatz von mehreren Rührwerken eine hohe Effizienzsteigerung der Rührtechnik möglich ist. Sowohl Schub- als auch Drehmoment eignen sich als Regelgröße für die Mischeffizienz in Fermentern. Es konnte für beide Größen jeweils eine Korrelation entwickelt werden, mit der unabhängig von der eingesetzten Rührtechnik die Mischzeit in einem Fermenter abgeschätzt werden kann. Unnötiges Rühren in Fermentern kann so minimiert werden. Die Korrelationen konnten zudem erfolgreich im Industriemaßstab zur Bestimmung der Mischzeit eingesetzt werden, wie Mischversuche bei zeitgleicher Leistungsaufnahme in der Anlage Unterer Lindenhof aufzeigten. | Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume Tel.: +49 30 314-22348 matthias.kraume@tu-berlin.de Technische Universität Berlin - Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik - Fachgebiet Verfahrenstechnik Marchstr. 23, Sekr. MAR 2-1 10587 Berlin | X |
| 01.10.2017 | 30.06.2021 | 22402117 | Verbundvorhaben: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie (OptiFlex); Teilvorhaben 5: Entwicklung Rührtechnik - Akronym: Optiflex | Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Dagegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. | Die erhaltenen Ergebnisse aus den Untersuchungen der neuen Propellergeometrie bestätigten vollends die Voruntersuchungen und zeigen somit neue Möglichkeiten des energiesparenden Einsatzes neuer Propellertechnik. Hierbei ist besonders der Einfluss des Leistungsbeiwertes hervorzuheben, da dieser im Vergleich zu bekannten Geometrien deutlich erhöht werden konnte. Zudem wurde eine Optimierung des Propellerfreistrahles beobachtet und ist der Anpassung des Verhältnisses aus Eintrittswinkel und Staffelungswinkel geschuldet. Die Wurfweite des Freistrahles konnte folglich deutlich verbessert werden. Die Messtechnik zur Ermittlung des Axialschubs für den großtechnischen Maßstab wurde geplant und konstruiert. Zu diesem Zweck wurde zunächst ein Anforderungskatalog als Entscheidungsgrundlage erarbeitet. Grundsätzlich wurden fünf Lösungen detailliert geplant und zwei Lösungen in Form eines Prototyps in die Realität überführt. Aufgrund der geringen Abmaße des Serviceschachts am Demonstrator und der speziellen Einbauvariante des Rührwerkes musste auf den Einbau dieser Schubmesseinrichtung verzichtet werden. Dennoch wird davon ausgegangen, dass der umgesetzte Prototyp grundsätzlich voll funktionsfähig ist. Nach der Einstellung der maximalen Drehzahlfrequenz konnte der Algorithmus hinsichtlich der Korrespondenz der verwendeten Rührwerke bestätigt werden. Eine Aussage über die Qualität der Strömung ist abschätzbar, hingegen gilt eine quantitative Beschreibung dieser als noch nicht möglich. In Nachfolgeprojekten kann die entwickelte Hardware und Steuerung weiter untersucht und entwickelt werden. Im Rahmen des Projektes wurde deutlich, dass andere Anwendungsfelder wie beispielsweise die Abwassertechnik durch eine Anpassung des Auslegealgorithmus ebenfalls profitieren können und eine Vertiefung der Untersuchungen als sinnvoll zu betrachten ist. | Dipl. -Ing. (FH) Kay Rostalski Tel.: +49 345 6868 713-0 k.rostalski@repowering-technik-ost.de Maier Energie und Umwelt GmbH Bergerhausen 5 87719 Mindelheim | X |
| 01.05.2016 | 30.06.2019 | 22402214 | InterDigSoil - Nachhaltige Verwertung innovativer Gärprodukte - Akronym: InterDigSoil | Ziel des Verbundvorhabens ist es, präzise und verallgemeinerbare Aussagen zu den Auswirkungen von Gärprodukten (GP) aus Biogasanlagen auf Bodenfunktionen hinsichtlich Bodenstruktur und Mikrobiologie zu gewinnen. Die in Phase 1 gewonnenen Erkenntnisse werden durch Untersuchungen ergänzt, die eine noch größere Praxisnähe darstellen. Hauptaufgabe des TV1 ist die Erstellung von und die Versorgung der anderen beiden Teilvorhaben mit definierten GP aus Fermentationsversuchen, die durch die Fermentation von Pflanzensubstraten im Labormaßstab definiert und reproduzierbar erzeugt werden. Die Hauptaufgabe des TV3 ist die Erfassung der Veränderungen bodenmikrobiologischer Parameter nach Zugabe von GP. Laborversuche mit unterschiedlichen Mengen GP dienen der kontrollierten Beobachtung der Reaktionen der Mikroflora auf die Eingriffe. In den Feldversuchen dienen die direkten mikroskopischen Beobachtungen und Datenerhebungen zur Quantifizierung der Bakterien (Größenklassen, Gemeinschaftsveränderung). TV1: In Arbeitsschwerpunkte (AS) 1 werden hoch aufbereitete Pflanzensubstrate (PS) im Batch-Versuch fermentiert (Inokulum Gärrest). In AS2 werden die PS siliert und anschließend unterschiedlich lang fermentiert (Inokulum Gärrest), so dass GP mit verschiedenen Ausfaulungsgraden erzeugt werden (60%, 80%, 100%). In AS3 werden Gärreste aus Biogasanlagen in Durchflussfermentern einer Bestimmung des Restgaspotentials unterzogen. Die jeweiligen GP werden vor Weitergabe an TV2 u. 3 in einem externen Labor einer Inhaltsstoffanalyse unterzogen. TV3: Mikrobiologische Prozesse werden analog zu Phase 1 nach Ausbringung der GP auf homogenisierten Böden (AS1 u. 2) bzw. im Feld (AS3) erfasst. Die mikrobielle Gemeinschaft wird mit Epifluoreszenzmikroskopie, die mikrobielle Aktivität über Enzymaktivität und CO2-Gaswechsel, organisches / anorganisches Material werden z.T. in einem externen Labor bestimmt. Mikro- und Mesofauna werden durch Beobachtung/Zählung (Binokular) erfasst. | Prof. Dr. Eberhard Hartung Tel.: +49 431 880-2157 ehartung@ilv.uni-kiel.de Christian-Albrechts-Universität zu Kiel - Agrar- und Ernährungswissenschaftliche Fakultät - Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik Max-Eyth-Str. 6 24118 Kiel | X | |
| 01.11.2015 | 31.10.2017 | 22402215 | Verbundvorhaben: Biogas in Bewegung - Untersuchung der Machbarkeit zur dezentralen Nutzung von partiell aufbereitetem Biogas als Kraftstoff für die Landwirtschaft; Teilvorhaben 1: Biogasaufbereitung - Akronym: BIB | Übergeordnetes Ziel des Projekts ist die Untersuchung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit einer Aufbereitung von Biogas bei kleinen Durchsätzen und einer nicht vollständigen CO2-Abreicherung zur dezentralen Nutzung in landwirtschaftlichen Maschinen. Bisherige am Markt erhältliche Aufbereitungsverfahren für Biogas sind aufgrund der aufwändigen Aufbereitung zu Erdgasqualität mit hohen Investitionskosten verbunden und deshalb nur bei großen Durchsätzen ab ca. 250 m3/h wirtschaftlich. In diesem Projekt soll untersucht werden, ob für den Einsatz von Biogas in landwirtschaftlichen Maschinen eine deutlich einfachere Aufbereitung ausreichend und bei kleinen Durchsätzen wirtschaftlich ist. Somit soll ein technisch-wirtschaftliches Optimum hinsichtlich des CO2-Gehalts im aufbereiteten Biogas bei kleinen Durchsätzen ermittelt werden. Der bisher bestehende Zielkonflikt bzgl. der Aufbereitungsqualität des Biogases und der Speicherbarkeit, Energiedichte und Verwendbarkeit im Motor soll im Rahmen der Machbarkeitsstudie gelöst werden. Durch geeignete Ermittlung und Variation von Rahmenbedingungen und Parameterstudien im Hinblick auf Motoren-Anforderung, Gasqualität und Speicherbarkeit werden technisch und wirtschaftlich optimierte Konzepte entwickelt. Zur Prüfung der Konzepte soll eine Laboranlage bestehend aus Aufbereitung und Gastankstelle aufgebaut werden. AP 1: Marktanalyse für den Einsatz und Entwicklung benötigter Komponenten zur Aufbereitung und Nutzung des Biogases als Kraftstoff AP 2: Konzeptentwicklung von Anlagen zur Aufbereitung und Nutzung des Biogases als Kraftstoff AP 3: Ökologische Evaluierung einer möglichen Anlage AP 4: Projektkoordination, projektinterner und -externer Wissenstransfer | Prof. Dr. Markus Goldbrunner Tel.: +49 841 9348-3420 markus.goldbrunner@thi.de Technische Hochschule Ingolstadt - Zentrum für Angewandte Forschung (ZAF) Esplanade 10 85049 Ingolstadt | X | |
| 01.07.2017 | 30.06.2021 | 22402217 | Verbundvorhaben: Membranbasiertes Verfahren zur weitergehenden Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen in Biogasanlagen (MEMBIO); Teilvorhaben 2: Begleitende Untersuchungen zur Optimierung und Praxiseinführung - Akronym: MEMBIO | 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. | 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. Bezüglich auftretender Prozessstörungen bedingt durch hohe Frachten an organischen Säuren zeigte sich die Versuchsbiogasanlage stabiler gegenüber dem Kontrollfermenter. Beginnende Erhöhungen der Säurelast regulierten sich ohne Eingriff in den Fütterungsmechanismus selbständig, was auf den Membranbetrieb zurückzuführen ist. Die Anbindung der Membraneinheit an die Praxisanlage konnte im Vorhaben nicht realisiert werden. Diesbezüglich liegen keine Ergebnisse vor, auf dessen Basis die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt werden könnte. | Bachelor Eng. Nicole Bäger Tel.: +49 3631 656964 labor-btn-gmbh@t-online.de BTN Biotechnologie Nordhausen GmbH Kommunikationsweg 11 99734 Nordhausen | X |
| 01.11.2015 | 31.10.2017 | 22402315 | Verbundvorhaben: Biogas in Bewegung - Untersuchung der Machbarkeit zur dezentralen Nutzung von partiell aufbereitetem Biogas als Kraftstoff für die Landwirtschaft; Teilvorhaben 2: Kraftstoffspeicherung - Akronym: BIB | Übergeordnetes Ziel des Projekts ist die Untersuchung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit einer Aufbereitung von Biogas bei kleinen Durchsätzen und einer nicht vollständigen CO2-Abreicherung zur dezentralen Nutzung in landwirtschaftlichen Maschinen. Bisherige am Markt erhältliche Aufbereitungsverfahren für Biogas sind aufgrund der aufwändigen Aufbereitung zu Erdgasqualität mit hohen Investitionskosten verbunden und deshalb nur bei großen Durchsätzen ab ca. 250 m3/h wirtschaftlich. In diesem Projekt soll untersucht werden, ob für den Einsatz von Biogas in landwirtschaftlichen Maschinen eine deutlich einfachere Aufbereitung ausreichend und bei kleinen Durchsätzen wirtschaftlich ist. Somit soll ein technisch-wirtschaftliches Optimum hinsichtlich des CO2-Gehalts im aufbereiteten Biogas bei kleinen Durchsätzen ermittelt werden. Der bisher bestehende Zielkonflikt bzgl. der Aufbereitungsqualität des Biogases und der Speicherbarkeit, Energiedichte und Verwendbarkeit im Motor soll im Rahmen der Machbarkeitsstudie gelöst werden. Durch geeignete Ermittlung und Variation von Rahmenbedingungen und Parameterstudien im Hinblick auf Motoren-Anforderung, Gasqualität und Speicherbarkeit werden technisch und wirtschaftlich optimierte Konzepte entwickelt. Zur Prüfung der Konzepte soll eine Laboranlage bestehend aus Aufbereitung und Gastankstelle aufgebaut werden. AP 1: Marktanalyse für den Einsatz und Entwicklung benötigter Komponenten zur Aufbereitung und Nutzung des Biogases als Kraftstoff AP 2: Konzeptentwicklung von Anlagen zur Aufbereitung und Nutzung des Biogases als Kraftstoff AP 3: Ökologische Evaluierung einer möglichen Anlage AP 4: Projektkoordination, projektinterner und -externer Wissenstransfer | Dr. Ulrich Männl Tel.: +49 8466 90414-15 u.maennl@regineering.com regineering GmbH Am Dörrenhof 13a 85131 Pollenfeld | X | |
| 01.11.2015 | 31.01.2018 | 22402411 | Verbundvorhaben: Effiziente Mikro-Biogasaufbereitungsanlagen (eMikroBGAA); Teilvorhaben 1: Volkswirtschaftliche Analyse, Geschäftsmodelle und Hemmnisse für MikroBGAA - Akronym: eMikroBGAA | Das Projekt hat das Ziel, die zwei wesentlichen Fragen zu beantworten: 1. Unter welchen Rahmenbedingungen ist die Aufbereitung und Einspeisung von vergleichsweise kleinen Biogasmengen, insbesondere durch das Repowering von Vor-Ort-Verstromungsanlagen mit geringer Wärmenutzung, aus volkswirtschaftlicher Sicht sinnvoll? 2. Wie groß ist das Potenzial für Standorte mit einer solchen Konstellation in Deutschland? • AP 1: Projektmanagement (IWES, alle) • AP 2: Volkswirtschaftlicher Vergleich potenzieller Konzepte zur dezentralen Biomethaneinspeisung (IWES, DBFZ) • AP 3: Darstellung weiterer relevanter Aspekte der dezentralen Biomethaneinspeisung (DBFZ, dena) • AP 4: Methodenentwicklung und Verifizierung zur Abschätzung des MinFlows in Gasverteilnetzen (DBI, IWES) • AP 5: Potenzialabschätzung für eMikroBGAA in Deutschland (DBFZ, DBI) • AP 6: Analyse und Bewertung kapazitätserweiternder Maßnahmen (IWES, DBI, DBFZ) • AP 7: Betriebswirtschaftliche Bewertung der volkswirtschaftlich optimierten MikroBGAA (DBFZ, IWES) • AP 8: Akteursbasierte Analyse potenzieller Geschäftsmodelle (dena, IWES) • AP 9: Bewertung von Hemmnissen und Entwicklung von Lösungsansätzen (IWES, DBFZ, dena) • AP 10: Berichtswesen & Veröffentlichungen (IWES, alle) | Michael Beil Tel.: +49 561 7294-421 michael.beil@iwes.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) - Abt. Energieaufbereitungstechnik Königstor 59 34119 Kassel | X | |
| 01.06.2017 | 31.05.2020 | 22402516 | Verbundvorhaben: Biokatalysatoren in Bioreaktoren: Monitoring, Regelung und multikriterielle Optimierung von Biogasprozessen; Teilvorhaben 1: Einsatz und Wirkung der Biokatalysatoren - Akronym: BIOKAT | Bei Enzymen handelt es sich um Proteine, die die Funktion von biologisch wirksamen Katalysatoren (Biokatalysatoren) haben. Enzyme setzen die Aktivierungsenergie herab und ermöglichen chemische Reaktionen bzw. Stoffumwandlungen. So auch beim vierstufigen Prozess der anaeroben Vergärung von Biomasse zu Biogas. Werden zur Biogasproduktion schwer abbaubare Substrate mit hohem Lignocelluloseanteil eingesetzt, wird die Umwandlung zu einfachen Zuckern, die in der ersten Stufe des Prozesses stattfindet, zum geschwindigkeitslimitierenden Schritt. Die beteiligten Mikroorganismen sind nicht in der Lage, die eingetragenen Substrate über eigene Stoffwechselprozesse vollständig umzusetzen, z.B. Lignocellulose in der Pflanzenzellwand. Der Fokus lag auf der Optimierung des anaeroben Abbaus von Biomasse zu Biogas durch gezielte enzymatische Unterstützung der mikrobiellen Hydrolyse langkettiger organischer Verbindungen, z.B. Lignocellulose. Untersucht wurden unterschiedliche industriell hergestellte Präparate (käuflich erwerbliche sowie Prototypen) und ein neuartiges auf Reststoffen der Produktion des Speisepilzes Lentinula edodes basierendes Präparat. Es wurden die folgenden Ziele verfolgt: Weiterentwicklung reststoffbasierter Enzympräparate durch geeignete Aufarbeitungsverfahren, u.a. Konzentrierung und Stabilisierung, sowie Charakterisierung der Präparate hin-sichtlich der Wirkung auf unterschiedliche Substrate; Wirkungsermittlung unterschiedlicher Enzympräparate auf die Biogasproduktion im Technikumsmaßstab bei Vergärung in Batch bzw. Fed-Batch-Ansätzen und in quasikontinuierlich betriebenen Bioreaktoren/CSTRs unter Einsatz praxisnaher und Modellsubstrate; Ermittlung der Wechselwirkung zwischen Enzym und Säure- sowie Alkoholbildung im Biogasprozess; Bilanzierung der Umsetzung der Faserstoffe Cellulose, Hemicellulose, Lignin unter Optimierung der Analytik; Ermittlung der Wirkung ausgewählter Enzympräparate auf die rheologischen Eigenschaften unter Nutzung neuartiger Technologien. | Bei diskontinuierlicher Vergärung enzymatisch vorbehandelter, praxisnaher Substrate wurde eine Erhöhung der Methanausbeute beobachtet: bis zu 7,4 % (Stroh) bzw. bis zu 5,9 % (Getreide-GPS). Die Mehrausbeute konnte durch Nachdosierung der Enzympräparate gesteigert werden, der Effekt war mit zunehmender Inkubationszeit ausgeprägter: für Stroh ab Woche 3 Mehrausbeuten bis zu 24,5 %. Bei quasi-kontinuierlicher Vergärung in CSTRs wurde nur beim Substratgemisch Maissilage/Grassilage, nicht bei Getreide-GPS, ein Einfluss auf die Faserzusammensetzung festgestellt. Der verstärkte Abbau bestimmter Faserstoffe spiegelte sich nicht in der Methanbildung wider. Die Viskosität einer Carboxymethylcellulose(CMC)-Lösung wurde durch Enzympräparate bis zu 70 % reduziert. Eine Senkung des Drehmoments der Rührwerke mit CMC beschickter CSTRs um bis zu 6,1% war möglich. Bei der quasikontinuierlichen Vergärung praxisnaher Substrate konnte dagegen kein eindeutiger Effekt auf die Rheologie erkannt werden. Herstellung und Lagerung von Enzympräparaten aus Reststoffen der Produktion des Speisepilzes L. edodes konnten vereinfacht werden, bei gleichbleibender enzymatischer Aktivität: 54-61 U mL-1 (CMCase), 114-124 U mL-1 (Xylanase) und 5,1-6,0 U mL-1 (Laccase). Die Lagerung bei -18 °C war ohne Verlust der Aktivität möglich. Die Funktionalität der untersuchten Präparate im Biogasprozess kann anhand der Ergebnisse als sicher angesehen werden. Trotzdem waren bei quasikontinuierlicher Vergärung enzymbasierte Effekte kaum erkennbar. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurden Praxis Szenarien identifiziert, die zur vollen Entfaltung des Wirkpotentials von Enzympräparaten am besten geeignet erscheinen: (i) Diskontinuierliche Vergärung faserreicher Substrate im Garagensystem. (ii) Diskontinuierlich beschickte und ggf. aerobe Hydrolyse faserreicher Substrate als Vorstufe eines quasikontinuierlich beschickten CSTR. | Dr. Patrice Ramm Tel.: +49 30 2093-6242 patrice.ramm@iasp.hu-berlin.de Verein zur Förderung agrar- und stadtökologischer Projekte (ASP) e. V. - Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte Philippstr. 13, Hs. 16 10115 Berlin | X |
| 01.11.2017 | 30.04.2019 | 22402615 | Verbundvorhaben: Leitfaden Flexibilisierung der Strombereitstellung von Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Koordination und Erstellung eines Leitfadens zur Flexibilisierung von Biogasanlagen mit Berücksichtigung rechtlicher, technischer und wirtschaftlicher Aspekte - Akronym: LFFLEX | Ziel des Vorhabens ist die Erstellung und Kommunikation eines Leitfadens zur flexiblen Strombereitstellung aus Biogas und der damit verbundenen bedarfsorientierten Stromerzeugung bestehender BHKWs. Die Anlagenbetreiber sollen als primäre Zielgruppe angesprochen werden, da sie Adressaten der aktuellen Anreize zur Flexibilisierung des Anlagenbetriebs sind. Mit dem Leitfaden sollen bestehende Hemmnisse insbesondere bei Anlagenbetreibern abgebaut werden und über die Möglichkeiten von wirtschaftlichen Zusatzverdiensten und Risiken sowie Problemstellungen in der Praxis informiert werden. Aus den bisherigen praktischen und forschungsseitigen Erfahrungen mit diesem Förderinstrument soll nach nunmehr über 4 Jahren eine zusammenfassende Bilanz gezogen werden, die das Thema Flexibilisierung der Stromerzeugung durch Biogasanlagen umfassend analysiert und zusammenfasst. Der besondere Schwerpunkt der Publikation soll dabei auf der Zielgruppe der Anlagenbetreiber liegen. Für Anlagenbetreiber soll der Leitfaden alle wesentlichen Aspekte (rechtlich, technisch, ökonomisch) abbilden und Interessenten eine methodische Hilfestellung zur Bewertung der Umsetzbarkeit auf dem Weg zur erfolgreichen Anlagenflexibilisierung bieten. Ebenso sollen Perspektiven für den weiteren Anlagenbetrieb nach dem Auslaufen der EEG-Förderung aufgezeigt werden. | Jaqueline Daniel-Gromke Tel.: +49 341 2434-441 jaqueline.daniel-gromke@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 15.05.2015 | 31.08.2019 | 22402714 | Verbundvorhaben: Verfahrensentwicklung für den Einsatz der biologischen Methanisierung in der zweistufigen Biogaserzeugung; Teilvorhaben 2: Untersuchung Membranbiofilmreaktor - Akronym: VerMethaBi | Im Rahmen dieses Verbundvorhabens, das aus 3 Teilprojekten besteht, sollen die Potentiale der biologischen Methanisierung in zweistufigen Systemen näher untersucht werden. Anhand von experimentellen Untersuchungen werden verschiedene Reaktorausführungen (Festbett, volldurchmischt, Membranreaktor) detailliert analysiert und neuartige Verfahrenskonzepte entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird auf der Veränderung der Biozönose durch die biogene Methanisierung liegen. Das Projekt glieder sich in 3 Teilprojekte, wobei TP1 und TP 2 sich mit unterschieldichen Reaktorsystemen auseinanderstetzen und TP 3 für die beiden anderen TPs die mikrobiologischen Untersuchungen furchführen wird. Eine genauere Beschreibung der einzelnen TPs findet sich in der Vorhabensbeschreibung. (Anlage) | Prof. Dr. rer. nat. Harald Horn Tel.: +49 721 608-42580 harald.horn@kit.edu DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) - Bereich Wasserchemie und Wassertechnologie Engler-Bunte-Ring 9a 76131 Karlsruhe | X | |
| 01.10.2017 | 30.06.2021 | 22402716 | Verbundvorhaben: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie (OptiFlex); Teilvorhaben 1: Großtechnische Validierung - Akronym: OptiFlex | Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Dagegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen bisher vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf ersten funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagenbetrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb. | Ziel des Verbundvorhabens war die Entwicklung einer effizienten und bedarfsgerechten Biogasproduktion als wirtschaftliche Zukunftsstrategie für Biogasanlagen. Mit der modellprädikativen Fütterungsregelung steht ein geeignetes Mittel für die Flexibilisierung zur Verfügung. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erwies sich bisher die praktische Umsetzung dieses Ansatzes noch als problematisch. Im Projekt wurde durch Kopplung einer angepassten Regelung mit den hydrodynamischen Prozessabläufe bisher getrennt vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt. Zusätzlich stellen in Biogasanlagen die Rührwerke oftmals den größten Eigenstromverbraucher da. Die Wirtschaftlichkeit einer Anlage beruht damit auch auf dem effizienten Durchmischen des Gärsubstrats. Die Optimierung der Mischvorgänge im Rahmen des Projekts führt damit zu einem ökonomischen und stabilen Anlagenbetrieb und trägt somit zur Zukunftssicherheit der Technologie Biogas bei. Im Rahmen des Verbundprojekts befassten sich die fünf Projektpartner mit CFD-Simulationen, Laborexperimenten und Praxisuntersuchungen zur Entwicklung effizienter Regel- und Rührtechniken für die ökonomische Durchmischung in Fermentern. Zusätzlich wurde die modellprädikative Fütterung weiterentwickelt, mit den rheologischen Erkenntnissen zusammengeführt und unter Praxisbedingungen getestet. | Dr. sc. agr Andreas Lemmer Tel.: +49 711 459-22684 andreas.lemmer@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | X |
| 15.08.2015 | 31.03.2020 | 22402814 | Verbundvorhaben: Verfahrensentwicklung für den Einsatz der biologischen Methanisierung in der zweistufigen Biogaserzeugung; Teilvorhaben 3: Monitoring der mikrobiellen Biozönosen | Im Rahmen dieses Verbundvorhabens, das aus vier Teilprojekten besteht, sollen die Potentiale der biologischer Methanisierung in zweistufigen Systemen näher untersucht werden. Anhand von theoretischen und experimentellen Untersuchungen werden verschiedene Reaktorausführungen (Festbett, volldurchmischt, Membranreaktor) detailliert analysiert und neuartige Verfahrenskonzepte entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird auf der Veränderung der mikrobiellen Biozönose durch die biogene Methanisierung liegen. In dem Teilprojekt (TP) 3 erfolgt das mikrobiologische Monitoring der in den TP 1 und 2 etablierten Reaktorsysteme. Hierzu werden nach der Festlegung eines geeigneten analytischen Protokolls (Arbeitspaket AP 1) die in TP 1 und 2 betriebenen Reaktorsysteme in regelmäßigen Zeitabständen (geplant alle 2-3 Monate) beprobt (AP 2 und 3). Das analytische Programm verfolgt einen polyphasischen Ansatz bestehend aus (i) der mikroskopischen Erfassung von Zellverteilung, -formen, -konzentrationen sowie ggf. zusätzlicher Parameter, (ii) der kultivierungsunabhängige Quantifizierung von methanogenen Großgruppen mittels quantitativer Polymerase-Kettenreaktion, (iii) der kultivierungsunabhängigen Erfassung der bakteriellen Begleitflora mittels genetischem Fingerabdruck (TRFLP, alternativ DGGE Analyse) sowie (iv) einer Inventarisierung der mikrobiellen Biodiversität in ausgewählten Proben mittels Klonierung und Sequenzierung des bakteriellen und des archaellen Gens für die 16S rRNA. | Dr. Thomas Hoffmann Tel.: +49 331 5699-310 thoffmann@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | ||
| 01.04.2016 | 30.06.2019 | 22402914 | Verbundvorhaben: Gewährleistung einer ausreichenden Humusreproduktion bei der energetischen Nutzung von Getreidestroh für die Biogasproduktion (SOMenergy); Teilvorhaben 2: Betriebswirtschaftliche Beurteilung von Humusersatzstrategien - Akronym: SOMenergy | Mit dem Vorhaben soll die Vergärung von Getreidestroh als Option der energetischen Nutzung bei gleichzeitiger Sicherung der Humusreproduktion gemäß der Forderung in §17 BBodSchG analysiert und bewertet werden. Das Vorhaben verfolgt dazu einen interdisziplinären und interaktiven Ansatz, bei dem Aspekte der Humusreproduktion ebenso berücksichtigt werden wie die Ökonomie des Stoffstrommanagements. Übergeordnetes Ziel ist die Identifikation optimaler Lösungsansätze für die energetische Nutzung von Getreidestroh durch Vergärung mit Blick auf Produktionsökonomie und Humusreproduktion. Das Projektziel wird durch zwei Arbeitspakete verfolgt, die Optionen der energetischen Nutzung durch Getreidestroh durch Vergärung unter Berücksichtigung des Zieles einer ausgeglichenen Humusbilanz interaktiv analysieren. Das Vorgehen gewährleistet die notwendige interdisziplinäre Bewertung der Strohvergärung und ermöglicht über den kontinuierlichen Austausch iterative Optimierungen bei der Erarbeitung von Optionen zur Sicherung der Humusversorgung der Ackerböden. Es wird so sichergestellt, daß Anforderungen der einzelnen Elemente (Humusreproduktion – Ökonomie) und bestehende Zielkonflikte berücksichtigt und so realisierbare Handlungsempfehlungen ermöglicht werden. Im AP 2 wird auf Basis des Markwertes für Getreidestroh eine systemtheoretisch fundierte Modellierung der wirtschaftlichen Implikationen der innerbetrieblichen Stroh-Kreislaufwirtschaft, einer Rückführung von Gärresten sowie alternativer Humusersatzstrategien durchgeführt. Die Anforderungen an das Stoffstrommanagement zum Ausgleich der Humusbilanz über die Rückführung von Gärresten oder alternative Maßnahmen sowie die ökonomische Bewertung der Stoffströme und des Stoffstrommanagements sind Gegenstand der Interaktion zwischen den Arbeitspaketen 1 (Humusreproduktion) und 2 (Stoffstromökonomik). | Prof. Dr. Detlev Möller Tel.: +49 5542 98-1330 d.moeller@uni-kassel.de Universität Kassel - Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften - Fachgebiet Betriebswirtschaft Steinstr. 19 37213 Witzenhausen | X | |
| 01.03.2016 | 28.02.2018 | 22403215 | Verbundvorhaben: ERA-NET Bioenergy: Europäische Harmonisierung von Messmethoden zur Bestimmung von Methanemissionen aus Biogasanlagen (MetHarmo); Teilvorhaben 1: Einsatz, Optimierung und Harmonisierung von Vor-Ort und Fernmessmethoden durch vergleichende Emissionsmessungen an einer Biogasanlage - Akronym: MetHarmo | Die Detektion und Quantifizierung von Treibhausgas-(THG)-emissionen verschiedenster Emissionsquellen ist zur Erreichung des Klimaschutzes unerlässlich. Die Ergebnisse erlauben eine Einordnung der Umweltauswirkungen von Energieerzeugungsanlagen (z. B. Biogasanlagen) und die Entwicklung von THG-Vermeidungsstrategien. Das relevanteste THG im Biogassektor ist Methan. Bekannte Emissionsquellen an Biogasanlagen sind dabei Leckagen, Über-/Unterdrucksicherungen, die Gasnutzungseinrichtungen und offene Gärrestlager. Bisher gibt es keine einheitliche, europäische Richtlinie wie die Gesamtmethanemissionen aus Biogasanlagen zu bestimmen sind. Das Projektgesamtziel besteht darin, national verfügbare Ansätze bzw. Methoden zur Bestimmung der Methanemissionen aus Biogasanlagen zu harmonisieren, um vergleichbare und reproduzierbare Messergebenissen zu erzielen, die dann in einen Normungsprozess einfließen können. Zunächst soll ein europäischer Workshop zum Thema die Akteure zusammenbringen und den aktuellen Stand des Wissen abbilden. Anschließend erfolgt die Auswahl einer Biogasanlage für vergleichende Messungen, die federführend am DBFZ durchgeführt wird. Eine erste methodenvergleichende Messkampagne findet im ersten Projektjahr statt. Es folgt die Projektphase der Auswertung, des Abgleichs und der Harmonisierung. Anschließend findet eine weitere Messkampagne auf derselben Anlage statt. Schließlich werden die Ergebnisse des Projektes veröffentlicht und auf einem abschließenden Workshop diskutiert. | Die gemessenen Emissionsfaktoren an BGA 1 bewegten sich in einem Wertebereich zwischen 0,3 (On-Site Ansatz) und 1,2 % CH4 (DIAL). Die Emissionsfaktoren an BGA 2 lagen zwischen 1,1 und 2,7 % CH4 (für IDMM und TDM) und zwischen 2,2 und 2,3 % CH4 (On-Site Ansatz) und waren damit erwartungsgemäß höher als an BGA 1. Die Ergebnisse bestätigten bereits bekannte Erkenntnisse. Für den On-Site Ansatz ist beispielsweise die Quantifizierung der Hauptemissionsquellen sehr wichtig für die Bestimmung der Gesamtemissionsrate. Zum anderen wurden auch neue Erkenntnisse erzielt. Zum Beispiel ist für die IDMM der Aufstellungsort und die Konfiguration der Abtastrate des Ultraschallanemometers sehr wichtig für die Modellierung der Gesamtemissionsrate. Diese Erkenntnisse flossen direkt in die Entwicklung der harmonisierten Richtlinie ein. Zusätzlich wurde die harmonisierte IDMM in erweiterten Emissionsmessungen getestet und weiter optimiert. | Dr. Tina Clauß Tel.: +49 341 2434-0 tina.clauss@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X |
| 01.07.2017 | 30.06.2021 | 22403316 | Verbundvorhaben: Membranbasiertes Verfahren zur weitergehenden Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen in Biogasanlagen (MEMBIO); Teilvorhaben 1: Optimierung und Praxiseinführung - Akronym: MEMBIO | 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. | 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. | Prof. Uta Breuer Tel.: +49 3631 420708 uta.breuer@hs-nordhausen.de Hochschule Nordhausen Weinberghof 4 99734 Nordhausen | X |
| 01.12.2015 | 30.11.2019 | 22403515 | Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III – TEIL 1: Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Energiebilanzierung, Flexibilisierung, Ökonomie - Akronym: BMPIII | Durch die Untersuchung/ Messung von ca. 60 Biogasanlagen und deren Bewertung soll ein umfassendes Bild vom aktuellen Zustand des nationalen Anlagenbestands geliefert werden. Neben der Beschreibung des Standes der Technik und aktuellen Entwicklungen sollen Optionen für die Weiterentwicklung der Technologie und Perspektiven für die Branche aufgezeigt werden. Hierzu sollen innovative Methoden zur Beschreibung des Anlagenzustandes unter großtechnischen Bedingungen Anwendung finden. Dazu zählen neuartige Methoden zur Bewertung der Effizienz, die insbesondere auf Anlagen angepasst werden, die ein Repowering bzw. eine Flexibilisierung durchführen. Die methodische Weiterentwicklung bezieht sich auf Vorschriften zur Probenahme und -behandlung, die Prozessbewertung über Massen- und Energiebilanzen, die Bewertung der biologischen Effizienz des Vergärungsprozesses sowie die Bewertung des Gärprozesses mit Hilfe des Heiz-/Brennwertes, der chemometrischen und der spektrometrischen Analyse. Diese innovativen Methoden sollen stärker in die Praxis hineingetragen und so eine breitenwirksame Streuung erzielt werden. Auf Basis der Betrachtung der Energieeffizienz soll eine Bewertung der ökonomischen Bedingungen erfolgen und über die Identifizierung maßgeblicher Hemmnisse zur Weiterentwicklung der Branche dienen. AP 1: Projektkoordination und Datenbankerstellung AP 2: Anlagenauswahl, Methodenentwicklung und Validierung AP 3 und AP 4: Durchführung Messphase 1 und 2 AP 5: Datenanalyse, Dokumentation, Ergebnisdarstellung Der Meilenstein M1 markiert die Implementierung und den erfolgreichen Funktionstest der Datenbank (Grundlage der koordinierten Datenaufnahme). Die Auswahl von ca. 60 Biogasanlagen markiert M2. Die erfolgreiche Methodenentwicklung und Validierung über Ringversuche bildet M3. Der Abschluss beider Messphasen (AP3 und 4) bilden die Meilensteine 4 und 5. Die erfolgreiche Auswertung und Endberichtserstellung mündet in M6. | Tino Barchmann Tel.: +49 341 2434-375 tino.barchmann@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 01.12.2015 | 31.05.2019 | 22403615 | Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III – TEIL 1: Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Repowering - Akronym: BMPIII | Es sollen ca. 60 Biogasanlagen messtechnisch erfasst werden. Deren Bewertung soll ein umfassendes Bild vom aktuellen Zustand des nationalen Anlagenbestands liefern. Neben der Beschreibung des Standes der Technik und aktueller Entwicklungen sollen Optionen für die Weiterentwicklung der Technologie und Perspektiven für die Branche aufgezeigt werden. Hierzu sollen innovative Methoden zur Beschreibung des Anlagenzustandes unter großtechnischen Bedingungen Anwendung finden. Dazu zählen neuartige Methoden zur Bewertung der Effizienz, die insbesondere auf Anlagen angepasst werden, die ein Repowering bzw. eine Flexibilisierung durchführen. Die methodische Weiterentwicklung bezieht sich auf Vorschriften zur Probenahme und -behandlung, die Prozessbewertung über Massen- und Energiebilanzen, die Bewertung der biologischen Effizienz des Vergärungsprozesses sowie die Bewertung des Gärprozesses mit Hilfe des Heiz-/Brennwertes, der chemometrischen und der spektrometrischen Analyse. Diese innovativen Methoden sollen stärker in die Praxis hineingetragen werden, um so eine breitenwirksame Streuung zu erzielen. Auf Basis der Betrachtung der Energieeffizienz soll eine Bewertung der ökonomischen Bedingungen erfolgen und über die Identifizierung maßgeblicher Hemmnisse zur Weiterentwicklung der Branche dienen. AP 1: Projektkoordination und Datenbankerstellung AP 2: Anlagenauswahl, Methodenentwicklung und Validierung AP 3 und AP 4: Durchführung Messphase 1 und 2 AP 5: Datenanalyse, Dokumentation, Ergebnisdarstellung Der Meilenstein M1 markiert die Implementierung und den erfolgreichen Funktionstest der Datenbank (Grundlage der koordinierten Datenaufnahme). Die Auswahl von ca. 60 Biogasanlagen markiert M2. Die erfolgreiche Methodenentwicklung und Validierung über Ringversuche bildet M3. Der Abschluss beider Messphasen (AP3 und 4) bilden die Meilensteine 4 und 5. Die erfolgreiche Auswertung und Endberichtserstellung mündet in M6. | Dr.-Ing. Mathias Effenberger Tel.: +49 8161 71-5157 mathias.effenberger@lfl.bayern.de Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) - Institut für Landtechnik und Tierhaltung Vöttinger Str. 36 85354 Freising | X | |
| 01.10.2017 | 31.12.2018 | 22403616 | Verbundvorhaben: Analyse der gesamtökonomischen Effekte von Biogasanlagen - Wirkungsabschätzung des EEG; Teilvorhaben 1: Erarbeitung der Auswirkungen und Handlungsoptionen von alternativen Refinanzierungsmöglichkeiten - Akronym: MakroBiogas | Das Vorhaben zielt auf eine Analyse der vorhandenen bzw. möglichen transsektoralen Systemdienstleistungen von Biogasanlagen (BGA) abseits der Strommärkte ab. Hiermit wird ein Beitrag zur öffentlichen Debatte um die zukünftige Rolle der Bioenergie geleistet, die derzeit häufig eindimensional auf Stromgestehungskosten fokussiert ist. Die durch das EEG ausgelösten Impulse generieren jedoch Klimaschutzwirkungen und weitere relevante ökonomische Effekte in anderen Sektoren (z.B. Agrar-, Entsorgungs-, Forstsektor) – tendenziell – im Sinne einer Kostendämpfung, etwa bei alternativen Finanzierungsinstrumenten, bzw. höherer Wertschöpfung. Das Vorhaben soll, aufbauend auf zwei Studien von IZES und DBFZ, entsprechende Effekte im Sinne einer Gesamtschau umfassend darstellen und, wo möglich, quantifizieren und Auswirkungen einer alternativen Finanzierung sowie die Implikationen möglicher BGA-Bestandsentwicklungen analysieren. | Bernhard Wern Tel.: +49 681 844972-74 wern@izes.de IZES gGmbH Altenkesseler Str. 17 Geb. A1 66115 Saarbrücken | X | |
| 01.12.2015 | 30.11.2019 | 22403715 | Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III – TEIL 1: Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen; Teilvorhaben 3: Effizienz der biologischen Prozesse - Akronym: BMP | Es sollen ca. 60 Biogasanlagen messtechnisch erfasst werden und ein umfassendes Bild vom aktuellen Zustand des nationalen Anlagenbestands liefern. Beschreibung des Standes der Technik und aktuellen Entwicklungen, Optionen für die Weiterentwicklung der Technologie und Perspektiven. Innovative Methoden zur Beschreibung des Anlagenzustandes unter großtechnischen Bedingungen anwenden. Dazu zählen neuartige, angepasste Methoden zur Bewertung der Effizienz, die ein Repowering bzw. eine Flexibilisierung durchführen. Die methodische Weiterentwicklung bezieht sich auf Vorschriften zur Probenahme und -behandlung, die Prozessbewertung über Massen- und Energiebilanzen, die Bewertung der biologischen Effizienz des Vergärungsprozesses sowie die Bewertung des Gärprozesses mit Hilfe des Heiz-/Brennwertes, der chemometrischen und der spektrometrischen Analyse. Diese innovativen Methoden sollen stärker in die Praxis hineingetragen und so eine breitenwirksame Streuung erzielt werden. Auf Basis der Betrachtung der Energieeffizienz soll eine Bewertung der ökonomischen Bedingungen erfolgen und über die Identifizierung maßgeblicher Hemmnisse zur Weiterentwicklung der Branche dienen. Die LAB bearbeitet zusätzlich das Querschnittsthema "Effizienz des biologischen Prozesses" mit Betreuung der Ringversuche AP 2: Anlagenauswahl, Methodenentwicklung und Validierung AP 3 und AP 4: Durchführung Messphase 1 und 2 AP 5: Datenanalyse, Dokumentation, Ergebnisdarstellung Der Meilenstein M1 markiert die Implementierung und den erfolgreichen Funktionstest der Datenbank (Grundlage der koordinierten Datenaufnahme). Die Auswahl von ca. 60 Biogasanlagen markiert M2. Die erfolgreiche Methodenentwicklung und Validierung über Ringversuche bildet M3. Der Abschluss beider Messphasen (AP3 und 4) bilden die Meilensteine 4 und 5. Die erfolgreiche Auswertung und Endberichtserstellung mündet in M6 | Dr. Hans Oechsner Tel.: +49 711 459-22683 oechsner@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | X | |
| 01.12.2015 | 31.05.2019 | 22403815 | Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III – TEIL 1: Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen; Teilvorhaben 4: Neue Methoden der Prozessbewertung - Akronym: BMPIII | Es sollen ca. 60 Biogasanlagen messtechnisch erfasst werden. Deren Bewertung soll ein umfassendes Bild vom aktuellen Zustand des nationalen Anlagenbestands liefern. Neben der Beschreibung des Standes der Technik und aktuellen Entwicklungen sollen Optionen für die Weiterentwicklung der Technologie und Perspektiven für die Branche aufgezeigt werden. Hierzu sollen innovative Methoden zur Beschreibung des Anlagenzustandes unter großtechnischen Bedingungen Anwendung finden. Dazu zählen neuartige Methoden zur Bewertung der Effizienz, die insbesondere auf Anlagen angepasst werden, die ein Repowering bzw. eine Flexibilisierung durchführen. Die methodische Weiterentwicklung bezieht sich auf Vorschriften zur Probenahme und -behandlung, die Prozessbewertung über Massen- und Energiebilanzen, die Bewertung der biologischen Effizienz des Vergärungsprozesses sowie die Bewertung des Gärprozesses mit Hilfe des Heiz-/Brennwertes, der chemometrischen und der spektrometrischen Analyse. Diese innovativen Methoden sollen stärker in die Praxis hineingetragen und so eine breitenwirksame Streuung erzielt werden. Auf Basis der Betrachtung der Energieeffizienz soll eine Bewertung der ökonomischen Bedingungen erfolgen und über die Identifizierung maßgeblicher Hemmnisse zur Weiterentwicklung der Branche dienen. AP 1: Projektkoordination und Datenbankerstellung AP 2: Anlagenauswahl, Methodenentwicklung und Validierung AP 3 und AP 4: Durchführung Messphase 1 und 2 AP 5: Datenanalyse, Dokumentation, Ergebnisdarstellung Der Meilenstein M1 markiert die Implementierung und den erfolgreichen Funktionstest der Datenbank (Grundlage der koordinierten Datenaufnahme). Die Auswahl von ca. 60 Biogasanlagen markiert M2. Die erfolgreiche Methodenentwicklung und Validierung über Ringversuche bildet M3. Der Abschluss beider Messphasen (AP3 und 4) bilden die Meilensteine 4 und 5. Die erfolgreiche Auswertung und Endberichtserstellung mündet in M6. | Dr. Christian R. Moschner Tel.: +49 431 880-2659 cmoschner@ilv.uni-kiel.de Forschungs- und Entwicklungszentrum Fachhochschule Kiel GmbH Schwentinestr. 24 24149 Kiel | X | |
| 01.06.2017 | 30.04.2021 | 22403816 | Verbundvorhaben: Biokatalysatoren in Bioreaktoren: Monitoring, Regelung und multikriterielle Optimierung von Biogasprozessen; Teilvorhaben 2: Systemmikrobiologie - Akronym: BIOKAT | Hauptziel des Vorhabens ist die Charakterisierung der mikrobiellen Stoffwechselaktivitäten in semi-kontinuierlich betriebenen Biogasreaktoren auf Basis vorrangig auftretender mikrobieller Proteine und Enzyme. Die Ergebnisse dieser Studie sollen zur Entwicklung von Strategien zur Unterstützung der Hydrolyse von nachwachsenden Rohstoffen (multikriterielle Optimierung) mittels der gezielten Zugabe von ergänzenden Enzymen pilzlichen Ursprungs komplementär zum bereits vorhandenen endogenen Hydrolysepotenzial dienen. Im Rahmen von Teilvorhaben II erfolgt die systemanalytische Begleitforschung zu den mikrobiellen Stoffwandlungsprozessen der im Teilvorhaben I stattfindenden Fermentationen. Ziel ist die Ermittlung der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften auf taxonomischer und funktioneller Ebene, das Monitoring von Veränderungen in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften während der durchgeführten Fermentationen und der jeweiligen prozesstechnischen Variation sowie die Ermittlung von Veränderungen in der metabolischen Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft. Hierzu soll ein kombinierter Ansatz bestehend aus der kontinuierlichen Erfassung der mikrobiellen Populationsdynamik mittels DNA-basierten TRFLP-Fingerprints und punktuell erfolgender Charakterisierung der Zusammensetzung der mikrobiellen Lebensgemeinschaft und deren metabolischem Potential mittels hochauflösenden und kombinierten OMICS-Technologien angewandt werden. Durch den bioinformatischen Abgleich aller erhaltenen Datensätze soll ein funktionelles Netzwerk der Systemmikrobiologie erstellt werden. | Im Rahmen des Verbundvorhabens wurden zwei Langzeitversuche mit Labormaßstab-Biogasreaktoren durchgeführt. In diesen Versuchen sollte im Teilvorhaben II untersucht werden, ob der Einsatz von pilzlichen Enzymen einen Effekt auf die mikrobielle Gemeinschaft hat. Während im 1. Versuchsdurchlauf die Anpassung der mikrobiellen Gemeinschaft zu einem Steady state Zustand betrachtet wurde, stand im 2. Versuchsdurchlauf der Einsatz der pilzlichen Enzyme auf die mikrobielle Gemeinschaft im Fokus. Die Metagenomanalysen zeigen das sich Kontroll- und Enzymbehandelte Reaktoren ähneln. Die Metaproteom-Analysen vermitteln, dass sich alle Reaktoren unähnlich sind, bis auf einen Zeitpunkt. Da die Ähnlichkeit auf diesen einen Zeitpunkt beschränkt ist und wiederum alle Reaktoren umfasst, kann auch hier nicht von einem Effekt der pilzlichen Enzyme gesprochen werden. | Dr. Thomas Hoffmann Tel.: +49 331 5699-310 thoffmann@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | |
| 01.12.2015 | 30.11.2019 | 22403915 | Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III - TEIL 2: Systemmikrobiologie; Teilvorhaben 1: Mikrobielle Biodiversität - Akronym: BMP3-Bio | Gegenstand des Verbundvorhabens ist die Abbildung des Stands der Technik der Biogastechnologie im Rahmen eines bundesweiten Messprogramms unter Berücksichtigung aktueller und zukünftiger Entwicklungen. Dafür wird an einer repräsentativen Anzahl von Anlagen ein detailliertes Monitoring durchgeführt. Das Projekt ist in zwei große Teilbereiche untergliedert. Im Teil 1 "Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen" erfolgte die messtechnische Erfassung und Bewertung der Effizienz von Biogasanlagen, des Erfolges von Repowering-Maßnahmen und der Möglichkeiten von Flexibilisierungsmaßnahmen unter Federführung des DBFZ (4 TV). Im Teil 2 "Systemmikrobiologie" erfolgt unter Koordination des ATB die Charakterisierung der Mikrobiologie (3 TV). Mit dem Vorhaben wird erstmals der Einfluss verfahrenstechnischer Prozessparameter auf die mikrobielle Lebensgemeinschaft in Biogasanlagen unter Verwendung modernster Analysenmethoden untersucht, um die Effizienz und Betriebssicherheit sowie die Nachhaltigkeit von Biogasanlagen zu verbessern. Ziel des ATB ist die Ermittlung der zeitlich-räumlichen Variabilität der Mikrobiomstruktur im jahreszeitlichen Verlauf u/o über alle Prozessstufen einer Biogasanlage. Dafür werden aus dem Anlagenset, das zusammen mit BMP III - Teil 1 betrachtet wird, zehn Biogasanlagen ausgewählt. Die strukturelle Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften wird mittels TRFLP-Analyse auf Basis der Analyse des 16S rRNA-Gens separat für Bakterien und Archaeen erfasst. Unter Anwendung multivariater Statistik werden die Prozesszustände charakterisiert und die Anpassungsfähigkeit des Mikrobioms an die spezifischen Bedingungen bewertet. Da die Mehrzahl der an der Bildung von Biogas beteiligten Mikroorganismen nach wie vor unbekannt ist, ist die Isolierung, Kultivierung und Beschreibung bisher unbekannter Arten ein weiterer Schwerpunkt. | Für zehn Biogasanlagen wurde die zeitlich-räumlichen Variation im jahreszeitlichen Verlauf und/oder über alle Prozessstufen untersucht. Die Mikrobiomstruktur ist in Anlagen, die pflanzliche Biomassen verwerten, durch ein hohes Maß an Ähnlichkeiten gekennzeichnet, während Anlagen mit Reststoffen aus der Tierhaltung eine hohe Variabilität/Dynamik aufweisen. Bezogen auf die Prozessstabilität zeigt ein Vergleich, dass ein mesophiler Anlagenbetrieb zu bevorzugen ist, insbesondere dann, wenn Einsatzstoffe verwendet werden, die zur Anreicherung von prozesshemmenden Metaboliten führen können. Zudem konnte gezeigt werden, dass das Risiko einer Prozessstörung deutlich erhöht ist, wenn der mikrobiellen Gemeinschaft nach einer Instabilitätsphase nicht ausreichend Zeit zur Regeneration gegeben wird. Grundsätzlich lässt sich vermuten, dass Biogasanlagen, in denen größere Mengen Fermenterinhalt rezirkuliert werden, weniger anfällig für Prozessinstabilitäten/-störungen sind. Bei den untersuchten Anlagen handelte es sich um reine NaWaRo-Anlagen, die mit Mais-, Gras- oder Roggenganzpflanzensilage sowie saisonalen Zugabe von Zuckerrübensilage unter mesophilen Bedingungen betrieben wurden. Eine Rezirkulation von Fermenterinhalten aus den Nachgärern/Gärrestlagern in die jeweiligen Hauptfermenter ist hier gängige Praxis, um insbesondere die Abbaueffizienz der zugeführten Einsatzstoffe durch "ausgehungerte" Mikroorganismen zu erhöhen. Eine Rezirkulation von Fermenterinhalten führt insgesamt zur Ausbildung einer sehr konstanten und widerstandsfähigen Mikrobiomstruktur, so dass Änderungen in der Prozessführung, z.B. wie hier dargestellt ein Einsatzstoffwechsel, keine Auswirkungen auf die Prozessstabilität haben, da diese permanent `abgepuffert´ werden. Darüber hinaus wurden 691 Isolate (Bakterien) gewonnen, die 43 verschiedenen Arten zugeordnet werden konnten. 13 Isolate wurden als potenziell neue Arten eingestuft, von denen drei Isolate potenzielle neue Gattungen darstellen. | Dr. Susanne Theuerl Tel.: +49 331 5699-900 stheuerl@atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam | X |
| 01.12.2015 | 30.11.2019 | 22404015 | Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III - TEIL 2: Systemmikrobiologie; Teilvorhaben 2: Genetische Biodiversität - Akronym: BMP3-Bio | Gegenstand des Verbundvorhabens ist die Abbildung des Stands der Technik der Biogastechnologie im Rahmen eines bundesweiten Messprogramms unter Berücksichtigung aktueller und zukünftiger Entwicklungen. Dafür wird an einer repräsentativen Anzahl von Anlagen ein detailliertes Monitoring durchgeführt. Das Projekt ist in zwei große Teilbereiche untergliedert. Im Teil 1 "Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen" erfolgte die messtechnische Erfassung und Bewertung der Effizienz von Biogasanlagen, des Erfolges von Repowering-Maßnahmen und der Möglichkeiten von Flexibilisierungsmaßnahmen unter Federführung des DBFZ (4 Teilvorhaben). Im Teil 2 "Systemmikrobiologie" erfolgt unter Koordination des ATB die Charakterisierung der Mikrobiologie (3 Teilvorhaben). Mit dem Vorhaben wird erstmals der Einfluss verfahrenstechnischer Prozessparameter auf die mikrobielle Lebensgemeinschaft in Biogasanlagen unter Verwendung modernster Analysenmethoden untersucht, um die Effizienz und Betriebssicherheit sowie die Nachhaltigkeit von Biogasanlagen zu verbessern. Das Ziel des Monitorings ist es, die Ergebnisse auf den deutschen Anlagenbestand zu übertragen und sowohl Ergebnisse als auch verwendete Methoden der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen. Die taxonomische und genetische Biodiversität wird am CeBiTec mittels Hochdurchsatz-Amplikon-Sequenzierung des prokaryontischen 16S rRNA Gens und Sequenzierung des mikrobiellen Metagenoms sowie einer entsprechenden bioinformatischen Datenauswertung ermittelt. | Im Teilvorhaben 2 (Genetische Biodiversität) des Projekts wurden 95 Biogas-Fermenter aus 60 Biogas-Praxisanlagen taxonomisch mit Hilfe der Hochdurchsatz 16S rRNA-Gen Amplikon-Sequenzierung profiliert. Die ausgewählten Biogas-Anlagen unterschieden sich in Bezug auf die Einsatzstoffe, Prozesstechnologie und –führung sowie die entsprechenden Prozessparameter. Insgesamt wurden in den analysierten Biogasfermentern vier archaeale und 35 bakterielle Phyla identifiziert. Das Phylum Firmicutes dominierte die Bakteriengemeinschaft, gefolgt von Bacteroidetes, Cloacimonetes, Actinobacteria und Tenericutes. Unter den Archaea war das Phylum Euryarcheota dominant. In den 95 analysierten Biogas-Fermentern wurden insgesamt 21.408 verschiedene OTUs (Operational Taxonomic Units) identifiziert. Pro Biogas-Fermenter wurden 2.066 ± 646 OTUs gefunden. Um tiefere Einblicke in unterschiedliche Biogas-produzierende mikrobielle Gemeinschaften hinsichtlich ihrer taxonomischen Zusammensetzungen und genetischen Ausstattungen zu erhalten, wurden Metagenom-Sequenzierungen durchgeführt. Insgesamt wurden für zehn Biogas-Fermenter von fünf Biogasanlagen metagenomische Datensätze erzeugt. Das funktionelle Profil der jeweiligen Mikrobiome wurde aus den Sequenzdaten abgeleitet. Unterschiede in den funktionellen Profilen der einzelnen Mikrobiome erklärten sich aus den korrespondierenden Prozessparametern. Des Weiteren wurden die Metagenom-Sequenzen assembliert und Genome mittels Binning rekonstruiert (Metagenomically Assembled Genomes,MAGs). Eine taxonomische Eingruppierung der rekonstruierten MAGs ergab, dass viele MAGs bislang unbekannte Spezies repräsentieren. Aus den Genom-Sequenzdaten der Mikrobiom-Mitglieder ließen sich auch Anpassungen an herrschende Reaktor- und/oder Lebensbedingungen ableiten. Vergleichende Analysen der MAG-Abundanzen in unterschiedlichen Reaktoren erlaubten die Aufklärung von Zusammenhängen zwischen Mikrobiom-Zusammensetzungen und entsprechenden Prozessparametern. | Prof. Dr. Alfred Pühler Tel.: +49 521 106-8750 puehler@cebitec.uni-bielefeld.de Universität Bielefeld Universitätsstr. 25 33615 Bielefeld | X |
| 01.12.2015 | 30.11.2019 | 22404115 | Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III - TEIL 2: Systemmikrobiologie; Teilvorhaben 3: Enzymatische Biodiversität - Akronym: BMP3-Bio | Gegenstand des Verbundvorhabens ist die Abbildung des Stands der Technik der Biogastechnologie im Rahmen eines bundesweiten Messprogramms unter Berücksichtigung aktueller und zukünftiger Entwicklungen. Dafür wird an einer repräsentativen Anzahl von Anlagen ein detailliertes Monitoring durchgeführt. Das Projekt ist in zwei große Teilbereiche untergliedert. Im Teil 1 "Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen" erfolgte die messtechnische Erfassung und Bewertung der Effizienz von Biogasanlagen, des Erfolges von Repowering-Maßnahmen und der Möglichkeiten von Flexibilisierungsmaßnahmen unter Federführung des DBFZ (4 Teilvorhaben). Im Teil 2 "Systemmikrobiologie" erfolgt unter Koordination des ATB die Charakterisierung der Mikrobiologie (3 Teilvorhaben). Mit dem Vorhaben wird erstmals der Einfluss verfahrenstechnischer Prozessparameter auf die mikrobielle Lebensgemeinschaft in Biogasanlagen unter Verwendung modernster Analysenmethoden untersucht, um die Effizienz und Betriebssicherheit sowie die Nachhaltigkeit von Biogasanlagen zu verbessern. Das Ziel des Monitorings ist es, die Ergebnisse auf den deutschen Anlagenbestand zu übertragen und sowohl Ergebnisse als auch verwendete Methoden der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen. Das Forschungsziel der OvGU ist die Inventarisierung der funktionalen Diversität von Mikrobiomen in landwirtschaftlichen Biogasanlagen (BGA) mittels einfacher und hochaufgelöster Metaproteomanalyse sowie die Korrelation dieser Daten mit der taxonomischen Diversität (Teilvorhaben 1 und 2) und mit den Anlagen-spezifischen Prozesszuständen. | Für die Inventarisierung wurden 95 Biogasfermenter (BGF) aus 60 BGA untersucht. Die erfassten mikrobiellen Funktionen konnten der Hydrolyse, den Gärungsstoffwechselwegen und der Methanogenese entsprechend des Anaerobic Digestion Model 1 (ADM 1) zugeordnet werden. Die Daten zeigen, dass das ADM 1 um die Gärungswege für Ethanol, Milch- und Ameisensäure ergänzt werden sollte. Bezüglich der Methanogenese lassen sich zwei Typen von BGF unterscheiden: (i) BGF mit acetoklastischer und hydrogenotropher Methanogenese und (ii) BGF mit ausschließlich hydrogenotropher Methanogenese. Entgegen der Erwartung werden schwerer abbaubare Substanzen wie Zellulose oder Xylan nicht in der Hydrolysestufe abgebaut, sondern entsprechende Enzyme wurden in erhöhter Konzentration im Hauptfermenter gefunden. Die hochauflösende Metaproteomanalyse von zehn BGF zeigte Effekte von Einsatzstoffen auf das Mikrobiom. Bei Zugabe von Resten aus der Kartoffelverarbeitung wurden Proteine mit antimikrobieller Aktivität gegen pflanzenpathogene Mikroorganismen gefunden. Der Effekt solcher antimikrobiell-wirksamen Enzyme sollte zukünftig näher betrachtet werden. In BGF wurden Bacteriophagen nachgewiesen. Potenzielle Wirte könnten sowohl hydrolytische und fermentative Bakterien als auch methanogene Archaeen sein. Die Wirkung von Phagen in Biogasanlagen kann momentan nur schwer beurteilt werden. In einer großskaligen Versuchsanlage wurde eine fast homogene Verteilung des Mikrobioms gezeigt, sodass Zonierungen bei Modellierungen von BGF wahrscheinlich nicht berücksichtigt werden müssen. | Dr. rer. nat. Dirk Benndorf Tel.: +49 391 67-52160 dirk.benndorf@ovgu.de Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg - Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik - Institut für Verfahrenstechnik - Bioprozesstechnik Universitätsplatz 2 39106 Magdeburg | X |
| 01.11.2017 | 29.02.2020 | 22404616 | Verbundvorhaben: Next Generation [BIOGAS] - einen Schritt weiter gedacht. Regionalspezifische ganzheitliche Analyse von Folgekonzepten zur Bewertung des Finanzierungsbedarfs erhaltenswerter Bestandsanlagen; Teilvorhaben 1: Ökonomische Bewertung und Kostenallokation von Folgekonzepten - Akronym: NxtGenBGA | Aus technischer Sicht steht einem Weiterbetrieb vieler landwirtschaftlichen Biogasanlagen (BGA) nach dem Ende der 20-jährige Förderdauer des Erneuerbare-Energien-Gesetzes nichts entgegen. Entscheidend ist es jedoch, den Finanzierungsbedarf der Bestandsanlagen langfristig zu decken und dies, soweit die Finanzierung aus öffentlichen Mitteln bzw. Förderquellen erfolgen soll, aus den Wirkungen der Bioenergie heraus logisch zu begründen. Solche Gründe können in der vielfältigen Rolle dieser Anlagen für die regenerative Energieerzeugung, für die Systemdienlichkeit, für die Treibhausgas-Emissionsminderung, für regionale Nährstoffkreisläufe oder in ihrer Bedeutung als wichtiges Standbein im Agrarsektor liegen. Hauptziel des Projektes ist es daher, innovative Konzepte, Betriebsanpassungen und Diversifikationsstrategien für den Weiterbetrieb bestehender BGA in Deutschland ganzheitlich zu untersuchen. Die Analyse berücksichtigt u.a. unterschiedliche Technologievarianten, Substratalternativen und die Bewertung mittels quantitativer Leistungsmerkmalen wie Effizienz, Umweltwirkungen und Gestehungskosten. Über die Entwicklung von Gütekriterien sollen alternative Finanzierungsinstrumente vorgeschlagen und geprüft werden. Diese sind zur Deckung des derzeitigen und künftigen Differenzbetrags, der sich aus den entstehenden Aufwendungen abzüglich aller Erträge ergibt, notwendig. Die praktische Umsetzbarkeit der Folgekonzepte, Gütekriterien und Finanzierungsinstrumente wird gemeinsam mit Akteuren der Branche auf regionalen Workshops diskutiert. Mit Hilfe eines regionalspezifischen Ansatzes, in dem drei Regionen detailliert betrachtet werden, wird die heterogene, dezentrale Struktur der BGA abgebildet und die Übertragbarkeit auf das Bundesgebiet geprüft. Anhand repräsentativer Anlagenbeispiele werden zudem die Folgekonzepte anschaulich dargestellt. | Dr. Ludger Eltrop Tel.: +49 711 685-87816 ludger.eltrop@ier.uni-stuttgart.de Universität Stuttgart - Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Heßbrühlstr. 49 a 70565 Stuttgart | X | |
| 01.10.2017 | 31.08.2020 | 22404816 | Verbundvorhaben: Biogasbestandsanlagen nach der EEG-Phase – Geschäftsmodelle einer energetischen Eigenversorgung landwirtschaftlicher Betriebe mittels ihrer Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Betrachtung Gesamtmodell - Akronym: Biogas_autark | Ein übergeordnetes Ziel der Biogasproduktion ist es im Kontext aktueller Nachhaltigkeitskriterien in einem System ohne staatliche Förderungen perspektivisch wirtschaftlich produzieren zu können. Die Biogasbranche ist derzeit abhängig vom Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (EEG). Dieses Projekt untersucht die Möglichkeiten, eine Biogasproduktion unabhängig vom EEG zu gestalten. Die Biogasanlagen sollen dabei besser in die landwirtschaftliche Produktion der Betriebe integriert und dadurch "autark" gegenüber externen Energiebereitstellungen für die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität werden. Dabei werden wirtschaftliche Perspektiven für einzelne landwirtschaftliche Biogasanlagen herausgearbeitet sowie auf Basis dieser Ergebnisse Handlungsempfehlungen im Sinne eines Leitfadens erarbeitet. Es werden sieben unterschiedliche Biogasanlagen betrachtet, um bezogen auf die einzelnen Produktionsverfahren eine optimierte energetische Nutzung der Biogasanlage in konkreten landwirtschaftlichen Betrieben zu ermitteln. Die Erkenntnisse werden als bottom-up-Betrachtung für landwirtschaftliche Betriebe mit Biogasanlagen erarbeitet. | Die Untersuchungen im Projekt "Biogas Autark" haben gezeigt, dass eine komplette Autarkie in den untersuchten Betrieben nicht erzielt werden kann. Hierfür wären Investitionen zu tätigen, die anhand einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung aktuell zu keinem positiven Ergebnis kommen. Aus juristischer Sicht ergab sich für vier der sieben Betriebe das Problem, dass die Biogasanlage aus steuerrechtlicher Sicht nicht zum landwirtschaftlichen Betrieb gehört. Um eine Autarkie zu erreichen, müssen neben der physikalischen Trennung vom öffentlichen Stromnetz auch der Stromproduzent und der Stromverbraucher die gleiche juristische Person sein. In vielen Fällen sind hier die steuerlichen Vorteile höher, als die, die sich durch eine Zusammenlegung der Betriebsteile und der Kosteneinsparung durch die Eigenstromproduktion ergeben würden. Aufgrund wiederkehrender technischer Probleme wie bspw. ein Ausfall der BHKW‘s war zudem einigen Anlagenbetreibern keine autarke Eigenversorgung zu empfehlen. Wenn eine Autarkie angestrebt wird, muss die Biogasanlage technisch uns biologisch optimal laufen. Ansonsten kann eine Autarkie eine hohe Belastung durch die permanente Bereitschaft für den Betriebsleiter darstellen. Dagegen hat sich gezeigt, dass alle Betriebe einen hohen Grad an einer bilanziellen Autarkie erreichen. Dies hat den Vorteil, dass einige Investitionen nicht getätigt werden müssen, da keine Trennung von öffentlichem Stromnetz stattfindet. Bei einer zu geringen Stromproduktion kann der Strom einfach weiter aus dem öffentlichen Netz bezogen werden. Für eine wirtschaftliche Nutzung des Eigenstromes müssen folgende drei Punkte von der Gesetzgebung angepasst werden: Ausschreibung mit Eigenstromnutzung, keine/geringe EEG-Umlage auf Eigenstromnutzung und Erweiterung des Autarkiebegriffes. | Bernhard Wern Tel.: +49 681 844972-74 wern@izes.de IZES gGmbH Altenkesseler Str. 17 Geb. A1 66115 Saarbrücken | |
| 01.01.2018 | 31.03.2020 | 22404916 | Verbundvorhaben: Repoweringmaßnahmen hinsichtlich zukünftiger Aufgaben von Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Technische Analyse und Entwicklung von Repoweringkonzepten - Akronym: REzAB | Ziel des Projekts ist die Erstellung eines Leitfadens für Bestandsbiogasanlagen zum wirtschaftlichen Weiterbetrieb nach dem Ende ihrer EEG-Vergütung (insbesondere Teilnahme an Ausschreibungen). Es wird eine Analyse des Ist-Zustands hinsichtlich baulichem Zustand und technischem Optimierungspotenzial von ausgewählten Bestandsbiogasanlagen vorgenommen. Auf dieser Basis erfolgt eine verallgemeinerte Schwachstellenanalyse unter technischen, ökologischen, ökonomischen und soziologischen Gesichtspunkten. Darauf aufbauend werden Konzepte für Repoweringmaßnahmen entwickelt, die einen Weiterbetrieb nach 20-jähriger EEG-Vergütung, insbesondere der Teilnahme an Ausschreibungen ermöglichen. Durch den Vergleich des Ist-Zustands mit dem Zustand nach der Repoweringmaßnahme kann eine ökologische und ökonomische Bewertung und Gewichtung der Maßnahmen erfolgen. Diese Ergebnisse werden in einem Leitfaden zusammengeführt. | Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner Tel.: +49 841 9348-2270 wilfried.zoerner@thi.de Technische Hochschule Ingolstadt - Zentrum für Angewandte Forschung (ZAF) Esplanade 10 85049 Ingolstadt | X | |
| 01.03.2016 | 28.02.2018 | 22405015 | Verbundvorhaben: ERA-NET Bioenergy: Europäische Harmonisierung von Messmethoden zur Bestimmung von Methanemissionen aus Biogasanlagen (MetHarmo); Teilvorhaben 2: Überprüfung der Anwendbarkeit einer harmonisierten Methode zur Bestimmung von Methanmassenströmen aus Biogasanlagen - Akronym: MetHarmo | Biogasanlagen emittieren Methan, hauptsächlich durch Leckagen, Über-/Unterdrucksicherungen, Gasleitungen oder offenen Gärrestlager. Um aktiv zum Klimaschutz beitragen zu können, ist es essentiell notwendig die Treibhausgasemissionen dieser Quellen zu quantifizieren. Derzeit gibt es keine europaweit einheitliche Methode um die Gesamtemissionen von Biogasanlagen zu bestimmen. Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die jeweiligen nationalen Versuche zur Quantifizierung der Emissionen zu einem allgemein geläufigen Verfahren zu harmonisieren. AP1 "Projektmanagement" umfasst Koordination des Projekts und Kommunikation zwischen allen Projektpartnern und ERA-NET. Zu dem gehört die Teilnahme an den 3 Projekttreffen und an den 2 Workshops. AP2 "Auswahl der Biogasanlagen für AP3" dient der Auswahl einer geeigneten Biogasanlage für das AP3, die zu den speziellen Anforderungen der Messmethoden aller Projektpartner korrespondiert. AP3 "Messkampagnen" enthält die Ausführungen der zwei gemeinsamen Emissionsmessungen an einer deutschen Biogasanlage. Jedes Team hat dabei seiner verwendeten Methodik entsprechende Vorbereitungen zu treffen. Anschließend erfolgen die Datenauswertung und die Modellierungen der Gesamtmethanemissionen der Anlage. AP4 "Methodenharmonisierung" dient der Harmonisierung der Ergebnisse aller Projektpartner aus AP3. Ziel ist eine optimale Ausführungsweise zur Bestimmung von Methanemission. Diese soll anschließend in einer Richtlinie gefasst werden. Mögliche Erfolge werden in wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht. AP5 "Erweiterte Emissionsmessungen" ist ein Solovorhaben des USTUTT Teams. Hier werden zusätzliche Messkampagnen im süddeutschen Raum durchgeführt. Ziel ist es, die harmonisierte Methode aus AP4 auf andere Anlagen mit unterschiedlichen technischen und geografischen Faktoren zu übertragen und gegebenenfalls weitere Kriterien zur harmonisierten Methode zu definieren. Die Ausführungen dieser Messkampagnen gleichen denen aus AP3. | Die gemessenen Emissionsfaktoren an BGA 1 bewegten sich in einem Wertebereich zwischen 0,3 (On-Site Ansatz) und 1,2 % CH4 (DIAL). Die Emissionsfaktoren an BGA 2 lagen zwischen 1,1 und 2,7 % CH4 (für IDMM und TDM) und zwischen 2,2 und 2,3 % CH4 (On-Site Ansatz) und waren damit erwartungsgemäß höher als an BGA 1. Die Ergebnisse bestätigten bereits bekannte Erkenntnisse. Für den On-Site Ansatz ist beispielsweise die Quantifizierung der Hauptemissionsquellen sehr wichtig für die Bestimmung der Gesamtemissionsrate. Zum anderen wurden auch neue Erkenntnisse erzielt. Zum Beispiel ist für die IDMM der Aufstellungsort und die Konfiguration der Abtastrate des Ultraschallanemometers sehr wichtig für die Modellierung der Gesamtemissionsrate. Diese Erkenntnisse flossen direkt in die Entwicklung der harmonisierten Richtlinie ein. Zusätzlich wurde die harmonisierte IDMM in erweiterten Emissionsmessungen getestet und weiter optimiert. | Prof. Dr.-Ing. Martin Kranert Tel.: +49 711 685-65500 martin.kranert@iswa.uni-stuttgart.de Universität Stuttgart - Fakultät 2 Bau- und Umweltingenieurwissenschaften - Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft Bandtäle, Gewann 2 70569 Stuttgart | X |
| 01.02.2018 | 15.12.2021 | 22405116 | Verbundvorhaben: Biogasanlagen als Akteur am Smart Market – Zusätzliches Erlöspotenzial heben; Teilvorhaben 1: Modellbildung und Analyse - Akronym: SmartBio | Ein wichtiger Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele ist neben der Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen der Ausbau der Erneuerbaren Energien (EE). Der Netzausbau und der EE-Ausbau sind in vielen Regionen nicht in gleicher Geschwindigkeit erfolgt. In den Verteilnetzen werden deshalb immer häufiger erneuerbare Erzeugungsleistungen abgeregelt. Dadurch sinkt der Anteil von EE an der gesamten Stromversorgung. Der finanzielle Schaden, welcher für die Einzelanlage entsteht, wird durch die Netzbetreiber auf einen großen Teil der Stromkunden umgelegt. Ziel des Vorhabens SmartBio ist es innerhalb des vorgestellten Spannungsfeldes die Potenziale der Biogasanlagen zu ermitteln, um die Gesamtkosten für das Netzengpassmanagement zu reduzieren und den EE-Anteil um diese Mengen wieder zu erhöhen. Dabei wird unterstellt, dass über einen zukünftigen Smart Market Biogasanlagen in die Lage versetzt werden, ihren Fahrplan in Abhängigkeit der Netzengpasssituation in ihrer Region anzupassen. Dadurch sollen sonst abgeregelte Strommengen in der Netzregion nutzbar gemacht werden. Die Biogasanlagen werden somit Smart und erschließen sich eine weitere Erlösquelle, was die notwendige Förderhöhe entsprechend reduzieren kann und damit einen Beitrag zum Post-EEG-Weiterbetrieb leistet. Insbesondere flexible Biogasanlagen haben durch ihre Speicherfähigkeit und ihre steuerbare Erzeugungskapazität sehr gute Möglichkeiten an diesen Smart Market zu agieren. Durch die Analyse der Wirkungszusammenhänge in Kooperation mit den Stadtwerken Rosenheim (SWRO) soll die zukünftige Rolle von Biogasanlagen an einem Smart Market untersucht und entsprechend bewertet werden. Dabei ist ein wichtiges Ergebnis die mögliche Höhe der Erlöse für Biogasanlagen und deren Einflussgrößen. Die entscheidenden Erkenntnisse werden für die weitere Diskussion aufbereitet und innerhalb einer Broschüre den Brancheteilnehmern der Wertschöpfungskette im Rahmen einer öffentlich wirksamen Abschlussveranstaltung bereitgestellt. | Prof. Dr.-Ing. Uwe Holzhammer Tel.: +49 841 9348-5025 uwe.holzhammer@thi.de Technische Hochschule Ingolstadt - Zentrum für Angewandte Forschung (ZAF) Esplanade 10 85049 Ingolstadt | ||
| 01.12.2017 | 28.02.2022 | 22405416 | Verbundvorhaben: BIOGAS PROGRESSIV – zukunftsweisende Strategien für landwirtschaftliche Biogasanlagen (ProBiogas); Teilvorhaben 1: Datenbanken, Kalkulationsmethoden und –tools - Akronym: ProBiogas | Eine Vielzahl von Ansätzen für eine optimierte Biogasproduktion ist in Forschungsvorhaben von Hochschulen, landwirtschaftlichen Forschungsanstalten und der Industrie bereits entwickelt und erprobt worden. Eine systematische Evaluierung dieser Ansätze im Hinblick auf die Nutzbarkeit in praxistauglichen Geschäftsmodellen und ein auf die Betreiber von Biogasanlagen und die Biogasberatung ausgerichtetes Informationsangebot zu dieser Optimierung fehlen allerdings bislang. Diese Lücke wird das Projekt "BIOGAS PROGRESSIV" schließen. Ziel ist ein umfangreiches Informationsangebot mit dessen Hilfe Anlagenbetreiber und Berater in die Lage versetzt werden, passende Konzepte für Biogasanlagen zu identifizieren und weiterzuentwickeln. | Mark Paterson Tel.: +49 6151 7001-234 m.paterson@ktbl.de Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) - Team Energie, Emissionen und Klimaschutz Bartningstr. 49 64289 Darmstadt | ||
| 01.10.2017 | 31.12.2018 | 22406517 | Verbundvorhaben: Analyse der gesamtökonomischen Effekte von Biogasanlagen - Wirkungsabschätzung des EEG; Teilvorhaben 2: Review makroökonomischer Effekte und Auswertung alternativer Refinanzierungsinstrumente - Akronym: MakroBiogas | Das Vorhaben zielt auf eine Analyse der vorhandenen bzw. möglichen transsektoralen Systemdienstleistungen von Biogasanlagen (BGA) abseits der Strommärkte ab. Hiermit wird ein Beitrag zur öffentlichen Debatte um die zukünftige Rolle der Bioenergie geleistet, die derzeit häufig eindimensional auf Stromgestehungskosten fokussiert ist. Die durch das EEG ausgelösten Impulse generieren jedoch Klimaschutzwirkungen und weitere relevante ökonomische Effekte in anderen Sektoren (z.B. Agrar-, Entsorgungs-, Forstsektor) – tendenziell – im Sinne einer Kostendämpfung, etwa bei alternativen Finanzierungsinstrumenten, bzw. höheren Wertschöpfung. Das Vorhaben soll, aufbauend auf zwei Studien von IZES und DBFZ, entsprechende Effekte im Sinne einer Gesamtschau umfassend darstellen und wo möglich quantifizieren und Auswirkungen einer alternativen Finanzierung sowie die Implikationen möglicher BGA-Bestandsentwicklungen analysieren. | Prof. Dr. Erik Gawel Tel.: +49 341 235-1940 erik.gawel@ufz.de Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ Permoserstr. 15 04318 Leipzig | X | |
| 01.10.2017 | 31.08.2020 | 22406617 | Verbundvorhaben: Biogasbestandsanlagen nach der EEG-Phase – Geschäftsmodelle einer energetischen Eigenversorgung landwirtschaftlicher Betriebe mittels ihrer Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Evaluation Praxisanlagen - Akronym: Biogas_autark | Das übergeordnete Ziel für die Biogasproduktion sollte ein System ohne staatliche Förderungen sein. Die Biogasbranche ist derzeit zu abhängig vom EEG. Dieses Projekt untersucht die Möglichkeiten, eine Biogasproduktion unabhängig vom EEG zu gestalten. Das Ziel ist es, die Biogasanlagen besser in die landwirtschaftliche Produktion der Betriebe zu integrieren und dadurch energetisch "autark" zu werden von der externen Energiebereitstellung für die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität. Dabei sollen wirtschaftliche Perspektiven für einzelne landwirtschaftliche Biogasanlagen herausgearbeitet sowie auf Basis dieser Ergebnisse Handlungsempfehlungen erarbeitet werden. Es werden explizit nur landwirtschaftliche Biogasanlagen fokussiert, um bezogen auf die einzelnen Produktionsverfahren eine optimierte energetische Nutzung der Biogasanlage in konkreten landwirtschaftlichen Betrieben zu ermitteln. Die Erkenntnisse werden zum einen als bottom-up-Betrachtung für landwirtschaftliche Betriebe mit Biogasanlagen erarbeitet. Zum anderen werden durch eine Clusterbetrachtung auf die bundesweiten Auswirkungen und Potentiale für den existierenden Anlagenpark Rückschlüsse gezogen. | Dr. sc. agr. Simon Zielonka Tel.: +49 711 459-22531 simon.zielonka@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.10.2017 | 31.12.2018 | 22406717 | Verbundvorhaben: Analyse der gesamtökonomischen Effekte von Biogasanlagen - Wirkungsabschätzung des EEG; Teilvorhaben 3: Anlagenentwicklung und ökologische Folgenabschätzung für den Biogasanlagenbestand in Deutschland - Akronym: MakroBiogas | Das Vorhaben zielt auf eine Analyse der vorhandenen bzw. möglichen transsektoralen Systemdienstleistungen von Biogasanlagen (BGA) abseits der Strommärkte ab. Hiermit wird ein Beitrag zur öffentlichen Debatte um die zukünftige Rolle der Bioenergie geleistet, die derzeit häufig eindimensional auf Stromgestehungskosten fokussiert ist. Die durch das EEG ausgelösten Impulse generieren jedoch Klimaschutzwirkungen und weitere relevante ökonomische Effekte in anderen Sektoren (z.B. Agrar-, Entsorgungs-, Forstsektor) – tendenziell – im Sinne einer Kostendämpfung, etwa bei alternativen Finanzierungsinstrumenten, bzw. höheren Wertschöpfung. Das Vorhaben soll, aufbauend auf zwei Studien von IZES und DBFZ, entsprechende Effekte im Sinne einer Gesamtschau umfassend darstellen und wo möglich quantifizieren und Auswirkungen einer alternativen Finanzierung sowie die Implikationen möglicher BGA-Bestandsentwicklungen analysieren. | Martin Dotzauer Tel.: +49 341 2434-385 martin.dotzauer@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X | |
| 01.11.2017 | 30.04.2019 | 22407017 | Verbundvorhaben: Leitfaden Flexibilisierung der Strombereitstellung von Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Technisch-ökonomische Herausforderungen und Betriebskonzepte einer bedarfsorientierten Stromproduktion für Biogasanlagen - Akronym: LFFlex | In einem von fluktuierenden erneuerbaren Energien geprägten Energiesystem wird der Ausgleich von Angebot und Nachfrage mittels Flexibilitätsoptionen an Bedeutung zunehmen. Biogasanlagen stellen als steuerbare Energiequelle diesbezüglich einen möglichen Baustein für die erfolgreiche Transformation des Energiesystems dar. Das Vorhabensziel ist deshalb die Erstellung und Kommunikation eines Leitfaden zur Flexibilisierung der Strombereitstellung aus Biogasanlagen, um das vorhandene Potential zu mobilisieren. Die Anlagenbetreiber sollen als primäre Zielgruppe angesprochen werden, da sie Adressaten der aktuellen Anreize zur Flexibilisierung des Anlagenbetriebs sind. Sie tragen die finanziellen Risiken der bedarfsgerechten Strombereitstellung und sind deshalb zentrale Treiber für die Ausweitung flexibel bereitgestellten Stroms im Energiesystem. Im Fokus steht deshalb der Abbau von bestehenden Hemmnissen für die Anlagenbetreiber, als auch die Bereitstellung fundierter Informationen über die Möglichkeiten von wirtschaftlichen Zusatzverdiensten und Risiken sowie Problemstellungen in der Praxis. | Manuel Stelzer Tel.: +49 561 7294-301 manuel.stelzer@iee.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) Joseph-Beuys-Str. 8 34117 Kassel | X | |
| 01.11.2017 | 29.02.2020 | 22407217 | Verbundvorhaben: Next Generation [BIOGAS] - einen Schritt weiter gedacht. Regionalspezifische ganzheitliche Analyse von Folgekonzepten zur Bewertung des Finanzierungsbedarfs erhaltenswerter Bestandsanlagen; Teilvorhaben 2: Deckung des Differenzbetrages, finanzwirtschaftliche und organisatorische Implikation - Akronym: NxtGenBGA | Aus technischer Sicht steht einem Weiterbetrieb vieler landwirtschaftlichen Biogasanlagen (BGA) nach dem Ende der 20-jährige Förderdauer des Erneuerbare-Energien-Gesetzes nichts entgegen. Entscheidend ist es jedoch, den Finanzierungsbedarf der Bestandsanlagen langfristig zu decken und dies, soweit die Finanzierung aus öffentlichen Mitteln bzw. Förderquellen erfolgen soll, aus den Wirkungen der Bioenergie heraus logisch zu begründen. Solche Gründe können in der vielfältigen Rolle dieser Anlagen für die regenerative Energieerzeugung, für die Systemdienlichkeit, für die Treibhausgas-Emissionsminderung, für regionale Nährstoffkreisläufe oder in ihrer Bedeutung als wichtiges Standbein im Agrarsektor liegen. Hauptziel des Projektes ist es daher, innovative Konzepte, Betriebsanpassungen und Diversifikationsstrategien für den Weiterbetrieb bestehender BGA in Deutschland ganzheitlich zu untersuchen und sie quantitativ zu bewerten. Die Analyse berücksichtigt u.a. unterschiedliche Technologievarianten, Substratalternativen und die Bewertung mittels Leistungsmerkmalen wie Effizienz, Umweltwirkungen und Gestehungskosten. Über die Entwicklung von Gütekriterien sollen alternative Finanzierungsinstrumente vorgeschlagen und geprüft werden, die zur Deckung des derzeitigen und künftigen Differenzbetrags (Kosten – Erlöse) notwendig sind. Die praktische Umsetzbarkeit der Folgekonzepte, Gütekriterien und Finanzierungsinstrumente wird gemeinsam mit Akteuren der Branche auf Workshops diskutiert. Mit Hilfe eines regionalspezifischen Ansatzes, in dem drei Regionen detailliert betrachtet werden, wird die heterogene, dezentrale Struktur der BGA abgebildet und anhand repräsentativer Anlagenbeispiele anschaulich dargestellt sowie die Übertragbarkeit auf das Bundesgebiet geprüft. | Prof. Dr. Heinrich Degenhart Tel.: +49 4131 677-1930 degenhart@uni-leuphana.de Leuphana Universität Lüneburg - Fakultät Wirtschaftswissenschaften - Institut für Finanz- und Rechnungswesen (IFR) - Professur für Finanzierung und Finanzwirtschaft Scharnhorststr. 1 21335 Lüneburg | X | |
| 01.02.2018 | 31.03.2021 | 22407317 | Verbundvorhaben: Biogasanlagen als Akteur am Smart Market – Zusätzliches Erlöspotenzial heben; Teilvorhaben 2: Praktische Anwendung - Akronym: SmartBio | Ein wichtiger Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele ist neben der Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen der Ausbau der Erneuerbaren Energien (EE). Der Netzausbau und der EE-Ausbau sind in vielen Regionen nicht in gleicher Geschwindigkeit erfolgt. In den Verteilnetzen werden deshalb immer häufiger erneuerbare Erzeugungsleistungen abgeregelt. Dadurch sinkt der Anteil von EE an der gesamten Stromversorgung. Der finanzielle Schaden, welcher für die Einzelanlage entsteht, wird durch die Netzbetreiber auf einen großen Teil der Stromkunden umgelegt. Ziel des Vorhabens SmartBio ist es innerhalb des vorgestellten Spannungsfeldes die Potenziale der Biogasanlagen zu ermitteln, um die Gesamtkosten für das Netzengpassmanagement zu reduzieren und den EE-Anteil um diese Mengen wieder zu erhöhen. Dabei wird unterstellt, dass über einen zukünftigen Smart Market Biogasanlagen in die Lage versetzt werden, ihren Fahrplan in Abhängigkeit der Netzengpasssituation in ihrer Region anzupassen. Dadurch sollen sonst abgeregelte Strommengen in der Netzregion nutzbar gemacht werden. Die Biogasanlagen werden somit Smart und erschließen sich eine weitere Erlösquelle, was die notwendige Förderhöhe entsprechend reduzieren kann und damit einen Beitrag zum Post-EEG-Weiterbetrieb leistet. Insbesondere flexible Biogasanlagen haben durch ihre Speicherfähigkeit und ihre steuerbare Erzeugungskapazität sehr gute Möglichkeiten an diesen Smart Market zu agieren. Durch die Analyse der Wirkungszusammenhänge in Kooperation mit den Stadtwerken Rosenheim (SWRO) soll die zukünftige Rolle von Biogasanlagen an einem Smart Market untersucht und entsprechend bewertet werden. Dabei ist ein wichtiges Ergebnis die mögliche Höhe der Erlöse für Biogasanlagen und deren Einflussgrößen. Die entscheidenden Erkenntnisse werden für die weitere Diskussion aufbereitet und innerhalb einer Broschüre den Brancheteilnehmern der Wertschöpfungskette im Rahmen einer öffentlich wirksamen Abschlussveranstaltung bereitgestellt. | Dipl. Ing Gilbert Vogler Tel.: +49 8031 365-2498 gilbert.vogler@swro.de Stadtwerke Rosenheim GmbH & Co. KG Bayerstr. 5 83022 Rosenheim | ||
| 01.12.2017 | 31.10.2021 | 22407617 | Verbundvorhaben: BIOGAS PROGRESSIV – zukunftsweisende Strategien für landwirtschaftliche Biogasanlagen (ProBiogas); Teilvorhaben 2: Entwicklung und Verifizierung von Verfahrensmodellen - Akronym: ProBiogas | Eine Vielzahl von Ansätzen für eine optimierte Biogasproduktion ist in Forschungsvorhaben von Hochschulen, landwirtschaftlichen Forschungsanstalten und der Industrie bereits entwickelt und erprobt worden. Eine systematische Evaluierung dieser Ansätze im Hinblick auf die Nutzbarkeit in praxistauglichen Geschäftsmodellen und ein auf die Betreiber von Biogasanlagen und die Biogasberatung ausgerichtetes Informationsangebot zu dieser Optimierung fehlen allerdings bislang. Diese Lücke wird das Projekt "BIOGAS PROGRESSIV" schließen. Ziel ist ein umfangreiches Informationsangebot mit dessen Hilfe Anlagenbetreiber und Berater in die Lage versetzt werden, passende Konzepte für Biogasanlagen zu identifizieren und weiterzuentwickeln. | Dr. Hans Oechsner Tel.: +49 711 459-22683 oechsner@uni-hohenheim.de Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) Garbenstr. 9 70599 Stuttgart | ||
| 01.11.2017 | 29.02.2020 | 22407717 | Verbundvorhaben: Next Generation [BIOGAS] - einen Schritt weiter gedacht. Regionalspezifische ganzheitliche Analyse von Folgekonzepten zur Bewertung des Finanzierungsbedarfs erhaltenswerter Bestandsanlagen; Teilvorhaben 3: Technisch-ökologische Bewertung von Folgekonzepten - Akronym: NxtGenBGA | Aus technischer Sicht steht einem Weiterbetrieb vieler landwirtschaftlichen Biogasanlagen (BGA) nach dem Ende der 20-jährige Förderdauer des Erneuerbare-Energien-Gesetzes nichts entgegen. Entscheidend ist es jedoch, den Finanzierungsbedarf der Bestandsanlagen langfristig zu decken und dies, soweit die Finanzierung aus öffentlichen Mitteln bzw. Förderquellen erfolgen soll, aus den Wirkungen der Bioenergie heraus logisch zu begründen. Solche Gründe können in der vielfältigen Rolle dieser Anlagen für die regenerative Energieerzeugung, für die Systemdienlichkeit, für die Treibhausgas-Emissionsminderung, für regionale Nährstoffkreisläufe oder in ihrer Bedeutung als wichtiges Standbein im Agrarsektor liegen. Hauptziel des Projektes ist es daher, innovative Konzepte, Betriebsanpassungen und Diversifikationsstrategien für den Weiterbetrieb bestehender BGA in Deutschland ganzheitlich zu untersuchen. Die Analyse berücksichtigt u.a. unterschiedliche Technologievarianten, Substratalternativen und die Bewertung mittels quantitativer Leistungsmerkmalen wie Effizienz, Umweltwirkungen und Gestehungskosten. Über die Entwicklung von Gütekriterien sollen alternative Finanzierungsinstrumente vorgeschlagen und geprüft werden. Diese sind zur Deckung des derzeitigen und künftigen Differenzbetrags, der sich aus den entstehenden Aufwendungen abzüglich aller Erträge ergibt, notwendig. Die praktische Umsetzbarkeit der Folgekonzepte, Gütekriterien und Finanzierungsinstrumente wird gemeinsam mit Akteuren der Branche auf regionalen Workshops diskutiert. Mit Hilfe eines regionalspezifischen Ansatzes, in dem drei Regionen detailliert betrachtet werden, wird die heterogene, dezentrale Struktur der BGA abgebildet und die Übertragbarkeit auf das Bundesgebiet geprüft. Anhand repräsentativer Anlagenbeispiele werden zudem die Folgekonzepte anschaulich dargestellt. | Prof. Dr.-Ing. Joachim Fischer Tel.: +49 3631 420-469 joachim.fischer@hs-nordhausen.de Hochschule Nordhausen - Institut für Regenerative Energietechnik (in.RET) Weinberghof 4 99734 Nordhausen | X | |
| 01.04.2018 | 31.03.2021 | 22407917 | Verbundvorhaben: ERA-NET Bioenergy: Bewertung und Minderung von Methanemissionen aus verschiedenen europäischen Biogasanlagenkonzepten (EvEmBi); Teilvorhaben 1: Quantifizierung und Minderung von Methanemissionen aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen und Wissenstransfer in die Praxis - Akronym: EvEmBi | Das EvEmBi-Projekt zielt darauf ab, verschiedene Biogasanlagenkonzepte in Europa hinsichtlich ihrer Methanemissionsfaktoren zu bewerten. Basierend auf den gesammelten Emissionsdaten werden repräsentative Emissionsfaktoren für verschiedene Anlagenkonzepte des Biogassektors für den Einsatz in den nationalen Treibhausgasinventaren entwickelt. Nach der Quantifizierung der Methanemissionen sowie der Identifizierung der Hauptquellen werden Emissionsminderungsstrategien für ausgewählte Biogasanlagen entwickelt, implementiert und überprüft. Dies trägt zur Entwicklung eines allgemeinen europäischen Positionspapiers sowie nationaler Positionspapiere zu Treibhausgasemissionen und Emissionsminderungsstrategien bei. Darüber hinaus wird in Zusammenarbeit mit den beteiligten nationalen Biogasverbänden ein allgemeines europäisches freiwilliges System sowie spezifische nationale freiwillige Systeme zur Emissionsminderung im Biogassektor entwickelt. Das gewonnene Wissen wird in den im Rahmen des Projektes erarbeiteten Schulungsworkshops an den europäischen Biogassektor vermittelt. | Das Teilvorhaben 1 beschreibt die Ergebnisse, die für die deutschen (landwirtschaftlichen) Biogasanlagen mit On-Site- und Remote-Sensing-Ansatz ermittelt worden sind. Dabei wurden für insgesamt 13 Biogasanlagen Emissionsmessungen durchgeführt. Die gemessenen Methan-EF mit dem On-Site-Ansatz zeigen insgesamt eine hohe Schwankungsbreite von 0,07 % CH4 (DE-01) bis 8,35 % CH4 (DE-02). Die durchschnittliche Methanemissionsrate aller untersuchten Anlagen liegt bei 2,7 ± 2,3 % CH4 (Median: 2,8 % CH4). An drei Biogasanlagen DE-05, DE-07 und DE-09 konnten insbesondere die großen, kontinuierlich emittierenden Quellen (BHKW-Abgasstrom, Abgetrennter CO2-Strom der BGAA) nicht erfasst werden. Werden diese Anlagen daher nicht berücksichtig, ergibt sich ein mittlerer Methan-EF von 3,3 ± 2,4 % CH4 (Median: 3,2 % CH4). Durch eine umfangreichen Datensammlung von komponentenspezifischen Emissionsdaten aus früheren Forschungsvorhaben, Umfrage Ergebnissen von Anlagenbetreibenden zu emissionsrelevanten Anlagendaten sowie den im Vorhaben erhobenen Daten, konnte ein Ansatzes für ein Modell zur Abschätzung von Emissionsfaktoren entwickelt werden. Im Zuge der Entwicklung und Umsetzung von Emissionsminderungsmaßnahmen wurden Erfolgskontrollmessungen (Messphase 2) an 6 ausgewählten BGA durchgeführt. Hierbei ergaben sich die größten Minderungspotentiale in Hinsicht auf die gasdichte Abdeckung der Gärproduktlager, den Füllstand der Gasspeicher und die regelmäßige Überprüfung von Leckagen. Neben den Emissionsmessungen spielte der praxisorientierte Wissenstransfer eine große Rolle. In Zusammenarbeit mit der Universität Stuttgart (ISWA) und dem Fachverband Biogas (FvB) wurde ein nationales Positionspapier zum Thema Methanemissionsvermeidung erstellte sowie Schulungskonzepte für Anlagenbetreibende entwickelt und umgesetzt. | Lukas Knoll Tel.: +49 341 2434-365 lukas.knoll@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig | X |
| 01.04.2018 | 31.03.2021 | 22408017 | Verbundvorhaben: ERA-NET Bioenergy: Bewertung und Minderung von Methanemissionen aus verschiedenen europäischen Biogasanlagenkonzepten (EvEmBi); Teilvorhaben 2: Quantifizierung von Methanemissionen aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen mit Hilfe einer Remote Sensing Methode - Akronym: EvEmBi | Im Rahmen des Vorhabens sollen die Auswirkungen verschiedener Anlagentechniken und Betriebszustände von landwirtschaftlichen Biogasanlagen auf die Emissionen evaluiert und in die Entwicklung von spezifischen Emissions-faktoren einbezogen werden. Die im Projekt durch ergänzende Messungen auf Basis der Erkenntnisse aus dem Projekt "MetHarmo" erweiterte Wissensbasis hinsichtlich Methanemissionen der jeweiligen Biogastechnologie verbessert die Datenbasis des jeweiligen nationalen THG-Inventars. Die Forschungsdaten sollen dafür nach dem FAIR-Datenprinzip (European Commision Directorate-General for Research and Innovation 2016) in einer separaten Datenpublikation veröffentlicht werden. Neben diesem Projektkernziel zielen weitere wesentliche Projektziele direkt auf die Praxis, insbesondere die Anlagenbetreiber ab, darun-ter folgende Teilziele: • Entwicklung, Validierung und Bewertung von Emissionsminderungs-maßnahmen in der Praxis (z. B. durch Änderung der Betriebsorganisation und/oder der Betriebsweise, Änderungen im Biogasspeichermanagement) • Entwicklung von nationalen "Voluntary systems" (nach Vorbild der schwedischen/dänischen Systeme für die freiwillige Kontrolle/Minderung von Methanemissionen in der Praxis durch Einbindung der nationalen Biogasver-bände (in Deutschland Fachverband Biogas). Ein solches "Voluntary system" kann beispielsweise aus einer Verknüpfung von Eigenkontrolle des Anlagenbe-treibers, Kontrollmessungen Dritter sowie der Dokumentation/Prüfung der Emissionsmessungen bestehen. • Entwicklung von nationalen Positionspapieren (in Deutschland in Zu-sammenarbeit mit dem Fachverband Biogas) zum Thema Emissionskontrol-le/Emissionsminderung Die vorgenannten Ziele sollen auch im europäischen Kontext durch die Einbin-dung der European Biogas Association umgesetzt werden. | AP 1 beinhaltete das Projektmanagement und die Auswahl und Organisation der Emissionsmessungen an geeigneten landwirtschaftlichen BGA. • Anlagenauswahl bzw. –akquise von 6 Biogasanlagen im süddeutschen Raum AP 2 beinhaltete die Durchführung der Emissionsmessungen an den ausgewählten landwirtschaftlichen BGA und die Entwicklung repräsentativer EF, sowie die Datenpublikation. • Durchführung der Emissionsmessungen an 6 Biogasanlagen DE-07 - 12 je 3d (MP1) • Beteiligung an der Entwicklung repräsentativer EF AP 3 beinhaltete die Entwicklung und Umsetzung von Emissionsminderungsmaßnahmen an ausgewählten BGA, sowie die Auswertung des Minderungspotenzials. • Ausarbeitung von Optimierungsvorschlägen für die betreffenden BGA • Erfolgskontrollmessungen und Bewertungen nach Umsetzung von Minderungsmaßnahmen an 3 ausgewählten BGA je 2d (MP2) AP 4 beinhaltete den praxisorientierten Wissenstransfer durch Positionspapiere und die Entwicklung von Schulungskonzepten von Voluntary Monitoring Systems zum Erreichen von Emissionsminderungszielen. • Mithilfe bei der Akquise eines Voluntary Monitoring Systems in Deutschland • Mitwirken bei der Erstellung eines Positionspapieres zum Thema Methanemissionsvermeidung • Mitwirken bei der Entwicklung und Umsetzung von Schulungskonzepten Wesentliche Ergebnisse des Teilvorhabens: Die größten Minderungspotentiale für Methanemissionen an landwirtschaftlichen Biogas-/ Biomethananlagen ergaben sich in Hinsicht auf die Abdeckung der GPL, den Füllstand der Gasspeicher und die regelmäßige Überprüfung von Leckagen. Für die Darstellung der Ergebnisse des TV 2 sei auf die Beschreibung der AP sowie auf die Zusammenfassung der Ergebnisse im Abschlussbericht Kapitel 3 verwiesen. | Prof. Dr.-Ing. Martin Kranert Tel.: +49 711 685-65500 martin.kranert@iswa.uni-stuttgart.de Universität Stuttgart - Fakultät 2 Bau- und Umweltingenieurwissenschaften - Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft - Lehrstuhl für Abfallwirtschaft und Abluft Bandtäle, Gewann 2 70569 Stuttgart | X |
| 01.12.2017 | 31.10.2021 | 22408117 | Verbundvorhaben: BIOGAS PROGRESSIV – zukunftsweisende Strategien für landwirtschaftliche Biogasanlagen (ProBiogas); Teilvorhaben 3: Machbarkeitsstudien und Know-how Transfer - Akronym: ProBiogas | Eine Vielzahl von Ansätzen für eine optimierte Biogasproduktion ist in Forschungsvorhaben von Hochschulen, landwirtschaftlichen Forschungsanstalten und der Industrie bereits entwickelt und erprobt worden. Eine systematische Evaluierung dieser Ansätze im Hinblick auf die Nutzbarkeit in praxistauglichen Geschäftsmodellen und ein auf die Betreiber von Biogasanlagen und die Biogasberatung ausgerichtetes Informationsangebot zu dieser Optimierung fehlen allerdings bislang. Diese Lücke wird das Projekt "BIOGAS PROGRESSIV" schließen. Ziel ist ein umfangreiches Informationsangebot mit dessen Hilfe Anlagenbetreiber und Berater in die Lage versetzt werden, passende Konzepte für Biogasanlagen zu identifizieren und weiterzuentwickeln. | Dr. Harm Drücker Tel.: +49 441 801-320 harm.druecker@lwk-niedersachsen.de Landwirtschaftskammer Niedersachsen Mars-la-Tour-Str. 1-13 26121 Oldenburg | ||
| 01.04.2016 | 30.06.2019 | 22408412 | Verbundvorhaben: Gewährleistung einer ausreichenden Humusreproduktion bei der energetischen Nutzung von Getreidestroh für die Biogasproduktion (SOMenergy); Teilvorhaben 1: Ermittlung von Humusbilanzkoeffizienten und Berechnung von Humusbilanzen - Akronym: SOMenergy | Mit dem Vorhaben soll die Vergärung von Getreidestroh als Option der energetischen Nutzung bei gleichzeitiger Sicherung der Humusreproduktion gemäß der Forderung in §17 BBodSchG analysiert und bewertet werden. Das Vorhaben verfolgt dazu einen interdisziplinären und interaktiven Ansatz, bei dem Aspekte der Humusreproduktion ebenso berücksichtigt werden wie die Ökonomie des Stoffstrommanagements. Übergeordnetes Ziel ist die Identifikation optimaler Lösungsansätze für die energetische Nutzung von Getreidestroh durch Vergärung mit Blick auf Produktionsökonomie und Humusreproduktion. Das Projektziel wird durch zwei Arbeitspakete verfolgt, die Optionen der energetischen Nutzung durch Getreidestroh durch Vergärung unter Berücksichtigung des Zieles einer ausgeglichenen Humusbilanz interaktiv analysieren. Das Vorgehen gewährleistet die notwendige interdisziplinäre Bewertung der Strohvergärung und ermöglicht über den kontinuierlichen Austausch iterative Optimierungen bei der Erarbeitung von Optionen zur Sicherung der Humusversorgung der Ackerböden. Es wird so sichergestellt, daß Anforderungen der einzelnen Elemente (Humusreproduktion – Ökonomie) und bestehende Zielkonflikte berücksichtigt und so realisierbare Handlungsempfehlungen ermöglicht werden. Im AP 1 (Humusreproduktion) werden der Wert unterschiedlich konditionierter Reststoffe aus der Strohvergärung für die Nachlieferung organischer Bodensubstanz analytisch ermittelt und Kennziffern für die Humusbilanzierung generiert. Die Anforderungen an das Stoffstrommanagement zum Ausgleich der Humusbilanz über die Rückführung von Gärresten oder alternative Maßnahmen sowie die ökonomische Bewertung der Stoffströme und des Stoffstrommanagements sind Gegenstand der Interaktion zwischen den Arbeitspaketen 1 (Humusreproduktion) und 2 (Stoffstromökonomik). | Prof. Dr. Andreas Gattinger Tel.: +49 641 99-37731 andreas.gattinger@agrar.uni-giessen.de Justus-Liebig-Universität Gießen - FB 09 - Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement - Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung II Karl-Glöckner-Str. 21 C 35394 Gießen | X | |
| 01.02.2019 | 31.03.2022 | 22408818 | Verbundvorhaben: Innovative Prozessführung für eine neue Generation von Biogasanlagen zur Flexibilisierung der Stromwirtschaft; Teilvorhaben 2: Methanisierung im Festbett-Umlaufreaktor und Metagenomanalyse - Akronym: NextGenBioGas | Bioenergie stellt, abgesehen von Wasserkraft, den einzigen regenerativen Energieträger dar, der ohne sogenannte Fluktuationen im Angebot jederzeit verfügbar ist. Infolgedessen bildet die Nutzung biogener Energieträger eine ideale Ergänzung des mit der Energiewende assoziierten Umbaus des Energiesystems hin zur Nutzung von Sonnen- und Windenergie. Die Ansprüche an infrastrukturelle Einrichtungen, flexibel auf Netzzustände reagieren zu können die sich in Versorgungsnetzen einstellen, werden im Laufe der weiteren Energiesystemtransformation rapide steigen. In diesem Kontext bieten sich Biogasanlagen an, die wichtige Funktionen für die Netzstabilität übernehmen und die hierfür energiewirtschaftlich arrangierten Flexibilitätsmärkte bedienen. Das vorrangige Ziel liegt daher in der Nutzung flexibler Biogasanlagen zur verursachernahen Ausregelung von Störungen, die aus dem Einsatz fluktuierender erneuerbarer Energien wie Wind- oder Solarstrom resultieren, in den Verteilnetzebenen. Die übergeordneten Ziele dieses Verbundprojektes sind: - eine bedarfsgesteuerte Biogasproduktion für eine flexible Stromproduktion durch bioprozesstechnische Maßnahmen, mit denen im Bedarfsfall die Methanproduktion signifikant schneller hochgefahren wird als nach dem bisherigen Stand der Technik und der Forschung - Konzepte für neue Biogasanlagen, die auf diesen Verfahrensvarianten aufbauen und für die kostengünstige Nachrüstung von Bestandsanlagen - neue Geschäftsmodelle für die Betreiber von Biogasanlagen Das wird mit einem neuartigen Verfahren erreicht, in dem Hydrolyse/Acidogenese konsequent von der Methanogenese getrennt werden, was ein Hochfahren der Methanproduktion innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne ermöglicht. | Dr. Marius Mohr Tel.: +49 711 970-4128 marius.mohr@igb.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) Nobelstr. 12 70569 Stuttgart | ||
| 01.01.2018 | 31.03.2020 | 22409117 | Verbundvorhaben: Repoweringmaßnahmen hinsichtlich zukünftiger Aufgaben von Biogasanlagen; Teilvorhaben 3: Ökonomische und Sozioökonomische Analyse - Akronym: REZAB | Ziel des Projekts ist die Erstellung eines Leitfadens für Bestandsbiogasanlagen zum wirtschaftlichen Weiterbetrieb nach dem Ende ihrer EEG-Vergütung (insbesondere Teilnahme an Ausschreibungen). Es wird eine Analyse des Ist-Zustands hinsichtlich baulichem Zustand und technischem Optimierungspotenzial von ausgewählten Bestandsbiogasanlagen vorgenommen. Auf dieser Basis erfolgt eine verallgemeinerte Schwachstellenanalyse unter technischen, ökologischen, ökonomischen und soziologischen Gesichtspunkten. Darauf aufbauend werden Konzepte für Repoweringmaßnahmen entwickelt, die einen Weiterbetrieb nach 20-jähriger EEG-Vergütung, insbesondere der Teilnahme an Ausschreibungen ermöglichen. Durch den Vergleich des Ist-Zustands mit dem Zustand nach der Repoweringmaßnahme kann eine ökologische und ökonomische Bewertung und Gewichtung der Maßnahmen erfolgen. Diese Ergebnisse werden in einem Leitfaden zusammengeführt. | Dipl. Ing. Robert Wagner Tel.: +49 9421 960-350 rw@carmen-ev.de C.A.R.M.E.N. e.V. Schulgasse 18A 94315 Straubing | X | |
| 01.01.2018 | 31.03.2020 | 22409217 | Verbundvorhaben: Repoweringmaßnahmen hinsichtlich zukünftiger Aufgaben von Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Technische Analyse - Akronym: REzAB | Ziel des Projekts ist die Erstellung eines Leitfadens für Bestandsbiogasanlagen zum wirtschaftlichen Weiterbetrieb nach dem Ende ihrer EEG-Vergütung (insbesondere Teilnahme an Ausschreibungen). Es wird eine Analyse des Ist-Zustands hinsichtlich baulichem Zustand und technischem Optimierungspotenzial von ausgewählten Bestandsbiogasanlagen vorgenommen. Auf dieser Basis erfolgt eine verallgemeinerte Schwachstellenanalyse unter technischen, ökologischen, ökonomischen und soziologischen Gesichtspunkten. Darauf aufbauend werden Konzepte für Repoweringmaßnahmen entwickelt, die einen Weiterbetrieb nach 20-jähriger EEG-Vergütung, insbesondere der Teilnahme an Ausschreibungen ermöglichen. Durch den Vergleich des Ist-Zustands mit dem Zustand nach der Repoweringmaßnahme kann eine ökologische und ökonomische Bewertung und Gewichtung der Maßnahmen erfolgen. Diese Ergebnisse werden in einem Leitfaden zusammengeführt. | Prof. Dr. Christof Wetter Tel.: +49 2551 9-62725 wetter@fh-muenster.de FH Münster - Abt. Steinfurt - Fachbereich Energie, Gebäude, Umwelt Stegerwaldstr. 39 48565 Steinfurt | X | |
| 01.02.2019 | 31.03.2022 | 22409317 | Verbundvorhaben: Innovative Prozessführung für eine neue Generation von Biogasanlagen zur Flexibilisierung der Stromwirtschaft; Teilvorhaben 1: Methanisierung im Schlaufenreaktor und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung - Akronym: NextGenBioGas | Bioenergie stellt, abgesehen von Wasserkraft, den einzigen regenerativen Energieträger dar, der ohne sogenannte Fluktuationen im Angebot jederzeit verfügbar ist. Infolgedessen bildet die Nutzung biogener Energieträger eine ideale Ergänzung des mit der Energiewende assoziierten Umbaus des Energiesystems hin zur Nutzung von Sonnen- und Windenergie. Weil das· Angebot von Sonne und Wind stets von natürlichen Fluktuationen geprägt ist, gilt es für ausreichend Systemflexibilität zu sorgen. Die Ansprüche an infrastrukturelle Einrichtungen, flexibel auf Netzzustände reagieren zu können die sich in Versorgungsnetzen einstellen, werden im Laufe der weiteren Energiesystemtransformation rapide steigen. In diesem Kontext bieten sich Biogasanlagen an, die diese die für die Stromnetzsteuerung elementare Förderung der sogenannten Fahrplantauglichkeit inhärent erfüllen. Damit können Biogasanlagen wichtige Funktionen für die Netzstabilität übernehmen und die hierfür energiewirtschaftlich arrangierten Flexibilitätsmärkte bedienen. Das vorrangige Ziel liegt daher in der Nutzung flexibler Biogasanlagen zur verursachernahen Ausregelung von Störungen, die aus dem Einsatz fluktuierender erneuerbarer Energien wie Wind- oder Solarstrom resultieren, in den Verteilnetzebenen. Die übergeordneten Ziele dieses Verbundprojektes sind: - eine bedarfsgesteuerte Biogasproduktion für eine flexible Stromproduktion durch bioprozesstechnische Maßnahmen, mit denen im Bedarfsfall die Methanproduktion signifikant schneller hochgefahren wird als nach dem bisherigen Stand der Technik und der Forschung - Konzepte für neue Biogasanlagen, die auf diesen Verfahrensvarianten aufbauen und für die kostengünstige Nachrüstung von Bestandsanlagen - neue Geschäftsmodelle für die Betreiber von Biogasanlagen Das wird mit einem neuartigen Verfahren erreicht, in dem Hydrolyse/Acidogenese konsequent von der Methanogenese getrennt werden, was ein Hochfahren der Methanproduktion innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne ermöglicht | Prof. Dr. Dieter Bryniok Tel.: +49 2381 8789-115 dieter.bryniok@hshl.de Hochschule Hamm-Lippstadt Marker Allee 76-78 59063 Hamm | ||
| 01.09.2015 | 28.02.2019 | 22410212 | Verbundvorhaben: Entwicklung effizienter zweiphasiger Biogasanlagen über eine gekoppelte energetische und stoffliche Nutzung nach Abtrennung von Hydrolyseprodukten (Optigär); Teilvorhaben 1: Spektroskopische Verfahrensüberwachung und Produktaufbereitung (ICT) - Akronym: Optigaer | Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens welches aufgrund der Kaskadennutzung zu einer nachhaltigeren und ganzheitlicheren Verwertung von Agrarrohstoffen beiträgt und einen Mehrwert durch die stoffliche Nutzung von Koppelprodukten als Basischemikalie mit potenziell hohen Preisen schafft. Somit zielt das Verfahren auf eine Stärkung der deutschen Landwirtschaft und auf eine umweltfreundlichere Bereitstellung von Basischemikalien für die chemische Industrie. Im Fokus des Vorhabens steht ein neuartiges Konzept zur integrierten stofflichen Nutzung von zweiphasigen Biogasanlagen (Hydrolysereaktor getrennt vom Methanreaktor). Mit diesem Konzept soll eine gekoppelte stoffliche und energetische Nutzung der Biogassubstrate ermöglicht werden. Flüchtige und nicht methanbildungsrelevante Bestandteile, die bei der anaeroben Hydrolyse entstehen, werden als Wertstoffe durch den Einsatz von Membrantechnik extrahiert. Für diese Wertstoffe werden angepasste Verwertungskonzepte entwickelt. Um die Biogasproduktion zu steuern, werden optimale Prozessbedingungen hinsichtlich der Säurenbildung in der Hydrolysestufe ermittelt und der Betrieb des Hydrolysereaktors mittels Sensortechnik überwacht. Sensoren sollen | Sebastian Reinhardt Tel.: +49 721 4640-523 sebastian.reinhardt@ict.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7 76327 Pfinztal | X |