Effiziente Verfahren zur Biogasgewinnung aus Bioabfällen und NaWaRo

Herausforderungen

© Biotech Surindo / Fraunhofer IGB

© Universität Hohenheim

Nutzung von organischen Reststoffen der Lebensmittelindustrie

Bei der Produktion von Lebensmitteln oder bei biotechnologischen Prozessen fallen Reststoffe mit unterschiedlichster Zusammensetzung an. Das Fraunhofer IGB entwickelt individuelle und angepasste Lösungen zur stofflichen und energetischen Nutzung von organischen Reststoffen, die als Nebenprodukte anfallen. Organische Reststoffe, die keiner weiteren stofflichen Verwertung zugeführt werden können, eignen sich besonders für die anaerobe Umsetzung mit dem Endprodukt Biogas (Methan und Kohlenstoffdioxid).

 

Produktivitätssteigerung von Biogasanlagen

Biogasanlagen, in denen vor allem nachwachsende Rohstoffe (NaWaRo) zu Biogas vergoren werden, sind ein wichtiger dezentraler Baustein beim Ausbau regenerativer Energien. Forschungsbedarf besteht allerdings noch dahingehend, die Biogasproduktion als Ganzes möglichst effektiv zu gestalten und damit die Biogasausbeute zu verbessern.

Unsere Lösung: Effiziente Vergärungsverfahren für maximale Biogasausbeute

Die Palette unserer Leistungen reicht vom Gärtest im Labormaßstab zur Bestimmung der Abbaubarkeit und der Biogasausbeute über Untersuchungen im Technikumsmaßstab zur Ermittlung von Auslegungsparametern für Biogasanlagen bis hin zur Realisierung von Anlagen im technischen Maßstab in Zusammenarbeit mit Ingenieurbüros. Alle Entwicklungen erfolgen mit dem Ziel, optimale und spezifische Lösungen für den Anwender zu bieten. 

  • Machbarkeitsstudien: Untersuchungen zur Vergärbarkeit , Quantifizierung der Biogasausbeute von Substraten /Cosubstraten
  • Charakterisierung von Feststoffen und Substraten: Qualitative und quantitative Biogas-Analytik, Analytik von Inhaltsstoffen von Substraten
  • Spezifische Analyse von Prozessen mit dem Ziel der Verfahrensverbesserungen: Beheben von Störungen, Steigerung der Effizienz, Prozess-Optimierungen
  • Anaerobe Verfahren als Alternative zu aeroben Prozessen
  • Potenzialermittlung zur Leistungssteigerung von Prozessen, z. B. Abwasserreinigung, Biogasanlagen, Klärschlammfaulung
  • Verfahrensentwicklung zur anaeroben Behandlung von organischen Reststoffen, z. B. aus der Landwirtschaft, der Lebensmittelverarbeitung, Produktion
  • Technische Umsetzung bis in den Pilotmaßstab
  • Wissenschaftliche Begleitung bei der Inbetriebnahme von Prozessen im technischen Maßstab
© Fraunhofer IGB

Biogasversuche am Fraunhofer IGB.

Infrastruktur und Geräteausstattung

  • Bioreaktoren unterschiedlicher Art und Größe (Labor-, Pilot- und technischer Maßstab)
  • Technikum für Umwelt- und Bioverfahrenstechnik
  • Mobile Pilotanlagen im m3-Maßstab zur Generierung von Auslegungsdaten vor Ort für die Planung und den Bau innovativer Demonstrationsanlagen

Biogas koppelt Energie- mit Chemie- und Mobilitätssektor

Unter den erneuerbaren Energien nimmt die Erzeugung von Biogas als »Bioenergie« für die Energiewende eine Sonderstellung ein: Während die Stromerzeugung aus Sonne und Wind stark vom Wetter abhängig ist, kann aus Biogas, einem Gemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid, prinzipiell kontinuierlich Energie produziert werden.  

Zudem kann Biogas kann über eine bestimmte Zeitspanne gespeichert und je nach Bedarf im Blockheizkraftwerk zu Strom und Wärme umgewandelt werden. Wird Biogas entsprechend aufgereinigt, kann das hochreine Methan auch als Kraftstoff (Erdgasfahrzeuge) oder Chemiegrundstoff Verwendung finden – oder ins Erdgasnetz eingespeist werden. Damit koppelt es die Sektoren Energie und Chemie.

Konzepte zur stofflichen und energetischen Verwertung von Biogas

Referenzprojekte

Anaerobe Behandlung von organischen Abfällen am Beispiel Brasilien: Bioreaktoranlage zur Vergärung von Küchenabfällen

Die Vergärung organischer Reststoffe stellt eine Alternative zur Abfallverwertung dar, bei der mit Biogas ein wertvoller Energieträger anfällt. Während in Deutschland Biomüllvergärungsanlagen weit verbreitet sind, wird diese Technik in Brasilien noch nicht angewendet. Der Hausmüll gelangt in Brasilien nach der Sammlung meist zusammen mit anderem Müll auf Deponien.

mehr Info

Biogasproduktion aus Nebenprodukten der Verwertung von Krabbenschalen – ChiBio

Nach dem Konzept einer Bioraffinerie werden neue Prozesse entwickelt, um Chitin als Ausgangsstoff für Spezialchemikalien zu verwenden.

mehr Info

GOBi – Ganzheitliche Optimierung der Biogasprozesskette

Laufzeit: Juni 2013 – Dezember 2016

Biogasanlagen sind ein wichtiger dezentraler Baustein beim Ausbau regenerativer Energien. Ziel des Projekts GOBi ist es, mit einem ganzheitlichen Ansatz die gesamte Prozesskette der Biogasproduktion – vom Anbau der Pflanzen bis zur Erhöhung der Ausbeute an Biogas – zu optimieren und dabei die Biomasse der eingesetzten Pflanzen möglichst vollständig zu nutzen.

mehr Info

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

Laufzeit: Oktober 2015 – Dezember 2018

In dem Vorhaben sollte der Betrieb einer Biogasanlage im Hochlastverfahren im Technikumsmaßstab realisiert und eine Erhöhung der Abbauleistung und Biogasproduktivität nachgewiesen werden. Dazu wurde parallel eine Referenzanlage mit herkömmlichem Verfahren betrieben. Beide Verfahren wurden zudem hinsichtlich der Mikroorganismenflora vergleichend charakterisiert.

mehr Info

Reststoffe aus der Olivenölproduktion – En-X-Olive

Obwohl seit über 50 Jahren nach einer kosteneffizienten, technisch realisierbaren und umweltgerechten Lösung zur Entsorgung dieser Reststoffe gesucht wird, konnte bis heute noch keine befriedigende Lösung flächendeckend in die industrielle Praxis überführt werden.

mehr Info

 

Stofflich-energetische Vollverwertung von Kulturpflanzen: Untersuchungen zur Biogasproduktion aus NaWaRo

Kohlenhydrate, Fette und Proteine werden zu Biogas vergoren und das nicht vergärbare Lignin wird abgetrennt und stofflich verwertet. Zudem soll Methan mittels Membranreaktoren in Gegenwart von Kohlenstoffdioxid oxidativ zu C1-Oxygenaten (Formaldehyd und Methanol) umgesetzt werden.

mehr Info

Vergärung von Restmüll: Zweistufige Vergärung mit integrierter Mikrofiltration und zusätzliche aerobe Stufe

Eine nachhaltigere Entsorgungsmöglichkeit für Reststoffe, die einen großen organischen Anteil besitzen, ist die Vergärung. Durch dieses anaerobe Verfahren wird Energie in Form von Biogas gewonnen, während gleichzeitig das Abfallvolumen verringert wird.

mehr Info