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
Biogasversuche am Fraunhofer IGB.
© 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

Nutzungskonzepte für Biogas: Energieträger, Kraftstoff, Chemierohstoff#

Biogas ist vielseitig nutzbar. Im Blockheizkraftwerk liefert es Strom und Wärme. Wird Biogas zu Biomethan aufbereitet, kann dieses ins Erdgasnetz eingespeist werden oder als Kraftstoff für entsprechend ausgerüstete Fahrzeuge dienen. Schließlich können die Bestandteile Methan und Kohlenstoffdioxid auch stofflich genutzt werden. Das Fraunhofer IGB unterstützt Sie bei der Umsetzung neuer Nutzungskonzepte.

 

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.

 

Herstellung von Basischemikalien aus Methan und Kohlenstoffdioxid

Biogas, ein Gemisch aus Methan und CO2, kann als Substrat verwendet, um Basischemikalien oder Biopolymere wie Polyhydroxyfettsäuren herzustellen. Bei der Verwertung von Biogas kommen methanotrophe, also aerobe Mikroorganismen zum Einsatz.

Nutzung von Biomethan als Kraftstoff#

Betankung
© Fraunhofer IGB / Frank Kleinbach
Mit Membranen aufgereinigtes Biogas dient als Kraftstoff für Fahrzeuge mit Erdgasantrieb.

Aufgrund seiner hohen Nettoenergieausbeute ist Biogas der wichtigste Bioenergieträger. Biogas, eine Mischung aus energetisch nutzbarem Methan und Kohlenstoffdioxid, entsteht bei der anaeroben Vergärung organischer Masse. In Verbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung gilt die Biogasgewinnung als Technik mit sehr hohem CO2-Vermeidungspotenzial.

Dass sich Biomethan auch im Mobilitätssektor – als Kraftstoff für entsprechend aufgerüstete Fahrzeuge eingesetzt werden kann, hat das Fraunhofer IGB im Projekt EtaMax gezeigt. In diesem Projekt wurde leicht vergärbare, lignocellulosearme nasse Biomasse – insbesondere kostengünstig anfallende Bioabfälle und Algenrestbiomasse, die keine Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln darstellen – mit einem kombinierten, modularen Verfahren unter maximaler Energiegewinnung vollständig zu Biogas umgesetzt und gleichzeitig alle Stoffkreisläufe geschlossen. Ziel ist eine Nutzung des als Fahrzeugkraftstoff aufgereinigten Biomethans für den Antrieb von CNG-Fahrzeugen (Compressed Natural Gas).

Auch in Brasilien wurde Biogas erfolgreich zur Biomethan aufbereitet und dient heute als Kraftstoff für eine betriebseigene Fahrzeugflotte. Hier wurde in einem von der Internationalen Klimaschutzinitiative (IKI) des Bundesumweltministeriums geförderten Projekt eine Anlage gebaut, um das Faulgas (Biogas) der Kläranlage im brasilianischen Franca zu Erdgasqualität aufzubereiten.