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Prozessoptimierung von Biogasanlagen Biogas aus Abfall – Brain-Forscher verzeichnen wegweisenden Erfolg

| Redakteur: Dr. Jörg Kempf

Wissenschaftlern des Biotechnologie-Unternehmens Brain ist es gelungen, den mikrobiellen Prozess der Biogas-Bildung aus Abfallströmen zu optimieren und dabei die Energieausbeute gegenüber den etablierten Prozessen um mehr als 20 Prozent zu erhöhen.

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Elektro-Biogas-Fermenter mit montierten Brennstoffzellen: In dem 10-Liter-Prototyp-Fermenter mit vorgeschalteter und von Brain etablierter Exoenzymfarm konnte der Biogas-Produktionsprozess validiert werden und steht für eine industrielle Nutzung zur Verfügung.
Elektro-Biogas-Fermenter mit montierten Brennstoffzellen: In dem 10-Liter-Prototyp-Fermenter mit vorgeschalteter und von Brain etablierter Exoenzymfarm konnte der Biogas-Produktionsprozess validiert werden und steht für eine industrielle Nutzung zur Verfügung.
(Bild: © Luise Böttcher/Archiv Brain)

Zwingenberg – Eine Biologisierung der Energiegewinnung durch die konsequente Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen stellt einen Schwerpunkt der bundesdeutschen Forschung und Entwicklung dar. Das Thema ist dazu Teil der Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie 2030, in der auch das Forschungsvorhaben ESE-Biogas der Brain und der akademischen Partner unter dem FKZ: 03SF0424D angesiedelt ist.

Biogas ist die Energiequelle für mehr als 50 % der aus Biomasse gewonnenen elektrischen Energie in der Bundesrepublik Deutschland. Um nicht in Konkurrenz mit der Herstellung von Nahrungs- und Futtermitteln zu gelangen, setzt Brain hier klar auf die Optimierung der Verwertung von Abfallströmen wie Stroh, Holzabfällen oder tierischer Exkremente, die unter Verwendung mikrobieller Konsortien zum Energieträger Biogas umgesetzt werden.

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Die biochemische Konversion von Biomasse zu Biogas ist ein komplexer Vorgang, der eine diverse mikrobielle Lebensgemeinschaft benötigt. Die Komplexität dieser Lebensgemeinschaft in einem luftdicht abgeschlossenen Reaktor schließt bisher eine verlässliche Steuerung des Fermentationsvorgangs weitgehend aus, was eine großtechnische industrielle Nutzung der Technologie limitiert. Neben der fehlenden Regelungsmöglichkeit ist der initiale, sehr langsame, und damit geschwindigkeitsbestimmende Aufschluss der polymeren Biomasse zu durch Mikroorganismen abbaubaren Zucker-Monomeren eine weitere Limitation.

Biogasanlagen und das „Umkipp“-Problem

Eine bekannte Komplikation beim Betrieb von Biogasanlagen ist die Problematik des „Umkippens“ der Reaktoren durch eine Übersäuerung des Behälterinhalts. Der durch die Säureproduktion erniedrigte pH-Wert lässt in der Folge die empfindlichen Methan produzierenden Bakterien absterben und führt in der Konsequenz zu einer Fehlgärung des Behälterinhalts und damit einem wirtschaftlichen Schaden.

Der von Brain etablierte neue Prozess setzt hier an und macht den Fermentationsvorgang stabiler, nachhaltiger und effektiver, was mit weniger Aufwand zu höherer Ausbeute führt.

Der Prozess besteht dabei aus drei optimal interagierenden Hauptkomponenten: der Exoenzymfarm, dem Elektro-Biogas Fermenter und dem Biosensor. Mehr auf der nächsten Seite.

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