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Vergärung – Energie aus Biogas

Unter dem Begriff "Gärung" verstehen Wissenschaftler den mikrobiellen Abbau organischer Stoffe ohne den Einfluss von Sauerstoff zum Zwecke der Energiegewinnung.

Im Projekt:metabolon wird vor allem der Abbau von Biomasse durch Bakterien ohne Sauerstoffzufuhr untersucht, wobei Biogas und Wärme die wesentlichn Endprodukte darstellen. Die Vergärung von Substraten stellt hierbei einen Weg dar, wie flüssige Ausgangsstoffe in Energie umgewandelt werden können. 

Die Forscher arbeiten an verschiedenen Biogasanlagen und beschäftigen sich mit einer Vielzahl von Fragen zum Thema der Energiegewinnung, wie z.B.:

    • Wie kann der Energiegewinn bei der Biogasproduktion maximiert werden?
    • Welcher Substrat-Mix ergibt die höchste Energieausbeute?
    • Welche Substrate können sinnvoll eingesetzt werden?
    • Wie können Simulationsmodell die Steuerung optimieren?

Grundlagen der Vergärung

Die Produktion von Biogas ist Bestandteil der Erneuerbaren Energien Politik, besitzt bislang aber nur einen untergeordneten Stellenwert in der Stromproduktion. Das Potenzial dieses Ansatzes ist jedoch deutlich höher, vorallem ,wenn es zur gleichzeitigen Strom- und Wärmeerzeugung genutzt wird. In der sogenannten Kraft-Wärme-Kopplung weist es die beste Klimabilanz auf.

Biogas entsteht bei der Gärung organischer Stoffe durch Bakterien und stellt einen besonders nachhaltigen Weg der Energiegewinnung dar. Biogas verbrennt klimaneutral, da nur soviel CO2 freigesetzt wird, wie die Ausgangsstoffe zuvor bei ihrem Wachstum aufgenommen haben.

Forschungsanlage

Im Projekt :metabolon wurde eine hochmoderne Pilot-Plant Anlage zur Biogasproduktion aufgebaut, die den Forschern eine Vielzahl von Möglichkeiten bietet:

  • die Anlage ist baulich mit üblichen Biogasanlagen, die überall in Deutschland zu finden sind, vergleichbar
  • die Anlage besteht aus 2 paralellen Betriebsstraßen, d.h. ein direkter Vergleich bei unterschiedlichen Betriebs-Parameters wird möglich
  • die Anlage nutzt Automatisierungstechnik zur Regelung wichtiger Prozessparameter (u.a. auch Online-Messtechnik)
  • die geringe Anlagengröße ermöglicht rasche Versuchsansätze, ohne lange Wartezeiten auf eine funktionsfähige "Biologie" (Substratmischung mit lebenen Bakterienkulturen)
  • Störfälle können rasch behoben werden, da die Ausgangssubstrate zügig ausgetausch werden können (vgl. Größe)
  • die erzielten Forschungsergebnisse können in einem Up-Scaling auf industrielle Biogasanlagen übertragen werden

Forschungsergebnisse

Im Folgenden werde einzelne Forschungsergebnisse exemplarisch beschrieben:

  • Optimierung der Fütterung
    • Entwicklung einer Matlab-Toolbox, um die Prozesse in der Biogasanlage abbilden zu können
    • Vorhersage von Einfluss und Verwertbarkeit verschiedener Feed-Bestandteile auf Basis von Computer-Simulationen (Einsatz verschiedener Substrate)
    • Regelung der Substratzufuhr wurde optimiert
  • Einsatz von Online-Messsonden zur Regelungsoptimierung
    • Ergebnisse sind schneller verfügbar
    • Reaktion auf Veränderungen ist rascher möglich
    • verbessertes Regelungsverhalten
  • Einfluss der Lagerungsbedingungen auf das Gasbildungsverhalten von flüssigen Gärrestbestandteilen unter anaeroben Bedingungen
    • kontinuierliche Durchmischung erhöht das Gasbildungsverhalten um ca. 25 %
    • Gasbildung startet früher und bleibt konstanter
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