Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie aus Schadstoffen Wertstoffe werden: Fähigkeit biogasbildender Mikroorganismen unterschätzt

16.02.2015

Wissenschaftler am Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartechnik konnten zeigen, dass sich mithilfe von anaeroben Mikroorganismen im Biogasprozess auch komplexe organische Schadstoffe verwerten lassen. Phenole, Furane, Aldehyde und Ketone, die häufig in den flüssigen Nebenprodukten aus der thermochemischen Umwandlung von Biomasse auftreten, lassen sich einfach und effektiv zu Biomethan abbauen. Damit ist die Grundlage geschaffen, um Verkohlungsprozesse wie die Hydrothermale Karbonisierung (HTC) und die Pyrolyse nachhaltig und effizient in Bioraffinerien einzugliedern. Die Ergebnisse wurden soeben in der renommierten Fachzeitschrift „Bioresource Technology“ veröffentlicht.

Die Verfahren zur Herstellung von Stoffen und Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen beruhen in der Regel auf biologischen oder thermochemischen Prozessen. Letztere bieten den Vorteil einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit. Bei Temperaturen von 250°C und mehr lassen sich organische Verbindungen, auch biologisch nur schwer abbaubare wie Lignin, rasch aufschließen.


Biogas-Laborversuch am ATB

Foto: Werner/ATB

Thermochemische Prozesse sind jedoch sehr unspezifisch in der Produktbildung: Neben den gewünschten Wertstoffen fallen auch mehr oder weniger problematische organische Nebenprodukte an. Dies verringert die Ausbeute und verursacht zusätzliche Kosten für die Abwasserreinigung.

Die Forscher der am ATB ansässigen Nachwuchsgruppe APECS widmeten sich in ihrer Arbeit den flüssigen Nebenprodukten aus der thermochemischen Umwandlung von Biomasse. Untersucht wurden Abwässer aus der HTC sowie aus der Pyrolyse. Beide Prozesse sind vielseitig anwendbar und lassen eine hohe Relevanz in zukünftigen Bioraffineriekonzepten erwarten. Das Problem bisher: Diese Prozesse erzeugen Abwässer, die eine hohe Belastung mit diversen Schadstoffen wie Phenole, Furane, Aldehyde und Ketone aufweisen.

Hauptprodukt beider Prozesse ist Biokohle, ein kohlenstoff- und energiereicher Feststoff, der als Energieträger Verwendung finden kann, aber auch für eine Reihe weiterer Anwendungsbereiche geprüft wird - von der Bodenverbesserung bis zur Elektrotechnik. Nebenprodukte bei der Pyrolyse sind das sogenannte Syngas, ein energetisch gut verwertbares Gas, sowie ein Kondensat aus flüchtigen Verbindungen, für das es gegenwärtig noch keine ideale Nutzung gibt. Bei der HTC fällt insbesondere eine flüssige Substanz an, die reich ist an verschiedenen organischen und mineralischen Verbindungen. Beide Abwässer erfordern eine gründliche Aufbereitung, bevor sie zurück in die Umwelt gelangen.

In ihrem in der Fachzeitschrift „Bioresource Technology“ erschienenen Artikel berichten die Potsdamer Forscher über die erfolgreiche anaerobe biologische Umwandlung wasserlöslicher Pyrolysekondensate in Labortests.

Die Kondensate stammten aus der Verkohlung von Gärresten von der Biogasproduktion durch Pyrolyse bei Temperaturen von 330 bis 530°C. Ein Großteil der organischen Verbindungen konnte im Biogasprozess zum energiereichen Biomethan ab- bzw. umgebaut werden. Nach der biologischen Behandlung waren die untersuchten toxischen Verbindungen 5-HMF, Furfural, Phenol, Catechol und Guajacol nicht mehr nachweisbar. Eine Ausnahme bildete Kresol, das immerhin um 10 bis 60 % reduziert werden konnte.

Starken Einfluss zeigte die Pyrolysetemperatur: je höher die Temperatur bei der Verkohlung ist, desto weniger organische Substanz ist abbaubar. So führte eine Erhöhung der Pyrolysetemperatur von 330°C auf 530°C dazu, dass statt 57% nur noch 37% des als chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) ausgewiesenen Gesamtgehalts an organischen Stoffen abgebaut werden konnten.

„Unsere Ergebnisse zeigen die vielfältigen Möglichkeiten, wie thermochemische Prozesse wie die Pyrolyse und die HTC synergetisch mit der Biogaserzeugung verschaltet werden können“, unterstreicht Projektleiter Dr. Jan Mumme den Mehrwert dieser Verfahrenskombination.

„Neben der Biokohle kann so zusätzlich Energie in Form von Biogas gewonnen werden“, ergänzt Nachwuchswissenschaftler Tobias Hübner. „Die Kopplung thermochemischer und biologischer Verfahren im Sinne einer Bioraffinerie ist gegenwärtig ein stark beforschtes Thema. Mit unseren Arbeiten möchten wir einen wichtigen Beitrag für die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit dieser Systeme zu leisten“, so Mumme.

Dass sich Abwässer aus der HTC gut als Ausgangsstoff für die Biogasgewinnung eignen konnten die APECS-Wissenschaftler bereits 2013 belegen. In weiteren Arbeiten zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Chemische Technologie ICT Pfinztal gelang es zudem, einzelne Stoffe mittels NIR-Technik in der HTC-Flüssigkeit zu erfassen - eine wichtige Grundlage, um die Umwandlungsprozesse gezielt in Richtung gewünschter Produkte zu lenken.

Die Projektgruppe „APECS - Anaerobic Pathways to Renewable Energies and Carbon Sinks“ wurde von 2009 bis Ende 2014 vom BMBF im Rahmen von „Bioenergie 2021“ gefördert. Projektleiter Dr. Jan Mumme arbeitet gegenwärtig als Gastwissenschaftler am UK Biochar Research Center der University of Edinburgh.

Literatur:
Hübner, T., Mumme, J. (2015): Integration of pyrolysis and anaerobic digestion - use of aqueous liquor from digestate pyrolysis for biogas production. Bioresource Technology, DOI: 10.1016/j.biortech.2015.02.037

Wirth, B., Mumme, J. (2013): Anaerobic digestion of waste water from hydrothermal carbonization of corn silage. Applied Bioenergy 1, 1-10. Online verfügbar unter: http://tinyurl.com/oqwrksp

Reza, M.T., Becker, W., Sachsenheimer, K., Mumme, J. (2014): Hydrothermal carbonization (HTC): Near infrared spectroscopy and partial least-squares regression for determination of selective components in HTC solid and liquid products. Bioresource Technology 161, 91-101. Online verfügbar unter: http://tinyurl.com/lhm7op2

Kontakt:
Dr. Jan Mumme – Leiter der Nachwuchsgruppe APECS
E-Mail: jan.mumme@ed.ac.uk; jmumme@atb-potsdam.de

Helene Foltan – Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 0331 5699-820, E-Mail: hfoltan@atb-potsdam.de

Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)
Max-Eyth-Allee 100, 14469 Potsdam

Helene Foltan | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Getreide, das der Dürre trotzt
19.09.2017 | Universität Wien

nachricht BMEL verstärkt Maßnahmen im Kampf gegen das Eschentriebsterben
11.09.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie