Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kohle-Doping für Biogasanlagen: Mit Biokohle zu höheren Gaserträgen

19.05.2014

Wissenschaftler am Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartechnik konnten zeigen, dass der Einsatz von Biokohle einen effektiven Ansatz zur Erhöhung der Biogasausbeute sowie zur Stabilisierung des Biogasprozesses bietet.

Die in Biogasanlagen häufig auftretende Ammonium-Hemmung kann mit Biokohle reduziert werden. Biokohle, ein Produkt der thermochemischen Behandlung von Biomasse, kann aus den Gärresten der Biogasanlage selbst hergestellt werden und zwar so, dass sich die energetische Ausbeute steigern lässt. Die Ergebnisse wurden soeben in der renommierten Fachzeitschrift „Bioresource Technology“ veröffentlicht.

Biogas ist ein wichtiges Element für den Energie-Mix der Zukunft: Es kann je nach Bedarf und Nachfrage in Strom und Wärme umgewandelt werden und nach entsprechender Aufbereitung als Biomethan ins Erdgasnetz eingespeist werden. Um die Erzeugung von Biogas weiter ausbauen und kostengünstig halten zu können, sind Lösungen gefragt, die es ermöglichen, den Wirkungsgrad der Biogasanlagen zu steigern und bisher kaum genutzte Abfälle einzusetzen.

Hierzu zählen stickstoffreiche Abfälle wie Geflügelmist. Aus organischem Stickstoff entsteht bei der Vergärung Ammonium, das die Mikroflora im Fermenter empfindlich stören kann. Je höher der Ammonium-Gehalt, desto langsamer verläuft die Biogasbildung und desto geringer ist die Ausbeute. Die sogenannte Ammonium-Hemmung gehört zu den verbreitetsten Problemen bei der Biogaserzeugung.

Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Agrartechnik in Potsdam setzen bei ihrem Lösungsansatz auf Biokohle, ein kohlenstoff- und oberflächenreiches Material, das ähnlich der Holzkohle bei der Verschwelung von Biomasse entsteht und aus Gärresten der Biogasanlage selbst hergestellt werden kann.

Aufgrund ihrer hohen biologischen Stabilität und großen Aufnahmefähigkeit für Wasser und Nährstoffe wird Biokohle insbesondere als Hilfsstoff zur Verbesserung von wenig fruchtbaren Böden und zur dauerhaften Bindung von Kohlenstoff (C-Sequestrierung) betrachtet. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ist Biokohle aber auch für eine Reihe weiterer Anwendungen interessant, wie die Reinigung von Abwässern oder die Katalyse biologischer oder chemischer Prozesse.

In ihrem in der renommierten Fachzeitschrift „Bioresource Technology“ erschienenen Artikel berichten die Potsdamer Wissenschaftler über den Einsatz von Biokohle im Biogasprozess. Demnach kann der Einsatz von Biokohle eine beginnende Ammonium-Hemmung unterbinden und darüber hinaus die Struktur der Mikroflora positiv beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen einen erhöhten Anteil methanbildender Mikroorganismen nach der Zugabe von Biokohle. Biokohle kann zudem als direkte Nahrungsquelle für die Mikroorganismen dienen, wodurch der Ertrag an Biogas steigt.

Ausgangsmaterial für die Herstellung der Biokohlen im Versuch war zum einen Gärrest, zum anderen eine Abfallmischung aus Papiermühlenschlamm und Weizenspreu. Der feuchte Gärrest wurde durch hydrothermale Karbonisierung behandelt, die Abfallmischung mittels Pyrolyse zu Biokohle gewandelt. In Laborversuchen wurden die so erzeugten Biokohletypen bei unterschiedlichen Ammonium-Konzentrationen auf ihre Wirkung getestet. Dabei zeigte sich jedoch auch, dass mit steigender Ammoniumkonzentration die positive Wirkung der Biokohle abnimmt und ihre Wirkung bisher nicht an die von Zeolith, einem mineralischen Material mit hohem Bindungsvermögen für Ammonium, heranreicht.

Bei Ammoniumkonzentration von 3,1 - 6,6 g N je kg Reaktorinhalt zeigten die Biokohlen keine Wirkung mehr, während Zeolithe bei 6,6 g N je kg noch bis zu 20 % der Hemmung aufheben konnten. Da die getesteten Biokohlen aber nicht gezielt für den Einsatz in Biogasanlagen entwickelt wurden, ist hier noch ein erhebliches Optimierungspotenzial zu erwarten.

Insbesondere Biokohlen, die mittels hydrothermaler Karbonisierung, einer milden und dadurch energieeffizienten Form der Biokohleerzeugung, hergestellt wurden, sind für den Einsatz in Biogasanlagen geeignet. Der HTC-Prozess findet im Wasser statt und bietet daher passende Bedingungen für die Verkohlung des feuchten Gärrests. Im kombinierten Verfahren Biogas-Biokohle kann das während der hydrothermalen Karbonisierung anfallende Prozesswasser als gut vergärbare Biomasse in den Biogasfermenter eingespeist und die Biokohle als Aufwuchsträger und zusätzliche Nahrung für die Mikroorgansimen genutzt werden. Im Gesamteffekt lässt sich dadurch der Biogasertrag vor allem aus schwer abbaubaren Bio-massen wie Stroh deutlich - bis auf das Doppelte - steigern.

„Biokohle kann genau dort wirken, wo die Biogaserzeugung an ihre Grenzen stößt: Beim Einsatz stickstoffreicher Biomassen, zur Erhöhung der Ausbeute aus schwer aufschließbaren Biomassen, zur Minderung von Stickstoffemissionen aus Gärresten und für die Versorgung des Bodens mit stabilem Kohlenstoff“, fasst Dr. Jan Mumme, Leiter des Projekts APECS am ATB, die in Aussicht stehenden positiven Effekte zusammen. „Aktuell arbeiten wir daran, die Biokohle noch wirkungsvoller in den Biogasprozess zu integrieren. Beispielsweise haben wir einen neuen Typ Biogasreaktor entwickelt und zum Patent angemeldet, der getrennte Bereiche für Biomasse und Biokohle aufweist. Unser Ziel ist es, das Gesamtverfahren zusammen mit Partnern aus Industrie und Landwirtschaft in die Pilot- und Demonstrationsphase zu bringen.“

Maja Werner, Doktorandin bei APECS, und Franziska Srocke, die derzeit an der kanadischen McGill University im Rahmen ihrer Promotion darüber forscht, wie Biokohle dazu beitragen kann, organische Schadstoffe in Böden schneller abzubauen, ergänzen die Positivliste: „Unsere Ergebnisse lassen vermuten, dass Biokohlen auch als Träger für nützliche Mikroorganismen Anwendung finden können, um diese gezielt zum Beispiel in Biogasanlagen oder auch zur Sanierung schadstoffbelasteter Böden einzusetzen.“

Die Projektgruppe „APECS - Anaerobic Pathways to Renewable Energies and Carbon Sinks“ wird seit 2009 vom BMBF im Rahmen von „Bioenergie 2021“ für die Dauer von fünf Jahren gefördert.

Literatur:
Mumme, J., Srocke, F., Heeg, K., Werner, M. (2014, im Druck): Use of biochars in anaerobic digestion. Bioresource Technology. (http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2014.05.008)

Wirth, B., Mumme, J. (2013): Anaerobic digestion of waste water from hydrothermal carbonization of corn silage. Applied Bioenergy 1 (1), ISSN (Online) 2300-3553 , DOI: 10.2478/apbi-2013-0001, November 2013

Kontakt ATB:
Dr. Jan Mumme – Leiter der Nachwuchsgruppe APECS
Tel.: 0331 5699-913, E-Mail: jmumme@atb-potsdam.de

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

Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V.
Max-Eyth-Allee 100, 14469 Potsdam
www.atb-potsdam.de

Die Forschung des Leibniz-Instituts für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) zielt auf die ressourceneffiziente Nutzung biologischer Systeme zur Erzeugung von Lebensmitteln, Rohstoffen und Energie in Anpassung an Anforderungen von Klimaschutz und Klimawandel. Zu diesem Zweck entwickelt das ATB verfahrenstechnische Grundlagen für eine nachhaltige Landbewirtschaftung und stellt innovative technische Lösungen für Landwirtschaft und Industrie bereit. Eine Querschnittsaufgabe ist die Analyse und Bewertung des Technikeinsatzes entlang der Wertschöpfungskette. Die im Rahmen von Bioraffinerie- und Kaskadennutzungskonzepten entwickelten Technologien sind ein Beitrag zur Schaffung einer biobasierten Stoff- und Energiewirtschaft.

Helene Foltan | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.atb-potsdam.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht 3D-Mapping von Räumen mittels Radar
17.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Hochtemperaturspeicher für Ökostrom
13.10.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie

Pflanzen gegen Staunässe schützen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Trends der Umweltbranche auf der Spur

17.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz