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 Körperenergie als Stromquelle
22.08.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht „Cool“ bleiben im Büro: Wasser als Kältemittel im Alltag bald vor Durchbruch?
22.08.2017 | Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

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: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen