Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Langzeitstabile Inline-Messung organischer Säuren zur Beurteilung von Biogasprozessen (LIMOS); Teilvorhaben 1

Anschrift
Kurt-Schwabe-Institut für Meß- und Sensortechnik e.V.
04736 Waldheim
Kurt-Schwabe-Str. 4
Kontakt
Dr. Jens Zosel
Tel: +49 34327 608-102
E-Mail: zosel@ksi-meinsberg.de
FKZ
22011110
Anfang
01.10.2011
Ende
30.06.2014
Aufgabenbeschreibung
Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Messsystems zur Inline-Bestimmung der Konzentrationen der organischen Säuren Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure sowie weiterer Komponenten im Biogasprozess. Es soll Zusammenhänge zwischen den gemessenen Parametern nachweisen und dadurch zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen über die chemisch-biologischen Vorgänge im Reaktor sowie beim Übergang von organischen Säuren von der Flüssig- in die Gasphase führen. Die kontinuierliche Überwachung der organischen Säuren ermöglicht sehr genaue Aussagen über den Zustand des Prozesses. Dadurch können Störungen frühzeitig erkannt und Optimierungen sowie eine verbesserte Systemsteuerung bei der Biogasproduktion vorgenommen werden. Das Vorhaben wird am Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e.V. Meinsberg (KSI) in enger Kooperation mit dem Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP) und dem Ingenieurbüro Peter Zimmermann TEB als Unterauftragnehmer des IASP bearbeitet. Am KSI erfolgt schwerpunktmäßig die Entwicklung, Herstellung und Laborerprobung des Messsystems für die Flüssigphase von Biogasanlagen. Das IASP wird Vergärungsversuche mit verschiedenen Ausgangssubstrate durchführen und gemeinsam mit TEB das Messsystem an Laborreaktoren vor allem im Hinblick auf die Säurebildung und deren Zusammenhang mit den Parametern Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff und Sauerstoff erproben.
Ergebnisdarstellung
Das Projektziel, die Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung organischer Säuren in Bio-gasprozessen, wurde für Essigsäure als dem wichtigsten Parameter erreicht. In einer thermophil be-triebenen Biogas-Laboranlage konnte Essigsäure über einen längeren Zeitraum erfolgreich gemessen werden. Der aufgenommene Konzentrationsverlauf lieferte wichtige Informationen zur Bildung und An-reicherung der Säuren im Biogasprozess im Zusammenhang mit anderen Betriebsparametern (pH-Wert, CO2-, H2- und CH4-Konzentration) und äußeren Stressbedingungen (z. B. Fütterungsumstellung, inhomogene Substrate). Nach der Laborerprobung wurde mittels des Messsystems Essigsäure auch in einer mesophil betriebenen Biogas-Großanlage über vier Wochen erfolgreich gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass auch bei niedrigeren Medientemperaturen (38 °C) eine ausreichende Menge Essigsäure für die Detektion extrahiert wird. Für die Messungen der organischen Säuren in realen Bi-ogasmedien wurde ein Flammenionisations-Detektor (FID) verwendet. Eine in dem Vorhaben eben-falls entwickelte rauscharme Messschaltung mit coulometrischem Detektor ermöglicht es, Spuren von H2, O2 und CH4 ab 100 Vol.-ppb zuverlässig zu detektieren. Ergebnisse des Projekts wurden in mehreren Publikationen sowie in Vorträgen und Postern auf natio-nalen und internationalen Fachtagungen vorgestellt. Darüber hinaus wurden drei Patente zur Thema-tik des Vorhabens angemeldet. Die neu gewonnenen wissenschaftlichen Kenntnisse über den Einfluss organischer Säuren auf den Verlauf chemisch-biologischer Prozesse werden der Prozessoptimierung bestehender Biogasanlagen dienen. Damit leistete das Vorhaben einen Beitrag zur Erreichung der vom BMEL gestellten förderpoli-tischen Zielstellung, durch anwendungsorientierte Grundlagenforschung des Vergärungsprozesses und marktnahe Technologieentwicklungen auf dem Gebiet der Mess- und Regeltechnik Vorausset-zungen für einen sicheren und energieeffizienten Betrieb von Biogasanlagen zu schaffen.

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