Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Entwicklung eines biologischen Verfahrens zur Reduktion des Methanschlupfes von Gasaufbereitungsanlagen mittels Einsatz methanotropher Mikroorganismen; Teilvorhaben 2

Anschrift
Johannes Gutenberg-Universität Mainz - FB 10 Biologie - Institut für Mikrobiologie und Weinforschung
55128 Mainz
Johann-Joachim-Becherweg 15
Kontakt
Prof. Dr. Helmut König
Tel: +49 6131 39-22662
E-Mail: hkoenig@uni-mainz.de
FKZ
22011711
Anfang
01.06.2011
Ende
31.07.2014
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Forschungsvorhaben ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Reduktion des Methanschlupfes aus Gasaufbereitungsanlagen zur Biomethanproduktion. Bei verschiedenen gängigen Verfahren zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität (PSA, DWW) ergibt sich das Problem eines erhöhten Methanschlupfes im Abgas von ca. 2 %. Nach den Vorgaben des EEG ist der Methanschlupf jedoch auf einen Wert von maximal 0,5 % zu begrenzen. Um diesen Grenzwert zu erreichen, ist derzeit eine technisch aufwendige und kostenintensive Nachbehandlung des Abgases in Form einer thermischen oder katalytischen Nachverbrennung notwendig. Im Rahmen des geplanten Projektes soll eine wirtschaftlichere Alternative auf der Grundlage einer biologischen Entmethanisierung des Abgases mit Hilfe methanotropher Bakterien entwickelt werden. Zuerst soll die Entmethanisierung von Abgasen im Labormaßstab mit verschiedenen methanotrophen Stämmen demonstriert und optimiert werden. Parallel hierzu werden Untersuchungen zur Gewinnung und Ausschleusung des Stoffwechselzwischenproduktes Ameisensäure durchgeführt. Die Ameisensäure ließe sich über Rückführung in den Biogasfermenter zur erneuten Biogasproduktion nutzten, da sie ein Substrat bestimmter methanogener Bakterien darstellt. Parallel hierzu ist die Entwicklung eines Pilotreaktors im Technikumsmaßstab vorgesehen, mit dem eine Umsetzung in einen industriellen Maßstab unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten simuliert werden kann.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen der Laboruntersuchungen konnten verschiedene methanotrophe Bakterien aufgrund Ihrer Wachstumscharakteristika als potentielle Einsatzstämme für ein technisches Verfahren identifiziert werden. Insbesondere Isolate der Gattung Methylocystis aus Termitendärmen, welche vom Projektpartner zur Verfügung gestellt wurden, erwiesen sich als aussichtreiche Kandidaten. Parallel zur Optimierung und Auswahl der Einsatzstämme konnte die Planung, Entwicklung und Konstruktion des Festbettreaktors erfolgreich umgesetzt werden. Bei der Anlage handelte es sich um einen Festbett-Rieselstromreaktor in einem technischen Maßstab (330 L Volumen), bei dem Gasphase und Medium im Gegenstrom über ein Festbett aus Aufwuchskörpern geleitet werden. Im Rahmen umfangreicher Testläufe mit verschiedenen Einsatzstämmen konnte die Durchführbarkeit des neuartigen Verfahrens unter praxisnahen Bedingungen demonstriert werden. Unter optimierten Bedingungen wurden hierbei spezifische Abbaugeschwindigkeiten von bis zu 45 L CH4/h je m3 Reaktorvolumen erzielt. Im Hinblick auf das Upscaling des Verfahrens in einen Praxismaßstab ergibt sich hieraus ein notwendiges Reaktorvolumen von ca. 40 – 45 m3 je 100 m3/h Rohgaskapazität einer Biomethanaufbereitungsanlage. Optimierungs- und Entwicklungsbedarf besteht allerdings noch im Hinblick auf die zu erzielenden Endkonzentrationen im Abgas. Durch die rückläufige Abbaugeschwindigkeiten im niedrigen Konzentrationsbereich (<1,5 % Methan) sind Endkonzentrationen <0,5 % Methan im gereinigten Abgas auf dem aktuellen Stand der Entwicklung erst bei größeren Reaktorvolumina erreichbar. Ansatzpunkte für eine weitere Verfahrensoptimierung sind der Einsatz von Mischkulturen und ein zweistufiges Verfahren. Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse wird das PFI die Verfahrensentwicklung fortsetzten mit dem Ziel eine Demonstrationsanlage in einem Praxis-Maßstab zu entwickeln. Als Standort für die Demonstrationsanlage ist der Energiepark Pirmasens-Winzeln vorgesehen.

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