Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Steigerung der Biogasausbeute durch den Eintrag von Schallwellen geringer Intensität in den Fermentationsprozess; Teilvorhaben 2

Anschrift
Ernst-Abbe-Hochschule Jena University of Applied Sciences - Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
07745 Jena
Carl-Zeiss-Promenade 2
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Karl- Dietrich Morgeneier
Tel: +49 3641 205-713
E-Mail: karl-dietrich.morgeneier@fh-jena.de
FKZ
22015211
Anfang
01.08.2011
Ende
31.01.2014
Aufgabenbeschreibung
Ein Großteil der Biogasanlagen arbeitet, trotz der besonderen Vergütungsregelungen des neuen Energieeinspeisegesetzes, an ihrer Wirtschaftlichkeitsgrenze. Eine wesentliche Ursache hierfür ist die sich bereits im Jahr 2008 andeutende Verknappung und Verteuerung der Gärsubstrate. Da jedoch das Ziel der gegenwärtigen Förderpolitik der Bundesregierung darin besteht, einen sich weitgehend selbst regulierenden Markt für erneuerbare Energien zu schaffen, muss auch die Effizienz bei der Nutzung dieser Energien gesteigert werden. In einer Zusammenarbeit von Biotechnologen, Automatisierungs- und Verfahrenstechnikern soll versucht werden, durch den effizienten Eintrag von Schallwellen mit Frequenzen < 20 kHz die Biogaserträge durch stärkeren Aufschluss von lignozellulosehaltigen Strukturen zu steigern und gleichzeitig weitere Erkenntnisse über das symbiotische Ökosystem eines Bioreaktors zu gewinnen. Im Projekt sollen Schallwandler direkt in die Fermenter eingebracht und vorerst die Schallausbreitung untersucht werden. Anschließend ist geplant diskontinuierliche und kontinuierliche Gärversuche unter Variation wesentlicher Parameter der Beschallung durchzuführen. Darauf aufbauend soll einerseits die Wirkung auf die Biologie und andererseits der kybernetische Aspekt der Beschallung durch eine Modellbildung und eine darauf aufbauende Steuerung/ Regelung und gesamtwirtschaftliche Optimierung des Biogasprozesses untersucht werden.
Ergebnisdarstellung
In Batchversuchen konnte nachgewiesen werden, dass durch eine Beschallung des Fermenterinhalts die zeitlich gebildete Methanmenge gesteigert werden kann. Die erreichbaren Mehrausbeuten liegen, bezogen auf den unbeschallten Betrieb, bei etwa 8%. Dabei erwiesen sich Schallfrequenzen im oberen hörbaren Bereich oder im Ultraschallbereich bis 24 kHz als am wirksamsten. Die effektiv eingetragenen Energiemengen sind äußerst gering, so dass Desintegrationseffekte als Ursache für die Erhöhung der gebildeten Methanmenge praktisch ausgeschlossen werden können. Vielmehr muss eine Anregung der Methanbakterien als Ursache für die vermehrte Methanbildung vermutet werden. Anhand einer ersten Skalierung des beschallten Volumens auf das Fünffache wurde zudem festgestellt, dass hinsichtlich der pro Volumeneinheit eingebrachten Schallenergie offenbar eine Grenze existiert, bei deren Überschreitung die gebildete Methanmenge nicht weiter zunimmt. Unabhängig von der Möglichkeit einer weiteren Verringerung der pro Volumeneinheit Gärsubstrat zugeführten Schallenergie kann bei Verwendung einer energieoptimierten Beschallungstechnik bereits auf der Basis der Versuchsergebnisse des kontinuierlichen Referenzversuches davon ausgegangen werden, dass die aus dem Methan-Mehrertrag erzeugbare Elektroenergiemenge die zur Beschallung eingesetzte Energiemenge deutlich übersteigt. Hinsichtlich der Anwendung der Technologie wurde die Einflussgröße der Beschallung in eine vorhandene Regelungs- und Optimierungsstrategie für Biogasanlagen integriert.

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