Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Dynamische Regelung von Prozessen zur Vergärung nachwachsender Rohstoffe unter Verwendung eines Propionsäure erkennenden Gas-Sensor-Arrays; Teilvorhaben 1

Anschrift
Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) - Abt. Bioverfahrenstechnik
Max-Eyth-Allee 100
14469 Potsdam
Kontakt
Prof. Dr. habil. Bernd Linke
Tel: +49 3315699-110
E-Mail: blinke@atb-potsdam.de
FKZ
22015905
Anfang
01.08.2006
Ende
31.12.2009
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen des Verbundvorhabens mit den Projektpartnern Leibniz–Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB), Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) und Airsense Analytics GmbH (Airsense) ist ein Messgerät zur Erfassung der Karbonsäuren in Fermentern von Biogasanlagen entwickelt worden, das kritische Belastungszustände erfassen kann. Hierzu wurden Langzeitversuche im Labormaßstab mit häufig in der Praxis eingesetzten Substraten durchgeführt. Hierbei konnte der Zusammenhang zwischen der Akkumulation der Propionsäure und Belastung des Fermenters eindeutig nachgewiesen werden. Die Bildung der prozesshemmenden Propionsäure ist sehr komplex. Mögliche Ursachen sind die Verfügbarkeit von Mikronährstoffen und zu hohe Ammoniakgehalte. Für die Kalibrierung Gas-Sensor-Arrays wurden umfangreiche Labortests hinsichtlich Probenvorbereitung, Pufferungssystem und signalaktiver Begleitstoffe durchgeführt. Das neu entwickelte autarke Gerät verfügt über eine Heizvorrichtung (Headspace) zum Erwärmen der flüssigen Proben aus dem Fermenter, eine beheizte Gasleitung zum Einlass eines kurzen Gaschromatographen und ein Gas-Sensor-Array. Das Gas-Sensor-Array besteht aus drei unterschiedlichen Metalloxidsensoren und einem Photoionisationsdetektor. Die Bedienerführung, Steuerung, Auswertung der Messsignale und Darstellung der Ergebnisse erfolgt über einen integrierten Mikrokontroller. Mit dem Gerät kann die Essigsäure- und Propionsäurekonzentration ermittelt werden. Die Quantifizierung erfolgt mit einem Standard, welcher vor der Analyse der Fermenter-Probe zu vermessen ist. Die Ergebnisse werden nach ca. 15 Minuten auf dem Display in gl-1 angezeigt.
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Verbundvorhabens ist die Erhöhung der Stabilität und Leistungsfähigkeit des Prozesses der Biogasbildung durch die Entwicklung einer dynamischen Regelstrategie auf Basis des Einsatzes eines Gas-Sensor-Arrays zur einfachen und kostengünstigen Ermittlung des Propionsäuregehalts in Biogasreaktoren. Das ATB entwickelt dabei die Propionsäure basierte Regelstrategie. Es werden Fermentationsversuche im Technikumsmaßstab durchgeführt. Hierzu werden vier Fermenter mit den Grundsubstraten Rinder- und Schweinegülle sowie der Energiepflanze Mais kontinuierlich betrieben. Die Ko- und Monovergärung von Maissilage erfolgt unter mesophilen bzw. meso- und thermophilen Bedingungen. Das Ausführen unterschiedlicher Belastungsregime ermöglicht eine Analyse und Modellierung der Dynamik- und Hemmwirkung der Propionsäure. Nachfolgend wird eine dynamische Regelstrategie entwickelt, die unter Verwendung des von den Verbundpartnern bereitzustellenden Messsystems mit Gas-Sensor-Array weiter optimiert und anschließend in der Praxis erprobt wird. Die Verwertung der Ergebnisse erfolgt durch das ATB in Form von wissenschaftlichen Publikationen sowie durch die Präsentation auf Tagungen und Fachmessen.

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