Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Einsatz von Spurenelementen in NaWaRo-beschickten Biogasanlagen zum Ausgleich substratbedingter Mangelerscheinungen und zur Stabilisierung des Gärprozesses; Teilvorhaben 1

Anschrift
Universität Hohenheim - Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740)
70599 Stuttgart
Garbenstr. 9
Kontakt
PD. Dr. Andreas Lemmer
Tel: +49 711 459-22684
E-Mail: andreas.lemmer@uni-hohenheim.de
FKZ
22025907
Anfang
01.11.2008
Ende
31.12.2012
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes ist die Ermittlung des Spurenelementbedarfs der am Biogasprozess beteiligten Mikroorganismen sowie die Bestimmung der Faktoren, welche die Verfügbarkeit dieser essentiellen Elemente beeinflussen. Durch Optimierung der Verfügbarkeit sowie die gezielte Zugabe soll die Leistungsfähigkeit der Fermenterbiologie gesteigert werden, um höhere Faulraumbelastungen realisieren zu können und somit die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen zu verbessern. Zunächst werden in kontinuierlichen einphasigen Laborversuchen die Einflussfaktoren auf die biologische Verfügbarkeit der Spurenelemente unter Beachtung der Veränderungen der Bakterienbioszönose untersucht (AP1). In den darauf folgenden Untersuchungen soll der Spurenelementbedarf getrennt für die primären und sekundären Gärer (Hydrolyse) und die methanogenen Organismen in einer zweiphasigen Laboranlage untersucht werden. (AP 2). Parallel zu den Laborversuchen werden an 14 NaWaRo - Praxisbiogasanlagen die Spurenelementgehalte der Gärsubstrate und der Inputsubstrate bestimmt. Ergänzend werden deren technische Leistungsfähigkeit und die Zusammensetzung der Bakterienbioszönose bonitiert. (AP 3). Während des letzten Projektabschnittes soll ein Produkt etwickelt werden, das den Mangel an Spurenelementen im Fermenter ausgleicht, deren Verfügbarkeit erhöht und einen hohen Anwendungsschutz aufweist (AP 4). Zur Durchführung der Versuche steht ein Labor mit 28 Durchflussfermentern, 10 Fermentern für die zweiphasige Vergärung sowie eine Forschungsanlage im Praxismaßstab (186 kW el) zur Verfügung (ergänzt durch kommerziell betriebene Anlagen). Die Bestimmung der Mikroorganismen erfolgt in einem top-to-bottom Ansatz, bei dem mit Hilfe von Primern in der PCR spezifische DNA-Bruchstücke amplifiziert werden. Mit dem zu entwickelnden Produkt sollen spurenelementbedingte Prozessstörungen an NaWaRo-Biogasanlagen vermieden werden. Gleichzeitig sollen Grundlagen für eine Fortentwicklung der Biogastechnik geschaffen werden.
Ergebnisdarstellung
In einer Untersuchung von Praxis-Biogasanlagen konnte nachgewiesen werden, dass die Mikro- und Makronährstoffgehalte der Gärsubstrate in den Fermentern in einem sehr weiten Bereich variieren. Ein Großteil der Anlagen wies zudem einen Nährstoffmangel auf, der zu einer Erhöhung der Säurekonzentrationen im Gärsubstrat führte. Die unterschiedlichen Nährstoffkonzentrationen im Gärsubstrat waren dabei im Wesentlichen durch die verschiedenen Einsatzstoffe bedingt. Im Mittel der untersuchten Anlagen wiesen die NawaRo-Substrate (überwiegend Ganzpflanzensilagen verschiedener Kulturpflanzen) deutlich geringere Mikronährstoffgehalte als tierische Substrate (Flüssig- und Festmist) auf. Bei den nachwachsenden Rohstoffen war wiederum in den Gras- und Rübensilagen der Mineralstoffgehalt wesentlich höher als in den untersuchten Maissilagen. Komplexbildner u. a. auf Basis von EDTA, IDS und Aminosäurenchelaten wurden in Laborversuchen getestet um die Zugabemengen von Mikroelementen im Biogasprozess ohne Methanertragverluste zu reduzieren. Es wurde gezeigt, dass in Gegenwart von komlexiertem Nickel die Zugabemenge deutlich reduziert werden kann ohne den Methanertrag deutlich zu beeinflussen. EDTA ist ein schwer biologisch abbaubarer Komplexbildner, so dass wie angeführt als umweltfreundliche Alternative auch leicht biologisch abbaubare Komplexbildner wie IDS und Aminosäurenchelate getestet wurden. Diese haben einen statistisch hoch signifikanten positiven Einfluss auf die Bioverfügbarkeit der Metallionen gezeigt und stellen eine gute Alternative zu EDTA dar. Vom Industriepartner wurde ein Spurenelementpräparat auf Basis von komplexierten Spurenelementen im Markt eingeführt, welches die genannten Vorteile im Rahmen der Bioverfügbarkeit und Dosierung für den Anlagenbetreiber vereint. Bei deutlich verminderten Zugabemengen bleibt die biochemische Prozessleistung unbeeinträchtigt, während umweltbelastende Gehaltswerte im Gärrest minimiert werden.

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