Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Verbundvorhaben: Untersuchungen und Bewertung zum Einsatz von Enzymen in Biogasanlagen auf deren Wirksamkeit und deren Wirkungsweise sowie zur Veränderung des Verfahrensablaufs im Labor-, Technikum- und Praxisanlagen-Maßstab; Kurztitel: BiogasEnzyme; Teilvorhaben 1

Anschrift
Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB)
14469 Potsdam
Max-Eyth-Allee 100
Kontakt
Dr. Monika Heiermann
Tel: +49 331 5699-217
E-Mail: mheiermann@atb-potsdam.de
FKZ
22027707
Anfang
01.10.2010
Ende
30.04.2014
Aufgabenbeschreibung
In dem hier beantragten Verbundprojekt soll untersucht werden, ob die in Vorprojekten nachgewiesene Wirkung von Enzymen konkretisiert und auf kontinuierlich arbeitende Anlagen in verschiedenen Maßstäben (Labor-, Technikum- und Praxisanlage) übertragen werden kann. Weiterhin soll anhand der Daten aus Praxisanlagen eine umfassende Bewertung durchgeführt werden. Neben der Untersuchung der Enzymwirkung im Labormaßstab soll auch die Wirkung in Praxisbiogasanlagen nachgewiesen werden. Als Zwischenschritt finden Versuche im Technikumsmaßstab statt. Es ist geplant, Untersuchungen zum geeigneten Zugabeort der Enzyme in den Prozessstufen zu identifizieren, die Wirkung auf den Biogasertrag und auf die Veränderung der Viskosität durchzuführen. Anhand der gewonnenen Daten ist eine umfassende Bewertung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses, der Stoff- und Energieflüsse und des Verfahrens vorgesehen. Der Einsatz von Enzymen soll den Aufschluss von Zellulose und Hemizellulose und weiterer Verbindungen verbessern. Dies führt zu einer Steigerung der Biogasausbeute. Die Veränderung in den Struktursubstanzen führt außerdem zu einer Verringerung der Viskosität und somit des Eigenenergiebedarfs der Anlage. Insgesamt kann erwartet werden, dass durch die erfolgreiche Umsetzung des Projekts die Effizienz in der Biogastechnologie gesteigert wird.
Ergebnisdarstellung
Die Konzentration der cellulolytischen Enzyme hat neben der Temperatur und dem pH-Wert den größten Einfluss auf die Freisetzung reduzierender Zucker. Keine eindeutigen Abhängigkeiten zeigten die Versuche zur Aminosäurefreisetzung durch Proteasen. Alle Enzympräparate zeigten nach 4-8 h, trotz Stabilisatoren, deutliche Aktivitätsverluste. Eine enzymbasierte Faseranalytik war nicht möglich, es wurde jedoch die Basis einer Fingerprintanalyse geschaffen. Die Enzymzugabe zu den Batch-Reaktoren bei mesophiler Temperatur und neutralem pH gab keine signifikanten Effekte auf Ausgasungsgeschwindigkeit und Biogasertrag. Dies verbesserte sich unter thermophilen Bedingungen oder bei einer vorgelagerten Hydrolyse für einige Substrat-Enzym-Kombinationen auf einem < 10 %-Niveau und nur bei deutlich höheren Enzymdosierungen als praxisüblich. In den kontinuierlichen Gärversuchen konnten diese Beobachtungen nicht bestätigt werden. Variation von Applikation und Einsatzstoffen zeigten in der Technikumsanlage (30 m³) Effekte der Enzymzugabe. Maissilage mit Enzym Cell_a erzielte keine Effekte. Bei Maissilage und Hühner-trockenkot sowie Cell_a und Prot_a als Enzympräparate wurde ein Anstieg der Biogasausbeute von 4 6 % und eine Reduktion der Rührwerksleistung von 9 11 % beobachtet. Trotz intensiver Planung und Beratung erwies es sich als schwierig, eine Biogasanlage über einen längeren Zeitraum konstant zu betreiben. Die Versuche ergaben, dass eine kombinierte Applikation von cellulolytischen und proteolytischen Enzympräparaten wie im Pilotversuch, jedoch deutlich schwächer ausgeprägt, einen Anstieg der Biogasausbeute und generell eine Abnahme in der Rührleistung zeigte. Die Bewertung ergab keine eindeutigen Effekte in der Stoffbilanzierung und tendenziell positive Effekte in der Energiebilanz. In der Kosten-Nutzen-Analyse überlagerten sich die positiven Effekte im Stromerlös und der Kostenreduktion für Einsatzstoffe und Rühraufwand mit den doch erheblichen Kosten für den Enzymeinsatz.

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