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 5

Anschrift
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH
04347 Leipzig
Torgauer Str. 116
Kontakt
Dipl.-Ing. (FH) Liane Müller
Tel: +49 341 2434-418
E-Mail: liane.mueller@dbfz.de
FKZ
22027808
Anfang
01.10.2010
Ende
31.03.2014
Aufgabenbeschreibung
In den Projekten 22012503/22017003/22017103 von Bioreact und 22011504/22010505/22010605 von ASA wurde die Wirkung von zugeführten Enzymen auf den Biogasprozess untersucht. Auf diese Vorprojekte aufbauend soll die Wirkung von Enzymen konkret betrachtet werden. Dazu sind Untersuchungen in unterschiedlichen Versuchsmaßstäben geplant. Neben der Untersuchung der Enzymwirkung im Labormaßstab soll auch die Wirkung an reellen Biogasanlagen nachgewiesen werden. Weiterhin ist geplant, den geeigneten Zugabeort der Enzyme in den Prozessstufen zu finden. Anhand der gewonnen Daten ist eine umfassende Bewertung vorgesehen. Dabei sollen Kosten und Nutzen gegenübergestellt werden, Stoff- und Energiebilanzen betrachtet werden und eine Verfahrensbewertung erfolgen. Mit Hilfe umfangreicher Untersuchungen soll die Wirkung des Einsatzes von Enzymen auf den großtechnischen Biogasprozess gezeigt werden. Es wird erwartet, dass es aufgrund des Einsatzes von Enzymen zu einem beschleunigten Aufschluss von Zellulose und Hemizellulose kommt, was eine größere Biogasausbeute nach kürzerer Zeit zu Folge haben könnte. Weiterhin kann durch den Aufschluss der Struktursubstanzen eine Viskositätsverringerung erfolgen, was den Eigenenergiebedarf der Anlage sinken lässt.
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 Rühr-leistung 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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