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 6

Anschrift
Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V.
66953 Pirmasens
Marie-Curie-Str. 19
Kontakt
Dr. Stefan Dröge
Tel: +49 6331 2490-846
E-Mail: stefan.droege@pfi-biotechnology.de
FKZ
22027908
Anfang
01.10.2010
Ende
31.03.2014
Aufgabenbeschreibung
In dem Verbundprojekt soll untersucht werden ob die in Vorprojekten gezeigten Effekte von Enzymen hinsichtlich der Wirkungsweise konkretisiert werden können und ob eine Übertragbarkeit auf kontinuierlich arbeitende Anlagen in verschiedenen Maßstäben gegeben ist. Die Wirkungsweise von Enzymen soll anhand der Verzuckerungsleistung sowie durch Nachweis von Metaboliten des Polymerabbaus im Labormaßstab untersucht werden. Hierbei soll die Abhängigkeit der jeweiligen enzymatischen Aktivitäten von zentralen Prozessparamtern (Temperatur, pH-Wert u.a.) berücksichtigt werden. Weiterhin sollen Effekte des Enzymeinsatztes auf Viskosität und Schwimmdeckenbildung untersucht werden um den Einfluss auf Rührzeiten bzw. Rührleistung zu bewerten. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse wird parallel in zwei Scaling-up-Schritten überprüft. Die gewonnenen Daten dienen als Basis für eine umfassende Kosten-Nutzen-Analyse, Verfahrensbewertung und Stoff- und Energiebilanzierung hinsichtlich des Einsatzes von Enzymen bzw. Enzymmischungen in Biogasanlagen. In Abhängigkeit vom Substrateinsatz und zentralen Anlagenparamtern sollen hieraus sollen konkrete Handlungsempfehlungen für Betreiber abgeleit werden
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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