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 4

Anschrift
ASA Spezialenzyme GmbH
38302 Wolfenbüttel
Am Exer 19 C
Kontakt
Dr. Arno Cordes
Tel: +49 5331 8825-36
E-Mail: cordes@asa-enzyme.de
FKZ
22028008
Anfang
01.10.2010
Ende
31.03.2014
Aufgabenbeschreibung
In dem skizzierten Verbundprojekt soll untersucht werden, ob die in Vorprojekten nach-gewiesene 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 der Praxisanlage eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt werden. Zunächst soll bei Untersuchungen im Labormaßstab die Wirkungsweise einzelner Enzyme und von Enzymkombinationen aufgeschlüsselt werden. Dabei sollen unterschiedliche, häufig eingesetzte Eingangssubstrate (z.B. Maissilage, Anwelksilage, Weizen- und Roggenganzpflanzensilage) getestet werden. Danach werden die ausgewählten Enzymkombinationen in kontinuierlichen Systemen ausgehend vom Labormaßstab einem Scale-up bis hin zu industriellen Biogasanlagen unterzogen. Die so entwickelten und getesteten Enzympräparate sollen in Biogasanlagen zur Erhöhung der Biogasausbeute sowie zur Verbesserung der Betriebsparameter eingesetzt 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 Hühnertrockenkot 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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