Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Pfropfenstrom-basierte Hydrolyse-Reaktoren mit flexibler Phasentrennung zur effizienten Substratvorbehandlung anaerober Gärprozesse; Teilvorhaben 2: Versuchsreaktor - Akronym: Hydroflex

Anschrift
Fickert & Winterling Maschinenbau GmbH
Wölsauer Str. 20
95615 Marktredwitz
Projektleitung
Tobias Schraml
Tel: +49 9231 502-57
E-Mail schreiben
FKZ
22038218
Anfang
01.04.2019
Ende
31.10.2021
Ergebnisverwendung
Im Rahmen dieses Projektes wurde an der TU Berlin ein Pfropfenstrom-basiertes Verfahren weiterentwickelt, um mit Hilfe von einer Gradienten-basierten Messung des pH-Wertes, der Leitfähigkeit sowie des Redoxpotentials zu einer robusteren Betriebsweise zu gelangen. Untersuchungen mit der Dünnschlammrezirkulation und eine gezielte Zuführung von Organismen, insbesondere Paenibacillus spp. in die ansonsten undefinierte Mischkultur (Bioaugmentation) zeigen, dass dabei weitestgehend ohne oder mit nur geringen mechanischen Substratvorbehandlungen gearbeitet werden muss. Es zeigte sich im dynamischen Betrieb des Propfenstromreaktors nach einer Korrelationsanalyse, dass insbesondere die Entwicklung der Leitfähigkeit als ein auch in der Praxis einfach zu messender Parameter wesentliche Prozessinformation über die Hydrolyse liefern kann. Zudem ist es sinnvoll, den pH-Wert an zwei Stellen parallel und nicht wie häufiger in der Praxis appliziert, nur im Reaktorzentrum oder am Eingang zu messen. Das Laborreaktorkonzept im Pfropfenstrombauweise und einem Fassungsvermögen von bis zu 15L Flüssigphase zeigte Material-seitig Schwächen bei starker Wasserstoffentwicklung, wie dies im Rahmen der Bioaugmentation auftrat. Insgesamt ist die Bildung von Wasserstoffgas als wünschenswert zu betrachten, da sich dadurch Kopplungsmöglichkeiten nicht nur wie ursprünglich vorgesehen mit dem ersten Hauptvergärer (mit dominanter Acidogenese), sondern auch mit dem Nachvergärer (dominante Methanogenese) ergeben. Daher wurden die ausgewählten Stahlbauteile teilweise durch geeignetes Material ersetzt. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Prozessüberwachung werden nach Projektende zur Auslegung von Versuchen im industriellen Maßstab verwendet, um eine autonome und automatisierte Betriebsweise zu unterstützen. Ein modulares Konzept mit separater vorgeschalteter mikrobieller Hydrolyse wird dabei als ein vielversprechender Weg angesehen, die Substratflexibilität auch in Bestandsanlagen zu erhöhen.
Aufgabenbeschreibung
Das Gesamtziel dieses Vorhabens war die Entwicklung eines Pfropfenstrom-basierten Hydrolyseverfahrens, welches mit unterschiedlichen Feststoffgehalten und -zusammensetzungen betrieben wird, so dass mit der Kopplung von bis zu zwei Dünnschlamm-Zirkulationskreisen entlang des Reaktors unterschiedliche hydrolytische Phasen gebildet werden. Diese sollten zu einer vollständigen und effizienten Hydrolyse führen und eine eventuell nachgeschaltete Hauptgärung zur Biogasgewinnung flexibler und robuster gestalten. Die biotechnologische Hydrolyse sollte dabei weitestgehend ohne oder mit nur geringen mechanischen Substratvorbehandlungen auskommen, keine Enzymzusätze oder ähnliches notwendig machen und gleichzeitig für niedrigere Viskositäten im Hauptvergärer sorgen. Gleichzeitig sollte die Hydrolyse aus energetischen Gesichtspunkten mesophil betrieben werden. Die Zugabe von hydrolytischen Mikroorganismen wurde mit und ohne Rezirkulation hinsichtlich der Unterstützung des Aufschlusses insbesondere von zellulolytischem Substrat untersucht. Von Fickert+Winterling wurde ein Pfropfenstrom-basiertes Laborreaktorsystem anhand einer Maßstabsverkleinerung erstellt, welches an mehreren Stellen mit Probennahmen und Sensoren ausgestattet wurde. Damit sollte das mögliche Auftreten von Gradienten und die Bedeutung für die Prozessüberwachung bestimmt werden.

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