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 1: Prozessentwicklung - Akronym: Hydroflex

Anschrift
Technische Universität Berlin - Fakultät III - Prozesswissenschaften - Institut für Biotechnologie - Fachgebiet Bioverfahrenstechnik
Ackerstr. 76 ACK24
13355 Berlin
Projektleitung
Prof. Dr. Peter Neubauer
Tel: +49 30 314-72527
E-Mail schreiben
FKZ
22039818
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) zeigten, dass dabei weitestgehend ohne oder mit nur geringen mechanischen Substratvorbehandlungen gearbeitet werden muss und keine Enzymzusätze oder ähnliches notwendig sind. Es zeigte sich im dynamischen Betrieb des Propfenstromreaktors nach einer Korrelationsanalyse, dass insbesondere die Entwicklung der Leitfähigkeit entlang der Reaktorebene als ein auch in der Praxis einfach zu messender Parameter wesentliche Prozessinformation über die Hydrolyse liefern kann, da zwischen den Gradienten und der off line bestimmbaren Säurekonzentration sowie der Zellpolarisierbarkeit ein linearer Zusammenhang besteht. Zudem ist es sinnvoll, den pH-Wert an zwei Stellen und nicht wie häufiger in der Praxis appliziert, nur im Reaktorzentrum oder am Eingang zu messen. Durch die verschiedenen Maßnahmen konnte beim Einsatz von Maissilage als Substrat und Bioaugmentation mit Paenibacillus spp. eine Erhöhung der Hydrolyserate von bis zu 76% und bei Mischsubstrat mit 30% Stroh eine Erhöhung von 26% erzielt werden. Gleichzeitig stieg die Säurekonzentration am Auslass um 54%. Die Effekte nach Bioaugmentation hielten mindestens 2 Verweilzeiten an.
Aufgabenbeschreibung
Das Gesamtziel dieses Vorhabens war die Entwicklung eines Pfropfenstrom-basierten Hydrolyseverfahrens, welches mit unterschiedlichen Substratzusammensetzungen entlang der Reaktorebene betrieben wird, so dass mit der Kopplung von bis zu zwei Dünnschlamm-Rezirkulationskreisen 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 machen. 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. Es wurde ausgehend von Ganzpflanzenmaissilage als Referenzbetriebsweise nach und nach der Anteil an Stroh im Substrat erhöht. Währenddessen wurden zuvor ausgewählte hydrolytische Mikroorganismen aus Reinkultur im Reaktor zugesetzt (Bioaugmentation) und anschließend verschiedene Dünnschlamm-rezirkulationsmodi gewählt. Dabei wurden die Prozesseigenschaften neben einer Charakterisierung der Gradientenbildung in der Flüssigphase durch online Monitoring durch offline Messungen beschrieben. So konnten die Auswirkungen unterschiedlicher Konfigurationen, besonders bezüglich der Bioaugmentation und Dünnschlammrückführung auf den Hydrolyseprozess hin untersucht werden.

neue Suche