Optgas

Das GFZ entwickelt im Rahmen des Verbundvorhabens Frühwarnsysteme im Hinblick auf die Übersäuerung, die Schwimmschichtenbildung und in Zusammenarbeit mit dem UFZ auf die Schaumbildung. Hierfür werden Laborversuche und Untersuchungen an verschiedenen großtechnischen Anlagen durchgeführt. Damit soll die Vergleichbarkeit der Laborergebnisse mit der Praxis gewährleistet werden.

Zur Umsetzung des Vorhabens führt das DBFZ Traceruntersuchungen durch, welche belastbare Aussagen zur Prozesssteuerung von Biogasanlagen und zur Hygienisierung von Gärsubstraten ermöglichen sollen. Diese Maßnahmen unterstützen die Vermeidung von Prozessstörungen und die Optimierung der Technologie. Wesentlicher Bestandteil der Forschungsarbeit ist zudem die Kombination der Verweilzeitversuche mittels Tracermarkierungen und der numerischen Strömungssimulations-Berechnungen. Sie soll eine umfassende Schwachstellenanalyse hinsichtlich der Durchmischung ermöglichen. Daneben wird eine verbesserte Datenbasis für die ökologische Bilanzierung der Biogasproduktion aus biogenen Reststoffen und organischen Abfällen erstellt und Empfehlungen zur ökologischen Optimierung des Anlagenbetriebes entwickelt. Abschließend werden die entwickelten Prozessoptimierungen in Bezug auf ihre ökologischen Auswirkungen bewertet.

Das UFZ führt im Rahmen des Verbundvorhabens bioprozesstechnische Untersuchungen zur Schaumbildung durch. Mittels dieser Maßnahmen sollen Bedingungen der Schaumbildung identifiziert, aussagekräftige Messparameter definiert und Möglichkeiten der Schaumvermeidung abgeleitet werden. Zudem sollen die Auswirkungen von Antischaummitteln untersucht werden.

Die TU Berlin, Fachbereich Verfahrenstechnik, analysiert und modelliert im Rahmen des Verbundvorhabens die Fluiddynamik in Biogasreaktoren. Die geplanten Maßnahmen sollen zur Optimierung der Vergärung von Rest- und Abfallstoffen beitragen. Zum Einen führt die Verbesserung der Rührtechnik zu einer erhöhten Raum-Zeit-Ausbeute. Zum Anderen trägt eine bessere Ausschöpfung von Restgaspotenzialen zu einer Verbesserung der CO2-Bilanz. Ein weiterer Fokus liegt auf der Untersuchung der komplexen Rheologie der Substrate, da sie für die Fluiddynamik essenziell ist. Zur Umsetzung der Maßnahmen werden Messungen an den Reaktoren durchgeführt, regelmäßig Proben des Fermenterinhaltes entnommen und anschließend rheologisch charakterisiert. Durch die Errichtung eines Modellbiogasreaktors wird zudem die systematische Simulation des Ist-Zustandes in einem Fermenter ermöglicht. Die Simulation soll fluiddynamische Defizite aufdecken und zur Optimierung der Vergärungsverfahren beitragen.

Im Rahmen des Verbundvorhabens nimmt sich die TU Berlin, Fachgebiet Bodenkunde, der Aufgabe an, die wissenschaftlichen Grundlagen dafür zu schaffen, dass Nährstoffkreisläufe geschlossen, Schadstoffanreicherungen in Böden vermieden und die CO2-Bilanz bei der Biogasherstellung optimiert werden können. Hierfür werden die in verschiedenen Gärresten enthaltenen Nähr- und Schadstoffmengen quantifiziert und ihre Bioverfügbarkeit bestimmt. Außerdem sollen Zusammenhänge zwischen Gärsubstraten, Vergärungsprozessen und den Eigenschaften der Gärreste analysiert werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Maßnahmen ist, den Einfluss von Gärresten auf den C-Haushalt von Böden zu quantifizieren und die zugrunde liegenden Ursachen zu identifizieren.

Im Rahmen einer Systemanalyse wird das Karlsruher Institut für Technologie die innerhalb des Verbundvorhabens entwickelten Konzepte und Technologien zur Vergärung von biogenen Abfall- und Reststoffen hinsichtlich ihrer techno-ökonomischen Parameter analysieren und Optimierungsvorschläge entwickeln. Es sollen Aussagen über die Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit des Gesamtprojektes getroffen sowie die Marktchancen der Technologien abgeschätzt werden. Die Bereitstellung einer umfassenden Technologiedatenbasis und die Erarbeitung von Zukunftsszenarien sollen zur Entwicklung und Begleitung einer tragfähigen und nachhaltigen Strategie zur energetischen Biomassenutzung (unter besonderer Berücksichtigung des Einsatzes von Rest- und Abfallstoffen) sowie zur Integration von Biogas in das deutsche/europäische Energiesystem beitragen.