ProPhaSep

Flexibilisierung der Biogasproduktion durch Prozessphasenseparation und Dünnschlammrezirkulation

01.01.2020

31.12.2022

FKZ-Nr.:

03EI5409

Durch diese Maßnahmen sollen: • neue Möglichkeiten eines marktfähigen Monitorings geschaffen werden, • innerhalb des Biogasanlagenbestands eine ökonomische Flexibilisierung des Anlagenbetriebs auf der Bioprozessseite zur einfacheren Systemintegration erzielt werden, • der Prozess durch unterschiedliche Betriebsbedingungen in beiden Fermentern getrennt optimierbar sein, • die Robustheit gegenüber schwierig zu hydrolysierenden Substraten wie viele Rest- und Abfallstoffe erhöht werden.

Eine Flexibilisierung des Anlagenbetriebs hinsichtlich der Substrateinspeisung, der Energieerzeugung und der Nutzung von Seitenprodukten soll über eine stärkere Trennung der Prozessphasen innerhalb der in Bestandsanlagen vorherrschenden Konfiguration von Rührkesselreaktoren erfolgen. Dazu soll zwischen dem Hauptvergärer und dem Nachvergärer eine Dünnschlammrezirkulation eingebaut werden. Eine zweite Dünnschlammrezirkulation hinter dem Nachvergärer soll die Methanogenese stabilisieren. Die Rezirkulationen sollen mit Hilfe einer optimierten online-Messtechnik für gelösten Wasserstoff und gelöstes Methan geregelt werden.

Biogas, Sektorkopplung, Strom, Systemintegration

• Etablierung einer Anlage zur Phasentrennung mit variablen Positionen zur Dünnschlammrezirkulation in einer Rührkesselkaskade in kontinuierlicher Kultur. Dabei soll der Prozess so ausgelegt werden, dass die hydrolytische, acidogene und acetogene Phase im ersten Reaktor stattfinden und die Methanogenese in dem zweiten Reaktor. • Für die Regelung der Dünnschlammrezirkulation wird u. a. der Wasserstoffpartialdruck in der Flüssigphase als Regelgröße verwendet.

• KSI wird das extraktive Messverfahren zur online-Bestimmung gelöster Gase in Biogasmedien weiterentwickeln, um folgende Parameter zu optimieren: Zuverlässigkeit im Praxiseinsatz, Miniaturisierung der Komponenten, Optimierung der Steuerung und der Einbindung in vorhandene Prozessleitsysteme und eine deutliche Verringerung des Einsatzes an Prozessmedien wie gereinigtem Trägergas. • Gemeinsam mit den Projektpartnern werden Prototypen des Messsystems an Labor- und ggf. auch an Praxisanlagen für erste Tests adaptiert und die Versuche begleitet.

• FWE wird die Prozesssteuerung auslegen und entsprechend exemplarisch in das vorhandene Prozessleitsystem integrieren, die Funktionalität demonstrieren und das Ausarbeiten von Verwertungskonzepten begleiten

PUBLIKATIONEN:
- Artikel in Fachzeitschrift: Janesch E, Pereira J, Neubauer P, Junne S (2021): Phase Separation in Anaerobic Digestion: A Potential for Easier Process Combination? Front. Chem. Eng. 3. doi: 10.3389/fceng.2021.711971 (Janesch et al., 2021)
- Tagungsband: BioProScale, 2022: https://biotechnologie.ifgb.de/; (Bio) Process Engineering - a Key to Sustainable Development (https://deche-ma.de/en/JT2022.html)
- Tagungsband: Arbeitskreis Prozessanalytik 16. Doktorandenseminar 2022 (https://arbeitskreis-prozessanalytik.de/veranstaltungen/16-doktorandens…)
- Artikel in Fachzeitschrift : Janesch E, Retamal Marin R, Oelßner W, Zosel J, Neubauer P, Junne S (2022): Flexibilization of Two-Phase Digestion under Dynamic Process Conditions through Monitoring of Dissolved Hydrogen. Chemie Ingenieur Technik 94, 1308. doi: 10.1002/cite.202255361 (Janesch et al., 2022)
AUSZEICHNUNGEN:
- Preise (z. B. Biogas-Innovationspreis, Gewinn Science-Slam): Vortragspreis Platz 1 beim 16. Doktorandenseminar 2022 des Arbeitskreis' Prozessanalytik, Titel: Messung von gelöstem Wasserstoff zur Flexibilisierung der Biogasproduktion, Autoren: Eike Janesch, Jens Zosel, Rodrigo Retamal Marin, Peter Neubauer, Stefan Junne