Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Steigerung der betrieblichen, stofflichen, energetischen und ökologischen Effizienz von Biogasanlagen unter besonderer Berücksichtigung der Produktion eines natürlichen kundenspezifischen Düngemittels
Biogasanlagen sind ein wichtiger dezentraler Baustein beim Ausbau regenerativer Energien. Forschungsbedarf besteht vor allem darin, die Biogasproduktion als Ganzes möglichst effektiv zu gestalten und damit die Biogasausbeute zu verbessern. Ziel des Projekts GOBi ist daher ein ganzheitlicher Ansatz: Die gesamte Prozesskette, vom Anbau der Pflanzen bis zur Ausbeute an Biogas soll optimiert werden. Zudem soll die Biomasse der Pflanzen möglichst vollständig genutzt werden. Dazu wird erforscht, wie sich Restprodukte als Dünger verwenden lassen und inwieweit Nebenprodukte anfallen, die zum Beispiel für die chemische Industrie interessant wären. Das Projekt wird von einem interdisziplinären Konsortium aus Forschungsinstituten und KMUs bearbeitet.
Teilprojekt Produktion eines natürlichen Düngemittels
Eines der Teilprojekte befasst sich mit Untersuchungen, wie die Gärreste der Biogasanlage zu maßgeschneiderten Düngern aufgearbeitet werden können. Dazu werden die Gärreste der Biogasanlage in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Aus der flüssigen Phase sollen wertvolle Phosphor- und Stickstoffsalze zurückgewonnen werden, die den Pflanzen als Nährstoffe dienen. Die Feststoffe werden getrocknet und anschließend zu organischen Bodenverbesserern aufgearbeitet. Hier kommt das am Fraunhofer IGB entwickelte energieeffiziente Trocknungsverfahren mit überhitzten Wasserdampf zum Einsatz.
Im Teilprojekt wird zudem untersucht, welchen Nährstoffbedarf die eingesetzten Pflanzen (Mais) haben. Hierzu werden Düngeversuche im Labor und an den Versuchsstandorten der Universität Hohenheim durchgeführt.
Teilprojekt Natürliche Basischemikalien für die chemische Industrie
Bevor die Energiepflanzen in der Biogasanlage vergoren werden, werden sie in der Silage vorbehandelt. Hierbei vergären Bakterien das komplexe Pflanzenmaterial bereits zu einfacheren Verbindungen, wie Milchsäure, Essigsäure oder Buttersäure. Diese organischen Säuren haben auch industrielle Bedeutung: Milchsäure wird z. B. in der Lebensmittelindustrie als Säuerungsmittel eingesetzt, ist antibakterieller Zusatz von Reinigungsmitteln oder dient – wie auch die Essigsäure – zur Produktion von Biokunststoffen.
Ein weiteres Teilprojekt am Fraunhofer IGB untersucht deshalb auch, ob während der Silage Sickersäfte mit einem hohen Anteil dieser Säuren entsteht und ob es sich rechnet, diese Chemikalien aus dem Sickerwasser zu gewinnen.
Teilprojekt Mikrobiom-Analyse zur Optimierung der Biogasproduktion
Ein wesentlicher Faktor bei der Effizienz des Biogasprozesses ist die Zusammensetzung der an der Vergärung beteiligten Mikroorganismen. Ein Fokus dieses Teilprojekts liegt daher darauf, die komplexen Zusammensetzungen und Interaktionen der mikrobiellen Gemeinschaften in Silagen und Biogas-Fermentern zu ermitteln. Hierfür setzt das Fraunhofer IGB auf die Analyse des Metagenoms und Metatranskriptoms. Die Organismen werden dabei mit Methoden des Next-Generation-Sequencing (NGS) direkt über die Analyse ihrer DNA identifiziert. Auf der Grundlage dieser Daten sollen die Biogasprozesse durch eine gezielte Zusammensetzung der Mikroorganismen-Population weiter optimiert und gesteuert werden können.
Teilprojekt Charakterisierung des Fermentationsverhaltens und der Biogasproduktion verschiedener Silagen aus nachwachsender Rohstoffe
Gleichzeitig versucht das Projekt, die Kernprozesse bei der Gasproduktion zu verbessern. Ziel ist es, die Ausbeute zu erhöhen und die Produktionszeit zu verkürzen. Hierzu haben die Wissenschaftler am Fraunhofer IGB untersucht, wie sich die jeweilige Zusammensetzung der Silage auf das Fermentationsverhalten und die Biogasproduktion auswirkt und die Produktivität einer einstufigen mit einer zweistufigen Betriebsweise verglichen.
