Im Forschungsvorhaben ETAMAX will ein Verbund aus Forschung, Energiewirtschaft und Industrie mit einem kombinierten, modularen Verfahren lignocellulosearme Abfall-Biomasse und Algenrestbiomasse vollst\u00e4ndig zu Biogas umsetzen und gleichzeitig alle Stoffkreisl\u00e4ufe schlie\u00dfen. Als Fahrzeugkraftstoff aufgereinigt, soll das regenerative Biomethan eine kleine Flotte von Erdgas-Fahrzeugen antreiben.<\/b><\/p>\n
Eine nachhaltige Alternative, die Abh\u00e4ngigkeit von knapper werdendem Erd\u00f6l und gleichzeitig den Aussto\u00df von Kohlenstoffdioxid zu verringern, ist die Nutzung erneuerbarer Energien. Neben Wasser, Wind und Sonne spielt die Nutzung pflanzlicher Biomasse zur Gewinnung von Bioenergie \u2013 Strom, W\u00e4rme oder Kraftstoffen \u2013 eine herausragende Rolle. Aufgrund seiner Nettoenergieausbeute ist dabei Biogas der wichtigste Bioenergietr\u00e4ger. Biogas, eine Mischung aus Methan und Kohlenstoffdioxid, entsteht bei der anaeroben Verg\u00e4rung organischer Masse. In Verbindung mit der Kraft-W\u00e4rme-Kopplung in einem Blockheizkraftwerk gilt die Biogasgewinnung als Technik mit sehr hohem CO2<\/sub>-Vermeidungspotenzial.<\/p>\n Dennoch wird das Potenzial von Biomasse zur Erzeugung von Biogas mit dem energetisch nutzbaren Methangas bislang kaum f\u00fcr mobile Anwendungen in Fahrzeugen ausgesch\u00f6pft. Dies will das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart in einem Verbundforschungsvorhaben mit Partnern aus Forschung, Energiewirtschaft, Automobil- und Anlagenbau nun \u00e4ndern. Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, leicht verg\u00e4rbare, nasse Biomasse \u2013 insbesondere kosteng\u00fcnstig anfallende Bioabf\u00e4lle und Algenrestbiomasse \u2013 unter maximaler Energiegewinnung vollst\u00e4ndig zu verwerten. “Zentrales Produkt ist regeneratives Methan, das regional erzeugt und genutzt wird”, erkl\u00e4rt Professor Walter Tr\u00f6sch, Stellvertretender Institutsleiter und Leiter der Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik des Fraunhofer IGB. “Biomethan kann wie Erdgas \u2013 dessen Hauptbestandteil ja nichts anderes als Methan ist \u2013 \u00fcber das bestehende Netz transportiert werden. Oder, wie in unserem Demonstrationsprojekt CNG-Fahrzeuge (Compressed Natural Gas) antreiben.”<\/p>\n Das Hauptaugenmerk der Forscher liegt auf der Verwertung nasser Abfall-Biomasse, die sich schnell und leicht verg\u00e4ren l\u00e4sst und keine Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln darstellt: Abfallstoffe aus der Lebensmittelindustrie mit einem sehr hohen Wasseranteil beispielsweise. Ebenso K\u00fcchenabf\u00e4lle aus Haushalten, Gro\u00dfk\u00fcchen in Kantinen und Mensen oder Gro\u00dfmarktabf\u00e4lle, die heute meist in Kompostierungsanlagen landen, wobei die enthaltene Energie als W\u00e4rme verloren geht. Aufgrund ihres geringen Gehalts an Lignin und Lignocellulose \u2013 den holzigen Anteilen, die ohne Luftsauerstoff nur schwer abzubauen sind \u2013 sind gerade diese Abf\u00e4lle optimal zur Verg\u00e4rung geeignet. Nach dem Hochlastverg\u00e4rungsverfahren, das vor Jahren am Fraunhofer IGB entwickelt wurde und f\u00fcr Kl\u00e4rschlamm mehrfach technisch realisiert wurde, werden die Feststoffe dieser Biom\u00fcllfraktionen in nur wenigen Tagen nahezu vollst\u00e4ndig zu Biogas umgesetzt.<\/p>\n Doch auch diese Bioabf\u00e4lle unterscheiden sich in Wasser- und Feststoffgehalt. “Damit eine Verg\u00e4rungsanlage m\u00f6glichst effektiv verschiedene Substrate zu Biogas umwandeln kann, muss die Prozesstechnik f\u00fcr die jeweiligen Substrate spezifisch angepasst werden”, so Tr\u00f6sch. “Hier setzt das ETAMAX-Vorhaben an: Wir wollen eine flexible Multisubstrat-Hochlastverg\u00e4rungsanlage mit unterschiedlichen Vorverg\u00e4rungsmodulen f\u00fcr die jeweils unterschiedlichen Abf\u00e4lle realisieren. Erst dann werden die Zwischenprodukte \u00e4hnlicher Zusammensetzung, vorwiegend organische S\u00e4uren, in einem Zentralreaktor als zweiter Stufe mit maximalem Wirkungsgrad \u2013 symbolisiert durch den griechischen Buchstaben Eta \u2013 zu Methan umgesetzt.”<\/p>\n Biomasse, vor allem Abfall-Biomasse, ist keine unersch\u00f6pfliche Ressource. Zus\u00e4tzliche nasse, lignocellulosearme Biomasse f\u00fcr die Multisubstrat-Hochlastverg\u00e4rung will das Fraunhofer IGB in Form von Algenrestbiomasse beisteuern. Die Gewinnung von Energie mit Algenbiomasse ist dank einer am Fraunhofer IGB entwickelten Photobioreaktor-Plattform heute schon sehr effizient m\u00f6glich. In den Reaktoren wachsen Algen nur mit Sonnenlicht als Energie- und Kohlenstoffdioxid als Kohlenstoffquelle sowie anorganischem Stickstoff und Phosphat zu hohen Zelldichten heran.<\/p>\n ETAMAX will den Kohlenstoffkreislauf schlie\u00dfen, indem das Kohlenstoffdioxid, das bei der Verg\u00e4rung als Koprodukt und bei der Verbrennung von Biogas entsteht, als Kohlenstoffdioxidquelle f\u00fcr die Algenkultivierung genutzt wird. Hier gilt es, robuste Algen zu finden, die mit diesem Rauchgas und zudem in Mitteleuropa jahreszeitlich schwankenden Licht- und Temperaturverh\u00e4ltnissen schnell wachsen.<\/p>\n Bei jeder Verg\u00e4rung fallen zu einem geringen Anteil G\u00e4rreststoffe an, die nicht weiter anaerob abgebaut werden k\u00f6nnen. F\u00fcr eine vollst\u00e4ndige Verwertung auch dieser G\u00e4rr\u00fcckst\u00e4nde untersucht das Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) gemeinsam mit dem Schweizer Paul Scherrer Institut, zwei der Forschungspartner im Verbund, die katalysatorgest\u00fctzte hydrothermale Vergasung bei hohem Druck und hoher Temperatur. Hierbei entstehen die gleichen Produkte wie bei der Verg\u00e4rung: Kohlenstoffdioxid und Methan.<\/p>\n “Das anspruchvollste Ziel ist die Schlie\u00dfung der Stoffkreisl\u00e4ufe”, so Tr\u00f6sch weiter. “Kohlenstoffdioxid k\u00f6nnen wir quasi vollst\u00e4ndig im Kreislauf f\u00fchren, indem die Algen das bei der Verbrennung entstandene CO2<\/sub> wieder fixieren. Sowohl bei der Verg\u00e4rung als auch bei der Vergasung f\u00e4llt Wasser an, in dem Stickstoff und Phosphor als N\u00e4hrstoffe enthalten sind. Auch dieses Wasser wollen wir f\u00fcr die Algenkultivierung nutzen.”<\/p>\n In einer Demonstrationsanlage auf dem Gel\u00e4nde des EnBW-Heizkraftwerks in Stuttgart Gaisburg werden die Prozesse im technischen Ma\u00dfstab realisiert und erprobt. In einer zuk\u00fcnftigen Gro\u00dfanlage k\u00f6nnten aus den kommunalen Bioabf\u00e4llen der Stadt Stuttgart 300.000 Kubikmeter Methangas pro Jahr erzeugt werden. Als Fahrzeugkraftstoff aufgereinigt, kann dies f\u00fcr eine kleine Flotte von M\u00fcllfahrzeugen mit Erdgasantrieb genutzt werden. Davon profitiert sogar die Luftqualit\u00e4t. \u00dcber die Schlie\u00dfung des Kohlenstoffkreislaufes hinaus wird so gemeinsam mit der EnBW Energie Baden-W\u00fcrttemberg AG die Optimierung der Biogaskraftstoffqualit\u00e4t als auch mit der Daimler AG die mobile Anwendung f\u00fcr Fahrzeuge vorangetrieben.<\/p>\n Das Projekt wird seit Juni 2009 f\u00fcr eine Dauer von 5 Jahren mit insgesamt 6 Mio. Euro vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Programms “BioEnergie 2021” gef\u00f6rdert. Neben dem Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart, sind als Forschungspartner das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Freising, das Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) und das Schweizer Paul Scherrer Institut PSI, als Partner aus der Wirtschaft die Firmen Daimler AG, EnBW Energie Baden-W\u00fcrttemberg AG, FairEnergie GmbH, Netzsch Mohnopumpen GmbH, Stulz Wasser- und Prozesstechnik GmbH, Subitec GmbH sowie die Stadt Stuttgart am Verbundforschungsvorhaben “Mehr Biogas aus lignocellulosearmen Abfall- und Mikroalgenreststoffen durch kombinierte Bio-\/Hydrothermalvergasung” beteiligt.<\/p>\n Kontakt<\/b> Prof. Dr. Walter Tr\u00f6sch
Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und
Bioverfahrenstechnik IGB<\/a>
Nobelstra\u00dfe 12
70569 Stuttgart<\/p>\n
Stv. Institutsleiter und Leiter der Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik
Tel.: 0711-970-42 20
Fax: 0711-970-42 00
E-Mail: walter.troesch@igb.fraunhofer.de<\/a><\/p>\n