{"id":20613,"date":"2014-05-27T03:00:49","date_gmt":"2014-05-27T01:00:49","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=20613"},"modified":"2014-05-26T10:51:51","modified_gmt":"2014-05-26T08:51:51","slug":"kohle-doping-fur-biogasanlagen-mit-biokohle-zu-hoheren-gasertragen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/kohle-doping-fur-biogasanlagen-mit-biokohle-zu-hoheren-gasertragen\/","title":{"rendered":"Kohle-Doping f\u00fcr Biogasanlagen – Mit Biokohle zu h\u00f6heren Gasertr\u00e4gen"},"content":{"rendered":"

Wissenschaftler am Potsdamer Leibniz-Institut f\u00fcr Agrartechnik konnten zeigen, dass der Einsatz von Biokohle einen effektiven Ansatz zur Erh\u00f6hung der Biogasausbeute sowie zur Stabilisierung des Biogasprozesses bietet. Die in Biogasanlagen h\u00e4ufig auftretende Ammonium-Hemmung kann mit Biokohle reduziert werden. Biokohle, ein Produkt der thermochemischen Behandlung von Biomasse, kann aus den G\u00e4rresten der Biogasanlage selbst hergestellt werden und zwar so, dass sich die energetische Ausbeute steigern l\u00e4sst. Die Ergebnisse wurden soeben in der renommierten Fachzeitschrift \u201eBioresource Technology<\/a>\u201c ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n

Biogas ist ein wichtiges Element f\u00fcr den Energie-Mix der Zukunft: Es kann je nach Bedarf und Nachfrage in Strom und W\u00e4rme umgewandelt werden und nach entsprechender Aufbereitung als Biomethan ins Erdgasnetz eingespeist werden. Um die Erzeugung von Biogas weiter ausbauen und kosteng\u00fcnstig halten zu k\u00f6nnen, sind L\u00f6sungen gefragt, die es erm\u00f6glichen, den Wirkungsgrad der Biogasanlagen zu steigern und bisher kaum genutzte Abf\u00e4lle einzusetzen. Hierzu z\u00e4hlen stickstoffreiche Abf\u00e4lle wie Gefl\u00fcgelmist. Aus organischem Stickstoff entsteht bei der Verg\u00e4rung Ammonium, das die Mikroflora im Fermenter empfindlich st\u00f6ren kann. Je h\u00f6her der Ammonium-Gehalt, desto langsamer verl\u00e4uft die Biogasbildung und desto geringer ist die Ausbeute. Die sogenannte Ammonium-Hemmung geh\u00f6rt zu den verbreitetsten Problemen bei der Biogaserzeugung.<\/p>\n

Wissenschaftler am Leibniz-Institut f\u00fcr Agrartechnik in Potsdam setzen bei ihrem L\u00f6sungsansatz auf Biokohle, ein kohlenstoff- und oberfl\u00e4chenreiches Material, das \u00e4hnlich der Holzkohle bei der Verschwelung von Biomasse entsteht und aus G\u00e4rresten der Biogasanlage selbst hergestellt werden kann. Aufgrund ihrer hohen biologischen Stabilit\u00e4t und gro\u00dfen Aufnahmef\u00e4higkeit f\u00fcr Wasser und N\u00e4hrstoffe wird Biokohle insbesondere als Hilfsstoff zur Verbesserung von wenig fruchtbaren B\u00f6den und zur dauerhaften Bindung von Kohlenstoff (C-Sequestrierung) betrachtet. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ist Biokohle aber auch f\u00fcr eine Reihe weiterer Anwendungen interessant, wie die Reinigung von Abw\u00e4ssern oder die Katalyse biologischer oder chemischer Prozesse.<\/p>\n

In ihrem in der renommierten Fachzeitschrift \u201eBioresource Technology\u201c erschienenen Artikel berichten die Potsdamer Wissenschaftler \u00fcber den Einsatz von Biokohle im Biogasprozess. Demnach kann der Einsatz von Biokohle eine beginnende Ammonium-Hemmung unterbinden und dar\u00fcber hinaus die Struktur der Mikroflora positiv beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen einen erh\u00f6hten Anteil methanbildender Mikroorganismen nach der Zugabe von Biokohle. Biokohle kann zudem als direkte Nahrungsquelle f\u00fcr die Mikroorganismen dienen, wodurch der Ertrag an Biogas steigt.<\/p>\n

Ausgangsmaterial f\u00fcr die Herstellung der Biokohlen im Versuch war zum einen G\u00e4rrest, zum anderen eine Abfallmischung aus Papierm\u00fchlenschlamm und Weizenspreu. Der feuchte G\u00e4rrest wurde durch hydrothermale Karbonisierung behandelt, die Abfallmischung mittels Pyrolyse zu Biokohle gewandelt. In Laborversuchen wurden die so erzeugten Biokohletypen bei unterschiedlichen Ammonium-Konzentrationen auf ihre Wirkung getestet. Dabei zeigte sich jedoch auch, dass mit steigender Ammoniumkonzentration die positive Wirkung der Biokohle abnimmt und ihre Wirkung bisher nicht an die von Zeolith, einem mineralischen Material mit hohem Bindungsverm\u00f6gen f\u00fcr Ammonium, heranreicht. Bei Ammoniumkonzentration von 3,1 – 6,6 g N je kg Reaktorinhalt zeigten die Biokohlen keine Wirkung mehr, w\u00e4hrend Zeolithe bei 6,6 g N je kg noch bis zu 20 % der Hemmung aufheben konnten. Da die getesteten Biokohlen aber nicht gezielt f\u00fcr den Einsatz in Biogasanlagen entwickelt wurden, ist hier noch ein erhebliches Optimierungspotenzial zu erwarten.<\/p>\n

Insbesondere Biokohlen, die mittels hydrothermaler Karbonisierung, einer milden und dadurch energieeffizienten Form der Biokohleerzeugung, hergestellt wurden, sind f\u00fcr den Einsatz in Biogasanlagen geeignet. Der HTC-Prozess findet im Wasser statt und bietet daher passende Bedingungen f\u00fcr die Verkohlung des feuchten G\u00e4rrests. Im kombinierten Verfahren Biogas-Biokohle kann das w\u00e4hrend der hydrothermalen Karbonisierung anfallende Prozesswasser als gut verg\u00e4rbare Biomasse in den Biogasfermenter eingespeist und die Biokohle als Aufwuchstr\u00e4ger und zus\u00e4tzliche Nahrung f\u00fcr die Mikroorgansimen genutzt werden. Im Gesamteffekt l\u00e4sst sich dadurch der Biogasertrag vor allem aus schwer abbaubaren Biomassen wie Stroh deutlich – bis auf das Doppelte – steigern.<\/p>\n

\u201eBiokohle kann genau dort wirken, wo die Biogaserzeugung an ihre Grenzen st\u00f6\u00dft: Beim Einsatz stickstoffreicher Biomassen, zur Erh\u00f6hung der Ausbeute aus schwer aufschlie\u00dfbaren Biomassen, zur Minderung von Stickstoffemissionen aus G\u00e4rresten und f\u00fcr die Versorgung des Bodens mit stabilem Kohlenstoff\u201c, fasst Dr. Jan Mumme, Leiter des Projekts APECS am ATB, die in Aussicht stehenden positiven Effekte zusammen. \u201eAktuell arbeiten wir daran, die Biokohle noch wirkungsvoller in den Biogasprozess zu integrieren. Beispielsweise haben wir einen neuen Typ Biogasreaktor entwickelt und zum Patent angemeldet, der getrennte Bereiche f\u00fcr Biomasse und Biokohle aufweist. Unser Ziel ist es, das Gesamtverfahren zusammen mit Partnern aus Industrie und Landwirtschaft in die Pilot- und Demonstrationsphase zu bringen.\u201c<\/p>\n

Maja Werner, Doktorandin bei APECS, und Franziska Srocke, die derzeit an der kanadischen McGill University im Rahmen ihrer Promotion dar\u00fcber forscht, wie Biokohle dazu beitragen kann, organische Schadstoffe in B\u00f6den schneller abzubauen, erg\u00e4nzen die Positivliste: \u201eUnsere Ergebnisse lassen vermuten, dass Biokohlen auch als Tr\u00e4ger f\u00fcr n\u00fctzliche Mikroorganismen Anwendung finden k\u00f6nnen, um diese gezielt zum Beispiel in Biogasanlagen oder auch zur Sanierung schadstoffbelasteter B\u00f6den einzusetzen.\u201c<\/p>\n

Die Projektgruppe \u201eAPECS – Anaerobic Pathways to Renewable Energies and Carbon Sinks\u201c wird seit 2009 vom BMBF im Rahmen von \u201eBioenergie 2021\u201c f\u00fcr die Dauer von f\u00fcnf Jahren gef\u00f6rdert.<\/p>\n

Literatur<\/strong><\/em>
\nMumme, J., Srocke, F., Heeg, K., Werner, M. (2014, im Druck): Use of biochars in anaerobic digestion. Bioresource Technology. (http:\/\/dx.doi.org\/10.1016\/j.biortech.2014.05.008)<\/em><\/p>\n

Wirth, B., Mumme, J. (2013): Anaerobic digestion of waste water from hydrothermal carbonization of corn silage. Applied Bioenergy. Band 1, Heft 1, ISSN (Online) 2300-3553, DOI: 10.2478\/apbi-2013-0001, November 2013.<\/em><\/p>\n

Kontakt<\/strong>
\nDr. Jan Mumme \u2013 Leiter der Nachwuchsgruppe APECS
\nTel.: +49 (0)331 5699 913
\nE-Mail: jmumme@atb-potsdam.de<\/a><\/p>\n

\u00dcber das Leibniz-Instituts f\u00fcr Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)<\/strong><\/em>
\nDie Forschung des Leibniz-Instituts f\u00fcr Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) zielt auf die ressourceneffiziente Nutzung biologischer Systeme zur Erzeugung von Lebensmitteln, Rohstoffen und Energie in Anpassung an Anforderungen von Klimaschutz und Klimawandel. Zu diesem Zweck entwickelt das ATB verfahrenstechnische Grundlagen f\u00fcr eine nachhaltige Landbewirtschaftung und stellt innovative technische L\u00f6sungen f\u00fcr Landwirtschaft und Industrie bereit. Eine Querschnittsaufgabe ist die Analyse und Bewertung des Technikeinsatzes entlang der Wertsch\u00f6pfungskette. Die im Rahmen von Bioraffinerie- und Kaskadennutzungskonzepten entwickelten Technologien sind ein Beitrag zur Schaffung einer biobasierten Stoff- und Energiewirtschaft.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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