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ResGAR – Ressourcenschonende und energieeffiziente Gärrestbehandlung mit Ammoniak-Rückgewinnung

Die BIORESTEC GmbH wurde 2018 als ein unabhängiges Ingenieurbüro im Bereich Umwelttechnik mit Sitz in Laatzen gegründet. Ihre Schwerpunkte sind Dienstleistungen in der Forschung und Entwicklung, Technologietransfer und Markteinführung von innovativen, neuen Produkten im Bereich Bioenergie und Ressourceneffizienz. Am Standort Merkendorf (Bayern) soll eine großtechnische Anlage zur Behandlung von Gärresten errichtet und in Betrieb genommen werden. In der Anlage sollen Gärreste aus der im Umkreis befindlichen Biogasanlage Lachholzfeld behandelt werden, die aktuell unaufbereitet landwirtschaftlich genutzt werden. Da sich die Biogasanlage in einem Gebiet mit hoher Nitratbelastung des Grundwassers befindet (sog. rotes Gebiet), wird die Biogasproduktion und Flexibilität in Hinblick auf die eingesetzten Substrate wegen der in roten Gebieten langen Dünge-Sperrfristen derzeit durch die Lagerkapazität für Gärreste limitiert. Ziel des Vorhabens „ResGAR“ ist die Errichtung, Inbetriebnahme und der Betrieb einer AGRIFER® PLUS-Anlage im großtechnischen Maßstab. In der Anlage sollen jährlich 13.000 Kubikmeter Gärreste behandelt werden. Dabei soll das Volumen der Gärreste reduziert und so die Transportaufwendungen bei der Gärrestnutzung reduziert werden (25 Prozent statt 7 Prozent Trockensubstanz-Gehalt im Gärrest). Das Prinzip der fraktionierten Eindampfung wird als Schlüssel zur Stickstoff-Ausschleusung mit geringerem Säurebedarf genutzt. So sollen jährlich 22 Tonnen Stickstoff als Ammoniakwasser für die Nutzung auch außerhalb der Landwirtschaft zur Verfügung gestellt werden. Das entspricht knapp 30 Prozent des im Gärrest vorhandenen Stickstoffs. Das Verfahren kann dazu beitragen, dass der Stickstoffüberschuss auf den umliegenden landwirtschaftlichen Flächen in der Region gesenkt wird. Es wird davon ausgegangen, dass die geringeren Lachgasemissionen während der Lagerung der Gärreste einer Emissionsminderung von 25 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr gleichkommen. Durch den (im Vergleich zur Produktion von Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren) geringeren Energieeinsatz bei der Herstellung des Ammoniakwassers können zudem indirekte Emissionen von rund 180 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr eingespart werden.  Im Vergleich zu einer zweistufigen Eindampfung mit Brüdenwäscher soll der Säureeinsatz um ca. 90 Prozent von jährlich 210 Tonnen auf 18 Tonnen reduziert werden. Zudem stellt die dreistufige Wärmekaskade eine Verbesserung der Energieeffizienz im Vergleich zum Stand der Technik dar. Das energieeffiziente Verfahren zur Produktion von Ammoniakwasser sowie die Reduktion des Einsatzes von Chemikalien bei der Gärrestaufbereitung sind auch übertragbar auf andere Anlagentypen. Beispielsweise kann das Verfahren zur Aufbereitung anderer Wirtschaftsdünger, z.B. Gülle eingesetzt werden. Die Technik könnte damit auch in Viehhaltungsbetrieben ohne Biogasanlage eingesetzt werden. Hierbei müsste jedoch die fehlende Wärmequelle bei der Gülleaufbereitung berücksichtigt werden, während Biogasanlagen die Wärme aus Blockheizkraftwerken nutzen können. Grundsätzlich kann die ResGAR-Technologie auf viele Betriebe der gleichen oder anderer Branchen übertragen werden. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: BIORESTEC GmbH Bundesland: Bayern Laufzeit: seit 2024 Status: Laufend

Biogasanlagen im Landkreis Osnabrück

Eine Biogasanlage dient der Erzeugung von Biogas durch Vergärung von Biomasse. In landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden meist tierische Exkremente (Gülle, Festmist) und Energiepflanzen als Substrat eingesetzt. In nicht-landwirtschaftlichen Anlagen wird Material aus der Biotonne verwendet. Als Nebenprodukt wird ein als Gärrest bezeichneter Dünger produziert. Bei den meisten Biogasanlagen wird das entstandene Gas vor Ort in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt.

Entwicklung einer technologischen Kette für die stoffliche Nutzung von Hopfenpflanzen in Kunststoffcompounds für Spritzguss- und Extrusionsanwendungen

Erstmalig soll mit dem zu beantragenden Projekt eine - in die Industrie transferierbare - technologische Kette für die stoffliche Nutzung von Hopfenpflanzen, speziell in Kunststoffcompounds für Spritzguss- und Extrusionsanwendungen, entwickelt werden. Bisher werden die Hopfenpflanzen nach der Ernte und der stationären Gewinnung der Dolden auf die Felder verbracht bzw. dem unkontrollierten natürlichen Abbau preisgegeben. Dabei stellen die bis zu sechs Meter langen Hopfenreben ein erhebliches, bisher nicht genutztes Biomasse-Potential für die werkstoffliche Nutzung dar. Auf Grundlage eines Vorprojektes sowie einer ersten Markteinschätzung ist nun geplant, die zu favorisierenden Verwertungsrouten für Hopfenpflanzen bzw. -stängel sowie daraus gewonnener Intermediate in Form von Hopfenfaser-Compounds für Extrusion und Spritzguss näher zu untersuchen. Die verfahrenstechnische Grundlage des hier zu beantragenden Vorhabens ist die alternative Bereitstellungskette über feucht zu konservierende Hopfenreben-Häcksel. Die einzelnen Prozessschritte sind durch die Hopfenbauern (als Substrat für die Biogasanlage Wolnzach) bereits realisiert bzw. stellen bekannte Verfahren für die Landwirtschaft dar. Die wissenschaftliche Expertise für die Logistik, Lagerung und Erst- bzw. Weiterverarbeitung zu Faserstoffen und Halbzeugen liegt bei den institutionellen Antragstellern vor. Die wesentlichen Schwerpunkte der TU Dresden und TU Chemnitz liegen bei der Einarbeitung der Fasern zu unterschiedlich hoch gefüllten Compounds, deren Verarbeitung in den Kunststoffverfahren Extrusion und Spritzguss sowie die Fertigung erster Demonstratoren. Auf der Basis der Resultate soll anschließend mit entsprechenden industriellen Partnern eine Umsetzung im Produktionsmaßstab entwickelt und realisiert werden.

Entwicklung einer technologischen Kette für die stoffliche Nutzung von Hopfenpflanzen in Kunststoffcompounds für Spritzguss- und Extrusionsanwendungen, Teilvorhaben 1: Hopfenfaser-Nutzung in Kunststoffcompounds für Extrusionsprozesse

Erstmalig soll mit dem zu beantragenden Projekt eine - in die Industrie transferierbare - technologische Kette für die stoffliche Nutzung von Hopfenpflanzen, speziell in Kunststoffcompounds für Spritzguss- und Extrusionsanwendungen, entwickelt werden. Bisher werden die Hopfenpflanzen nach der Ernte und der stationären Gewinnung der Dolden auf die Felder verbracht bzw. dem unkontrollierten natürlichen Abbau preisgegeben. Dabei stellen die bis zu sechs Meter langen Hopfenreben ein erhebliches, bisher nicht genutztes Biomasse-Potential für die werkstoffliche Nutzung dar. Auf Grundlage eines Vorprojektes sowie einer ersten Markteinschätzung ist nun geplant, die zu favorisierenden Verwertungsrouten für Hopfenpflanzen bzw. -stängel sowie daraus gewonnener Intermediate in Form von Hopfenfaser-Compounds für Extrusion und Spritzguss näher zu untersuchen. Die verfahrenstechnische Grundlage des hier zu beantragenden Vorhabens ist die alternative Bereitstellungskette über feucht zu konservierende Hopfenreben-Häcksel. Die einzelnen Prozessschritte sind durch die Hopfenbauern (als Substrat für die Biogasanlage Wolnzach) bereits realisiert bzw. stellen bekannte Verfahren für die Landwirtschaft dar. Die wissenschaftliche Expertise für die Logistik, Lagerung und Erst- bzw. Weiterverarbeitung zu Faserstoffen und Halbzeugen liegt bei den institutionellen Antragstellern vor. Die wesentlichen Schwerpunkte der TU Dresden und TU Chemnitz liegen bei der Einarbeitung der Fasern zu unterschiedlich hoch gefüllten Compounds, deren Verarbeitung in den Kunststoffverfahren Extrusion und Spritzguss sowie die Fertigung erster Demonstratoren. Auf der Basis der Resultate soll anschließend mit entsprechenden industriellen Partnern eine Umsetzung im Produktionsmaßstab entwickelt und realisiert werden.

Nutzbarmachung der Restströme Stroh und Gärrest als Substrat für die Biogaserzeugung durch Co-Silierung, KMU-innovativ -KMUi-BÖ04: STROHase - Nutzbarmachung der Restströme Stroh und Gärrest als Substrat für die Biogaserzeugung durch Co-Silierung

Bioenergie neu gedacht. Gemeinschaftlich - Nachhaltig - Innovativ, Teilvorhaben 2: Konzeption, Bau und Inbetriebnahme

Untersuchung zur Bedeutung von Metallen in Biogasanlagen

Rapsstroh als Biogassubstrat - Vorbehandlungen zur Verbesserung der anaeroben Vergärbarkeit

Der Projektkoordinator APMA führt die Korrespondenz mit dem Fördergeber, überwacht die Einhaltung des Projektzeitplans, organisiert die Projektmeetings und erstellt den Schlussbericht aus den Ergebnissen der Teilprojekten. Seine wissenschaftlichen Teilziele sind die Darstellung des Standes der Wissenschaft und Technik, die Zusammenfassung der Ergebnisse der Teilprojekte für das Methanbildungspotenzial von Rapsstroh, sowie die ökonomische Bewertung des Rapsstroheinsatzes für den Biogassektor aus den Kosten-/Ertragsabschätzungen, die aus den experimentellen Forschungsergebnissen von den Partnern abgeleitet werden. Für den Wissens- und Technologietransfer leitet er die Erstellung von Empfehlungen für die Praxis und organisiert die Durchführung eines Fachgespräches zu den Projektergebnissen mit allen Partnern für das interessierte Fachpublikum.

Ursachen und Gegenstrategien für Schaumereignisse in Biogasanlagen

Ziel dieses Projektes ist es, Ursachen der übermäßigen Schaumbildung im Biogasprozess, die durch Vergärung von leicht abbaubaren Substraten verursacht wird, im Detail zu untersuchen, Verständnis aufzubauen und Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Dabei soll die Rolle der Hydrolyse-Stufe im Vordergrund stehen. Um das Forschungsthema so umfassend wie möglich zu bearbeiten, werden Expertisen aus unterschiedlichen Bereichen zusammengeführt - die Expertise zur Schaumbildung in biotechnologischen Prozessen (UFZ), zur zweiphasigen Vergärung (Universität Hohenheim), zu molekularbiologischen Aspekten der Prozessstörungen im Biogasfermenter (UFZ), sowie zur Wirtschaftlichkeitsanalyse und Akzeptanzforschung im Bereich der erneuerbaren Energien (HfWU). Am UFZ wird erforscht, welche physikochemischen Parameter der Substrate und des Fermenterinhaltes einen Einfluss auf übermäßige Schaumbildung im Biogasfermenter haben. Dabei wird untersucht, welche Parameter für die Bildung von Schaum von Bedeutung sind, wie diese Parameter so beeinflusst werden können, dass das Risiko der Schaumbildung minimiert wir und wie das Substrat vorbehandelt werden muss, um Schaumbildung im Fermenter vorzubeugen. Weiterhin wird der Frage nachgegangen, welche biotischen Parameter in der Prozessstabilisierung der anaeroben Vergärung leicht abbaubarer Substrate eine Rolle spielen. Konkret wird ermittelt, welchen Einfluss die Aktivität von Enzymen und Mikroorganismen hat und wie die Nährstoffzusammensetzung während einer Prozessstörung die Schaumentstehung beeinflusst. Dabei wird angestrebt, mikrobielle Indikatoren für ein erhöhtes Risiko zur Schaumbildung oder für einen stabilen Prozess bei der Vergärung leicht abbaubarer Substrate zu identifizieren. Auf der Basis der Ergebnisse des Projektes wird es möglich sein, stabile Prozessführung durch optimale Zusammensetzung des Substratmix und durch zielgerichtete Dosierung von Zusatzstoffen auf enzymatischer bzw. mikrobieller Basis zu gestalten.

Ursachen und Gegenstrategien für Schaumereignisse in Biogasanlagen, Teilvorhaben 1: Bioprozesstechnische und molekularbiologische Untersuchungen zu Ursachen und Bekämpfungsstrategien von Schaumbildung in Biogasanlagen

Ziel dieses Projektes ist es, Ursachen der übermäßigen Schaumbildung im Biogasprozess, die durch Vergärung von leicht abbaubaren Substraten verursacht wird, im Detail zu untersuchen, Verständnis aufzubauen und Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Dabei soll die Rolle der Hydrolyse-Stufe im Vordergrund stehen. Um das Forschungsthema so umfassend wie möglich zu bearbeiten, werden Expertisen aus unterschiedlichen Bereichen zusammengeführt - die Expertise zur Schaumbildung in biotechnologischen Prozessen (UFZ), zur zweiphasigen Vergärung (Universität Hohenheim), zu molekularbiologischen Aspekten der Prozessstörungen im Biogasfermenter (UFZ), sowie zur Wirtschaftlichkeitsanalyse und Akzeptanzforschung im Bereich der erneuerbaren Energien (HfWU). Am UFZ wird erforscht, welche physikochemischen Parameter der Substrate und des Fermenterinhaltes einen Einfluss auf übermäßige Schaumbildung im Biogasfermenter haben. Dabei wird untersucht, welche Parameter für die Bildung von Schaum von Bedeutung sind, wie diese Parameter so beeinflusst werden können, dass das Risiko der Schaumbildung minimiert wir und wie das Substrat vorbehandelt werden muss, um Schaumbildung im Fermenter vorzubeugen. Weiterhin wird der Frage nachgegangen, welche biotischen Parameter in der Prozessstabilisierung der anaeroben Vergärung leicht abbaubarer Substrate eine Rolle spielen. Konkret wird ermittelt, welchen Einfluss die Aktivität von Enzymen und Mikroorganismen hat und wie die Nährstoffzusammensetzung während einer Prozessstörung die Schaumentstehung beeinflusst. Dabei wird angestrebt, mikrobielle Indikatoren für ein erhöhtes Risiko zur Schaumbildung oder für einen stabilen Prozess bei der Vergärung leicht abbaubarer Substrate zu identifizieren. Auf der Basis der Ergebnisse des Projektes wird es möglich sein, stabile Prozessführung durch optimale Zusammensetzung des Substratmix und durch zielgerichtete Dosierung von Zusatzstoffen auf enzymatischer bzw. mikrobieller Basis zu gestalten.

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