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Bau und Betrieb einer Biogasanlage zur gemeinsamen Vergärung von Wirtschaftsdüngern mit anschließender Aufbereitung zu Biomethan

Das Verbundvorhaben zwischen der Bioenergy Concept GmbH und des CC4E der HAW Hamburg hat zum Ziel, eine innovative Modell- und Demonstrationsanlage im Landkreis Lüneburg zu realisieren, die Wirtschaftsdünger von mehreren Landwirtschaftsbetrieben zentral zu Biogas vergärt und weiter zu Biomethan aufbereitet. Die hierfür nötige Prozesswärme wird durch den Betrieb einer Pyrolyse erzeugt. Der Einsatz ligninhaltiger Reststoffen und die Produktion von Biokohle stellen ein nachhaltiges und ökologisch zukunftsfähiges Verfahren dar. Das produzierte Biomethan soll primär im Verkehrssektor eingesetzt werden. Als potentieller Hauptabnehmer hat der Landkreis Lüneburg bereits sein Interesse bekundet, das Biomethan in der vom Landkreis betriebenen Elbfähre Bleckede - Neu Darchau und zukünftig auch im ÖPNV zu nutzen. Die als Nebenprodukt pyrolytisch erzeugte Biokohle soll zur Tierfütterung und zur Stabilisierung der Prozessbiologie im Fermenter eingesetzt werden. Sie trägt so zur Aufwertung der Gärreste und zum Humusaufbau der landwirtschaftlichen Flächen bei. Das Ziel der wissenschaftlichen Begleitung seitens der HAW ist es, die Akzeptanz zur Vergärung von Wirtschaftsdüngern zu untersuchen und ggfs. zu stärken. Für die Grundlage des dafür angestrebten Wissenstransfers in alle beteiligten Gruppen soll eine umfangreiche Ausarbeitung bestehender Forschungsergebnisse dienen. Zusätzlich wird mittels Nährstoffanalysen von Edukten und Produkten ein praxisspezifischer Kenntnisstand geschaffen, insbesondere der durch Gärung bedingten, veränderten Düngeeigenschaften von Wirtschaftsdünger. Ferner soll ein allgemeiner Leitfaden zur energetisch-stofflichen Nutzung von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen geschaffen werden. Eine Bilanzierung von Treibhausgasemissionen der Demonstrationsanlage bilden die Grundlage für mögliche Erweiterungen. Das Verbundvorhabens ist auf drei Jahre vom 07/2023 - 6/2026 ausgelegt und hat ein angestrebtes Fördervolumen von 1,38 Mio €.

Effizientere Biogasproduktion aus lignocellulosereichen Reststoffen durch Zusatz aerober und anaerober Pilze

Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, das große Potenzial aerober und anaerober Pilze zum Aufschluss lignocellulosereicher Reststoffe (LCR) für die Biogasproduktion zu nutzen. Insbesondere landwirtschaftliche Biomasse, wie anfallendes Rest-Stroh, stellt bisher eine fast ungenutzte Ressource dar, denn der Aufschluss schwerverdaulicher LCR im Biogasprozess ist immer noch eine Herausforderung. Der trotz langer Verweilzeiten schlechte Faseraufschluss im anaeroben Milieu, damit verbundene mechanische und biologische Prozessstörungen und unbefriedigende Methanausbeuten limitieren daher bisher den Einsatz solcher LCR. Pilze gehören zu den effektivsten Verwertern pflanzlicher Biomasse. Durch den spezifischen Zusatz aerober und anaerober Pilze und damit der synergistischen Nutzung ihrer speziellen Abbaustrategien soll ein besserer Aufschluss und eine gesteigerte Methanproduktion aus schwerverdaulichen LCR erzielt werden. Technische Grundlage sind zweistufige Biogasanlagen mit einer dem anaeroben Fermenter vorgeschalteten, geschlossenen aeroben Hydrolysestufe. Durch gezielte Integration von Kulturen geeigneter Pilze, die entsprechend den Bedingungen ihres natürlichen Lebensraums (aerob bzw. anaerob; Flüssig- bzw. Festsubstrat) angezogen werden, wird eine gesteigerte biologische LCR-Nutzung angestrebt, wie sie im konventionellen Betrieb mit Enzymcocktails oder physikalischer Vorbehandlung unter ökonomischen Gesichtspunkten kaum erreicht werden kann.

Dezentrale Kultivierung von Mikroalgen unter Verwendung von CO2 aus Abgasen einer Biogasanlage, Teilvorhaben: Markt- und Kostenanalyse

Industrielle Umsetzung von Wasserstoff-Produktion aus Fruchtsaft-Abfällen mit Hilfe von Purpurbakterien, Teilprojekt: Technische Entwicklung des R. rubrum BioH2-Bioreaktorverfahrens

Effizientere Biogasproduktion aus lignocellulosereichen Reststoffen durch Zusatz aerober und anaerober Pilze, Teilvorhaben 1: LCR-Vorbehandlung mit anaeroben Pilzen

Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, das große Potenzial aerober und anaerober Pilze zum Aufschluss lignocellulosereicher Reststoffe (LCR) für die Biogasproduktion zu nutzen. Insbesondere landwirtschaftliche Biomasse, wie anfallendes Rest-Stroh, stellt bisher eine fast ungenutzte Ressource dar, denn der Aufschluss schwerverdaulicher LCR im Biogasprozess ist immer noch eine Herausforderung. Der trotz langer Verweilzeiten schlechte Faseraufschluss im anaeroben Milieu, damit verbundene mechanische und biologische Prozessstörungen und unbefriedigende Methanausbeuten limitieren daher bisher den Einsatz solcher LCR. Pilze gehören zu den effektivsten Verwertern pflanzlicher Biomasse. Durch den spezifischen Zusatz aerober und anaerober Pilze und damit der synergistischen Nutzung ihrer speziellen Abbaustrategien soll ein besserer Aufschluss und eine gesteigerte Methanproduktion aus schwerverdaulichen LCR erzielt werden. Technische Grundlage sind zweistufige Biogasanlagen mit einer dem anaeroben Fermenter vorgeschalteten, geschlossenen aeroben Hydrolysestufe. Durch gezielte Integration von Kulturen geeigneter Pilze, die entsprechend den Bedingungen ihres natürlichen Lebensraums (aerob bzw. anaerob; Flüssig- bzw. Festsubstrat) angezogen werden, wird eine gesteigerte biologische LCR-Nutzung angestrebt, wie sie im konventionellen Betrieb mit Enzymcocktails oder physikalischer Vorbehandlung unter ökonomischen Gesichtspunkten kaum erreicht werden kann.

Industrielle Umsetzung von Wasserstoff-Produktion aus Fruchtsaft-Abfällen mit Hilfe von Purpurbakterien, Teilvorhaben: Betrieb der solarbetriebenen BioH2-Produktions-Anlage auf dem Firmengelände

Weiterentwicklung und Erprobung eines Festbett-Biowäscher-Kaskadenreaktors zur biologischen Reinigung von organisch hoch belasteten gewerblichen und industriellen Abwässern

Forschergruppe (FOR) 5094: Dynamik des tiefen Untergrundes von Hochenergiestränden, Teilprojekt Mikrobielle Gemeinschaften: Diversität und metabolische Funktion

Durch DynaDeep wird ein Verständnis der Funktionsweise und Relevanz des Land-Meer Übergangs im Untergrund von Hochenergiestränden gewonnen werden. Wir nehmen an, dass dieser einen hoch dynamischen Bioreaktor und einzigartiges mikrobiologisches Habitat darstellt und Netto-Stoffflüsse in Richtung Meer stark beeinflusst. Um dieses Ziel zu erreichen werden sechs Teilprojekte gemeinsam Felduntersuchungen und experimentelle Arbeiten durchführen und diese mit mathematischen Modellen integrativ kombinieren. In Teilprojekt P5 werden Veränderungen in der Zusammensetzung von mikrobiellen Gemeinschaften und deren metabolische Antwort auf die dynamischen Änderungen in der Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und der Qualität von Elektronendonoren im Untergrund von Hochenergiestränden untersucht. Dabei werden die Hypothesen getestet, dass diese sich dynamisch ändernden Umweltbedingungen zu (a) hochangepassten mikrobiellen Gemeinschaften führen, die sich aus Generalisten zusammensetzen, und (b) eine Stoffwechselreaktion induzieren, die sich in ihrem Metatranskriptom widerspiegelt. Während der gemeinsamen Feldkampagnen wird P5 die Zusammensetzung von mikrobiellen Gemeinschaften anhand von 16S-rRNA-Genen und -Transkripten in Sedimenten und Porenwässern bestimmen. An ausgewählten Sedimenthorizonten werden zudem hochauflösende Metagenom- und Metatranskriptomanalysen durchgeführt. Die metabolische Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen und die daraus resultierenden biogeochemischen Transformationen wird in kontrollierten Laborexperimenten verfolgt. Alle mikrobiologischen Ergebnisse von P5 werden mit den jeweiligen geochemischen Parametern korreliert, um die Kopplung mikrobieller Transformationen an die DOM-Zusammensetzung (Teilprojekt P3) sowie die Umwandlung und Fraktionierung redox-sensitiver Elemente aufzudecken (Teilprojekte P2 und P4). Informationen zu mikrobiellen Verteilungsmustern und ihrem metabolischen Netzwerk werden dazu beitragen, entsprechende Modelle für den Untergrund von Hochenergiestränden zu kalibrieren (Teilprojekte P1 und P6).

Errichtung und Betrieb einer Gasaufbereitungsanlage zur Direkteinspeisung in das öffentliche Gasnetz auf dem Grundstück Enzenberghof 1, 72406 Bisingen, Flst.Nrn. 2313/3 und 2313/4 durch die Firma BioEnergie Kostanzer GmbH & Co. KG - Vorprüfung zur Feststellung der UVP-Pflicht

Die Firma BioEnergie Kostanzer GmbH & Co. KG betreibt auf den landwirtschaftlich genutzten Flurstücken 2313/3 und 2313/4 in 72406 Bisingen eine Biogasanlage. Mit Antrag vom 12.04.2024 beantragte die Firma BioEnergie Kostanzer GmbH & Co. KG, Enzenberghof 1, 72406 Bisingen die Erteilung einer immissionsschutzrechtlichen Änderungsgenehmigung für die Erweiterung der Biogasanlage um eine Biogasaufbereitungsanlage mit CO2 Nachbehandlung, Havariebecken, Abdeckungen bestehender Behälter sowie den Zubau eines Fermenters 2 und Gärrestelagers 1. Die Inputstoffe und die Gaserzeugung werden dabei erhöht. Das Vorhabengrundstück liegt im Außenbereich auf Gemarkung Bisingen. Die geplante Erweiterung der bestehenden Biogasanlage soll auf dem gleichen Flurstück, auf den anschließenden Grundstücken des Bauherrn und zur Hofstelle in Bisingen, stattfinden. Das Gelände der vorhandenen Biogasanlage und der Hofstelle wird über die angrenzenden gemeindlichen Straßen und Wege, im weiteren Verlauf durch die Kreisstraße K7112 zwischen Bisingen und Bisingen-Zimmern erschlossen. Der bestehende landwirtschaftliche Betrieb mit ca. 300 Großvieheinheiten und der Biogasanlage befindet sich etwa 340 m zum Ortsrand Bisingen in westlicher Richtung. Der Anlagenstandort wird nördlich durch eine Hecken- und Baumreihe, östlich und südlich durch die landwirtschaftliche Hofstelle und westlich durch einen Gemeindeweg begrenzt. Der Mindestabstand zu Wohnnutzungen im Außenbereich beträgt ca. 340 m in westlicher und nordwestlicher Richtung. Der Mindestabstand zur geschlossenen Wohnbebauung beträgt ca. 440 m in westliche Richtung. Beantragt wurden laut Antragsunterlagen folgende Änderungen: - Ein Großteil des Biogases soll für die Aufbereitung zu Erdgas verwendet werden, welches in das Erdgasnetz eingespeist werden soll. - Die Laufzeiten des BHKWs werden sich zwecks geringerer Gaszuordnung verkürzen. - Die Input- und Gaserzeugungsmenge ändert sich. - Mehr Gärraum und Gärrestevolumen werden benötigt. Daher sollen ein neuer Fermenter sowie ein neues Gärrestelager errichtet werden. - Die Gasspeicherabdeckungen der bestehenden Behälter werden auf das zwei-schalige Tragluftdachsystem umgerüstet. - Die Inputstoffe sollen sich von 8.598 t/a auf 20.398 t/a erhöhen. - Es sollen nun 1.533.000 Nm³ Rohbiogas / Jahr bzw. 250 Nm³ Rohbiogas / h aufbereitet werden. Insgesamt sollen 2.288.711 Nm³ Rohbiogas im Jahr erzeugt werden. 4.192 m³ entzündbare Gase sollen gelagert werden. Für die Errichtung der dazu notwendigen baulichen Anlagen wurde ebenfalls eine Baugenehmigung beantragt, die mit der immissionsschutzrechtlichen Genehmigung konzentriert erteilt werden soll. Bauliche Maßnahmen sind dabei folgende: - Die Gasaufbereitungsanlage besteht aus einem vorgefertigten Container aus Stahltrapezblech – 1 Container mit 12,2 m x 2,4 m x 2,9 m mit Bodenplatte 13 m x 6 m - Bodenplatte für die CO2 Abgasnachbehandlung: 8 m x 2,6 m - Vorgrube – Durchmesser 8 x 4 m - Der Erdwall für das Havariebecken beansprucht eine Fläche von 290 m² - Pumpenschacht 1 - Errichtung Fermenter 2 – Durchmesser 19 x 6 m mit Feststoffeintragung und gasdichter Abdeckung (zweischalig) - Errichtung Gärrestelager 2 – Durchmesser 24 x 8 m mit gasdichter Abdeckung (zweischalig) - Pumpenschacht 2 - Pumpenschacht 3 - Zwischenraum 1 - Emissionsminderung durch Emissionsdach für das Lager 1 Der Vorhabenträger reichte ebenfalls Unterlagen im Sinne des § 7 Abs. 4 UVPG ein, aus denen sich Angaben zu den Merkmalen des Vorhabens und des Standorts sowie den möglichen erheblichen Umweltauswirkungen des Vorhabens ergeben. Bei dem Vorhaben handelt es sich um die Errichtung und den Betrieb einer Anlage zur Erzeugung von Biogas mit einer Produktionskapazität von 1,2 Mio. bis weniger als 2 Mio. Normkubikmetern Rohgas je Jahr. Nach § 9 Abs. 4 i. V. m. § 7 Abs. 2 UVPG i. V. m. Ziff. 1.11.2.2 der Anlage 1 zum UVPG ist bei dem geplanten Änderungsvorhaben eine standortbezogene Vorprüfung durch-zuführen. Bei dem Vorhaben handelt es sich zudem um die Errichtung und den Betrieb einer Anlage zur biologischen Behandlung von nicht gefährlichen Abfällen mit einer Durchsatzkapazität an Einsatzstoffen von 50 t oder mehr je Tag. Nach § 9 Abs. 4 i. V. m. § 7 Abs. 1 UVPG i. V. m. Ziff. 8.4.1.1 der Anlage 1 zum UVPG ist bei dem geplanten Änderungsvorhaben eine allgemeine Vorprüfung durchzuführen.

Multi Skalen Modellierung von Abtragprozessen bei Biofilmen mit einem poroviskoelastischen Modell

Das Biofilmwachstum in Biofilmreaktoren wird hauptsächlich durch den Abtragprozess reguliert. Den Abtragprozess zu kontrollieren ist daher ein wichtiges Anliegen für den stabilen Betrieb eines Bioreaktors. Zur Kontrolle des Reaktors und um die größte Effizienz zu erreichen sind mathematische (bzw. numerische) Modelle, die den Abtragsprozess darstellen, hilfreich. Solche Modelle können möglicherweise sogar für den Entwurf von Biofilmreaktoren nützlich zu sein. In diesem Projekt soll ein multidimensionales, poroviskoleastisches Biofilm Modell entwickelt werden, das den Abtragsprozess abbildet. Dabei soll auch der Abtrag durch das Auslösen von größeren Stücken ('sloughing'), das durch die Schubspannungen an der Biofilm Grenzfläche und durch das Spannungsfeld im Biofilm entsteht, erfasst werden. Das Modell für den Abtrag soll basierend auf den Schubspannungen an der Grenzfläche und dem Spannungsfeld im Biofilm formuliert werden. Das Modell wird mit experimentellen Beobachtungen kalibriert und validiert. Biofilm Modelle, die für Reaktoren verwendet werden, sind in der Regel eindimensional (1D). Aus diesem Grund soll in diesem Projekt mittels Modellrechnungen mit dem validierten multi-dimensionalen Abtragmodell ein vereinfachtes ('upscaled') 1D Modell entwickelt werden.

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