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Anlage zur Verwertung regionaler organischer Reststoffe (Co-Fermentation)

Die seit 10 Jahren erfolgreich betriebene Biogasanlage von Herrn Weitz soll konzeptiert und erweitert werden. Neben der Gewinnung von Biogas aus Schweineguelle ist eine Verwertung organischer regionaler Abfaelle geplant. Das Ziel ist die Untersuchung eines optimierten Verfahrensablaufes und die Zusammensetzung der Zuschlagstoffe, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermoeglichen.

Nutzung von Synergieeffekten bei der Co-Fermentation für die Flexibilisierung von Biogasanlagen

Ko-Fermentation von landwirtschaftlichen Rückständen und ausgewählten organischen Abfällen zur Biogasproduktion, Teilvorhaben: Entwicklung einer Pilotanlage zur Steigerung der Biogasausbeute von landwirtschaftlichen Rückständen und Abfällen unter ägyptischen und deutschen Bedingungen

Konzept für den Aufbau einer Show-Case-Kläranlage in Indien unter Anwendung deutscher Technologien

Konzept für den Aufbau einer Show-Case-Kläranlage in Indien unter Anwendung deutscher Technologien, ShowCaseIN - Konzept für den Aufbau einer Show-Case-Kläranlage in Indien unter Anwendung deutscher Technologien

Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltsstoffe: Verbundvorhaben 'Pilze als Produktionssysteme zur Nutzung von Pektin-haltigen Reststoffen für die Herstellung von Polyhydroxysäuren' (PRO-SUGAR), Teilprojekt B

Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.

Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltsstoffe: Verbundvorhaben 'Pilze als Produktionssysteme zur Nutzung von Pektin-haltigen Reststoffen für die Herstellung von Polyhydroxysäuren' (PRO-SUGAR), Teilprojekt A

Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.

Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltsstoffe: Verbundvorhaben 'Pilze als Produktionssysteme zur Nutzung von Pektin-haltigen Reststoffen für die Herstellung von Polyhydroxysäuren' (PRO-SUGAR), Teilprojekt C

Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.

Kosten landwirtschaftlicher Biogasanlagen

In Deutschland existieren derzeit ca. 600 landwirtschaftliche Biogasanlagen. Der größte Teil davon ist im Laufe der vergangenen zehn Jahre gebaut worden. Vor allem die relativ günstigen Rahmenbedingungen (Stromeinspeisegesetz, öffentliche Förderung, Kofermentation) förderten den Bau landwirtschaftlicher Biogasanlagen. Vor dem Hintergrund der noch sehr starken Nachfrage nach dem Bau von Biogasanlagen in der Landwirtschaft und den momentan relativ umfangreichen Förderprojekten, z.B. durch das Bundesamt für Wirtschaft, wäre es sinnvoll, interessierten Landwirten bereits bei Planungsbeginn möglichst zuverlässige und objektive Daten zur erforderlichen Investition beim Bau von Biogasanlagen zur Verfügung zu stellen. Im Rahmen des Erhebungsprojektes, das im Auftrag des Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) durchgeführt wurde, wurden in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Mannheim, Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen, Investitionsdaten landwirtschaftlicher Biogasanlagen, die nach 1995 gebaut wurden, gesammelt und nach der Kostenblockmethode, unterteilt in Fermenter, Gasnutzung und Zusatzausrüstung für Kofermentation ausgewertet. Die Investitionsdaten wurden so zusammengestellt, so dass für Biogasanlagen unterschiedlicher Größen (50 bis 1000 GV), unterschiedlicher BHKW-Ausstattung und verschiedener Anteile an Kofermentation die erforderliche Investition und die Wirtschaftlichkeit abgeschätzt werden kann. Diese Daten können für Landwirte eine wichtige Entscheidungshilfe beim Bau von Biogasanlagen darstellen.

Entwicklung eines Verfahrens zur Energie- und Wertstoffrückführung mittels Membranen aus dem Biogasprozess (NiMem)

Organische Reststoffe aus insbesondere der Schlachtindustrie und der Geflügelwirtschaft sind eine noch weitgehend ungenutzte Ressource. Mittels anaerober Verwertung kann der hohe Energiegehalt der betrieblichen Reststoffe (Schlachtabfall und Hühnerkot) Großteils wiedergewonnen werden. Bei der Vergärung führen die hohen Stickstoff- oder Schwefelkonzentrationen dieser Abfälle jedoch zu einer Hemmung der Mikrobiologie und zu geringen Methanerträgen. Die noch nicht etablierte Möglichkeit der Monovergärung dieser Abfälle stellt eine hervorragende Alternative zur Nutzung von Energiepflanzen dar, deren Einsatz zuletzt stark in Diskussion gekommen ist. Die derzeit gängigste Lösung ist eine Co-Fermentation mit nachwachsenden Rohstoffen, welche teilweise nur geringe Konzentrationen an Schwefel oder Stickstoff enthalten. Durch ihren Einsatz wird der ökonomische und ökologische Vorteil des Biogasprozesses jedoch deutlich verringert. Das im NiMEM Projekt entwickelte innovative integrative Membranverfahren ermöglicht Biogasprozesse bei hohen Stickstoffgehalten zu realisieren und Nährstoffe zu recyclen. Die Entfernung der Hemmstoffe führt zu einer energieeffizienten Produktion von Biogas und erhöht die Methanausbeute. Dazu wird zunächst Schwefel mikrobiologisch durch Oxidation von H2S aus dem produzierten Biogas entfernt und als Schwefelsäure wiedergewonnen. Diese Säure wird wiederum als Absorptionslösung für die Stickstoffentfernung genutzt, wobei Ammoniumsulfat als Wertstoff anfällt. Zusammen mit dem getrockneten Gärrest wird somit ein weiteres hochwertiges Düngemittel in handelsüblicher Formulierung zurückgewonnen. Dieses innovative Nährstoffrecycling ersetzt energieintensiv erzeugten Kunstdünger und trägt somit zur Einsparung fossiler Brennstoffe bei. Schlacht- und Hühnerbetriebe sind ideale Anwender für das innovative Gesamtkonzept, da die bei Verstromung im BHKW entstehende elektrische Energie und Abwärme vor Ort optimal eingesetzt werden kann. Durch die verstärkte Einbindung der Biogastechnologie in Industrieprozess wird der Wirkungsgrad des Energieträgers drastisch erhöht. Im Labormaßstab werden Erkenntnisse zum Verhalten von Membrankontaktoren bei den verwendeten Substraten gewonnen. In Folge werden die Ergebnisse in einer Kontaineranlage umgesetzt und der Prozess weiter optimiert. Die Umsetzung dieses Projektes besitzt das Potential, die Gesamteuropäischen Stromerzeugung aus Biogas um 20% zu steigern. Durch die effiziente Verwertung des Biogases können weitgehend energieautarke Betriebe geschaffen und somit wiederum fossile Energieträger substituiert werden. Die lokale Bereitstellung von Energie entlastet zudem die Leitungsnetze und liefert einen Beitrag zur Schaffung von regionalen Arbeitsplätzen.

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