Die Verwendung von fossilem Torf für Substrate im Erwerbsgartenbau trägt substantiell zur Klimaerwärmung bei (CO2-Emission), führt zu Verlusten an Biodiversität und anderen Moor-Ökosystemdienstleistungen sowie an landwirtschaftlich nutzbarer Fläche. Torfmoos-Biomasse ist die meistversprechende Alternative. Sie kann mit vielfältigen Benefits nachhaltig auf wiedervernässtem, degradiertem Hochmoor kultiviert werden. Diese Paludikultur reduziert CO2-Emissionen, erhält landwirtschaftliche Flächen, erhöht Biodiversität, erhält Arbeitsplätze im ländlichen Raum und stärkt die regionale und nationale Wirtschaft. Die Ziele von 'MOOSzucht' sind Produktivitätssteigerung auf züchterischer Basis, um Torfmoos rentabel anzubauen, und die massenhafte Vermehrung von Torfmoos als Saatgut für die Umsetzung von Torfmooskultivierung im industriellen Maßstab. Das Teilvorhaben ALU zielt darauf, hochproduktive Torfmoose in axenische In vitro Kultur zu bringen (Kultur unter sterilen Bedingungen), um sie durch Polyploidisierung züchterisch bearbeiten zu können (Smart Sphagnum Breeding) und um mit individuell optimierten Wachstumsmedien einen Produktionsprozess in Rührkessel-Photobioreaktoren zu etablieren. Im TV-ALU werden die produktivsten Torfmoose in axenische In vitro-Kultur gebracht, indem Zellen mit Stammzellcharakter durch Oberflächensterilisierung dekontaminiert werden. Nach Regeneration der Torfmoose werden die Kultivare züchterisch bearbeitet, indem durch Protoplastenisolierung und -fusion in der Produktivität gesteigerte polyploide Kultivare erzeugt werden. Für die Massenvermehrung im Photobioreaktor werden geeignete Kulturparameter (Medienzusammensetzung, pH, Temperatur, Licht) entwickelt und die Produktion in 5l-Rührkessel-Photobioreaktoren etabliert. Die Kulturparameter werden in enger Zusammenarbeit mit den Partnern im TV-KIT entwickelt und alle Ergebnisse für die Massenvermehrung im Trickle bed-Reaktor zur Verfügung gestellt.
Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines Steuerkonzeptes als Werkzeug zur Auslegung und den Betrieb von Rührsystemen in Biogasanlagen, mit dem dauerhaft ein verfahrenstechnisch optimierter und wirtschaftlicher Einsatz der Rührtechnik zur Biogaserzeugung garantiert werden kann. Als Gesamtzielstellung wird eine, von den Substrateigenschaften unabhängige Maximierung der Biogasausbeute bei minimalem energetischem Aufwand zum Mischen verfolgt. Weiterhin sollen geeignete Kriterien zur Maßstabsübertragung von Mischprozessen nicht-Newtonscher Fluide für ein Scale-Up der Ergebnisse in den Prozesserarbeitet werden. Im Rahmen des Projektes sind die bisher im kleintechnischen Maßstab ermittelten Zusammenhänge zwischen Substrateigenschaften, Mischprozess und Biogasausbeute im Pilotmaßstab zu überprüfen und weiter zu qualifizieren. Mit der geplanten Übertragung prozesstomographischer Untersuchungen in den 1-m3-Maßstab liegen erstmalig quantitative Aussagen zur Bewertung von Mischprozessen opaker, faseriger Stoffsysteme in unterschiedlichen Maßstäben vor, auf deren Basis gesicherte Kriterien für ein Scale-Up erarbeitet werden sollen. Unter zusätzlicher Einbeziehung der von der TU Berlin vorzunehmenden Messungen mittels optischer Sonden sind Aussagen zur Vermeidung von Betriebsstörungen in Biogasfermentern abzuleiten. Auf Basis dieser neuen Forschungsergebnisse erfolgt durch die KSB AG schließlich die Erarbeitung des Regel- und Steuerungskonzeptes.
Rührwerke sind die größten Verbraucher elektrischen Stroms an Biogasanlagen - 30-50% Anteil am Eigenstromverbrauch - trend zu großflügelig laufenden Rührwerken. Zielsetzung. Vergleich des elektrischen Eigenenergieverbrauchs der Rührwerke (Amaprop 2500) in einem Fermenter vor und nach der Repowering-Maßnahme an zwei Praxisanlagen.
Das Vorhaben befasst sich mit der schnellen Analyse von Prozesszuständen in Biogasanlagen. Ziel ist es, den Betrieb von Fermentern im Grundlastbetrieb zu stabilisieren und Gaserträge zu maximieren. Für eine bedarfsangepasste Fahrweise kann die Prozesskontrolle erheblich verbessert werden, es ergeben sich deutlich verbesserte Möglichkeiten den Betrieb zu steuern und zu optimieren. Dabei kommen die zytometrischen und bioinformatischen Monitoring-Tools CyBar und CHIC zur Messung von Strukturveränderungen der Biozönose zum Einsatz. Ausgeführt werden sollen diese Tools an einem Pfropfenstrom- und einem Rührkesselfermenter. Die Methanproduktion soll durch Kontrolle und Parametersteuerung verbessert werden. Im Fokus stehen Qualität und Quantität der Substratgabe sowie Temperaturänderungen. Dynamische Prozesse in beiden Reaktoren sollen über quasi-online Messungen systematisch erfasst werden. Die räumlich variable Abundanz von Mikroorganismen in teildurchmischten Systemen kann mit dem vorgestellten Ansatz überprüft werden und erlaubt Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit und die Mischgüte des untersuchten Systems. Das Projekt ist auf eine Gesamtlaufzeit von 3 Jahren angelegt. Es gliedert sich in 11 Arbeitspakete, die in 5 Meilensteinen zusammengefasst werden. Wissenschaftliche und technische Ziele sind in separaten Teilvorhaben gefasst. Die zeitliche Gliederung des Vorhabens ergibt sich aus der Meilensteinplanung M1: Anpassung mikrobieller Methoden, Etablierung abiotischer und biotischer Monitoringparameter und bioinformatischer Datenerfassung M2: Kontinuierlicher Anlagenbetrieb in Grundlast, Quantifizierung der Archaea M3: Technische Bewertung und Charakterisierung der mikrobiellen Biozönose in Abhängigkeit von Raumbelastung und Füllstand sowie zwischen meso- und thermophiler Fahrweise M4: Technische Bewertung und Charakterisierung der mikrobiellen Biozönose bei Störungen M5: Flexibilisierung im optimierten Betrieb.
Zielsetzung ist zunächst die Identifikation der Formalkinetiken der Synthesegasverwertung von Clostridium aceticum und Clostridium carboxidivorans im kontrollierten Rührkesselreaktor, wobei insbesondere rekombinante Stämme zur Herstellung von Isobutanol, 1,4-Butandiol, 1-Hexanol und 1,6-Hexandiol untersucht werden sollen. Zur Untersuchung der Syngasverwertung im Litermaßstab soll ein neuartiges Hochdruckbioreaktorsystem entwickelt werden, das wahlweise als Rührkessel-, Blasensäulen-, Umlauf-, Membran-, Festbett- oder Tropfkörperreaktorsystem eingesetzt werden kann. Zielsetzungen sind zum einen die Identifikation besonders geeigneter Reaktorkonfigurationen für kontinuierliche Gasfermentationen (Raum-Zeit Ausbeute, Prozessstabilität) und zum anderen die modellgestützte Auswahl von geeigneten Betriebspunkten zur Erzielung hoher Produktkonzentrationen und/oder hoher Gasausbeuten. Das Vorhaben ist in drei Teilprojekte unterteilt: (i) Reaktionstechnische Untersuchungen zur Synthesegasverwertung von Clostridium aceticum im kontrollierten Rührkesselreaktorsystem. (ii) Reaktionstechnische Untersuchungen zur Synthesegasverwertung von Clostridium carboxidivorans im kontrollierten Rührkesselreaktorsystem. (iii) Vergleichende verfahrens- und reaktionstechnische Analysen von verschiedenen Bioreaktorkonzepten zur Synthesegas-Fermentation im kontrollierten Mehrzweckdruckreaktor zur Herstellung von Isobutanol, 1,4-Butandiol, 1-Hexanol und/oder 1,6-Hexandiol.
Das Vorhaben befasst sich mit der schnellen Analyse von Prozesszuständen in Biogasanlagen. Ziel ist es, den Betrieb von Fermentern im Grundlastbetrieb zu stabilisieren und Gaserträge zu maximieren. Für eine bedarfsangepasste Fahrweise kann die Prozesskontrolle erheblich verbessert werden, es ergeben sich deutlich verbesserte Möglichkeiten den Betrieb zu steuern und zu optimieren. Dabei kommen die zytometrischen und bioinformatischen Monitoring-Tools CyBar und CHIC zur Messung von Strukturveränderungen der Biozönose zum Einsatz. Ausgeführt werden sollen diese Tools an einem Pfropfenstrom- und einem Rührkesselfermenter. Die Methanproduktion soll durch Kontrolle und Parametersteuerung verbessert werden. Im Fokus stehen Qualität und Quantität der Substratgabe sowie Temperaturänderungen. Dynamische Prozesse in beiden Reaktoren sollen über quasi-online Messungen systematisch erfasst werden. Die räumlich variable Abundanz von Mikroorganismen in teildurchmischten Systemen kann mit dem vorgestellten Ansatz überprüft werden und erlaubt Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit und die Mischgüte des untersuchten Systems. Das Projekt ist auf eine Gesamtlaufzeit von 3 Jahren angelegt. Es gliedert sich in 11 Arbeitspakete, die in 5 Meilensteinen zusammengefasst werden. Wissenschaftliche und technische Ziele sind in separaten Teilvorhaben gefasst. Die zeitliche Gliederung des Vorhabens ergibt sich aus der Meilensteinplanung M1: Anpassung mikrobieller Methoden, Etablierung abiotischer und biotischer Monitoringparameter und bioinformatischer Datenerfassung M2: Kontinuierlicher Anlagenbetrieb in Grundlast, Quantifizierung der Archaea M3: Technische Bewertung und Charakterisierung der mikrobiellen Biozönose in Abhängigkeit von Raumbelastung und Füllstand sowie zwischen meso- und thermophiler Fahrweise M4: Technische Bewertung und Charakterisierung der mikrobiellen Biozönose bei Störungen M5: Flexibilisierung im optimierten Betrieb.
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