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Bakterien als neuer Biomarker zur besseren Überwachung und Steuerung von Biogasfermentern mit Rest- und Abfallstoffen, Teilvorhaben 1: Validierung von und Suche nach neuen Biomarkern

Bakterien als neuer Biomarker zur besseren Überwachung und Steuerung von Biogasfermentern mit Rest- und Abfallstoffen, Teilvorhaben 3 (PFI): Co-Fermentation mit Rest- und Nebenprodukten unter Simulation hoher Raumbelastungen und Stickstofffrachten

Bestimmung der Haupt- und der Spuren-Naehrelemente (Schwermetalle in Duengern)

1.) Untersuchung aller Stoffe, die in der Landwirtschaft als Duenger dienen (koennen) und deren Einsendung spontan erfolgt. 2.) Analysensystem: Handelsduenger, Hofduenger, Abfallduenger, rezyklierbare Abfaelle (Schlempe, Borsten, Grillenkot, Seegras, .) Stand der Arbeiten, weiteres Vorgehen: 1.) Entwickeln und Pruefen von Verfahren zur Ausfuehrung der unten genannten Arbeiten. 2.) Bestimmung (regelmaessig) der Hauptnaehrelemente N, P, K, Mg, Ca. 3.) Bestimmung (oft) der - Spurennaehrelemente Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, B - Schwermetalle Cr, Ni, Cd, Pb. 4.) Nachweise, Identitaetsreaktionen.

Teilprojekt D^Teilprojekt E^Teilprojekt C^BioÖkonomie International: ASHES - Rückführung von Nährstoffen aus Aschen von thermo-chemischen Prozessen mit Bagasse bzw. Bagassestroh, Teilprojekt H

Das Kernziel des Vorhabens ist die Kreislaufführung der Nährstoffe aus den Rückständen der Verbrennung und Vergasung von Bagasse, Stroh, Vinasse und Melasse nach der Produktion von Ethanol aus Zuckerrohr. Darüber hinaus ist die Effizienz der thermischen Konversion zu verbessern, sowohl durch Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Verbrennung/Vergasung, als auch durch Einstellung von Verfahrensparametern die sich günstig auf die Eigenschaften der Verbrennungs-/Vergasungsrückstände auswirken. Günstig sind die Eigenschaften der Rückstände dann, wenn sie die Rückführung der Nährstoffe in pflanzenverfügbaren Düngern erleichtern. Die Aufgaben von Outotec liegen an der Schnittstelle zwischen den brasilianischen Stakeholdern und den deutschen Forschungsstellen und zielen auf die Erfassung und den Transfer der wirtschaftlichen, rechtlichen und soziologischen Rahmenbedingungen zu den wissenschaftlichen Mitarbeitern und auf das Upscaling der im Projekt entwickelten Technologien und Verfahren in die industrielle Anwendung ab. Im Einzelnen bestehen die Arbeitspakete aus einer Erhebung der Rahmenbedingungen, aus chemischen und Verfahrenssimulationen mit HSC Chemistry und Aspen Plus), aus der Konzeption und dem Basic Engineering von Anlagen und aus der Bewertung des Umweltfußabdrucks der verschiedenen Verfahrensoptionen. Diese Leistungen werden im WP1 für die Verbrennung, im WP2 für die Vergasung und im WP6 für die Düngerproduktion erbracht.

BIOCM - ERA-Net: Design, Entwicklung und Bewertung eines Prozesses zur Herstellung von Ethylen aus Biogas basierend auf der Oxidativen Kopplung von Methan, Teilvorhaben: TU Berlin

Die Hauptziele dieses Vorhabens sind das Design und die Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung von Ethylen aus Biogas basierend auf der oxidativen Kopplung von Methan (OCM). Hierbei werden wissenschaftliche, technische, ökologische und wirtschaftliche Aspekte untersucht, um einen bio-basierten OCM-Prozess (Bio-OCM) bezüglich seiner Umsetzbarkeit zu bewerten. Es wird eine neue Prozesskette zur Erzeugung grüner Chemikalien und Kunststoffe aus Schlempe aus der Zuckerrohrethanol-Produktion entwickelt. Schlempe kann in einer anaeroben Vergärung umgesetzt werden, wobei Biogas entsteht. Nach einer Vorbehandlung wird das methanreiche Biogas in dem OCM-Reaktor zu wertvollem Ethylen umgewandelt. Das Reaktorabgas wird anschließend gereinigt, um reines Ethylen als Hauptprodukt zu erhalten. Hierfür wird ein innovatives Druckwechseladsorptionsverfahren mit einem Zeolith als Adsorbens verwendet. Die aufgestellte Prozesskette wird anhand einer Ökobilanz bzw. Life Cycle Analysis bezüglich ihrer Nachhaltigkeit bewertet.

FHprofUnt 2015: Modifikation von Proteinen bei der technischen Prozessierung von Melasse und Vinasse: Einfluss auf die Produktion von Bioethanol und Biogas

Re2alko - Optimierung der Regionalen Bioalkoholherstellung aus biogenen Reststoffen, Re2alko - Optimierung der Regionalen Bioalkoholherstellung aus biogenen Reststoffen

Thema: Die Erschließung und Nutzung biogener Reststoffe zur Produktion von innovativen Biokraftstoffen der zweiten Generation mit hohem Klimaschutzpotential soll optimiert werden. Ziele: Ziel des Projektes ist die Optimierung der Erschließung und Nutzung biogener Reststoffe zur Produktion von innovativen Biokraftstoffen der zweiten Generation mit hohem Klimaschutzpotential. Es wird ein belastbares Konzept zur schrittweisen Umwandlung dezentraler Bioethanolanlagen in Anlagen zur Vergärung von regionalen Rest- und Abfallstoffen aus landwirtschaftlichen Betrieben erstellt sowie die wissenschaftlich-technischen Voraussetzungen dafür geschaffen. Dabei soll neben der Produktion des sogenannten Lignozellulose-Ethanols auch die Produktion von Biobutanol evaluiert werden. Zur Energieoptimierung soll die Schlempe in einer nachgeschalteten Biogasanlage vergoren werden. In einer anschließenden Pilotphase ist vorgesehen, die entwickelten Konzepte in eine bestehende dezentrale gekoppelte Bioethanol/Biogasanlage zu implementieren. Maßnahmen: - AP 2: Vorbehandlung (Uni Hohenheim) - AP 3: Enzymatische Verzuckerung (Uni Frankfurt, Uni Hohenheim) - AP 5: Effizienzsteigerung der Brennerei (Uni Hohenheim, FH Münster) - AP 6: Planung der Pilotanlage (Uni Frankfurt, Uni Hohenheim) - AP 9: Energie- und Ökobilanz (Uni Hohenheim, FH Münster) - AP 10: Ökonomische Betrachtung (Uni Hohenheim). Schwerpunkte: - Thermisch-mechanischer Aufschluß sowie enzymatische Hydrolyse von landwirtschaftlichen Reststoffen - Ethanol-Fermentation von Hexosen und Pentosen in Maischen aus landwirtschaftlichen Reststoffen im Technikums- und im technischen Maßstab.

Teilprojekt G^Teilprojekt H^Teilprojekt D^BioÖkonomie International: ASHES - Rückführung von Nährstoffen aus Aschen von thermo-chemischen Prozessen mit Bagasse bzw. Bagassestroh^Teilprojekt F^Teilprojekt E^Teilprojekt C, Teilprojekt B

Hintergrund: In Brasilien fallen - bei der Bioethanolherstellung aus Zuckerrohr - jährlich etwa 250 Mio. Tonnen Bagasse an. Die Reststoffe werden überwiegend energetisch bei einer Verbrennung vor Ort, in der 'USINA', verwertet. Die Prozessdampferzeugung erfolgt mit Wirbelschicht- und Rostanlagen, die teilweise über 50 Jahre alt und häufig nicht energetisch optimiert sind. Die Intensivnutzung der Böden und die Ausbringung von unbehandelten Reststoffen haben eine Versauerung der Böden und eine mangelnde Nährstoffversorgung zur Folge. Diese Defizite des Bodens führen ohne Gegenmaßnahmen zu Degeneration der Zuckerrohrbepflanzung. Ziel: Das Ziel des Vorhabens ist es, die Reststoffe durch thermochemische Verfahren (Vergasung und Verbrennung) energetisch zu verwerten und die bestehenden Prozessketten zu optimieren. Die Verfahren sollen energetisch aber auch hinsichtlich der Eigenschaften der Aschen dahingehend verbessert werden, dass diese nach einer Aufbereitung wieder dem Stoffkreislauf zugeführt werden können. Hierzu werden in Vergasungs- und Verbrennungsprozessen schadstoffarme Aschen erzeugt und zu vollwertigen und konkurrenzfähigen Recyclingdüngern weiterverarbeitet. Zudem besteht die Möglichkeit, die Aschen, denen die Nährstoffe entzogen wurden als (funktionale) Füllstoffe in (Bio-)Polymer-Compounds einzusetzen. In Abstimmung mit den brasilianischen Partnern werden Konzepte für eine nachhaltige Wiederverwertung ermittelt. Mit dem Verbundprojekt kann das ITC seine internationalen Kontakte nach Brasilien hin erweitern und seine langjährige Expertise im Bereich der Verbrennung von schwierigen Brennstoffen (Schwerpunkt Abfall und Biomassen) auf die Reststoffe aus der Zuckerrohrherstellung anwenden. Die Ergebnisse der Untersuchungen, insbesondere zur Anwendung der Aschen in N-P-K-Düngern können auf andere, derzeit durch das Institut betreuten Projekte, z.B. mit Klärschlämmen, Gärresten, Hühnermist, etc. übertragen werden. Angestrebte Ergebnisse: Neben der energetischen Optimierung der Prozesse vor Ort in Zusammenarbeit mit den Anlagenbetreibern und brasilianischen Forschungspartnern sollen zukünftig ökonomisch und technisch umsetzbare Verwertungs- und Nutzungspfade für Aschen aus der thermo-chemischen Umsetzung evaluiert werden. Dabei sind Kriterien wie z.B. der Nährstoffgehalt, die Anlagenverfügbarkeit und das Verbrennungsverhalten von Bagasse, Stroh und Filterkuchen sowie die Nutzung der Vinasse mit den jeweils spezifischen Eigenschaften zu berücksichtigen.

Teilprojekt H^Teilprojekt D^Teilprojekt C^BioÖkonomie International: ASHES - Rückführung von Nährstoffen aus Aschen von thermo-chemischen Prozessen mit Bagasse bzw. Bagassestroh^Teilprojekt E, Teilprojekt G

1. Vorhabensziel: Herstellung eines schadstoffarmen und gut pflanzenverfügbaren Düngers aus den Reststoffen der Zuckerrohrverarbeitung. Verwertung der Verbrennungs- und Vergasungsrückstände der Bagasse und der sonstigen auf Zuckerrohrbasis anfallenden Biomassen (Stroh, Vinasse, Melasse). 2. Arbeitsplanung: Verbrennungs- und Vergasungsrückstände aus WP0, WP1 und WP2 sowie mechanisch und nasschemisch erzeugte Zwischenprodukte aus WP5 werden thermochemisch nachbehandelt mit dem Ziel Schmermetalle zu entfernen und Nährstoffe in eine pflanzenverfügbare Form z u überführen. Hierfür werden Batchversuche durchgeführt (Screening) sowie Versuche in kleintechnischen Drehrohröfen. Von erfolgversprechenden Zwischenprodukten werden größere Chargen hergestellt (50 kg). Aus den Zwischenprodukten (WP1, WP2, WP5) werden Düngemittel durch Granulation mit geeigneten weiteren Nährstoffträgern und Bindemitteln hergestellt. Für die Granulation kommen Eirich-Mischer R02 (5L) und R08 (75L) zum Einsatz. 3. Ergebnisverwertung: Die Verwertung der Rückstände aus der Zuckerrohrverarbeitung (insbesondere Bagasseaschen) ist ein wichtiges Ziel der brasilianischen Umwelt- und Agrarpolitik. Die Untersuchungen im geplanten Projekt sollen diesen Prozess unterstützen und dazu beitragen, dass zukünftig hochwertige Sekundärrohstoffdünger auf den Markt gelangen. Mit den entsprechenden Firmen und den Akteuren der Düngemittelindustrie und der Landwirtschaft wird während der Projektlaufzeit intensiv der Kontakt gehalten.

Technologiebewertung von Gärrestbehandlungs- und lokalen Verwertungskonzepten (AD+PLUS)

Ein Flaschenhals für die Weiterentwicklung der Bioenergiegewinnung durch die Biogas-Fermentation ist die Behandlung, Aufbereitung sowie Verwertung des Fermentationsendproduktes (Gärrest). Eine Weiterentwicklung der bestehenden Technologien ist insbesondere in Hinblick auf die Erschließung neuer Rohstoff (Substrat)-Quellen (z.B. Schlempen aus der Bioethanolherstellung oder tierische Nebenprodukte) für zukünftige Anwendungen von Bedeutung. Ziel des Projektes ist es, technisch mögliche sowie heranreifende Technologien zu bewerten, die in einer Biogasanlage das bestehende Problem der Gärrestverwertung zu lösen vermögen. Die wichtigsten Faktoren der eingesetzten Technologien sind: Kosten vermeiden, Wirtschaftlichkeit erhöhen und Wertstoffe gewinnen. Die genannten Technologien sind immer Verfahrenskombinationen, wodurch eine gezielte Beurteilung besonders komplex und schwierig wird. Für die angesprochene Problematik soll ein detaillierter Standard-Ratgeber in Form eines klar verständlichen Handbuches für einen weiten Interessentenkreis entstehen. Durch die Weiterentwicklung dieser Technologien kann es gelingen, schlichte Biogas-, Bioethanol- und Biodieselanlagen in nachhaltige Bioraffinerien zu verwandeln. Eine gesamtheitliche Nutzung dieser Stoffkreisläufe verbessert den Wirkungsgrad und die Effizienz dieser Prozesse deutlich und widerlegt die veraltete Meinung, dass Verbesserungen im Umweltschutz Kosten verursacht - im Gegenteil, es kann dadurch erst das volle Potential ausgeschöpft werden.

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