Lietsch, Corinne (2011)
Thema
Labortechnische Untersuchungen zur biologischen Hydrolyse von Modellsubstraten
Aufgabenstellung
Die Geschwindigkeit der anaeroben Umwandlung biogener Substrate, insbesondere pflanzlichen Ursprungs, in Biogas ist teilweise durch deren langsame Hydrolyse limitiert. In der Praxis werden zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen separate Hydrolysestufen genutzt, wobei die erzielbaren Effekte kontrovers diskutiert werden. Gegebenenfalls hat der Prozess der Hydrolyse das Potenzial, in der auf organischen Stoffen basierenden Ressourcenwirtschaft (Energie- und Rohstoffgewinnung) eine Schlüsselstellung einzunehmen.
Aufgrund der großen Schwankungen der Substrateigenschaften beim Einsatz von realen biogenen Substraten, wie z.B. Maissilage sind sowohl die Bilanzierung der separaten Hydrolyse im Labor als auch die Bewertung der Wirksamkeit im praktischen Anlagenbetrieb mit großen Unsicherheiten verbunden.
Die Zielstellung der Diplomarbeit besteht darin, die Hydrolyse von ausgewählten, stofflich genau definierten Modellsubstraten hinsichtlich Geschwindigkeit, Verlusten sowie den Einfluss auf deren anaerobe Abbaubarkeit im Labor experimentell zu bewerten und zu optimieren. Die Modellsubstrate repräsentieren dabei die organischen Stoffgruppen Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße und die Ergebnisse erlauben somit einen Rückschluss auf die Sinnfälligkeit von separaten Hydrolysestufen. Die Resultate werden im Zusammenhang mit den am IKTS in diesem Themenkreis bereits durchgeführten Arbeiten betrachtet.
Autorenreferat
Separate Hydrolysestufen stellen eine Technologie dar, deren Potential in der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und des Wirkungsgrades landwirtschaftlicher Biogasanlagen liegt. Sie sollen die Umwandlung schwer abbaubarer Verbindungen ermöglichen, indem sie optimale Bedingungen für diese bieten. Biogene Substrate enthalten jedoch auch einen Anteil leicht verfügbarer organischer Bestandteile. Diese gehen unter Umständen während der Hydrolyse in das Hydrolysegas über. Die dadurch hervorgerufene Reduzierung an organisch gespeicherter Energie im Hydrolysat lässt Mindererträge in der darauffolgenden Methanstufe vermuten. Die Verwendung realer, biogener Substrate (z.B. Maissilage) führte in Vorversuchen durch deren Inhomogenität zu Unsicherheiten bezüglich der Bilanzierung und der Bewertung der Hydrolysestufe. Daher behandelt diese Arbeit den Einsatz der stofflich genau definierten Modellsubstrate Glucose, Weizenstärke und Cellulose. Diese stehen stellverstretend für ein sofort, ein mittelschwer und ein kaum verfügbares Substrat. Im Fokus steht der Vergleich der drei Substrate in Bezug auf deren Abbaubarkeit und die Auswirkungen ihrer Hydrolyse auf das Biogaspotential der nachfolgenden Methanstufe. Untersuchungsgegenstand ist außerdem der Einfluss verschiedener Temperaturen bzw. Gärrestanteile auf die Abbaubarkeit. Innerhalb der Laborversuche wird die Freisetzung von gelöstem CSB und von organischen Säuren aus partikulärer Substanz, sowie die Entwicklung von Hydrolysegas ermittelt. Des Weiteren erfolgt eine Bilanzierung des Hydrolyseprozesses mithilfe des homogenisierten CSB. Zusätzlich wird ein Vergleich von versuchstechnisch bestimmten Hydrolysekonstanten und Biogaspotentialen mit Literatur bzw. Berechnungswerten vorgenommen.
Betreuung
Dr.-Ing. B. Faßauer Dipl.-Ing. B. Schwarz |
Fraunhofer IKTS Fraunhofer IKTS |
Dr.-Ing. V. Kühn | TU Dresden / ISI |