BioPot - Bioenergie aus Speisefetten - Potential gemischt erfasster Fettabfälle als Ressource für Biodiesel
Förderung:
Klima- und Energiefonds der FFG im Programm Energieforschung (e!MISSION), Energieforschung 2. Ausschreibung
Förderzeitraum:
09/2016- 02/2018
Kurzfassung:
Ziel dieses Sondierungsvorhabens ist es, das Biodieselpotential gemischter Speise- und Fettabscheiderabfälle zu bestimmen. Dazu sollen diese Abfälle möglichst hochwertig aufgereinigt werden und der Einfluss der Lagerung auf die Qualität und Eignung zur Biodieselherstellung der gemischten Speise- und Fettabscheiderabfälle und getrennt erfasster Fettabscheiderabfälle gemessen werden. Mit Hilfe einer ökobilanziellen Betrachtung soll bewertet werden, ob das Vorhaben ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.
Projektpartner:
Institut für Infrastruktur, Universität Innsbruck
Publikationen:
Knapp, J., Lichtmannegger, T., Robra, S., Kinzel, C. und Bockreis, A. (2018): Bioenergie aus Speisefetten- Potential gemischt erfasster Fettabfälle als Ressource für Biodiesel. Endbericht.
Lichtmannegger, T., Kinzel, C., Müller, W., Bockreis, A. (2018): Energetische Nutzung von Fettabscheiderinhalten – Potenzial zur Erzeugung von Biodiesel und Biogas. Österr Wasser- und Abfallw 70: 172. https://doi.org/10.1007/s00506-018-0465-9
Präsentationen des Projekts:
Ökobilanzwerkstatt 2016, 15. -16. September 2016, Hochschule Pforzheim
Österreichische Abfallwirtschaftstagung 2017 - Digitalisierung in der Abfallwirtschaft. 10.05.-11.05.2017, Graz
Poster ÖWAV Abfallwirtschaftstagung 2017
Österreichische Wasserwirtschaftstagung 2017 - Die Zukunft der Abwasserwirtschaft in Östereich. 04.10.-05.10.2017, Linz
Poster ÖWAV Abwasserwirtschaftstagung 2017
Inhalt:
Altspeisefette verursachen im Abwasser Probleme und können andererseits, wenn sie getrennt erfasste werden, eine Ressource zur Erzeugung von Bioenergie sein. Daher sind in Gastronomiebetrieben, nicht nur in Österreich, Fettabscheider vorgeschrieben. Es gibt unterschiedliche Sammelsysteme für Altspeisefette, in Tirol z.B. das Öli-System zur Erfassung von Altspeisefetten aus Haushalten mit Hilfe von separaten Sammelbehältern. Tatsächlich gelangen jedoch immer noch Mengen an Altspeisefetten in die Kanalisation. Dadurch kann die in den Fetten enthaltene Energie nicht genutzt werden, und die notwendige vermehrte Kanalwartung und Kläranlagenbelüftung verursacht einen zusätzlichen Energieverbrauch.
Betriebe, die Lebensmittel verarbeiten, müssen in der Regel bei entsprechender Größe über einen Fettabscheider verfügen. Deren Wartung und Entleerung wird von den Betreibern meist an private Dienstleister übergeben. Oft jedoch gelangt Altspeisefett durch unsachgemäße Entsorgung, mangelhafte Wartung oder das komplette Fehlen eines Fettabscheiders in das Abwasser. Dort führt es zu massiven Problemen im Kanalsystem wie zum Beispiel der Korrosion von Rohren durch Bildung von Schwefelwasserstoff (H2S) oder der Verstopfung des Kanals durch Bildung von mineralischen Ablagerungen (Dengg und Rostek, 2004). Gelangen gelöste Fette vermehrt in die Kläranlage, führen sie dort zu massiven Betriebsproblemen wie zum Beispiel der massenhaften Vermehrung von Fadenbakterien (Microthrix parvicella) und in weiterer Folge zur Entstehung von Schwimmschlamm und Schaum.
Aus getrennt erfassten Speisefetten kann Biodiesel hergestellt werden, wie es z.B. im Rahmen des Öli-Systems bereits erfolgt. Für die Herstellung von Biodiesel werden aber Fette mit einem geringen Anteil an freien Fettsäuren benötigt. Im Rahmen eines Projektes soll nun untersucht werden, ob sich auch aus Fettabfällen kombinierter Erfassungssysteme für Speisereste (Küchenabfallzerkleinerer und Fettabscheider in einem Tank) eine Fraktion mit ausreichend guter Qualität für die Biodieselherstellung gewinnen lässt. Da sich Fette unter bestimmten Bedingungen in freie Fettsäuren aufspalten, soll der Einfluss von Sammlung und Lagerung, wie u.a. ein hoher Wassergehalt oder die Anwesenheit von Mikroorganismen, auf die Fettqualität untersucht werden und zwar sowohl für reine Fettabscheiderabfälle als auch für Abfällen aus kombinierten Erfassungssystemen.
Es gibt österreichweit verschiedene etablierte Systeme, bei denen Altspeisefette getrennt erfasst, gesammelt und anschließend zur Biodieselgewinnung eingesetzt werden. Fettabscheiderinhalte hingegen werden aktuell vor allem als Substrat für die Co-Fermentation auf Kläranlagen zur Produktion von Biogas verwendet. Forschungsprojekte haben gezeigt, dass auch Fettabscheiderinhalte als Ausgangssubstrat für die Biodieselherstellung eingesetzt werden können (Canakci, 2007; Montefrio et al., 2010).
In Rahmen des Projektes soll geklärt werden, ob die Erzeugung von Biodiesel aus Abfällen kombinierter Erfassungssysteme für Fette und andere Küchenabfälle bzw. aus reinen Fettabscheiderabfällen möglich ist, und wenn ja mit welchen Verfahren und unter welchen Bedingungen. Durch eine verbesserte Erfassung und Verwertung von Altspeisefetten könnte der Energieverbrauch, der durch die Entsorgung über den Abwasserkanal entsteht, reduziert und die Gewinnung erneuerbarer Energie gesteigert werden.
Ob die Erzeugung von Biodiesel aus den zu untersuchenden Abfällen im Vergleich zur bereits etablierten Erzeugung von Biogas durch Co-Fermentation sinnvoll ist, hängt stark von der Quantität und Qualität der daraus abtrennbaren Fette und des für die Aufreinigung nötigen Aufwands ab. Untersuchungen sollen daher zeigen, ob sich aus Fettabscheiderinhalten und Abfällen kombinierter Erfassungssysteme (Küchenzerkleinerer und Fettabscheider in einem Tank) eine Fraktion mit ausreichend guter Qualität für die Biodieselherstellung gewinnen lässt. Die kommerziell am weitesten verbreitete Methode heutzutage ist die homogen alkalisch katalysierte Biodieselherstellung, jedoch verträgt diese Methode nur einen sehr geringen Anteil an freien Fettsäuren (Guldhe et al., 2015; Kulkarni and Dalai, 2006). Da sich Fette bei ungünstigen Lagerbedingungen in freie Fettsäuren aufspalten, soll vor allem der Einfluss der Lagerung auf die Fettqualität untersucht werden.
Es wurden mehrere Lagerversuche mit Fettabscheiderinhalten separat und gemischt mit Speiseabfällen durchgeführt. Die Lagerung der Versuchsansätze erfolgte bei 20°C und es wurden mehrmals wöchentlich Proben genommen und analysiert. Die Fettqualität wurde anhand verschiedener Parameter, unter anderem freie Fettsäuren (FFA), bestimmt. Die Lagerversuche zeigten, dass bei den untersuchten, stark verschmutzten Fettabscheiderfraktionen aufgrund des hohen Gehalts an Wasser und Mikroorganismen die freien Fettsäuren schnell sehr stark zunehmen, anders als bei getrennt erfassten Altspeisefetten. In allen Ansätzen hatte die Lagerdauer einen negativen Einfluss auf die freien Fettsäuren. Vor allem Speisereste aus Fettabscheidern führten zu einer rapiden Zunahme der freien Fettsäuren (+46%). Für die alkalisch katalysierte Herstellung von Biodiesel werden jedoch niedrige Konzentrationen an freien Fettsäuren benötigt (<5%). Die Peroxidzahl, ein Maß für den Fettverderb, stieg in allen Ansätzen an.
Die bisher gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass Fettabscheiderabfälle kein einfaches Ausgangssubstrat für die Biodieselherstellung sind. Im weiteren Verlauf des Projekts müssen daher verschiedene Aufbereitungsmethoden und optimierte Lager- und Sammelsysteme untersucht werden.
Um das Potential von Fettabscheiderinhalten als Ressource für die Biodieselherstellung zu erfassen, wurden mehrere Fettabscheider untersucht. Hierbei wurden Systeme beprobt bei denen die letzte Entleerung und Wartung zwischen 30 und 190 Tagen zurücklag. Es wurde sowohl die Fettschicht, als auch das Abwasser im Ablauf des Abscheiders beprobt.
Die Qualität des Fetts und somit die Eignung für die Biodieselerzeugung wurden anhand verschiedene Parameter wie der Säurezahl/freien Fettsäuren bestimmt. In den Ablaufproben wurden pH-Wert, Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und die gesamt lipophilen Stoffe gemessen. Kombiniert mit den erhobenen Wasserverbrauchsdaten lässt sich so abschätzen, welche Menge an Fett für die Herstellung von erneuerbaren Energien verloren geht.
Keiner der Abscheider konnte den Ablauf-Grenzwert von 100 mg/L an schwerflüchtigen lipophilen Stoffen einhalten. Speisereste, die in den Fettabscheider gelangen, verringern die Ausbeute an verwertbarem Öl für die Biodieselherstellung sehr stark, aus zwei Fettabscheidern konnte daher keine Ölfraktion gewonnen werden. Regelmäßige Überprüfungen des Fettabscheiders sollten von den Betreibern durchgeführt werden. Bei allen untersuchten Proben lagen die freien Fettsäuren über 52% (für Biodiesel max. 5% vorteilhaft). Die aus dem Fettabscheider gewonnenen Fette können deshalb nur mit speziellen Verfahren, die hohe Konzentrationen freier Fettsäuren vertragen, in Biodiesel umgewandelt werden.
Vielfach ist bei neu entwickelten Technologien zur Erzeugung erneuerbarer Energien jedoch der Gesamtprozess so ressourcen- und energieaufwändig, dass sie ökologisch nicht sinnvoll sind. Daher ist ein wichtiger Teil des Projekts eine ökologische und auch eine ökonomische Betrachtung. Ob die Erzeugung von Biodiesel aus den zu untersuchenden Abfällen im Vergleich zur bereits etablierten Erzeugung von Biogas durch Co-Fermentation sinnvoll ist, hängt stark von der Quantität und Qualität der daraus abtrennbaren Fette und des für die Aufreinigung nötigen Aufwands ab.
Referenzen:
Canakci M. (2007). The potential of restaurant waste lipids as biodiesel feedstocks. Bioresource Technology, 98 (1), 183-190.
Dengg J., Rostek R. (2004). Fett im Abwasser. Broschüre zur Reduzierung des Fetteintrags in das Abwasser, Abwasserverband Achental-Inntal-Zillertal.
Guldhe A., Singh B., Mutanda T., Permaul K. and Bux F. (2015). Advances in synthesis of biodiesel via enzyme catalysis: Novel and sustainable approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 1447-1464.
Kulkarni M. G. and Dalai A. K. (2006). Waste cooking oil - An economical source for biodiesel: A review Industrial and Engineering Chemistry Research, 45 (9), 2901-2913.
Montefrio M. J., Xinwen T. and Obbard J. P. (2010). Recovery and pre-treatment of fats, oil and grease from grease interceptors for biodiesel production. Applied Energy, 87 (10), 3155-3161.
Kontakt:
Universität Innsbruck
Univ-Prof. Dr.-Ing. Anke Bockreis
Technikerstrasse 13
6020 Innsbruck
anke.bockreis@uibk.ac.at