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Projekte

Abfallveredelung
Drei Strategien zur Optimierung der Anaeroben Vergärung (3strategies4AD)
Bioreaktoren im Labormaßstab (6.5 L) zur Evaluierung der getesteten Optimierungsstrategien im Zuge eines Langzeitversuchs (224 Tage).
Bioreaktoren im Labormaßstab (6.5 L) zur Evaluierung der getesteten Optimierungsstrategien im Zuge eines Langzeitversuchs (224 Tage).


Energiewirtschaftlich eine Nischentechnologie, zeichnet sich die anaerobe Vergärung durch einige ökologische und ökonomische Vorteile gegenüber anderen Technologien auf Basis nachwachsender Rohstoffe aus. Deshalb ist ein Ausbau dieser Technologie auch in Zukunft sinnvoll und sollte weiterverfolgt werden. Anaerobe Vergärung ist klimaunabhängig und kann damit global zur Anwendung gebracht werden, und es kann eine Vielzahl kommunaler, landwirtschaftlicher oder industrieller organischer Abfälle als Substrat verwendet und energetisch genutzt werden.

Das produzierte Biogas ist vielseitig einsetzbar und kann in Wärme und Strom umgewandelt, nach Aufreinigung in das Erdgasnetz eingespeist oder direkt als Biotreibstoff für Fahrzeuge verwendet werden. Zudem lässt sich das Gas einfach und effizient speichern, was einen entscheidenden Vorteil im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energieträgern darstellt.

 

Schematische Darstellung der Anaeroben Vergärung mit den vier Hauptphasen: Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese. (1) Homoacetogenese (2) Acetat Oxidation (3) hydrogenotrophe Methanogenese (4) acetoklastische Methanogenese. LKFS = langkettige Fettsäuren, KKFS = kurzkettige Fettsäuren.

Trotz dieser Vorteile stehen Betreiber unter enormen Druck, wenn es um die Wirtschaftlichkeit ihrer Anlage geht. Organische Abfälle sind mittlerweile auch bei anderen Verbrauchern begehrt und Einspeisetarife sinken. Gerade dieser Druck bedingt neue, innovative Strategien, die ganz an der Basis ansetzen. Dabei geht es insbesondere um die Erhöhung des Wirkungsgrads des Abbaus, um mehr Biogas bei gleichzeitig geringerer Menge an Restschlämmen am Ende des Prozesses zu erhalten.

Dieses Projekt untersucht drei vielversprechende Strategien zur Effizienzsteigerung. Neuere Studien zeigten, dass sich eine Erhöhung der Prozesstemperatur auf 45 °C positiv auf die Produktion von Methan auswirkt und die Biomethanisierung effizienter als bei den bislang bevorzugten mesophilen und thermophilen Temperaturbereichen (35 ‒ 40 °C, 50 ‒ 55 °C) betrieben werden kann. Eine zweite Strategie betrifft die Umstellung von parallelem auf seriellen Betriebsmodus, wobei zwei Reaktoren in einer Kaskade hintereinandergeschaltet werden. Dies ermöglicht die Etablierung speziell angepasster mikrobieller Gemeinschaften im primären und sekundären Reaktor, was zu einem verbesserten Abbau schwer verwertbarer Substrate führt. Die dritte Strategie behandelt das Einbringen von schnell abbaubaren Substanzen, welche von den involvierten Mikroorganismen umgehend genutzt werden können, und über einen priming effect zu einer Steigerung des Biogasertrags führen sollen.

Schematische Darstellung eines seriellen Reaktorsystems. Die Substratzufuhr erfolgt im Primärreaktor (R1), der Sekundärreaktor (R2) erhält bereits vorvergärtes Material.


Die Versuche laufen in 6,5 L Bioreaktoren, wobei am Institut für Umwelttechnik der Universität Innsbruck die klassischen Prozessparameter erhoben werden, und am Institut für Mikrobiologie das Mikrobiom, sowohl auf phylogenetischer als auch auf funktioneller Basis untersucht wird. Ergänzend wird das Proteom durch Wissenschaftler der Universität Magdeburg untersucht.

Die Ergebnisse aus diesem Grundlagenforschungs-Projekt soll die Basis liefern, um die Biomethanisierung besser zu verstehen und Prozessabläufe optimal steuern zu können. Das Projekt trägt dabei zur Erreichung der 20-20-20 Ziele der Europäischen Union, welche die aktuelle Klimapolitik der EU-27 definieren, bei.


Übersicht des Versuchsplans mit einem kurzen Batch-Versuch (EXP1) und einem anschließenden Langzeitversuch (EXP2). Verbundene Kästchen symbolisieren Reaktoren in seriellem betriebsmodus, orange Kästchen weisen auf die Zugabe von Priming-Substrat hin.

 

Teammitglieder

Heribert Insam, Univ.-Prof. Dr.Heribert Insam

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Andreas Walter, PhD.Andreas Walter

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Hupfauf_SebastianSebastian Hupfauf

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Christian Ebner

Christian Ebner

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Nationale Partner

BockreisAnke Bockreis

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Internationale Kooperation

DirkDirk Benndorf

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LichtmanneggerThomas Lichtmannegger

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TraugottMichael Traugott

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