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Bio-Upgrade: Filter aus Gärresten sorgt für hochwertiges Biogas

Forschungsschwerpunkt Bioökonomie: Universitäten Hohenheim und Lissabon stellen überlegenen Kohlendioxid-Filter aus Gärresten von Biogasanlagen her. Biogas in Erdgasqualität: Bislang ist dieses Ziel noch nicht erreicht. Denn Biogas enthält vergleichsweise viel Kohlendioxid, das seinen Brennwert verschlechtert. Forscher der Universitäten Hohenheim in Stuttgart und Lissabon können nun einen biologischen Filter herstellen, der dem Biogas Kohlendioxid entzieht.

Dr. Catalina Rodriguez Correa vom Fachgebiet Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe an der Universität Hohenheim © Universität Hohenheim / Supaporn Klaykruayat

Der Clou: Sie verwenden dafür die Gärreste aus den Biogasanlagen. Diese bauen sie über Hydrothermale Karbonisierung (HTC) zu Aktivkohle um. Die Aktivkohle entzieht dem Biogas überflüssiges Kohlendioxid. Das erhöht die Gas-Qualität und damit die Wertschöpfung von Biogasanlagen. Der dazugehörige wissenschaftliche Aufsatz finden Sie unter dem aufgeführten Link.

„Wir möchten Biogasanlagen rentabler machen“, erklärt Prof. Dr. Andrea Kruse, Fachgebietsleiterin der Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe an der Universität Hohenheim.

„Daher untersuchen wir, wie sich aus den Gärresten der Biogasanlagen möglichst hochwertige Kohlenstoff-Materialien herstellen lassen. Aber auch andere wertvolle Stoffe sind Ziel unserer Untersuchungen. Zum Beispiel Stickstoff und Phosphate, die wertvolle Düngemittel sind.“

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Mit Kompetenz im biologischen Sinn ist die Eigenschaft eines Bakteriums gemeint, DNA von außen aufnehmen zu können.
  • Lytisch zu sein ist die Eigenschaft eines Bakteriophagen, seine Wirtszelle bei der Infektion zu zerstören.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.
  • Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (Fäkalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss hauptsächlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.

Aktivkohle entsteht bei chemischer Verkohlung

Die Forscher der Universität Hohenheim und der Universität NOVA in Lissabon nutzten die chemische Verkohlung der Gärreste, die sogenannte Hydrothermale Karbonisierung (HTC).

„Dabei handelt es sich um ein sogenanntes nasses Verfahren“ erklärt Dr. Catalina Rodriguez Correa, ebenfalls vom Fachgebiet Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe der Universität Hohenheim. „Das bedeutet, dass wir das in den Biogasgärresten enthaltene Wasser mitverwenden können. Die Biomasse erhitzen wir in einem Druckbehälter, dem sogenannten Autoklav, drei bis sechs Stunden bei 190 bis 250 Grad Celsius.“

Die so entstandene Kohle wird ausgepresst und getrocknet. Die Kohlen werden dann mit Lauge gemischt und wieder auf 600 Grad erhitzt.

Mikroporen in der Aktivkohle speichern Kohlendioxid

Das Erhitzen bewirkt, dass sogenannten Mikroporen in der Kohle entstehen. Die Mikroporen bilden den Raum, in dem sich das Kohlendioxid aus dem Biogas einlagern kann.

„Die Aktivkohle nimmt etwas das Zwei- bis Zweieinhalbfache an Kohlendioxid auf als Vergleichsproben herkömmlicher Aktivkohlen“, ergänzt Prof. Dr. Kruse. „Damit schneiden die Biokohlen aus Gärresten deutlich besser ab. „Wir hoffen, dass wir das Verfahren zusammen mit unserem Industriepartner HTCycle bald in die Anwendung führen können.“

Hintergrund: Bioökonomie an der Universität Hohenheim

Neue Lebens- und Futtermittel (z.B. aus Algen), Energie aus Ernteabfällen, Chemikalien und Kunststoffe aus Pflanzen: Die Bioökonomie eröffnet Wege zu neuen Produkten, neuen Produktionsverfahren und zu einer modernen, nachhaltigen Wirtschaft. Denn ihre Rohstoffe sind bio-basiert, das heißt, sie stammen von Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen. Auch bei der Pflanzen- und Tierproduktion nutzt die Bioökonomie biologische Prozesse, die nachhaltiger, energie- und ressourcenschonender sind.

Die Universität Hohenheim bündelt ihre Kompetenzen im interdisziplinären Forschungsschwerpunkt Bioökonomie, um eine der weltweit führenden Hochschulen auf diesem Gebiet zu werden. Sie beherbergt ein eigenes Forschungszentrum für Bioökonomie und bietet einen entsprechenden, disziplin- und fakultätsübergreifenden Studiengang an. Schon seit Jahren beschäftigen sich Forscher aus allen drei Fakultäten mit Fragen der Bioökonomie. Diese Aktivitäten bündelt die Universität jetzt stärker in Verbundprojekten, damit die drei Fakultäten gemeinsam das Zukunftsthema in seiner ganzen Breite abdecken.

Wissenschaftliche Veröffentlichung:

Catalina Rodriguez Correa, Maria Bernardo, Rui P.P.L. Ribeiro, Isabel A.A.C. Esteves, Andrea Kruse: Evaluation of hydrothermal carbonization as a preliminary step for the production of functional materials from biogas digestate; in: Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Volume 124, 2017, S.461–474

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/de/fachbeitrag/pm/bio-upgrade-filter-aus-gaerresten-sorgt-fuer-hochwertiges-biogas/