Valorisation

Laufzeit:

1-6-2016 - 31-5-2019

 

Beschreibung:

Teilnehmer: 3N (Federführend), RWG, Regenis, Imenz, Schulte Sierung, Byosis

 

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Förderung von verfahrenstechnischen Innovationen:

Im GroenGas Projekt wurden zunächst der Anbau und die Verarbeitung der Zuckerrübe in einer Region, die durch starken Maisanbau geprägt ist, erfolgreich eingeführt. Im letzten Projektjahr erfolgte eine Erweiterung des Arbeitsprogrammes mit dem Schwerpunkt Gülle- und Gärrestsaufbereitung, da der Nähstoffüberschuss in der Region aus Tierhaltung und Biogasanlagen  große Probleme (Nitratbelastung) verursacht. Hieraus ergaben sich erste Erkenntnisse aber auch weiterer Handlungsbedarf.

Darauf aufbauend werden im Projekt Biogas-Kaskade folgende Schwerpunkte speziell  bearbeitet:

  1. Auswahl und Erprobung effektiver Verfahren zur Gärrestaufbereitung mit Ziel der Produktneuschaffung
  2. Optimierung von Verfahrensketten und Best Practise –Tests von neuen optimierten Techniken

Ziel ist es, Verfahren und  biologische Prozesse und Techniken weiterzuentwickeln, die eine Valorisierung und neue Wertschöpfung aus Reststoffen ermöglichen.

 

Arbeitsschwerpunkt  1

 

Über die Aufbereitung von Gärresten und Gülle im INTERREG IVA-Projekt „GroenGas“ konnten bereits Erfahrungen mit mechanischen Separierungsmethoden gesammelt werden, wie z. B. mit Pressschnecke (unkompliziert im Gebrauch, wartungsarm und kostengünstig) und Zentrifuge (hohe Abscheidegrade, hohe Effizienz). Aus diesen gewonnenen Ergebnissen ergeben sich die folgenden 3 Arbeitsschwerpunkte in diesem Projekt.

 

1.) Schaffung neuer Produkte (Einstreu und Materialien) aus Reststoffen

 

Eine Optimierung der Prozessketten nach der existierenden Separierung an den Biogasanlagen der RWG besteht darin, in den gewonnen Feststoffen über effiziente Trocknungsmethoden  den Wassergehalt derart abzusenken, dass die Substrate als Einstreu für die Viehhaltung genutzt werden kann. Damit wäre eine Reduktion des Stroheinsatzes möglich und eine zeitweise Nutzung innerhalb einer Kreislaufwirtschaft gegeben. Hier haben viele Vorgespräche und Besichtigungen zwischen 3N, RWG und Regenis bereits stattgefunden.

 

Um eine Lösung für eine optimierte Fahrweise von Biogasanlagen zu entwickeln, wird die  REW Regenerative Energie Wirtschaftssysteme GmbH eine Containeranlage mit Trocknung an Betrieben der RWG Emsland-Süd im Full-Scale-Betrieb aufbauen und testen. Diese Anlage hat nicht die Optimierung der Trocknung durch Separierung im Fokus, sondern wird die Trocknung auf die vorhandenen und zu testenden Separierungsprodukte optimieren. Die RWG hat viele Untersuchungen mit Zentrifugen im GroenGas-Projekt durchführen  können und weiß um die optimierte Fahrweise einer solchen Maschine. Damit können Erfahrungen und Synergien aus und zwischen den Projekten entstehen – Ziel ist es, bestehende Konzepte zu erweitern und für den Praxisbetrieb so effizient wie möglich zu gestalten.

Dazu gehören die vollständige Ausnutzung aller Ressourcen einer Biogasanlage.

Neben der Nutzung als Einstreu kann die Pyrolyse aus dem Hause Regenis ein weiteres Kettenglied darstellen. Neben den Gasen und dem Pyrolyseöl aus diesem Prozess gilt es die entstehende Festsubstanz zu nutzen. Einzig darauf liegt der Fokus in diesem Projekt. Erste Tests haben ergeben, dass sich die Tiergesundheit in Putenställen extrem verbessert hat, nachdem man Pyrolysekohle in die Einstreu eingemischt hat. Die Antibiotikagaben konnten drastisch reduziert werden. Auf diesen 2. Verwertungsweg zielt dieser Arbeitsschwerpunkt ab. Dafür muss jedoch die Kette so optimiert sein, dass sie an einer Biogasanlage gewinnbringend eingesetzt werden kann.

 

2.) Valorisierung von Bestandsanlagen

 

Hierzu sollen drei Verfahrenswege unter Praxisbedingungen erprobt werden.

 

Das Ziel dieses Projektes ist, ein einleitfähiges Wasser zu produzieren, jedoch mit zum Projekt 1.6 verschiedenen Verfahren. Am Ende können dann biogasanlagenspezifische Aussagen zu den Prozessen getroffen werden und die Übertragbarkeit auf andere Biogasanlagen ist gegeben.

 

Der Testbetrieb Schulte-Siering (Milchviehhaltungsbetrieb und Biogasanlagenbetreiber) verfügt bereits über eine Schneckenpresse und einen REW-Trockner. Dieses Verfahren gilt es zu optimieren. Hier soll eine technische Innovation der Fa Byosis aus den Niederlanden in das System integriert werden.

Der Testbetrieb (Schulte-Siering) will den Prozess soweit optimieren, dass er einleitfähiges Restwasser produzieren kann.

 

Erprobung von biologischen Fällungsverfahren im Labormaßstab

 

Eine weitere Optimierung der Separationsleistung könnte durch Flockungsmittel realisierbar sein. Bislang kommen chemische  Fällungsverfahren zum Einsatz, die die Nährstoffe dauerhaft festlegen und welche damit nicht mehr für die Pflanze verfügbar sind oder aber die Verfahren sind zu energieintensiv.

Der Einsatz von chemischen Fällungsmitteln ist künftig in der EU nicht mehr zugelassen. Darum sollen  in den zu optimierenden Prozessschritten biologische Fällungsverfahren getestet und eingesetzt werden. Als Entwickler und Hersteller dieser speziellen Additive ist die EMSLAND-STÄRKE GmbH in das Projekt eingebunden.

Die Produkte werden zunächst in Labortests auf ihre Eignung geprüft und anschließend  in Zusammenarbeit mit  Firmen und Betrieben an der Biogasanlage von Schulte-Siering.

 

Valorisierung der behandelten Restströme durch Mikroalgen

Neue Wertschöpfungsmöglichkeiten entstehen über die Anzucht und Nutzung von  Mikroalgen. Hier bedarf es erster Versuche im Labormaßstab, um danach die separierten und aufbereiteten Reströme analysieren zu können. Dabei bietet sich das vorliegende Projekt an, da verschiedene existierende Reinigungsstufen an der Biogasanlage schon vorhanden sind. Ebenfalls sind die Prozesswässer während der P-Fällung für die Testung zu beurteilen. Die klare Abgrenzung zu den Versuchen in Projekt 1.6 ist durch die Anlagenkonzeption gegeben: Am Betrieb von Schulte-Siering steht eine NaWaRo-Anlage im Gegensatz zu Bioenergie Gehlenberg, wo eine KoFerment-Anlage in das Projekt eingebunden ist. Die Substrate und Gärreste unterscheiden sich also deutlich voneinander und stellen grundlegend andere Medien für die Algen auf Grund der stark verschiedenen Behandlungsschritte dar.

 

Algenscreening:

 

Es werden verschiedene Algenkulturen hinsichtlich ihrer Effizienz getestet, den noch vorhanden Stickstoff- und Phosphat-Anteil in Gärrest und der Gülle aufzunehmen und zu verwerten. Die aus der Gülle/Gärrest gewonnen flüssigen Medien, in die im Algenreaktor die Algen eingebracht werden, werden kontinuierlich auf die Nährstoffgehalte analysiert. Ebenso wird das Algenwachstum und der Ertrag gemessen.

Die gewonnene Algenmasse wird anschließend auf ihre Inhaltsstoffe analysiert, wodurch auf die Wertigkeit dieser Biomasse geschlossen werden kann. Ziel ist es, den Labormaßstab möglichst schnell zu verlassen und die Versuche auch an Biogasanlagen direkt mit all den synergetischen Faktoren weiter zu führen.

 

3.) Veredlung der Stoffströme/Proteingewinnung

 

Ein weiterer Ansatz, die Werthaltigkeit von Reststoffen zu steigern, ist diese zu „veredeln“. Dabei werden im Anschluss an die beschriebenen Separierungstechniken durch die Firma IMEnz Bioengineering BV neue Materialien aus der flüssigen und festen Phase generiert werden. Da sich aus den erwähnten Prozessen eine Vielzahl von unterschiedlichen Proben mit stark differenzierenden Eigenschaften entstehen werden, können mehrere Proben auf die Eignung als Basis für neue Produkte untersucht werden. In diesem Verfahren wird es neben der Nutzbarmachung von Gülle und Gärrest als Biogassubstrat um eine stoffliche Verwertung gehen, also eine echte Kaskadierung mit einer Wertigkeit als neu entstehendes Produkt gegeben sein.

 

Die Firma IMENZ wird die verschiedenen Fraktionen, die aus den oben beschriebenen Prozessen entstehen, charakterisieren und weiteren Verfahrensschritten unterziehen. Insbesondere werden Anstrengungen unternommen Protein- und Kohlenhydratinhalt zu bestimmen, da diese wertvoll für die Entwicklung von spezifischen Fermentationsprozessen für industrielle Mikroorganismen sind. Um die Verfügbarkeit dieser Fermentationsnährstoffe zu verbessern und spezifische Störungen zu vermeiden müssen neue Prozeduren entwickelt werden. Diese Verfahren kombinieren mechanische und biologische Ansätze, die bisher in anderen Agro und Aquakulturerzeugnisse wie Stroh, Raps-Presskuchen, Algen und viele weitere funktioniert haben und eine Ableitung davon in diesem Projekt getestet werden soll. Die Produkte werden quantifiziert und in (industriellen) Fermentationsprozessen  überprüft. Das Ziel ist es, unterschiedliche biobasierte Bausteine zu produzieren. Ein Beispiel ist die Entwicklung nachhaltiger Produktionsprozesse von Biomolekülen, die für die Herstellung von biologisch abbaubaren Polymeren angewendet werden kann. Gleichzeitig werden die verschiedenen Nährstoffe auch als Zusatzstoffe in die Biogasproduktionsprozesse überführt und die Wirkung überprüft. Aus vorherigen Tests wurde ersichtlich, dass ein Fehlen von spezifischen Nährstoffen zu suboptimalen Erträge führte. Eine Testung von  maßgeschneiderten Ernährungsstrategien der beteiligten Mikroorganismen erscheint daher sinnvoll, um eine optimale Vergärung der unterschiedlichen Substrate zu erzielen.

 

Die Fermentationsprozesse werden zunächst im Labormaßstab durchgeführt um den experimentellen Vergleich einer großen Anzahl von verschiedenen Bedingungen, z.B. Nährstofffraktionen, Mikroorganismen und unterschiedlichen Fraktionen zu erleichtern. Anschließend werden die vielversprechendsten Fermentationsprozesse bis zu einem Volumen von 300 L erweitert und dienen als Bezugsgröße für die Berechnung und Validierung einer Wirtschaftlichkeitsberechnung.

Milestone

 

Beschreibung:

 

1)

Aufbau der Maschinen fertig gestellt

 

2)

Testung der biologischen Fällungsverfahren im Labormaßstab fertig

 

3)

Testläufe und Optimierung durchgeführt

 

4)

Praxisläufe ausgeführt

 

5)

Biologische Aufreinigung und Valorisation, labscale/pilotscale durchgeführt