Kaskadierte Nutzung schwer abbaubarer Substrate und Intensivierung der Hydrolyse

Trotz der Verbesserung des Abbaus einer Modellmischung aus Stroh und Heu verblieb eine erhebliche Menge an schwer hydrolysierbarer Fraktion in Form von Hemicellulose und Cellulose durch Lignin gebunden (Presskuchen).
Die Zugabe sowohl von selektierter, cellulolytischer Kultur sowie von Enzympräparat in der Hydrolysestufe übte bei den gegebenen Bedingungen keinen erkennbaren Effekt auf den Abbaugrad bzw. Methanertrag aus. Positive Aspekte des zweiphasigen Systems waren die höhere Geschwindigkeit des Abbaus der leicht und teilweise der schwer abbaubaren Fraktionen sowie der hohe Methangehalt (bis zu 80% bei spezifischen Bedingungen) und zeigten damit das hohe Potenzial dieses Verfahrens zur Optimierung des anaeroben Abbaus schwer abbaubarer Substrate.

Trotz der Verbesserung der Fermentationsbedingungen in der Hydrolysestufe (FABES-Modul) verbleibt eine bedeutende Menge an Presskuchen. Bereits seit mehreren Jahren werden daher verschiedene, alternative Verfahren zur Hydrolyse von Cellulose und Hemicellulosen in Betracht gezogen. Die Notwendigkeit, diese Lignocellulosekomplexe zu delignifizieren, um für die Enzyme die Zugänglichkeit zur Cellulose zu erhöhen, ist Ziel des Projektes. Durch verschiedene Behandlungen ist die Entfernung von Lignin zu erreichen. Zwei Behandlungsverfahren zur Verbesserung der Hydrolyse schwer abbaubarer Fraktionen sollen untersucht werden:

Das aus diesen Anforderungen entwickelte Konzept beinhaltet Versuche im Batch-System, um die prozessbeeinflussenden Faktoren sowohl der Presskuchenvorbehandlung und deren Hydrolyse zu identifizieren als auch deren Wechselwirkungen untereinander abzuklären. Aus den in den Batch-Versuchen gewonnenen Ergebnissen werden Kenngrößen definiert, die im Anschluss bei einem Fermenterbetrieb im Durchflussverfahren geprüft werden (zweistufig-zweiphasiges Vergärungssystem). Dadurch werden die Einflüsse der verschiedenen Parameter auf den Abbau des Substrates im Langzeitbetrieb sowie auf die Stabilität des Prozesses im Allgemeinen untersucht. Für die Versuche kommen Hydrolysestufen (mit semikontinuierlichre Fütterung) zur Anwendung. Die Hydrolysestufen sind einer Methanstufe vorgeschaltet.
Dazu gehört die kaskadierte Nutzung des Substrates und des behandelten Presskuchens zur Intensivierung des Abbauprozesses. Hierbei kommen unterschiedliche Stufen des zweiphasigen Systems zum Einsatz. Das Substrat wird einer ersten Hydrolyse unterzogen. Nach der Vorbehandlung des Presskuchens wird dieser für einen weiteren Aufschluss in eine zweite Hydrolysestufe überführt. Anschließend werden die verflüssigten Zwischenprodukte in eine Methanstufe zur Biogasproduktion überführt.