Forschungs- und Innovationsprojekt
Nutzung lignocellulosereicher Substrate für die Biogaserzeugung – Lignoflex

Biomasselager mit Maisstroh.Zoombild vorhanden

Biomasselager mit Maisstroh

Jährlich entstehen beträchtliche Mengen lignocellulosereicher landwirtschaftlicher Koppelprodukte in Deutschland, die für die Biogaserzeugung genutzt werden können. Abhängig von ihrer Zusammensetzung ist die Vergärung herausfordernd. Durch eine vorgelagerte Aufbereitung können die Biogasausbeute und die Abbaugeschwindigkeit dieser Substrate jedoch verbessert werden.

Hintergrund

In Zukunft soll der Anteil der landwirtschaftlichen Rest- und Koppelprodukte, die als Biogassubstrat eingesetzt werden, erhöht werden, da diese kostengünstige Alternativsubstrate ohne Bedarf an zusätzlichen Flächen sind. Allerdings weisen Rest- und Koppelprodukte meist eine höhere Konzentration an Lignocellulose auf. Daher ist die Methanausbeute pro Zeiteinheit niedriger als bei Silomais, obwohl sie bis zu 90 % des Methanpotenzials von Silomais erreichen können.

Weitere Informationen auf der Projektseite "Biogas aus Körnermaisstroh"

Um die Effizienz solcher Biogasanlagen zu steigern, muss die Verweilzeit der Biomasse im Fermenter verkürzt werden, ohne die Methanausbeute zu beinträchtigen (Beschleunigung der Abbaukinetik). Im Rahmen dieses Verbundvorhabens soll eine praxistaugliche Vorhersagemethode zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen weiterentwickelt werden. Darüber hinaus werden biologische, chemische und mechanische Verfahren der Substrataufbereitung zur Verbesserung der Abbaukinetik bewertet.

Zielsetzung

Ziel des Projekts ist es, die Nutzbarkeit von landwirtschaftlichen Reststoffen und Koppelprodukten zur Biogaserzeugung zu untersuchen. Dabei wird neben der Vergärbarkeit der Substrate auch die Möglichkeit des Einsatzes im Rahmen eines flexiblen Anlagenbetriebs beurteilt. Daraus ergeben sich folgende Teilziele:
  1. Vergleich verschiedener Vorbehandlungstechnologien hinsichtlich der Vergärbarkeit von landwirtschaftlichen Reststoffen und Koppelprodukten
  2. Bestimmung der Biogasausbeute im kontinuierlichen Betrieb bei verschiedenen Verweilzeiten
  3. Entwicklung und Kalibrierung eines Modells der Biogasausbeute im kontinuierlichen Betrieb auf Basis von Laborergebnissen
  4. Validierung des Modells anhand von Daten von großtechnischen Biogasanlagen

Methode

Fotocollage aus drei Bildern: schematische Darstellung der Modellentwicklung zur Abbaukinetik, Maisfeld nach der Ernte, Biogasanlage.Zoombild vorhanden

Schematische Darstellung der Modellentwicklung zur Abbaukinetik, Maisfeld nach der Ernte, Biogasanlage
Die Reststoffe und Koppelprodukte werden von landwirtschaftlichen Betrieben gewonnen und mechanischen, biologischen und chemischen Aufbereitungsverfahren unterworfen. Die Vergärbarkeit der aufbereiteten Substrate im Vergleich zur Rohvariante wird in standardisierten Batch-Gärtests (Arbeitsvolumen 1,5 l) in Anlehnung an die VDI 4630:2016 bestimmt. Dazu werden sowohl das Methanpotential als auch die Abbaukinetik gemessen.
Die aussichtsreichsten Aufbereitungsverfahren und Substrate werden anhand semi-kontinuierlicher Gärtests in Laborfermentern (Arbeitsvolumen 30 l) bei unterschiedlichen Verweilzeiten weiter untersucht. Die Betriebsparameter Raumbelastung und Temperatur werden dabei so gewählt, dass sie praxisrelevante Bedingungen möglichst gut widerspiegeln.
Anhand der Ergebnisse der Batch-Gärtests und der semi-kontinuierlichen Gärtests wird das Modell kalibriert und im Anschluss mithilfe der Daten von großtechnischen Biogasanlagen validiert.
  • Bewertung der Einsatzstoffe in Batch-Gärtests
  • Bewertung der Einsatzstoffe in Durchflussfermentationen und Aufnahme der Abbaukinetik
  • Prozessanalytik der Durchflussfermentationen
  • Modellierung der Abbaukinetik
  • Begleitendes Monitoring der Praxisevaluierung: Datenmanagement

Ergebnisse

Erste Ergebnisse sind Ende 2022 zu erwarten.

Projektinformation:
Projektleiter: Susanne Höcherl
Projektbearbeiter: Dr. Vasilis Dandikas, Natascha Siddiqui, Anke Aschmann, Michael Hanrieder, Matthias Steindl
Projektpartner: Verbundvorhaben der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Landtechnik und Tierhaltung, zusammen mit APMA Services GmbH, Landwirtschaftliche Untersuchungs- und Forschungsanstalt Nord-West, Institut für Boden und Umwelt, Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V.
Laufzeit: 01.04.2020 bis 31.03.2023
Finanzierung: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
Förderkennzeichen: 2219NR441