Forschungs- und Innovationsprojekt
Lignoflex – Teilvorhaben 2: Modellierung der Abbaukinetik

Schematische Modellentwicklung zur Abbaukinetik, Maisfeld nach der Ernte, Biogasanlage

Technisch-betriebswirtschaftliche Evaluation und Validierung eines Prognosemodells zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen für die Flexibilisierung des Biogasprozesses in der Praxis - Teilvorhaben 2: Modellierung der Abbaukinetik

In Zukunft soll der Anteil der landwirtschaftlichen Rest- und Koppelprodukte, die als Biogassubstrat eingesetzt werden erhöht werden, da diese kostengünstige Alternativsubstrate zum Silomais, 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
Um die Effizienz solcher Biogasanlagen zu steigern, muss die Verweilzeit der Biomasse im Fermenter verkürzt werden, ohne die Methanausbeute zu beinträchtigen (Beschleunigung der Abbaukinetik). Bei einer Co-Vergärung beeinflusst der Anteil der unterschiedlichen Einsatzstoffe sehr stark die Effizienz einer Biogasanlage. Optimierungsmaßnahmen am Fütterungskonzept können, bezogen auf die Kenntnis der Abbaukinetik durch die Hydrolysekonstante, nicht nur zur Bekämpfung von Prozesshemmungen, sondern auch für eine flexible Stromerzeugung getroffen werden (biologische Flexibilisierung).
Im Rahmen dieses Verbundvorhabens wird eine praxistaugliche Vorhersagemethode zur Abbaukinetik von lignocellulosereichen Einsatzstoffen weiterentwickelt. Darüber hinaus werden biologische, chemische und mechanische Verfahren der Substrataufbereitung zur Verbesserung der Abbaukinetik bewertet. So entsteht die Möglichkeit, durch gezielte Eingriffe (Dosierung der einzelnen Einsatzstoffe) direkten Einfluss auf den Ablauf der Methanbildung zu nehmen, um eine flexible Betriebsweise einer Biogasanlage zu optimieren.

Zielsetzung

Hauptziel des Vorhabens ist die Evaluation und Validierung einer Vorhersagemethode der Abbaukinetik von lignocellulosereichen Substraten auf Basis eines verfügbaren Prognosemodells. Damit können biologische, chemische und mechanische Substrataufbereitungen bewertet werden. Dies erlaubt belastbare Aussagen zur Eignung von Substratmischungen für deren Einsatz in der Praxis.

Methode

Die Verbundpartner werden vier Einsatzstoffe und drei Aufbereitungsverfahren untersuchen. Ein Aufbereitungsverfahren wird ausgewählt und im Labor auf die ausgewählten Substrate angewendet. Alle Proben werden auf die Biogasproduktion und die chemische Zusammensetzung untersucht. Danach werden Datensätze zur Modellkalibrierung und Validierung erstellt.

Die Arbeitsschwerpunkte des ILT im Rahmen dieses Projekts sind:

  • 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 werden im Kalenderjahr 2021 erwartet.
Projektinformation
Verbundvorhaben zwischen APMA Services GmbH (APMA), der Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Landtechnik und Tierhaltung (LFL-ILT), der Landwirtschaftliche Untersuchungs- und Forschungsanstalt Nord-West (LUFA) und dem Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. (KTBL)
Projektbearbeiter: Dr. Vasilis Dandikas, Natascha Siddiqui
Projektleiter: Dr. Fabian Lichti
Laufzeit: 01.04.2020-31.03.2023
Finanzierung: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)
Förderkennzeichen: 2219NR441