Forschung & Projekte

Arbeitsgruppe Bioprozesstechnik

Die Ansprüche an die Lebensqualität steigen, zugleich werden Ressourcen knapper. Biotechnische Prozesse spielen daher eine zentrale und immer wichtigere Rolle. Vor allem, wenn es um das nachhaltige Produzieren und Herstellen, aber auch das Verwerten von Rückständen oder Nebenprodukten geht.

Zentrale Arbeits- und Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Bioverfahrenstechnik und Bioprozesstechnik sind daher:
•    Bioprozessoptimierung
•    Biotechnologische Nutzung von organischen Reststoffen
•    Biogasprozesse

Beratung und Service

Für Kunden wie Biogasanlagenbetreiber, Landwirte, Energieversorger, Unternehmen mit biogenen Reststoffen, kommunale Betriebe, Abfallwirtschaftsbetriebe oder Kläranlagenbetreiber bietet die Arbeitsgruppe Biomasse Laboruntersuchungen sowie anwendungsorientierte und praxisnahe Beratungsleistungen an.

Ein stabiler und effizienter Gärprozess ist die Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb einer Anlage. Im modern ausgestatteten Labor bieten die Experten der Arbeitsgruppe Biomasse Analysen und Serviceleistungen an, die bei der Prozessüberwachung und Optimierung der Biogasproduktion unterstützen.

Laborservice

  • Analyse der leicht flüchtigen Säuren im Verhältnis zur Pufferkapazität (FOS / TAC)
  • pH-Wert
  • Trockensubstanz (TS)
  • Organische Trockensubstanz (oTS)
  • Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt (TC, TOC, TN)
  • Brennwertbestimmung
  • Gärversuche (Gärtest nach VDI Richtlinie 4630 als Doppel- oder Dreifachbestimmung)
  • Gasanalysen (CH4, CO2, H2S, O2)

Wissenschaftliche Versuchsbegleitung

 

Gärtest nach VDI Richtlinie 4630 als Doppel- oder Dreifachbestimmung

 

In Anlehnung an die VDI Richtlinie 4630 wurde an der Hochschule Offenburg ein <link grteststand">automatisierter Gärteststand entwickelt, mit dem sehr genaue Analysen des Gasertrags einzelner Substrate möglich sind. Es können im Batchbetrieb die Gaserträge und die Gaszusammensetzungen aus Reaktoren gemessen werden.

Mit dem einzigartigen Gärteststand und dank ihrer langjährigen Forschungserfahrung in diesem Bereich können die Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Biomasse qualitativ hochwertige Berichte erstellen

Grundlagen der hohen Qualität unserer Analysen sind:

  • Genaue Messung des Gasvolumens und der Gaszusammensetzung durch ein direktes Messverfahren

  • Realitätsnahe Analyse des Gasbildungspotentials durch das Vergären unzerkleinerter Substrate in großen 2-Liter-Reaktoren

  • Erkennen von gehemmtem Gasentwicklungsverhalten durch eine hohe Auflösung in Bereichen mit hohen Gasbildungsraten

  • Absicherung der Messergebnisse durch parallellaufende Referenzmessungen

  • Vergleiche mit den Ergebnissen von zahlreichen Analysen erlauben eine sichere Beurteilung der Ergebnisse

Bei der Vergärung von organischen Stoffen in Biogasanlagen entsteht Biogas. Um den Biogasertrag für Substrate (organische Flüssigkeiten und Feststoffe) zu ermitteln wird meist ein Batch-Gärtest nach VDI 4630 und DIN 38414-8 durchgeführt. Bei dieser häufig manuell durchgeführten Untersuchung ist ein hoher Arbeitsaufwand erforderlich. Um den Personalaufwand zu minimieren hat die Arbeitsgruppe Biomasse der Hochschule Offenburg in Kooperation mit der badenova AG & Co. KG einen automatisierten Gärteststand realisiert.

Durch die von den Spezialisten der Arbeitsgruppe Biomasse entwickelte Prozessführung sind hoch präzise Analysen möglich. Der Gärteststand läuft seit 6 Jahren stabil und verfügt über 14 Messstände (Gärgefäße) und einen separaten Anschluss am Gasanalysegerät für zusätzliche manuelle Gasanalysen. Je nach Kundenwunsch kann die Anzahl der Messstände angepasst werden.

Für die Messung werden in die 2 Liter-Gärgefäße die zu untersuchende Biomasse (Substrat) und der Impfschlamm (Inokulum) eingewogen. Vor dem Start des automatisierten Analysebetriebs wird mit Stickstoff der Restsauerstoff aus dem Gäransatz verdrängt und eine anaerobe Umgebung geschaffen. Während der gesamten Messdauer können die Gärgefäße über ein Wasserbad gleichbleibend (mesophil wie auch thermophil) temperiert werden. Dabei sorgt ein Ankerrührer für eine schonende Durchmischung des Reaktorinhalts. Das aufsteigende Biogas verdrängt die Sperrflüssigkeit und sammelt sich im Eudiometerrohr. Sobald sich in einem der Eudiometerrohre eine definierte Menge an Biogas gesammelt hat, wird diese zur Bestimmung der Gasqualität automatisch zum Gasanalysegerät geleitet.

Im Gasanalysegerät wird der Gasanteil von Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) gemessen. Über die speziell entwickelte Betriebssoftware werden die aktuellen Biogaskurvenverläufe aller Messstände auf einer graphischen Oberfläche angezeigt.

Der automatisierte Gärteststand wurde konzipiert, um eine hohe Analysequalität zu erreichen bei möglichst geringen Kosten. Mit Hilfe der speziell entwickelten Prozessführung können trotz hochwertiger Messtechnik die Anschaffungs-, Instandhaltungs- und Personalkosten gering gehalten werden.

Der neue Gärteststand ermöglicht exakte und aussagekräftige Analysen:

  • Große Gärgefäße (2 Liter) ermöglichen die Untersuchung unzerkleinerter und inhomogener Proben. Dadurch wird das Gärverhalten realitätsnah nachgebildet.
  • Durch eine hohe Auflösung im Bereich hoher Gasbildungsraten werden Hemmungsvorgänge sicher erkannt.
  • Eine hohe Analysenqualität wird zum einen durch die direkte Messung des gesamten Biogasvolumens und zum anderen durch die Analyse der Gaszusammensetzung des gesamten Biogases erreicht. Dabei erfolgt bei jeder Gasvolumenmessung simultan die Analyse der Gaszusammensetzung auf Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2).

Der an der Hochschule Offenburg entwickelte Gärteststand verfügt über eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) und einen Druckluftspeicher. Damit werden Störungen wie z.B. Spannungsschwankungen kompensiert und ein Messdatenverlust verhindert. Durch diese Komponenten wird eine Wiederholung von Messungen mit einer Analysezeit von bis zu vier Wochen vermieden.

Niedrige Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten:

  • Die Anlagentechnik ermöglicht automatisiertes Messen des Biogases ohne Personaleinsatz während des gesamten Gärprozesses (Volumen, Gaszusammensetzung).
  • Personaleinsatz ist nur für die Vor- und Nachbereitungstätigkeiten notwendig.
  • Vereinfachte Berichterstellung, da die Messdaten per Knopfdruck über ein Excel Programm ausgewertet werden.
  • Eine aufwendige Probenvorbereitung (z.B. Homogenisierung/Zerkleinern) entfällt aufgrund der großen Gärgefäße (2 Liter).
  • Geringe Wartungskosten durch eigens entwickelte Quetschventile.
  • Antrieb von 14 Ankerrührern über nur zwei Elektromotore.
  • Preisgünstige Gasvolumenmessung über Eudiometerrohre.
  • Ein Gasanalysegerät analysiert die Gaszusammensetzung aller installierten Gärgefäße (geringe Kalibrier-und Wartungskosten).

Die Umsetzung von organischen Substraten zu Biogas kann durch verschiedene Maßnahmen beeinflusst werden:

  • Mischung biogener Einsatzstoffe/Substrate zur Optimierung

  • Unterschiedliche Temperaturen im Fermenter (mesophil, thermophil)

  • Mechanische oder thermische Vorbehandlung der Substrate

  • Rückführung von mechanisch oder thermisch behandelten Gärresten

Abfallreststoffen und Abwässer aus zum Beispiel der Lebensmittelindustrie können vergleichsweise hohe Konzentrationen an leicht vergärbaren Inhaltsstoffen enthalten. Versäuerung und Ertragsminderung bis zum biologischen „Umkippen“ der Biogasanlage können die Folge einer ausschließlichen Fütterung dieser industriellen Reststoffe sein.

Ebenso können manche Biogassubstrate Substanzen enthalten, die die biologische Aktivität negativ beeinflussen. Diese als Inhibitoren bezeichneten Stoffe führen gleichermaßen zur Ertragsminderung oder Verzögerungen der Biogasbildung.

In beiden Fällen kann die Zugabe von anorganischen Zuschlagstoffen in geringen Konzentrationen Abhilfe schaffen.

In unseren Laboren bieten wir Ihnen deshalb an:

  • Orientierende Untersuchung Ihres Biogassubstrats im Batchversuch
    (ohne Zusatz von anorganischen Zuschlagstoffen)

  • Wirkung verschiedener anorganischer Zuschlagstoffe auf den Gärverlauf
    (Gärgeschwindigkeit und Gärausbeute) im Batchversuch

  • Auswertung und Beratung auf Basis der Versuchsergebnisse