TY - JOUR A1 - Otto, Pascal A1 - Alipoursarbani, Mozhdeh A1 - Torrent, Daniel A1 - Latorre-Pérez, Adriel A1 - Paust, Thomas A1 - Albert, Alfred A1 - Abendroth, Christian T1 - Microbiome characterization after aerobic digestate reactivation of anaerobically digested sewage sludge T1 - Mikrobiomcharakterisierung nach aerober Gärrestreaktivierung von anaerob vergärtem Klärschlamm N2 - A demonstrator plant of a recently patented process for improved sludge degradation has been implemented on a municipal scale. In a 1500 m3 sewage sludge digester, an intermediary stage with aerobic sewage sludge reactivation was implemented. This oxic activation increased the biogas yield by up to 55% with a 25% reduction of the remaining fermentation residue volume. Furthermore, this process allowed an NH4-N removal of over 90%. Additionally, 16S rRNA gene amplicon high-throughput sequencing of the reactivated digestate showed a reduced number of methane-forming archaea compared to the main digester. Multiple ammonium-oxidizing bacteria were detected. This includes multiple genera belonging to the family Chitinophagaceae (the highest values reached 18.8% of the DNA sequences) as well as a small amount of the genus Candidatus nitrosoglobus (<0.3%). In summary, the process described here provides an economically viable method to eliminate nitrogen from sewage sludge while achieving higher biogas yields and fewer potential pathogens in the residuals. N2 - Eine Demonstrationsanlage eines kürzlich patentierten Verfahrens zur verbesserten Schlammzersetzung wurde im kommunalen Maßstab umgesetzt. In einem 1500 m3 Klärschlammfaulbehälter wurde eine Zwischenstufe mit aerober Klärschlammreaktivierung implementiert. Diese oxische Aktivierung steigerte die Biogasausbeute um bis zu 55 % bei einer Reduzierung des verbleibenden Gärrestvolumens um 25 %. Darüber hinaus ermöglichte dieser Prozess eine NH4-N-Entfernung von über 90 %. Weiterhin zeigte die 16S-rRNA-Gen-Amplikon-Hochdurchsatzsequenzierung des reaktivierten Gärrestes eine geringere Anzahl methanbildender Archaeen im Vergleich zum Hauptfermenter. Es wurden mehrere Ammonium-oxidierende Bakterien nachgewiesen. Dazu gehören mehrere Gattungen der Familie Chitinophagaceae (die höchsten Werte erreichten 18,8 % der DNA-Sequenzen) sowie eine kleine Menge der Gattung Candidatus nitrosoglobus (<0,3 %). Zusammenfassend stellt das hier beschriebene Verfahren eine wirtschaftlich sinnvolle Methode dar, um Stickstoff aus Klärschlamm zu eliminieren und gleichzeitig höhere Biogasausbeuten und weniger potenzielle Krankheitserreger in den Reststoffen zu erzielen. KW - Anaerobic digestion KW - Anaerobic microbiomes KW - Aerobic sludge activation KW - 16S rRNA sequencing KW - Water treatment KW - Belebtschlammverfahren KW - Schlammfaulung KW - Mikroorganismus KW - Gärung KW - Biogas KW - Stickstoff-Elimination KW - Anaerobe Vergärung KW - Anaerobe Mikrobiome KW - Aerobe Schlammaktivierung KW - 16S-rRNA-Sequenzierung KW - Wasserversorgung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/fermentation9050471 ER - TY - GEN A1 - Korb, Elisa T1 - Deponien als zukünftige Bergbauanlagen T1 - Landfills as future mining N2 - Der vorliegende Review Artikel thematisiert die Rückführung von abgelagerten Ressourcen aus Deponien und es werden verschiedene Deponieklassen in Anlehnung an die deutsche Deponieverordnung erläutert. Deutschland dient als positives Beispiel für die Errichtung sicherer Deponien, welche je nach Ablagerungsmaterial in unterschiedliche Deponieklassen unterteilt werden. Trotz der fortschrittlichen Ablagerung im internationalen Vergleich ist der Unterhalt einer solchen Deponie als nicht nachhaltig einzustufen. Die Rückgewinnung von Ressourcen ist eine Möglichkeit, die Nachhaltigkeit zu erhöhen. Allerdings ist es umständlich, Deponien zurückzubauen und den Abfall zu sortieren sowie aufzubereiten. Durch verschiedene Aufbereitungsverfahren kann zwischen unterschiedlichen Abfallarten differenziert und so der Output an die gegebene Situation angepasst werden. Unter den verschiedenen Wertstofffraktionen versprechen insbesondere Metalle einen großen Erlös beim Weiterverkauf. Bei Nichtmetallen steht die energetische Nutzung im Vordergrund. Neben den betraglichen Erlösen sind Opportunitätskosten von großer Bedeutung. Neben vermiedenen Kosten für die Instandhaltung werden auch sozialen und ökologischen Folgen reduziert. So können Landflächen zurückgewonnen werden, die als Baugrund genutzt werden können. Die effektive Verwertung von Abfall führt zu einer Reduktion, wodurch die ökologischen Folgen von zu viel Abfall eingegrenzt werden. Deponiebergbau findet schon in vielen Regionen der Welt seine Anwendung. In Anbetracht der Tatsache, dass die Ressourcenknappheit und der steigende Bedarf eine Einschränkung im Konsum hervorrufen können, wird die weitere Erforschung und die technische Umsetzung des Deponiebergbaus zunehmend wichtig. N2 - This review article addresses the recovery of deposited resources from landfills and explains different landfill classes based on the German Landfill Ordinance. Germany serves as a positive example for the construction of safe landfills, which are divided into different landfill classes depending on the material deposited. In spite of the advanced landfill in international comparison, the maintenance of such a landfill can be classified as unsustainable. Resource recovery is one way to increase sustainability. However, it is cumbersome to deconstruct landfills and to sort and process the waste. Different processing methods can be used to differentiate between different types of waste and thus adapt the output to the given situation. Among the various recyclable fractions, metals in particular promise a large revenue when resold. In the case of non-metals, the focus is on energy recovery. In addition to the revenue in terms of amount, opportunity costs are of great importance. In addition to avoided costs for maintenance, social and ecological consequences are also reduced. Thus, land areas can be reclaimed, which can be used as building ground. The effective recycling of waste leads to a reduction, which limits the ecological consequences of too much waste. Landfill mining is already used in many regions of the world. Considering that the scarcity of resources and the increasing demand may cause a restriction in consumption, further research and technical implementation of landfill mining is becoming increasingly important. KW - Deponie KW - Ressourcen KW - Kreislaufwirtschaft KW - Deponie KW - Bergbau KW - Erschöpfbare Ressourcen KW - Recycling KW - Kreislaufwirtschaft KW - Landfill mining KW - Ressource management KW - Waste management KW - Landfill construction KW - Waste KW - Landfill Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63724 ER - TY - GEN A1 - Hübner, Alexander T1 - Prozesse der Wiederverwertung von Plastik und deren Effizienz T1 - Plastic recycling processes and their efficiency N2 - Aufgrund einer weltweit geringen Recyclingquote der Kunststoffe von 9% und Belastung von Luft, Wasser und Boden, ist es notwendig das Recycling und alles darum zu optimieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es unterschiedliche Methoden des Recyclings und Prozesse vor dem Recycling, wie die Sortierung und Reinigung zu analysieren und in Bezug auf ihre Effizienz zu bewerten. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde das Sortierverfahren der Flotationstrennung mit diversen Ausgangsstoffen genauer untersucht. Hier beweisen experimentelle Ergebnisse eine maximale Rückgewinnungsrate von 99,34%. Zudem wurde auch die beste sensorgestützte Sortierungsmethode im Zusammenhang der verwendeten Literatur genannt. Dieser Mechanismus nennt sich VIP-Scores-Verfahren. Zur Thematik Reinigung von kontaminierten Kunststoffen gibt es ein neuartiges Verfahren zur wasserlosen Reinigung mit Flusssand. Diese Methodik erlaubt eine Reinigungsrate von bis zu 97% bei einer mittleren Partikelgröße. Dazu geht diese Arbeit auf Verfahren des mechanischen, chemisch und thermischen Recyclings ein. Mechanisches Recycling bringt eine hohe Energierückgewinnungsquote mit sich. Jedoch müssen für die Durchführung dieser Prozess einige Bedingungen erfüllt sein. Das thermochemische Verfahren der hydrothermalen Verflüssigung bietet dagegen Möglichkeiten auch gemischte Kunststoffe zu verarbeiten. Des Weiteren ist das Upcycling von Kunststoffen mittels enzymatischer Depolymerisation möglich. Der Stand der Forschung dieser Arbeit beschränkt sich auf den Zeitraum 01.01.2020- 14.11.2022. N2 - Due to a low global recycling rate of plastics of 9% and pollution of air, water and soil, there is a need to optimize the recycling procedures and associated processes. The aim of the present review is to analyze different recycling methods and pre-recycling processes, such as sorting and cleaning, and to evaluate their efficiency. As part of this study, the sorting process of flotation separation with different input materials was examined in more detail. Given literature indicated a maximum recovery rate of 99.65%. In addition, the best sensor-based sorting method was also mentioned in the context of the literature used. This mechanism is called the VIP-Scores method. When it comes to cleaning contaminated plastics, there is a novel method for waterless cleaning using river sand. This method, using sand of medium particle size, allows an optimal cleaning rate up to 94%. Furthermore, this paper deals with mechanical, chemical and thermal recycling processes. The process of mechanical recycling can be gone through many times. However, some conditions must be fulfilled for the implementation of this process. The thermochemical process of hydrothermal liquefaction, on the other hand, offers the possibility to process mixed plastics as well. Furthermore, the upcycling of plastics by means of enzymatic depolymerization is possible. The current state of research is limited to the period from January 1st, 2020 to November 14th, 2022. KW - Plastik KW - Recycling KW - Kunststoff KW - Recycling KW - Sortierverfahren KW - Reinigungsverfahren KW - Plastic KW - Recycling Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62137 ER - TY - GEN A1 - Däumer, Josefin Katrin T1 - Einflussparameter und Marktrelevanz des Ex-Situ Power-to-Gas Verfahrens T1 - Influencing parameters and market relevance of the ex-situ power-to-gas process N2 - In den letzten Jahren hat in der Forschung und Wirtschaft die mikrobielle Biogasproduktion großes Interesse geweckt. Mit diesem Konzept könnte die Versorgung mit erneuerbarer Energie in Zeiten geringerer Energieerzeugung gewährleistet und zusätzlich die Umwelt geschont werden. Bei der Power-to-Gas Technologie wird überschüssige elektrische Energie für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse verwendet. Anschließend werden Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid mithilfe von hydrogenothrophen methanogenen Archaeen zu Methan (CH4) umgewandelt. Bei ausreichender Qualität (>97%) könnte dieses ins nationale Erdgasnetz eingespeist werden. Dieses Verfahren kann durch die direkte Zugabe von H2 in einem Fermenter (in-situ) oder extern in einem separaten Biogasreaktor (ex-situ) stattfinden. In der vorliegenden Arbeit wurden die jüngsten Forschungsergebnisse in Bezug auf das ex-situ Verfahren analysiert und zusammengetragen. Genauer wurde die Beeinflussung der Prozessvariablen sowie optimale Reaktionsbedingungen diskutiert. Zusätzlich zum eigentlichen Ablauf des ex-situ Prozesses wird am Ende der Arbeit die Wirtschaftlichkeit erörtert. Die Ergebnisse belegen, dass die ex-situ Biomethanisierung eine Produktgasqualität von mehr als 95% erreichen kann. Dafür müssen die Prozessvariablen jedoch optimal eingestellt werden. Gut geeignet wäre z.B. eine mit Methanobacterium angereicherte Mischkultur mit einem pH-Wert im Bereich von 7,1 bis 8,5. Weiterhin erläutern viele Studien, dass eine ausreichende Nährstoffversorgung, 5 bar Betriebsdruck und eine Umgebungstemperatur von 35 °C bis 55°C optimale Betriebsbedingungen darstellen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist Biomethan nach aktuellem Stand der Technik preisintensiver als herkömmliche Methanquellen. Jedoch könnten unter Berücksichtigung umweltschonender Effekte, Klimaschutz sowie dem Vertrieb von CO2- Zertifikaten die Kosten ausgeglichen und ein niedrigeres Preisniveau erreicht werden. Zusammenfassend stellt Power-to-Gas eine vielversprechende Zukunftstechnologie dar, welche die Möglichkeit auf eine umweltfreundliche und nahezu CO2-neutrale Biomethanproduktion unter Verwendung überschüssiger Energie eröffnet. N2 - In recent years, microbial biogas production has aroused great interest in research and industry. With this concept, the supply of renewable energy could be guaranteed in times of lower energy production and, in addition, the environment could be protected. Power-to-gas technology uses surplus electrical energy to produce hydrogen through electrolysis. Hydrogen and carbon dioxide are then converted to methane (CH4) with the help of hydrogenothrophic methanogenic archaea. If the quality is sufficient (>97%), this could be fed into the national natural gas grid. This process can take place by adding H2 directly in a fermenter (in-situ) or externally in a separate biogas reactor (ex-situ). In this paper, the most recent research results regarding the ex-situ process were analysed and compiled. More specifically, the influence of process variables and optimal reaction conditions were discussed. In addition to the actual procedure of the ex-situ process, the economic efficiency is discussed at the end of the paper. The results show that ex-situ biomethanisation can achieve a product gas quality of more than 95%. For this, however, the process variables must be optimally adjusted. For example, a mixed culture enriched with Methanobacterium with a pH value in the range of 7.1 to 8.5 would be well suited. Furthermore, many studies explain that a sufficient nutrient supply, 5 bar operating pressure and an ambient temperature of 35 °C to 55 °C represent best operating conditions. From an economic point of view, biomethane is more price-intensive than conventional methane sources according to the current state of the art. However, taking into account environmentally friendly effects, climate protection and the sale of CO2 certificates, the costs could be balanced out and a lower price level achieved. In summary, power-to-gas is a promising future technology that opens the possibility of environmentally friendly and almost CO2-neutral biomethane production using surplus energy. KW - Biogas KW - Power-to-Gas KW - Ex-situ KW - In-situ KW - Biocatalytic methanation KW - Hydrogen KW - Biogas KW - Methanproduktion KW - Power-to-Gas Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63959 ER -