Biogasgewinnung aus stickstoffreichen nachwachsenden Rohstoffen und landwirtschaftlichen Reststoffen

  • Projektbeschreibung: Das Projekt hatte das Ziel, die Nutzung stickstoffreicher Substrate (Gras-, Luzerne-, Kleegrassilage, Hühner-trockenkot) in Biogasanlagen durch Vermeidung von Ammonium/Ammoniak-Hemmungen zu optimieren. Dabei wurden verschiedene verfahrenstechnische und mikrobiologische Ansätze verfolgt. Es wurden hierzu unterschiedliche Fermentationssysteme etabliert: i) einstufige Rührkesselsysteme ohne Biomasserückhaltung und ii) zweistufige, zweiphasige Systeme wie Leachbed- und Schwimmbettfermenter, bei denen die Hydrolyse und andere Abbauschritte der Biomasse räumlich vom letzten Schritt des anaero-ben Abbaus, der Methanogenese, getrennt sind. Mikrobiologisch wurde die Etablierung angepasster, stick-stofftoleranter Organismengemeinschaften durch geeignete Anreicherungsbedingungen angestrebt. Zur Stickstoffeliminierung wurden die Strippung von Ammoniak, die MAP (Struvit)-Fällung und das mikrobiologische Verfahren der anaeroben Ammoniumoxidation (Anammox) untersucht. Projektergebnisse: Sowohl in kontinuierlicherProjektbeschreibung: Das Projekt hatte das Ziel, die Nutzung stickstoffreicher Substrate (Gras-, Luzerne-, Kleegrassilage, Hühner-trockenkot) in Biogasanlagen durch Vermeidung von Ammonium/Ammoniak-Hemmungen zu optimieren. Dabei wurden verschiedene verfahrenstechnische und mikrobiologische Ansätze verfolgt. Es wurden hierzu unterschiedliche Fermentationssysteme etabliert: i) einstufige Rührkesselsysteme ohne Biomasserückhaltung und ii) zweistufige, zweiphasige Systeme wie Leachbed- und Schwimmbettfermenter, bei denen die Hydrolyse und andere Abbauschritte der Biomasse räumlich vom letzten Schritt des anaero-ben Abbaus, der Methanogenese, getrennt sind. Mikrobiologisch wurde die Etablierung angepasster, stick-stofftoleranter Organismengemeinschaften durch geeignete Anreicherungsbedingungen angestrebt. Zur Stickstoffeliminierung wurden die Strippung von Ammoniak, die MAP (Struvit)-Fällung und das mikrobiologische Verfahren der anaeroben Ammoniumoxidation (Anammox) untersucht. Projektergebnisse: Sowohl in kontinuierlicher Langzeit-Vergärung als auch in Kurzzeit-Batch-Versuchen wurde gezeigt, dass eine Vergärung der o.g. Substrate auch bei sehr hohen Stickstoffgehalten effektiv möglich ist, wenn die Ge-meinschaften aus Bakterien und Archaeen sich adaptieren können. Es erfolgte eine molekularbiologische Charakterisierung dieser Gemeinschaften, wobei besonders an die gegebenen Bedingungen angepasste Organismen identifiziert wurden. Es gelang nicht, die mikrobiologische Stickstoffelimination mithilfe des Anammox-Stoffwechsels in den Biogasprozess zu integrieren. Jedoch wurden verfahrenstechnische Lösungen wie das Austreiben des Ammoniaks mithilfe der Strippung erfolgreich durchgeführt. Erfolgreich waren auch Untersuchungen zur Fällung der Stickstoffverbindungen als Magnesiumammoniumphosphat, welches als Düngemittel nutzbar ist. Die Verfahren zur Strippung und MAP-Fällung wurden ebenso ökonomisch bewertet wie die Leachbed- und Schwimmbettfermenter.zeige mehrzeige weniger
  • Project objective: The aim of the project was to optimize the use of nitrogen-rich substrates (grass, alfalfa and clover silage, chicken manure) in biogas plants by avoiding ammonium / ammonia inhibitions. Different engineering and microbiological approaches have been tested. Different fermentation systems have been established: i) Continuously stirred tank reactors without biomass retention and ii)Two-stage, two-phase systems such as leach bed fermenter and floating bed fermenter, designed to separate the hydrolysis and other decomposition steps of the biomass from the methanogenesis, which is the last step of anaerobic digestion. The microbiological aim was to establish adapted, nitrogen-tolerant prokaryotic communities by appropriate enrichment conditions. For the elimination of nitrogen stripping of ammonia, MAP (struvite) precipitation and the possible application of anaerobic ammonium oxidation (Anammox) were investigated. Project results: Both in continuous long-term fermentation and in short-term batch tests, it wasProject objective: The aim of the project was to optimize the use of nitrogen-rich substrates (grass, alfalfa and clover silage, chicken manure) in biogas plants by avoiding ammonium / ammonia inhibitions. Different engineering and microbiological approaches have been tested. Different fermentation systems have been established: i) Continuously stirred tank reactors without biomass retention and ii)Two-stage, two-phase systems such as leach bed fermenter and floating bed fermenter, designed to separate the hydrolysis and other decomposition steps of the biomass from the methanogenesis, which is the last step of anaerobic digestion. The microbiological aim was to establish adapted, nitrogen-tolerant prokaryotic communities by appropriate enrichment conditions. For the elimination of nitrogen stripping of ammonia, MAP (struvite) precipitation and the possible application of anaerobic ammonium oxidation (Anammox) were investigated. Project results: Both in continuous long-term fermentation and in short-term batch tests, it was shown that the fermentation of the substrates is possible even at very high nitrogen contents as far as the communities of bacteria and archaea had time to adapt. A molecular biologic characterization of these communities resulted in the identification of specially adapted organisms. It was not possible to integrate the microbiological nitrogen elimination by means of the Anammox metabolism into the biogas process. However, processing techniques, such as stripping the ammonia, have been successfully carried out. Also successful were studies on the precipitation of the nitrogen compounds as magnesium ammonium phosphate, which can be used as a fertilizer. The methods for stripping and MAP precipitation were evaluated economically as well as the leach bed and floating bed fermenters.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Verfasserangaben:Christine Idler, Stefan Sebök, Carsten Jost, Bertram Schmidt, Nils Pieper
URN:urn:nbn:de:kobv:186-opus4-151979
Titelzusatz (Deutsch):Entwicklung und Optimierung von verfahrenstechnischen und mikrobiologischen Lösungen zur Vermeidung von Ammoniak-Hemmung in Biogasreaktoren
Schriftenreihe (Bandnummer):Forschungsberichte des ATB (2018/01)
Verlagsort:Potsdam
Sonstige beteiligte Person(en):Niklas Krakat
Dokumentart:Einzelveröffentlichung / Monografie
Sprache:Deutsch
Erscheinungsjahr:2018
Jahr der Erstveröffentlichung:2018
Embargo-Datum:12.12.2018
Veröffentlichende Institution:Stadt - und Landesbibliothek Potsdam
Urhebende Körperschaft:Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB)
Sonstige Beteiligte Körperschaft:Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und Fachagentur nachwachsende Rohstoffe (FNR)
Datum der Freischaltung:05.08.2019
Freies Schlagwort / Tag:Biogas, stickstoffreiche Substrate, Strippung von Ammoniak, MAP-Fällung, anaerobe Ammoniumoxidation
Biogas, nitrogen-rich substrates, nitrogen stripping of ammonia, MAP precipitation, anaerobic ammonium oxidation
Seitenzahl:192 S.
Landkreise / Gemeinden:Potsdam / Potsdam, Stadt
Sonstiges / Überregional
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 50 Naturwissenschaften / 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Kollektionen :Institutionen / Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) / Forschungsberichte aus dem Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB)
Lizenz (Deutsch):Es gilt das deutsche Urheberrecht.
Zugriff auf den Volltext:Uneingeschränkter Zugriff auf das Dokument