ACidestion

Geplanter Forschungszeitraum  |  1. August 2013  bis 31. Juli 2016

Förderung  |  Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)  |  Förderkennzeichen: 03KB084A

Ausgangslage  |  Die Motivation dieses Projektes ist es, den von der Bundesregierung geforderten Ausbau der regenerativen Energien praxisorientiert voranzutreiben. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) bietet bereits einen Anreiz zum Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Dabei kommt Biomasse ein besonderer Stellenwert zu, bietet sie doch eine Möglichkeit zur stofflichen Speicherung von Energie. Dies ist notwendig, da viele erneuerbare Energien wie insbesondere Solar- und Windenergie von äußeren Faktoren wie dem Wetter abhängig sind. Durch die Unabhängigkeit von diesen Einflüssen kommt es bei der Stromerzeugung durch Biogas nicht zu Spannungsspitzen oder -einbrüchen. Sie ermöglicht daher den Ausgleich der Unregelmäßigkeiten in der Erzeugung von Strom aus anderen regenerativen Energien.

Das Gesamtziel des Projektes ist eine gezielte, ressourcenschonende Nutzung von Biomasse durch eine zeitlich regelbare Produktion von Biogas. Mit den hier geplanten Untersuchungen kann Biogas durch Biomasse als die wetterunabhängige regenerative Energie gezielt eingesetzt werden, wenn Wind und Sonne nicht zur Verfügung stehen. Die Biogasproduktion soll innerhalb weniger Stunden angepasst werden können, je nach Wetterprognose.

Zur Realisierung soll Biomasse nur dann zu Biogas vergoren und somit als Regelenergie verfügbar werden, wenn Strom benötigt wird. Dazu soll die Silage so verändert werden, dass sie schnell verfügbare Substrate für den Biogasprozess enthält. Experimentelle Untersuchungen werden in Pilotfermentern erfolgen, sie zielen auf die Bestimmung der Einflussparameter der Gasbildung und -qualität sowie der zeitlichen Verzögerung. Die experimentell ermittelten Daten dienen als Basis für eine Modellierung und Simulation des neuen Prozesses, um eine innovative Regelung für Biogasanlagen zu entwickeln.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele des Vorhabens

Das erste wissenschaftliche Arbeitsziel ist die Erprobung alternativer Silierungen zur Erzeugung hoher Konzentrationen von bestimmten volatile fatty acids (VFA, flüchtigen organischen Säuren) in typischen Biogas-Substraten. Die Biogasproduktion soll über diese modifizierten Substrate beschleunigt werden und somit in Zukunft als Regelenergie fungieren. In den Untersuchungen zur Silierung ist der Umsatz zu kurzkettigen Säuren durch die gezielte Zugabe spezieller Bakterien ein Hauptziel. Ist dieses Teilziel erreicht, folgt die wissenschaftliche Analyse des Effektes dieser Silagen auf den Biogasbildungsprozess. Dabei wird neben dem zeitlichen Verzug der gesteigerten Gasbildung auch der gesamte Biogasprozess auf seine Stabilität hin untersucht. Dies beinhaltet die Messung der chemisch/physikalischen Parameter sowie eine regelmäßige Erfassung der Mikroorganismen-zusammensetzung im Fermenter.

Das zweite wissenschaftliche Ziel ist die Nutzung der silierten Biomasse als „Regelsubstrat“ in einer Pilotanlage. Dazu wird vor allem der zeitliche Verzug zwischen Einsatz der Biomasse und Gasbildung untersucht. Die Ergebnisse werden in einer Simulation verarbeitet, sodass eine Regelung der Biogasbildung möglich wird. Somit sind die Gas- und letztendlich dann auch die Stromproduktion beliebig steuerbar. Zudem ist die Regelung ressourcenschonend, da nur dann Biomasse eingesetzt werden muss, wenn ein Strombedarf besteht, der nicht aus Wind- oder Sonnenenergie gedeckt werden kann.

Zudem liegen mehrere technische Arbeitsziele vor: Zum einen ist es notwendig, dichte Silagebehälter zu konstruieren, um eine Geruchsbelästigung zu verhindern. Diese sollen außerdem optimale Bedingungen für die Silierung bieten. Weiter werden die Anforderungen an ein Blockheizkraftwerk (BHKW) definiert, die sich aus der bedarfsgerechten Stromerzeugung und dem hinsichtlich Menge und Qualität variablen Biogasstrom aus den Biogasanlagen ergeben. Zudem werden Lösungen für das Wärmemanagement der Biogasanlagen entwickelt, da bei der bedarfsgerechten Stromerzeugung nicht immer Wärme aus dem BHKW zur Verfügung steht. So werden alle technischen Voraussetzungen für eine regelbare Stromproduktion aus Biogas geschaffen.