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LIMOS - Langzeitstabile Inline-Messung organischer Säuren zur Beurteilung von Biogasprozessen, Teilvorhaben 2: Methodenvergleich und Prozessoptimierung
Projekt
Förderkennzeichen: 22011811
Laufzeit: 01.10.2011
- 30.06.2014
Fördersumme: 216.048 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Aufgabenbeschreibung: Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Messsystems zur Inline-Bestimmung der Konzentrationen der organischen Säuren Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure sowie weiterer Komponenten im Biogasprozess. Es soll Zusammenhänge zwischen den gemessenen Parametern nachweisen und dadurch zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen über die chemisch-biologischen Vorgänge im Reaktor sowie beim Übergang von organischen Säuren von der Flüssig- in die Gasphase führen. Die kontinuierliche Überwachung der organischen Säuren ermöglicht sehr genaue Aussagen über den Zustand des Prozesses. Dadurch können Störungen frühzeitig erkannt und Optimierungen sowie eine verbesserte Systemsteuerung bei der Biogasproduktion vorgenommen werden. Das Vorhaben wird am Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e.V. Meinsberg (KSI) in enger Kooperation mit dem Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP) und dem Ingenieurbüro Peter Zimmermann TEB als Unterauftragnehmer des IASP bearbeitet. Am KSI erfolgt schwerpunktmäßig die Entwicklung, Herstellung und Laborerprobung des Messsystems für die Flüssigphase von Biogasanlagen. Das IASP wird Vergärungsversuche mit verschiedenen Ausgangssubstrate durchführen und gemeinsam mit TEB das Messsystem an Laborreaktoren vor allem im Hinblick auf die Säurebildung und deren Zusammenhang mit den Parametern Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff und Sauerstoff erproben.
Ergebnisdarstellung: Das Projektziel, die Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung organischer Säuren in Biogasprozessen, wurde für Essigsäure als dem wichtigsten Parameter erreicht. In einer thermophil betriebenen Biogas-Laboranlage konnte Essigsäure über einen längeren Zeitraum erfolgreich gemessen werden. Der aufgenommene Konzentrationsverlauf lieferte wichtige Informationen zur Bildung und Anreicherung der Säuren im Biogasprozess im Zusammenhang mit anderen Betriebsparametern (pH-Wert, CO2-, H2- und CH4-Konzentration) und äußeren Stressbedingungen (z.B. Fütterungsumstellung, inhomogene Substrate). Nach der Laborerprobung wurde mittels des Messsystems Essigsäure auch in einer mesophil betriebenen Biogas-Großanlage über vier Wochen erfolgreich gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass auch bei niedrigeren Medientemperaturen (38 °C) eine ausreichende Menge Essigsäure für die Detektion extrahiert wird. Für die Messungen der organischen Säuren in realen Biogasmedien wurde ein Flammenionisations-Detektor (FID) verwendet. Eine in dem Vorhaben ebenfalls entwickelte rauscharme Messschaltung mit coulometrischem Detektor ermöglicht es, Spuren von H2, O2 und CH4 ab 100 Vol.-ppb zuverlässig zu detektieren. Es wurden drei Patente zur Thematik des Vorhabens angemeldet. Die neu gewonnenen wissenschaftlichen Kenntnisse über den Einfluss organischer Säuren auf den Verlauf chemisch-biologischer Prozesse werden der Prozessoptimierung bestehender Biogasanlagen dienen. Damit leistete das Vorhaben einen Beitrag zur Erreichung der vom BMEL gestellten förderpolitischen Zielstellung, durch anwendungsorientierte Grundlagenforschung des Vergärungsprozesses und marktnahe Technologieentwicklungen auf dem Gebiet der Mess- und Regeltechnik Voraussetzungen für einen sicheren und energieeffizienten Betrieb von Biogasanlagen zu schaffen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik
- Nachwachsende Rohstoffe
