BRAIN: Prozessoptimierung von Biogasanlagen
BRAIN hat die Optimierung im Prozess der Biogasproduktion aus Abfallströmen bekannt gegeben. In dem zum Teil vom BMBF cofinanzierten Programm ESE-Biogas ist es den Wissenschaftlern des Biotechnologieunternehmens gelungen, den mikrobiellen Prozess der Biogasbildung zu optimieren und dabei die Energieausbeute gegenüber den etablierten Prozessen um mehr als 20% zu erhöhen. In einem 10 L-Prototyp-Fermenter mit vorgeschalteter und von BRAIN etablierter Exoenzymfarm konnte der Biogasproduktionsprozess validiert werden und steht für eine industrielle Nutzung zur Verfügung.
Energieträger müssen in Deutschland zurzeit teuer importiert werden. Wirtschaftliche Abhängigkeiten und politische Unsicherheiten sind damit absehbar. Um mittelfristig von Energieimporten unabhängiger zu werden, bedarf es einer Neuausrichtung der industriellen Energiegewinnung, z.B. durch eine nachhaltige Biologisierung der Prozesse. Eine Biologisierung der Energiegewinnung durch die konsequente Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen stellt dabei einen Schwerpunkt der bundesdeutschen Forschung und Entwicklung dar.
Das Thema ist dazu Teil der Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie 2030, in der auch das Forschungsvorhaben ESE-Biogas der BRAIN und der akademischen Partner angesiedelt ist. Biogas ist die Energiequelle für mehr als 50% der aus Biomasse gewonnenen elektrischen Energie in der Bundesrepublik Deutschland.
Um nicht in Konkurrenz mit der Herstellung von Nahrungs- und Futtermitteln zu gelangen, setzt BRAIN hier klar auf die Optimierung der Verwertung von Abfallströmen wie Stroh, Holzabfällen oder tierischer Exkremente, die unter Verwendung mikrobieller Konsortien zum Energieträger Biogas umgesetzt werden. Die biochemische Konversion von Biomasse zu Biogas ist ein komplexer Vorgang, der eine diverse mikrobielle Lebensgemeinschaft benötigt. Die Komplexität dieser Lebensgemeinschaft in einem luftdicht abgeschlossenen Reaktor schließt bisher eine verlässliche Steuerung des Fermentationsvorgangs weitgehend aus, was eine großtechnische industrielle Nutzung der Technologie limitiert. Neben
der fehlenden Regelungsmöglichkeit ist der initiale, sehr langsame, und damit geschwindigkeitsbestimmende Aufschluss der polymeren Biomasse zu durch Mikroorganismen abbaubaren Zuckermonomeren eine weitere Limitation.
Eine bekannte Komplikation beim Betrieb von Biogasanlagen ist die Problematik des „Umkippens“ der Reaktoren durch eine Übersäuerung des Behälterinhalts. Der durch die Säureproduktion erniedrigte pH-Wert lässt in der Folge die empfindlichen Methan produzierenden Bakterien absterben und führt in der Konsequenz zu einer Fehlgärung des Behälterinhalts und damit einem wirtschaftlichen Schaden.
Der von BRAIN etablierte neue Prozess setzt hier an und macht den Fermentationsvorgang stabiler, nachhaltiger und effektiver, was mit weniger Aufwand zu höherer Ausbeute führt. Der Prozess besteht dabei aus drei optimal interagierenden Hauptkomponenten: der Exoenzymfarm, dem Elektro-Biogasfermenter und dem Biosensor.
