SI/502382

Schlussbericht

Das CONRAD-Projekt startete am 01.04.2022 und dauerte 16 Monate. Sein Ziel war es, die Verbesserung der Biogasproduktion (Methanausbeute und Zusammensetzung, Kinetik, CO2- Emissionen) durch Anreicherung anaerober Fermenter mit CO2 ohne H2-Zugabe nachzuweisen. Obwohl die in der Literatur vorgestellten früheren Ergebnisse zum Teil sehr überzeugend sind, fehlt ein roter Faden zwischen den durchgeführten Studien und die Ergebnisse bedürfen einer Bestätigung, bevor sie in größerem Maßstab umgesetzt werden können. In diesem Projekt konzentrierten wir uns darauf, die Ergebnisse aus der Literatur mithilfe eines 70-LFermenters zu reproduzieren. Unser Ziel war es außerdem, Informationen über die Kinetik der CO2- Nutzung zu sammeln und gleichzeitig die Menge des gelösten CO2 und dessen Auswirkungen auf die Fermentationsprozesse zu kontrollieren. Um dies zu erreichen, stützten wir unseren Ansatz auf die Charakterisierung des anorganischen Kohlenstoffs, die kostengünstiger und weniger aufwändig ist als andere Analysemethoden wie die Messung von stabilen Isotopen oder molekularbiologische Analysen. Die Originalität dieses Ansatzes liegt in der Verwendung einer NDIR-CO2-Sonde, die es uns ermöglichte, in situ, kontinuierlich und in Echtzeit Messungen und des im Fermenter gelösten CO2 durchzuführen. Soweit wir wissen, ist dies das erste Mal, dass eine solche Sonde in einem anaeroben Fermenter eingesetzt wird, und ihr Interesse und Potenzial geht weit über das vorliegende Projekt hinaus. Die wichtigsten Ergebnisse, die im Rahmen des CONRAD-Projekts erzielt wurden, können wie folgt zusammengefasst werden: - Die Leistung des Fermenters unter Anreicherung (durchschnittlicher CH4-Gehalt des Biogases: 66,8% ± 0,5, Methanausbeute: 209 ± 17 LCH4/gSV) ist besser als die im Fermenter im Normalbetrieb (durchschnittlicher CH4-Gehalt des Biogases: 62,7 % ± 0,3, Methanausbeute: 151 ± 15 LCH4/gSV) erzielte Leistung. Diese Verbesserungen werden auf thermodynamische Phänomene zurückgeführt, die mit dem Rückgang der Alkalinität bei konstantem pH-Wert im Fermenter unter Anreicherung zusammenhängen. Der Anstieg (+38%) der Methanausbeute durch die Anreicherung ist höher als in der Literatur angegeben, da wir darauf geachtet haben, die Menge des eingeleiteten CO2 zu kontrollieren, aber folglich ist unsere CO2 Wiederverwendungsrate (geschätzt auf 12%) niedriger. - Aus kinetischer Sicht haben wir festgestellt, dass die Zugabe von CO2 die Kinetik der Hydrolyse, die bei der Verdauung von Substraten mit hohem Proteingehalt wie Faulschlamm ein limitierender Schritt ist, wahrscheinlich durch die entstehenden lokalen pH-Wert-Absenkungen erhöht. Dieser Punkt ist wahrscheinlich das, was alle bisherigen Studien miteinander verbindet. - Die Anreicherung mit CO2 verbessert auch die Verfügbarkeit von CO2 in einem Faulbehälter, der bei proteinreichen Substraten zu CO2-Mangel neigt. - Mithilfe der CO2-Sonde konnten wir die Metabolisierung von exogenem CO2 demonstrieren und ein besseres Verständnis der anaeroben Verdauung, insbesondere der Hydrolysephase, erlangen. - Schließlich erwies sich die CO2-Injektion als wirksames Mittel, um der potenziellen Ammoniakvergiftung entgegenzuwirken, die bei der Verwendung eines Substrats mit hohem Stickstoffgehalt (Protein) häufig auftritt. Die im Rahmen dieses Projekts erzielten Ergebnisse sind nicht nur überzeugend, sondern bieten auch zahlreiche neue Perspektiven, die am Ende dieses Berichts vorgestellt werden.