Institut. Milchsäurefermentation von biogenen Abfällen. Prof. Dr. Johannes Jager

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1 Milchsäurefermentation von biogenen Abfällen Prof. Dr. Johannes Jager

2 Überblick Kurzvorstellung des es A und des Rahmenforschungsprojektes Milchsäure anaerobe Abfallbehandlung Versuchsanlage Ausblick

3 A Arbeitsgebiete Abfallwirtschaft und Abfallvermeidung Ökobilanzierung Biologische Abfallbehandlung Deponierung Thermische Abfallbehandlung Sonderabfälle und Altlasten Bauabfälle Umweltanalytik Emissionsüberwachung Abluftreinigung

4 Ziele Kurzvorstellung des Forschungsprojektes: Semizentrale Ver- und Entsorgungssysteme für urbane Räume Chinas (1) Entwickeln eines flexiblen, nachhaltigen, angepassten, semizentralen, integrierten Konzepts für Ver- und Entsorgungssysteme für urbane Räume Chinas (geplante Stadtteile) Baukastensystem Ermitteln der optimalen semizentralen Größe Semizentral Größenordnung, die über einzelne Bebauungseinheiten hinausgeht, sich aber von herkömmlichen zentralen Einheiten deutlich abgrenzt so klein wie möglich, so groß wie nötig

5 Kurzvorstellung des Forschungsprojektes (2) Entwicklung eines technischen Konzeptes Aus technischer Sicht Identifikation robuster, preisgünstiger, kompakter und wartungsarmer Technologien Kombination verschiedener Module zu einem technischen Gesamtsystem zur Kreislaufführung von Stoffströmen und Weiterverwendung von Nährstoffen Aus planerischer Sicht Typisierung von Siedlungs- und Nutzungsstrukturen in China Typisierung des Wachstums urbaner Räume in China

6 Kurzvorstellung des Forschungsprojektes (3) A Behandlung von Abfällen mit hohem organischem Anteil (>70%) und geringem Heizwert (<4000 kj/kg) Nutzung des stofflichen und energetischen Potentials des Abfalls Erzeugung von nachhaltig nutzbaren Produkten ( Kreislaufwirtschaft) Adaption von bewährten Techniken zur stofflichen Verwertung von biogenen Abfällen

7 2-Hydroxypropionsäure Summenformel: C 3 H 6 O 3 Milchsäure (1) Vorkommen: Schweiß, Blut, Muskelserum, Niere,Galle (L-(+) Milchsäure) aus Sauermilchprodukten, Tomatensaft, Bier, Opium (Racemat)

8 Milchsäure (2) Verwendung Säuerungsmittel, Geschmacksstoff, Konservierungsmittel Ausgangsstoff für die Chemikaliensynthese Acrylsäure und Propylenglycol als Polymerbausteine Herstellung von Polylactiden/Polymilchsäure biologisch abbaubare Kunststoffe Produktionsmenge ca Mg/a weltweit

9 Milchsäure (3) Herstellung chemisch Hydrolyse von Lactonitril 10 % Anteil an der Produktion biotechnisch 90 % Anteil an der Produktion 1. Vorbehandlung des Substrates 2. Hydrolyse zu Zuckern 3. Fermentation der Zucker zu Milchsäure 4. Aufbereitung der Milchsäure

10 Milchsäure (4) Einflussgrößen bei der biotechnische Herstellung Produktionsstamm geeignete Kohlenstoffquelle Säuregehalt Verfahrensführung Substrat i.d.r. Monosubstrate

11 Milchsäure (5) Substrate Zuckerhaltige Substrate Glucose, Saccharose, Fructose, Maltose, Lactose, Xylose, Mannose, Melasse, Molke Stärkehaltige Substrate Weizen, Mais, Kartoffeln, Reis, Roggen, Hirse, Gerste Cellulosehaltige Substrate Abfälle, Altpapier, Klärschlamm

12 anaerobe Abfallbehandlung Verfahren Ein- oder Zweistufige Vergärung der Bioabfälle zu Methan Vollständiger Abbau der organischen Säuren Ziele Methanbildung Substratabbau Hydrolyse Zucker Säurebildung Organische Säuren Essigsäurebildung Essigsäure Methanbildung Methan

13 Milchsäurefermentation Verfahren Verfahrensinterne Ausschleusung der gebildeten Milchsäure z.b. durch Membrantechnologie Adaption der Verfahrensbedingungen zur Optimierung der Milchsäureausbeute Ziele Substratabbau Milchsäureerzeugung Hydrolyse Zucker (Milch)Säurebildung Milchsäure Essigsäurebildung Essigsäure Methanbildung Methan

14 Versuchsanlage (1) Aufbau und technische Daten Vorlage Fermenter Abluftreinigung Kamin Gärsubstrat/Gärrest Abluft Reststoffe Nutzvolumen 30 m³ 1 Mg/d Input Thermophiler Betrieb (~55 C)

15 Versuchsprogramm Versuchsanlage (2) Untersuchung des Prozessumlaufwassers hinsichtlich der Milchsäurekonzentration keine Abscheidung der Milchsäure, daher weiterhin Methanbildung zu erwarten Charakterisierung von In- und Output zur Beurteilung der Abbauwirksamkeit Variation der Betriebsbedingungen zur Optimierung des Milchsäureertrages

16 Ausblick Inbetriebnahme der Versuchsanlage Anfang Juni Nachweis der grundsätzlichen Eignung von Verfahren und Substrat Weiterer Forschungsbedarf Untersuchung der Möglichkeiten zum Einsatz von Abscheidetechniken (z.b. Membrantechnologie)

17 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Prof. Dr. Johannes Jager Dipl.-Ing. Clemens Rohde