Innovative Technologien bei Weintresterverwertung

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Lioba Brahms
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1 Innovative Technologien bei Weintresterverwertung Stéphane Vuilleumier Equipe Adaptations et Interactions Microbiennes dans l Environnement UMR 7156 Génétique Moléculaire, Génomique, Microbiologie Université de Strasbourg 1

2 OUI BIOMASSE: Innovationen für eine nachhaltige Biomassennutzung in der Oberrheinregion 2

Partner des Forschungsbereichs 3 GMGM - Génétique

Französisches Institut für Umweltforschung ICPEES -

l'environnement et la Santé EIFER European Institute

3 Partner des Forschungsbereichs 3 GMGM - Génétique Moléculaire, Génomique, Microbiologie DFIU Deutsch- Französisches Institut für Umweltforschung ICPEES - Institut de Chimie et Procédés pour l'energie, l'environnement et la Santé EIFER European Institute for Energy Research GRE Laboratoire Gestion des Risques et Environnement 3

4 Fragen und Hypothesen des Projekts «Weintrester» Wie steht s mit Energieverwertung von Weintrester? Methanisierung Verbrennung Biogas Wovon hängt der Ertrag ab? Technologie? Weintrester-Typ? Lagerung? Können biomolekulare Ansätze eine Innovation darstellen Für die Vorhersage des Verwertungspotentials des Weintresters? Für das Monitoring der Biogas-Produktion? 4

5 Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU) Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Christian Bidart (Ing.), Russell Mc Kenna (Dr.) Konzeptioneller Rahmen Techno-ökonomische Bewertung der Technologien der Biomassenutzung in der Oberrheinregion Biomasse-Bedarf Vergasung, Vergärung, Verbrennung Anaerobic digestion Woody biomass combustion Woody biomass gasification BtL Biodiesel 5

Experimentelles Projekt: Energieverwertung von Weintrester 2013: 4 Weintrester-Sorten (Gewürztraminer (250 kg), Pinot blanc, Pinot gris, Muscat), vom gleichen elsässischen Winzer durch GRE

6 Experimentelles Projekt: Energieverwertung von Weintrester 2013: 4 Weintrester-Sorten (Gewürztraminer (250 kg), Pinot blanc, Pinot gris, Muscat), vom gleichen elsässischen Winzer durch GRE erhalten Relevante Eigenschaften des Weintresters Bis zu 70% Wassergehalt Wenige Aschen (typischerweise 5.7% Trockengewicht nach Verbrennung bei 815 C) Hitzeverwertung ~20 MJ/kg Trockengewicht 6

7 ICPEES- Institut de Chimie et Procédés pour l'energie, l'environnement et la Santé Anne-Cécile Roger (Pr), Claire Courson (MC) Optimierung der Methanisierung von Biomasse Chemische Katalyse (Ni-Ce-Zr-Pr) Im Hinblick auf die Temperatur und Gaszusammensetzung N 2 7

8 GRE - Gestion des Risques et Environnement Jean-Francois Brilhac (Pr), Cornelius Schönnenbeck (MC), Maximilien Valente (Ing) Selektion und thermogravimetrische Charakterisierung von Weintrester Verbrennung, Co-Verbrennung und Pyrolyse Bioreaktor-Studien («fixed bed» und «boiler») 8

9 Microbiologie im OUI-Biomasse Projekt Batch-Fermentationsexperimente de marc in verschiedenen Maßstäben zur Produktion von Biogas (Methanisierung) unter Vertrag (EIFER) Francis Cladt, Rainer Bolduan, Marc Nadjarian Molekularbiologie- und Genomik-Ansätze zur Bioindikation (GMGM) Stéphane Vuilleumier (PR), Farhan Ul Haque (Ing) Christelle Gruffaz (Tech) Vorhersage des Produktion-Potentials Monitoring und Qualitätssicherung des Prozesses 9

Biogasertrag/Biogasproduktion => Zerkleinerung (grob/fein) und Lagerung (gekühlt/gefroren) 14 Tage 21 Tage 14 Tage HBT 10

10 Laboruntersuchung Weintrestervergärung in Batch-Fermentern Labor-Maßstab (HBT Hohenheimer Biogasertragstest, 2 L Fermenter) während 35 Tagen bei 37 C (mesophile Bedingungen) Ermittlung des Einflusses der Weinsorte und der Vorbehandlung auf den Biogasertrag/Biogasproduktion => Zerkleinerung (grob/fein) und Lagerung (gekühlt/gefroren) 14 Tage 21 Tage 14 Tage HBT 10 Proben; Vortest für 2L-Fermenter 2L- Fermenter 1 definierte Probe: Gewürztraminer gekühlt 2 Proben aus HBT-Vortest g + Gewürztraminer gefroren 10

11 2L-Fermenter HBT Versuche: 2 Masstäbe, zerkleinert HBT-Reaktoren Gewurtztraminer gekühlt, nicht zerkleinert Gewurtztraminer gekühlt, zerkleinert für HBT EIFER EIFER EIFER L-Fermenter Gewurtztraminer gekühlt, nicht zerkleinert Gewurtztraminer gekühlt, zerkleinert für 2L-Fermenter EIFER EIFER EIFER

12 Beispiele von ersten Ergebnissen, HBT (Hohenheimer Biogasertragstest) ots = organische Trockensubstanz 12

13 Vergleich Biogas- und Methanproduktion Weintrester Gasmenge (ml) Methanmenge (ml) Methangehalt (% Volumen) Spezifischer Gasertrag (m 3 /kg ots) Spezifischer Methanertrag (m 3 CH 4 /kg ots) Weintrester nach 24 Tagen ,413-0,804 0,218-0,430 Zum Vergleich (Ringversuch) nach 35 Tagen Gasmenge (N ml) Methanmenge (N ml) Methangehalt (% Volumen) Spezifischer Gasertrag (Nm 3 /kg ots) Spezifischer Methanertrag (Nm 3 CH 4 /kg ots) Gülle ,037 0,023 Cellulose ,686 0,308 Maissilage ,656 0,335 N = Norm (Standardbedingungen) 13

14 Microbiologie im OUI-Biomasse Projekt Batch-Fermentationsexperimente mit Trester in verschiedenen Maßstäben zur Produktion von Biogas (Methanisierung) unter Vertrag (EIFER) Francis Cladt, Rainer Bolduan, Marc Nadjarian Molekularbiologie- und Genomik-Ansätze zur Bioindikation (GMGM) Stéphane Vuilleumier (PR), Farhan Ul Haque (Ing) Christelle Gruffaz (Tech) Vorhersage des Produktion-Potentials Monitoring und Qualitätssicherung des Prozesses 14

15 DNA in der Umweltmikrobiologie Umweltprobe (hier Weintrester) Ermittlung mikrobieller Populationen PCR-Amplifikation, genotypische Analyse, Sequenzierung DNA-Reinigung Monitoring von Schlüssel-Enzymfunktionen (z. Bsp. Gene für Enzyme der Methan-Produktion) 15

Analyse der mikrobiellen Diversität von Weintrester Weintrester Waschen, Vortex Zentrifugation der Waschlösung DNA-Extraktion aus dem mikrobiellen Zellpellet PCR des 16S Gens, Diversitätsanalyse

16 Analyse der mikrobiellen Diversität von Weintrester Weintrester Waschen, Vortex Zentrifugation der Waschlösung DNA-Extraktion aus dem mikrobiellen Zellpellet PCR des 16S Gens, Diversitätsanalyse (T-RFLP, pyrosequencing) DNA-Extraktion aus Weintrester ( ng/g) PCR-Amplifikation des universellen ribosomalen 16S-Gens Molekulare Analyse der bakteriellen Diversität (ongoing) Biostatistische Analyse mit Bezug des Energie-Ertrags von Fermentation, Verbrennung und Methanisierung 16

17 Perspektiven als Schlusswort Etablierung eines experimentellen Forschungsprojekts Grenzüberschreitend und interdisziplinär Gemeinsames Untersuchungsobjekt Vertiefter Vergleich des technischen Potentials von Energieverwertungstechnologien Symbolträchtige wirtschaftliche Aktivität in der Region Projekt-Verwertung Verwendung der Resultate durch OUI BIOMASSE Information der professionnellen Akteure der Branche Kollaborative wissenschaftliche Veröffentlichungen 17

18 Partnern des Forschungsbereichs 3 GMGM - Génétique Moléculaire, Génomique, Microbiologie DFIU Deutsch- Französisches Institut für Umweltforschung ICPEES - Institut de Chimie et Procédés pour l'energie, l'environnement et la Santé EIFER European Institute for Energy Research GRE Laboratoire Gestion des Risques et Environnement 18

19 Merci Danke 19

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