Biologisch-chemische Prozesstechnik

In diesem Forschungsschwerpunkt werden biologische und chemische Verfahren zur nachhaltigen Stoffwandlung von Neben-, Rest- und Abfallstoffen erforscht und umgesetzt. Hierbei beschäftigen sich die Wissenschaftler mit einer Vielzahl verschiedener Themenbereiche wie z.B. Prozesswasseraufbereitung, Erschließen neuer C-Quellen sowie Biogasgewinnung aus biogenen Reststoffen.

Aufbereitung von Prozess- und Deponiesickerwässern

Wasser ist weltweit eine der wichtigsten Ressourcen. Neben der kommunalen Wasseraufbereitung hat die Kreislaufführung von Prozessabwässern einen hohen Stellenwert. Auch im :metabolon Institute stellt die Prozesswasseraufbereitung ein zentrales Thema dar: Ziel ist hierbei die Kreislaufschließung von stofflich und energetisch potenziell verwertbaren Inhaltsstoffen aus Prozess- und Deponiesickerwässern.

So kommen in diesem Bereich modernste Untersuchungsmethoden zum Einsatz:

• mikrobiologische Verfahrenstechnik
• stoffspezifische Prozessanalytik
• instrumentelle Laboranalytik
• sowie Forschung an der halbtechnischen Sickerwasseranlage.

Neben der mikrobiologischen Aufbereitung von Prozessabwässern wird aktuell ein neues Forschungsthema zur Prozesswasseraufbereitung mit Algen vorangetrieben. Der Vorteil einer Prozesswasseraufbereitung mittels Algen besteht in der gleichzeitigen Gewinnung einer regenerativen C-Quelle. Durch chemische Synthesen kann aus den Algen der Prozesswasseraufbereitung Bioöl als regenerativer Grundbaustein für die Herstellung von chemischen Produkten, wie z.B. Kunststoffe, hergestellt werden.

Energie aus Biogas – Vergärung

Die nachhaltige Versorgung der Bevölkerung mit Nahrungsmitteln, Energie und Rohstoffen ohne Beeinträchtigung der Umwelt ist eine zentrale Aufgabe der Gesellschaft. Dabei spielt die Verwertung von biogenen Rest-und Abfallstoffen, z.B. Erntereste, Bioabfall, Gülle, Mist, etc., eine große Rolle. Das Potenzial der hiervon verfügbaren Mengen ist groß. Aus diesem Grund können biogene Rest- und Abfallstoffe - ohne Nutzungskonkurrenz - zur regenerativen Energiebereitstellung durch biologische Prozesse genutzt werden.

Bei der Vergärung organischer Stoffe (biogene Rest- und Abfallstoffe) wird durch Bakterien ein energiereiches Biogas erzeugt. Dieses wird in der Regel klimaneutral in Blockheizkraftwerken zur Strom- und Wärmegewinnung thermisch genutzt. Dabei wird nur so viel CO₂ freigesetzt, wie die Ausgangsstoffe zuvor bei ihrem Wachstum aufgenommen haben.

In diesem Bereich steht den Forschern eine hochmoderne, 2-straßige Pilotanlage zur Biogasproduktion zur Verfügung, an der verschiedensten Fragestellungen erforscht werden, wie z.B.:

• Einsatz verschiedener Substratmischungen für optimale Gasausbeute
• Einsatz von Online-Messsonden zur Regelungsoptimierung
• Einfluss der Lagerungsbedingungen auf das Gasbildungsverhalten von flüssigen Gärrestbestandteilen unter anaeroben Bedingungen

Allerdings können nicht alle biogenen Rest- und Abfallstoffe unmittelbar durch Vergärung in Biogas gewandelt werden. So stellt z.B. der hohe Anteil an Lignocellulose in faserreichen Energiepflanzen wie Getreidestroh ein großes Problem für die energetische Nutzung dar, da die notwendigen Verweilzeiten für die bakterielle Umsetzung in den technischen Reaktoren viel zu gering sind. Aus diesem Grund forschen die Wissenschaftler an neuartigen Verfahrenskombinationen, um Einsatz und Effizienz in der Nutzung solcher Rest- und Abfallstoffe zu verbessern. Ziel ist hierbei, die Entwicklung eines nachhaltigen Konzepts zur energetischen Nutzung biogener umweltneutraler Rest- und Abfallstoffe.