Lasersize

Laserrückreflexions-basierte Analyse der Größenverteilung von Par-tikeln zur Ultraschall-gestützten Optimierung der Flüssigphase in Gärprozessen

#Biogas

#Strom

#Wärme

#Rest- und Abfallstoffe

01.11.2016

31.12.2019

FKZ-Nr.:

03KB120

Durch die Maßnahmen wird eine Erhöhung der Substratflexibilität und Anlageneffizienz angestrebt. Dazu soll der Ultraschall-basierte Aufschluss von Partikeln soweit mittels Laserlicht-basierter Rückreflexion gemessen werden, dass eine in situ Optimierung in Echtzeit ermöglicht wird.

Im Projekt wird ein neuartiges Verfahren zur Messung der Größenverteilung von Partikeln adaptiert, um die Aufbereitung von Substraten sowie die Behandlung der Flüssigphase des Biogasprozesses mittels Ultraschall zu optimieren. Die Lösung soll einfach in Bestandsanlagen integrierbar sein und die Online-Messung autark auswertbar sein. Die Methodik wird exemplarisch an drei unterschiedlichen Praxisanlagen getestet.

Originalbild

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TU Berlin: Aufbau eines Laborversuchsstandes und Einsatz der gekoppelten Aufschluss- und Analysenmethodik in mittels statistischer Versuchsplanung geplanten Versuchsreihen. Transfer in den Praxismaßstab, in dem die Ultraschall- und Analysentechnik im Bypass angewendet und aufbauend auf den Ergebnissen im Labormaßstab der Einsatz von Ultraschall optimiert wird. Zum Abschluss erfolgt eine Kosten-/Nutzenanalyse anhand der Praxisversuche.

S+E Sequip GmbH: Innerhalb der Arbeitspakete werden Sensoren hardwareseitig für Applikationen zur Partikelgrößenverteilung in der Flüssigphase von Gärprozessen modifiziert. Zudem erfolgt u.a. eine Softwareanpassungen zur Unterscheidung biologisch aktiver und inaktiver Partikel anhand ihres Rückreflexionsverhaltens.

Devad GmbH: Entwicklung und Konstruktion eines rezirkulierenden Ultraschallsystems einschließlich dem Zerkleinern von Agglomeraten und dem Aufschluss biomechanischen Materials zur Optimierung der Flüssigphase in Gärprozessen.

Es konnte an mehreren Substratmischungen ein Effekt der Partikelgrößenverteilung auf die Vergärbarkeit festgestellt und der Einsatz von Ultraschall hinsichtlich Verweilzeit bzw. Leistung evaluiert und optimiert werden. Dazu genügte die Messung der Partikelgrößenverteilung direkt hinter der Ultraschalleinheit bzw. direkt nach der jeweiligen Behandlungsweise. In Abhängigkeit der applizierten Laserlichtleistung stellt der biologisch aktive Teil kein Problem bei der Messung dar. Es wird vorgeschlagen, zunächst im Labormaßstab und Batch-Gärtests zu untersuchen, ob die Verringerung der Festphasenpartikel den Prozess in den jeweils spezifischen Fällen beschleunigen kann.
Durch einen zeitlich begrenzten, zweckgebundenen Einsatz der Sondentechnik in einem Optimierungsprotokoll entsteht zudem eine wirtschaftliche Lösung, die sowohl an neuen wie an Bestandsanlagen angewendet werden kann.

Ergebnisse auf einen Blick:

- Veränderungen der Partikelgrößenverteilung konnten mit der eingesetzten Methodik im Bereich 1–2.000 µm direkt in der Flüssigphase verfolgt werden.
- Die Partikelgrößenverteilungsmessung in einer Vielzahl von Gärsubstraten zeigt je nach mechanischen oder physikalischen Aufschlussmethoden eine mit Prozessparametern korrelierbare Veränderung im Bereich von unter 200 µm.
- Diese Veränderung beeinflusst die Hydrolyse und damit die CO2-Bildung in Batch-Gärtests und kontinuierlicher Kultivierung.
- Der notwendige Leistungseintrag, insbesondere bei Anwendung von Ultraschall, kann durch eine Messung der Partikelgrößenverteilung optimiert werden.
- Wenn die Verfügbarkeit von Kohlenhydraten der Geschwindigkeits-bestimmende Schritt ist, kann die anaerobe Gärung verbessert werden, entweder durch eine vollständigere Verwertung, eine Verkürzung der notwendigen Retentionszeit oder durch ein breiteres Spektrum an einsetzbarem (Misch-)Substrat.
- Die fokussierte Laserlicht-basierte Rückreflexionsmessung eignet sich zu der schnellen, lokalen Messung der Partikelgrößenverteilung direkt im Gärsubstrat, wenn optische Parameter auf die Messumgebung angepasst werden können.

Weitere Konferenzbeiträge
- Junne, S.; Kielhorn, E.; Bockisch , A.; Habermann, B. ; Neubauer, P. (2017): Monitoring tools for improved characterization of the liquid phase in anaerobic digestion. In: International Symposium on Microbial Research and Biotechnology for Biomass Utilization. S. 37.

Workshops
- PAT für den Aufschluss und die Nutzung biogener Roh- und Reststoffe in anaeroben Gärverfahren. 28.01.2021, online. https://bio-pat.org/case/bio-pat-webinar-pat-fuer-den-aufschluss-und-di…

Präsentationen, Auswahl (Vorträge):
- DBFZ Jahrestagung, Leipzig 2019 und 2017
- European Conference of Applied Biotechnology, Florenz 2019
- DBFZ Konferenz Monitoring in Biogasprozessen, Leipzig 2019
- BioProScale International Conference, Berlin 2019 (Tandem Vortrag Sequip und TU Berlin)
- Bioökonomie-Stammtisch der Länder Berlin und Brandenburg, Potsdam 2018.
- 2. Bio-PAT Symposium, Berlin 2018

Präsentationen (Poster):
- EFIB Konferenz, Brüssel 2019
- EUBCE, Lissabon 2019
- ESBES International Conference on Applied Biotechnologie, Lissabon 2018
- Dechema Sensor Symposium, Dresden 2017
- Erstes frz. industrielles Biotech Symposium Lille, 2017