Einfluss der Vakuum-Siede-Behandlung auf die anaerobe Verfügbarkeit ausgewählter Biomasseprodukte

Bahr, Tobias

Aufgrund bereits existierender Forschungsergebnisse aus der Literatur und aufgrund erster Ergebnisse aus Voruntersuchungen wird die Wirksamkeit einer Vakuum-Siede-Behandlung als Aufbereitungsverfahren vor der Vergärung im Hinblick auf eine Steigerung der mikrobiellen Verfügbarkeit untersucht. Als Arbeitshypothese galt, dass durch die Vakuum-Behandlung unter erwärmten Bedingungen, Zellstrukturen zerstört und die effektiven Oberflächen organischer Substrate vergrößert werden. Das so konditionierte Substrat liegt für einen nachgeschalteten Anaerobprozess besser verfügbar vor. Die Kernfragestellungen sind: Welchen Einfluss übt die Vakuum-Siede-Behandlung auf die anaerobe Verfügbarkeit unterschiedlicher fester Biomassesubstrate aus und welche zusätzlichen Gaserträge können dadurch initiiert werden? Vorversuche an einer großtechnischen Anlage belegen die technische Funktionsfähigkeit des Verfahrens und zeigen Optimierungspotenziale. Die Untersuchung der unterschiedlichen Verfahrensschritte und Prozesskenngrößen erfolgte in Reihenuntersuchungen in einer halbtechnischen Anlage und im Labormaßstab. In deren Verlauf wurde deutlich, dass durch eine vorgeschaltete Vakuum-Behandlung keine signifikant erhöhten Extraktionsleistungen gelöster organischer Komponenten sowie keine erhöhten Gasbildungsraten bewirkt werden können. Auf Grundlage der erzielten negativen Ergebnisse werden anhand vereinfachter Modellvorstellungen Erklärungsansätze für das Ausbleiben der erwarteten Auswirkungen des Behandlungsverfahrens entwickelt. Als relevante Parameter eines thermischen Verfahrens wurden die innere Energie als Maß für die im System gespeicherte Energie und der Dampfdruck herangezogen. Die hierdurch erreichbaren Auswirkungen fallen bei einer Vakuum-Siede-Behandlung deutlich geringer aus, als bei Thermo-Druck-Behandlungen und konnten somit als eine plausible Erklärung für ausbleibende Effekte des untersuchten Verfahrens herausgearbeitet werden.

Based on existing research results and first results of preliminary tests vacuum-heat treatment as a pre-treatment before anaerobic digestion is examined. The aim of this treatment is to enhance microbial availability of the substrate. According to the working hypothesis it was assumed that treatment under vacuum and heated conditions leads to a disintegration of cell structures and an increase of effective surface area. The pre treated substrate will have a better microbial availability. Main questions are: What influence will a vacuum-heat-treatment have on the anaerobic availability of different solid biomasses and what is the amount of additionally generated biogas? According to preliminary tests in a large scale reactor the technical functionality of the process is given despite of some optimization potential. The scientific examination of the different process steps and -parameters has been carried out in a smaller pilot plant and in laboratory scale. As a result of these experiments it was clarified, that a vacuum treatment prior to anaerobic digestion leads to no significantly higher extraction of dissolved organic components and to no higher biogas yields. Based on these negative results simplified model assumptions are presented to explain the absence of expected effects of the treatment procedure. As relevant parameters of thermal processes the internal energy as a measurement for energy saved in the total system and the vapour pressure have been used. The achievable effects measured by these parameters are significantly lower in a vacuum-heat treatment than by standard thermal pressure treatments and deliver plausible explanations for the absence of the missing effects of the investigated process.

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Bahr, Tobias: Einfluss der Vakuum-Siede-Behandlung auf die anaerobe Verfügbarkeit ausgewählter Biomasseprodukte. 2011.

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