Biomasse Biochemische Und Physikalische Nutzung Flashcards
Was ist die Prozessgleichung für Methangärung?
Biomasse + H2O + Bakterien + Wärme —> CH4 + CO2 + Gärrest
Achtung:
CH4 + CO2 ist Biogas
Das läuft ohne Licht
Wie läuft das Prozess für die Energieproduktion durch Methangärung?
- z.B. wird Gülle in einem Fermenter rein gegeben
- Dort wird Gas produziert, die in z.B. einem BHKW benutzt wird
- BHKW gibt Wärme und Strom ab
- Gärrest kann für den Landwirtschaft verwertet werden
Was sind die Biomassen bzw. Organische Substanzen, die eingesetzt werden kann?
- Leicht lösliche Stoffe: Kohlenhydrate; Aminosäuren
- Enzymatisch abbaubare Stoffe: Hemizellulose; Cellulose; Lipide, Proteine
- Schwer abbaubare Stoffe: Teile der Cellulose
- Nicht abbaubare Stoffe: Mineralstoffe; Lignin (aerob abbaubar)
Was kommt unter dem Gärrest?
- Neue Organismen: Bakterien
- Umgebaute organische Substanzen
Wie läuft die Methangärung für Biogas Produktion?
Organisches Material —> (Hydrolyse & Acidogenese) H2, CO2, Essigsäure —> (Methanogenese) CH4 & CO2
UND / ODER
Organisches Material —> (Hydrolyse & Acidogenese) Zucker, kurzzeitige org. Säuren, Alkohole (hängt von Input Zusammensetzung ab) —> (Acetogenese) H2, CO2, Essigsäure —> (Methanogenese) CH4 & CO2
Achtung:
- H2S kann auch produziert werden, wenn viele Proteine gibt, das muss dan entschwefelt werden
- CH4 und CO2 können direkt in BHKW eingesetzt werden, aber CO2 muss rausgenommen werde, wenn in Leitung für Ersetzung von Erdgas benutzt wird
- Anteil von H2 und kurzzeitige org. Säuren müssen ständig geprüft werden. Wenn sie steigen, dann gibt es Probleme bei Methanogenese bzw. Acetogenese.
Was sind die Verfahrensarten für Methangärung?
◼ Nassfermentation (ca. 10% Trockensubstanz)
◼ Trockenfermentation (» 10% Trockensubstanz)
Eigenschaften von Nassfermentation?
◼ Hohe spezifische Biogasausbeute
◼ Automatisierbare Störstoffabtrennung
◼ Gute Pump- und Mischbarkeit
Reaktoren für Nassfermentation?
◼ Stehende Rundfermenter (Rührkesselprinzip)
◼ Liegende Fermenter (Pfropfenstrom)
Vor- und Nachteile von Stehende Rundfermenter?
◼ Vorteil: hohe Reaktorvolumina realisierbar
◼ Nachteil: Kurzschlussströmung, Totzonen im Fermenter
Vor- und Nachteile von liegende Fermenter?
◼ Vorteil: optimale Durchmischung des Fermenters
◼ Nachteil: geringere Reaktorvolumina realisierbar (800 m3)
Eigenschaften von Trockenfermentation?
◼ Geringes spezifisches Faulvolumen
◼ Geringer spezifischer Wärmebedarf
Wie wird Rapsöl in Kleinanlagen gewonnen?
- Reinigung
- Schälung
- Zerkleinerung
- Pressung —> Trüböl
- Sedimentation
- Filtration
- Zentrifugation —> Reinöl
Wie kann Rapsöl zu Biodiesel umgewandelt werden?
Katalytische Umesterung von Rapsöl zu RME (Rapsölmethylester)
Reaktionsgleichung für Rapsölmethylester (RME) Produktion?
Öle/ Fette + Methanol —> (Katalysator) Biodiesel + Glycerin
Welche Katalysatoren sind für RME Produktion benutzt?
◼ Alkalimetalle (Na, K)
◼ Alkalimetetallhydroxide (NaOH, KOH)
◼ Alkalialkoholate (Na-Methylat)
Unter welchen Bedingungen läuft RME Produktion?
◼ T<80°C
◼ Gute Durchmischung
◼ Vermeidung von Rückreaktionen: Methanolüberschuss; Glyzerinabtrennung (Phasentrennung)
Welche Mikroorganismen sind für Bioethanol Produktion benutzt?
Nicht Bakterien sondern Hefen.
Hinweis: Hefen sind fakultativ anaerobe Pilzstämme, d. h. sie können sowohl im aeroben als auch im anaeroben Medium existieren.
Wie wird Ethanol mithilfe von Hefen hergestellt?
Anaerobe alkoholische Gärung von Zucker
Reaktionsgleichung für Ethanolproduktion (Anaerobes Milieu)?
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Reaktionsgleichung für Aerobes Milieu (Wachstum und Biommase Produktion)?
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Biomasse
Wie viel mal können Hefen für Bioethanol Produktion benutzt werden?
Hefen können nur 4 – 5 Generationen vollständig anaerob wachsen
→ absatzweise Fermentation oder
→ gezielte O2-Zufuhr für kontinuierliche Fermentation erforderlich!
Was ist die Temp. für Ethanolproduktion?
20-40 C
Was ist der pH-Wert für Ethanolproduktion?
3,5 – 6
Welche Faktoren limitieren die Ethanolproduktion?
◼ ab 20 g/l Ethanol: beginnende Hemmung
◼ ab 110 g/l Ethanol: Einstellung der Ethanolproduktion
Was sind die unterschiedlichen Biomasseprodukte und ihren Nutzungen?
█ Methangärung zur Stromerzeugung/Gas
█ Rapsmethylester (RME) zur Kraftstoffnutzung
▪ Gewinnung von Pflanzenöl durch Pressen
▪ Veresterung Pflanzenöl mit Methanol zu Biodiesel
█ Bioethanol als Kraftstoff
▪ Anaerobe alkoholische Gärung von Zucker (Oder erstmal Getreide in Zucker durch enzymatische Reaktionen umwandeln)
