Biomasse Biochemische Und Physikalische Nutzung

Question 1

Was ist die Prozessgleichung für Methangärung?

Answer 1

Biomasse + H2O + Bakterien + Wärme —> CH4 + CO2 + Gärrest

Achtung:
CH4 + CO2 ist Biogas
Das läuft ohne Licht

Question 2

Wie läuft das Prozess für die Energieproduktion durch Methangärung?

Answer 2

• 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

Question 3

Was sind die Biomassen bzw. Organische Substanzen, die eingesetzt werden kann?

Answer 3

• 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)

Question 4

Was kommt unter dem Gärrest?

Answer 4

• Neue Organismen: Bakterien
• Umgebaute organische Substanzen

Question 5

Wie läuft die Methangärung für Biogas Produktion?

Answer 5

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.

Question 6

Was sind die Verfahrensarten für Methangärung?

Answer 6

◼ Nassfermentation (ca. 10% Trockensubstanz)

◼ Trockenfermentation (» 10% Trockensubstanz)

Question 7

Eigenschaften von Nassfermentation?

Answer 7

◼ Hohe spezifische Biogasausbeute
◼ Automatisierbare Störstoffabtrennung
◼ Gute Pump- und Mischbarkeit

Question 8

Reaktoren für Nassfermentation?

Answer 8

◼ Stehende Rundfermenter (Rührkesselprinzip)
◼ Liegende Fermenter (Pfropfenstrom)

Question 9

Vor- und Nachteile von Stehende Rundfermenter?

Answer 9

◼ Vorteil: hohe Reaktorvolumina realisierbar
◼ Nachteil: Kurzschlussströmung, Totzonen im Fermenter

Question 10

Vor- und Nachteile von liegende Fermenter?

Answer 10

◼ Vorteil: optimale Durchmischung des Fermenters
◼ Nachteil: geringere Reaktorvolumina realisierbar (800 m3)

Question 11

Eigenschaften von Trockenfermentation?

Answer 11

◼ Geringes spezifisches Faulvolumen
◼ Geringer spezifischer Wärmebedarf

Question 12

Wie wird Rapsöl in Kleinanlagen gewonnen?

Answer 12

• Reinigung
• Schälung
• Zerkleinerung
• Pressung —> Trüböl
• Sedimentation
• Filtration
• Zentrifugation —> Reinöl

Question 13

Wie kann Rapsöl zu Biodiesel umgewandelt werden?

Answer 13

Katalytische Umesterung von Rapsöl zu RME (Rapsölmethylester)

Question 14

Reaktionsgleichung für Rapsölmethylester (RME) Produktion?

Answer 14

Öle/ Fette + Methanol —> (Katalysator) Biodiesel + Glycerin

Question 15

Welche Katalysatoren sind für RME Produktion benutzt?

Answer 15

◼ Alkalimetalle (Na, K)
◼ Alkalimetetallhydroxide (NaOH, KOH)
◼ Alkalialkoholate (Na-Methylat)

Question 16

Unter welchen Bedingungen läuft RME Produktion?

Answer 16

◼ T<80°C
◼ Gute Durchmischung
◼ Vermeidung von Rückreaktionen: Methanolüberschuss; Glyzerinabtrennung (Phasentrennung)

Question 17

Welche Mikroorganismen sind für Bioethanol Produktion benutzt?

Answer 17

Nicht Bakterien sondern Hefen.

Hinweis: Hefen sind fakultativ anaerobe Pilzstämme, d. h. sie können sowohl im aeroben als auch im anaeroben Medium existieren.

Question 18

Wie wird Ethanol mithilfe von Hefen hergestellt?

Answer 18

Anaerobe alkoholische Gärung von Zucker

Question 19

Reaktionsgleichung für Ethanolproduktion (Anaerobes Milieu)?

Answer 19

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

Question 20

Reaktionsgleichung für Aerobes Milieu (Wachstum und Biommase Produktion)?

Answer 20

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Biomasse

Question 21

Wie viel mal können Hefen für Bioethanol Produktion benutzt werden?

Answer 21

Hefen können nur 4 – 5 Generationen vollständig anaerob wachsen
→ absatzweise Fermentation oder
→ gezielte O2-Zufuhr für kontinuierliche Fermentation erforderlich!

Question 22

Was ist die Temp. für Ethanolproduktion?

Answer 22

20-40 C

Question 23

Was ist der pH-Wert für Ethanolproduktion?

Answer 23

3,5 – 6

Question 24

Welche Faktoren limitieren die Ethanolproduktion?

Answer 24

◼ ab 20 g/l Ethanol: beginnende Hemmung
◼ ab 110 g/l Ethanol: Einstellung der Ethanolproduktion

Question 25

Was sind die unterschiedlichen Biomasseprodukte und ihren Nutzungen?

Answer 25

█ 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)