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Biogas aus Energiepflanzen
Ergebnisse aus Langzeitversuchen im Labor
(2003) Linke, Bernd
Die Biogasgewinnung aus Roggenschrot und Rübensilage wurde unterdefinierten Laborbedingungen als Mono- und Kovergärung mit Gülle in Langzeitversuchen untersucht. Bei allen geprüften Substraten und Gemischen mit Gülle ließen sich stabile Prozessbedingungen mit oTS-Biogasausbeuten einstellen, die denen aus batch-Gärtests entsprachen. Die oTS-Biogasausbeute von Mischungen aus Gülle und Energiepflanzen verhielt sich dabei annähernd proportional zum oTS-Anteil aus den Einzelsubstraten. Bei Rübensilage ist die thermophile Prozessführung dem mesophilen Betrieb überlegen. Durch ?oebergang vom konventionellen Rührkessel zum SBR (Sequencing Batch Reaktor) kann für Rübensilage die Methanbildungsrate bei vergleichbarer hoher Methanausbeute auf über 3 m3m-3d-1gesteigert werden.
Biogas from Energy Crops - Results from Long-Term Lab Scale Experiments
(2003) Linke, Bernd
Biogas production from crushed rye grain and fodder sugar beets was studied in long-term lab scale experiments. For both energy crops and co- fermentation with animal waste slurry anaerobic digestion did not fail. The VS-biogas yield from mixtures of energy crops and slurry was proportional to the VS-portion of the single substrates. Application of a SBR (sequencing batch reactor) the for anaerobic digestion of fodder sugar beets at 55°C resulted in VS methane yield and methane produc- tion rate of 1.1 m3kg-1 and 3 m3m-3d-1, respectively.
Biogasgewinnung aus Rindergülle und nachwachsenden Rohstoffen - Einfluss der Belastung des Fermenters
(2005) Linke, Bernd; Mähnert, Pia
Die Biogasgewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen (NawaRos) wird besonders seit der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) nicht nur als Kovergärung mit Gülle, sondern auch als Monovergärung interessant. In beiden Fällen ist die Belastung des Fermenters mit organischer Substanz eine wichtige Einfluss-größe auf die Biogasausbeute. Auf der Grundlage der Substratbilanzgleichung in vollständig durchmischten Biogasfermentern und des Substratabbaus nach einer Reaktion erster Ordnung wird eine Bemessungsformelhergeleitet, in der die oTS-Biogasausbeute y in Abhängigkeit von oTS-Raumbelastung BR, der maximal möglichen Biogasausbeute ym, der oTS-Konzentration im Substrat c0 und einer Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten k berechnet werden kann: y = ym ?<... k ?<... c0 / (k ?<... c0 + BR). Die Validierung der Bemessungsformel erfolgte an-hand systematisch durchgeführter Belastungssteigerungsversuche bei 35°C in quasi-kontinuierlich beschickten8 l Laborfermentern mit Maissilage, Roggen-Ganzpflanzensilage, Rübensilage und Rindergülle. Für die geprüften Substrate wurden Werte für ym und k von 0,92, 0,91, 0,93 und 0,61 m3kg-1 bzw. 0,027, 0,037, 0,273 und0,064 d-1 ermittelt. Die Werte für ym und k aus Mischungen von Gülle und NawaRos verhalten sich proportional zum oTS-Anteil der NawaRos in der Mischung.
Electrolytic Clarification of Vegetable Washing Water
Fundamentals of the Electrolytic Process
(2001) Geyer, Sabine; Linke, Bernd; Geyer, Martin; Pille, Erhard
For the clarification of washing water from potato- and vegetable washing, the electro-chemical method proves superior to conventional sedimentation techniques because, after the necessary amount of electric energy has been ex- pended, the wastewater is clear within a short time and requires a reduced ba- sin surface for sedimentation. The present report describes the procedural prin- ciple of electrolysis, as well as its operational and performance parameters ba- sed on experimental studies during which standardized model washing water is subject to electrolytic clarification in a batch reactor. Appropriate setting of the parameters allows the electrolytic clarification of ve- getable washing water to be influenced: there is a direct connection between the electrolytic current and the process time required for electrolysis. The product of both parameters releases a defined quantity of electrode material for the pre- cipitation of a certain pollutant load (Faraday´s law). The amount of electroly- tic current also depends on the set electrolytic voltage, the properties and the size of the electrolytic unit, and the conductibility of the liquid to be treated. High electrolytic tensions, which result in very short process times for clarifi- cation, cause the development of large quantities of gas so that the amount of electricity employed cannot entirely be converted into chemical precipitation material. Therefore, the cost of electric work increases disproportionately. At low tensions, electrolytic treatment is more cost-efficient. Longer process times result in improved clarification performance. For the reduction of the COD, however, which is present in a dissolved form, even significantly prolonged cla- rification periods do not provide substantial improvement. The electrode com- bination aluminium/chromium steel (Al/XSt) allowed for high current densities and led to the best clarification results with regard to COD reduction.
Gemüsewaschwasseraufbereitung durch Elektrolyse - Grundlagen des Elektrolyseprozesses
(2001) Geyer, Sabine; Linke, Bernd; Geyer, Martin; Pille, Erhard
Zur Aufbereitung von Schmutzwasser aus der Kartoffel- und Gemüsewäsche erweist sich das elektrochemische Verfahren gegenüber herkömmlichen Sedimentationsverfahren als vorteilhaft, da das zu klärende Wasser nach entsprechendem Einsatz an elektrischer Energie innerhalb kurzer Zeit klar ist und eine verminderte Oberfläche für Absetzbecken benötigt. Im vorliegenden Bericht werden das Verfahrensprinzip der Elektrolyse sowie deren Betriebs- und Leistungsparameter anhand experimenteller Untersuchungen, bei denen standardisiertes Modellwaschwasser im Batch-Betrieb elektrolytisch aufbereitet wird, aufgezeigt. Durch entsprechende Auswahl der Parameter kann die elektrolytische Klärung des Gemüsewaschwassers beeinflußt werden: es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Elektrolyse-Strom und Elektrolyse- Prozesszeit. Das Produkt aus beiden Parametern setzt eine definierte Menge an Elektrodenmaterial zur Ausfällung einer bestimmten Schmutzfrachtmenge frei (Faraday?EUR~sches Gesetz). Die Höhe des Elektrolysestroms ist weiterhin von der eingestellten Elektrolysespannung, Beschaffenheit und Abmessung der Elektrolyseeinheit und der Leitfähigkeit der zu behandelnden Flüssigkeit abhängig. Hohe Elektrolysespannungen, die sehr kurze Prozesszeiten zur Klärung bewirken, verursachen eine hohe Gasentwicklung, so dass die eingesetzte Elektrizitätsmenge nicht vollständig in chemisches Fällungsmaterial umgesetzt werden kann. Dadurch erhöhen sich die Kosten für die elektrische Arbeit überproportional. Elektrolytische Behandlungen sind bei niedrigen Spannungen kostengünstiger. Verbesserte Klärleistungen ergeben sich in verlängerten Prozesszeiten. Für die Reduzierung des gelöst vorliegenden CSB bringen allerdings auch stark verlängerte Klärungszeiten keine wesentliche Verbesserung. Die Elektrodenkombination Aluminium/Chromstahl (Al/XSt) erlaubt hohe Stromdichten und bewirkt die besten Klärungsergebnisse in Bezug auf die CSB-Reduzierung.
Microbial diversity in a biogas-producing co-fermentation of maize silage and bovine manure
(2007) Souidi, Khadidja; Mumme, Jan; Nettmann, Edith; Bergmann, Ingo; Linke, Bernd; Klocke, Michael
The efficiency of biogas reactors strongly depends on the substrate utilization by the microbial biocoenosis. Up to now, the structure of this microbial community has not been sufficiently characterized. In this study, an overview of the most abundant species within a biogas-producing, completely-stirred tank reactor (CSTR) during the co- fermentation of maize silage and bovine manure was sur- veyed. The analysis based on two 16S rDNA libraries each enriched for methanogenic Archaea (81 clones) and fer- mentative Bacteria (118 clones). The CSTR showed a huge diversity within the methanogenic Archaea. The or- der Methanomicrobiales was present with eight opera- tional taxonomic units (OUT), the order Methanosarcina- les with three OTU and the order Methanobacteriales with two OTU. The order Methanococcales was not detected. One OTU could not be assigned to any order. Most OTU (71 %) were affiliated to hydrogenotrophic methanogens like Methanoculleus bourgensis, Methanobrevibacter ru- minantium, Methanospirilllum hungatei and Methanocor- pusculum parvum. Acetate-utilizing Archaea were detected with 3 OTU related to Methanosarcina barkeri and Methanosaeta concilii. Within the domain Bacteria a rich diversity was found within the members of the phyla Fir- micutes (27 OTU) and Bacterioidetes (13 OTU). Also cer- tain OTU of the phyla Proteobacteria (4 OTU), Spiro- chaetes (2 OTU), Fibrobacteres (1 OTU) and Chloroflexi (1 OTU) were found. Ten OTU could not be grouped with any cultivated type strain. The dominance of OTU related with H2-consuming methanogens in the Archaea-specific 16S rDNA library and their rich diversity point to major formation of methane by oxidation of CO2.
Nutzung von Feldfrüchten zur Biogasgewinnung
(1999) Linke, Bernd; Baganz, Klaus; Schlauderer, Ralf
Immer mehr Landwirte entscheiden sich zur Behandlung von Gülle und zur Substitution fossiler Energieträger für den Bau einer Biogasanlage. Neben Gülle kann der Landwirt aber auch darüber entscheiden, ob er Feldfrüchte für die Biogasgewinnung einsetzt. Die Bereitstellung dieser Substrate ist jedoch mit Kosten belastet, die über Erlöse aus der Biogasgewinnung abgedeckt werden müssen. Um eine ?oebersicht zur Wirtschaftlichkeit einer solchen Nutzung von Feldfrüchten zu erhalten, wurden spezifische Methanerträge auf der Grundlage des Gehaltes an Kohlehydraten, Proteinen und Fetten ermittelt sowie betriebliche Bereitstellungskosten zur Produktion ausgewählter Feldfrüchte berechnet. Die Anlagenkosten bleiben dabei unberücksichtigt. Aus der zurzeit weit verbreiteten Nutzung des Biogases in einem BHKW errechnet sich ein Grenzwert der energiebezogenen Substratbereitstellungskosten von etwa 0,05 DM/kWh Bruttoenergie produziertes Methan. Eine Unterschreitung dieses Wertes und damit der Nachweis der Wirtschaftlichkeit ist bei Nebenprodukten wie Stroh oder Blattsilage gegeben. Luzerne, Mais oder Getreide-Ganzpflanzensilage bewegen sich ohne Beihilfen an der Grenze und mit Beihilfe im Bereich der Wirtschaftlichkeit.