Hydrolysereaktor der Universität Hohenheim.

Hydrolysereaktor der Universität Hohenheim. (Bild: Sebastian Reinhardt, Fraunhofer ICT)

Während der Biogaserzeugung entstehen organische Säuren als Zwischenprodukt, beispielsweise Buttersäure sowie Capronsäure und Valeriansäure, die in erhöhten Konzentrationen hemmend auf die Methanbildung wirken. In der Futter- und Lebensmittelindustrie sowie in der Kosmetikbranche hingegen dienen Buttersäurederivate unter anderem für Aromen wie Apfel, Ananas, Erdbeere oder Aprikose.

Mehrwert durch Buttersäure

Im Verbundprojekt „Optigär – Entwicklung effizienter zweiphasiger Biogasanlagen über eine gekoppelte energetische und stoffliche Nutzung nach Abtrennung von Hydrolyseprodukten“ ist es Forschern gelungen, Säuren aus der Hydrolysestufe durch Membrantechnik zu extrahieren und aufzukonzentrieren. Diese eignen sich zum Beispiel im Lebensmittel-/Futtermittelbereich als Basischemikalien und können so einen wirtschaftlichen Mehrwert für die Biogasanlage schaffen.

Zur Steigerung des Säuregehalts in der Hydrolyse werden die Prozessabläufe durch gezielt regulierte Temperatur- und pH-Wert sowie Substratauswahl gesteuert. Die qualitative und quantitative Analyse der Carbonsäuren in Echtzeit und ohne Probenahme gelingt mit Hilfe der Infrarotspektroskopie und lässt sich automatisieren. Zur Übertragung des Messsystems auf Praxisanlagen sind allerdings noch neue, anlagenspezifische Kalibrierspektren  und entsprechende Prognosemodelle erforderlich.

Die Abtrennung der Säuren aus dem Hydrolysat erfolgt mit Hilfe von Membrantechnik. Dabei geht die Gesamtheit der enthaltenen Fettsäuren (99%) in eine klare, schwebstofffreie Permeatlösung über. Die separierten Feststoffe werden zurück in den Fermenter gegeben. Da die Säuren als Säuregemisch vorliegen, erfolgt eine Trennung der Säuren untereinander durch die Kombination des Membranverfahrens mit einer Lösungsmittelextraktion und Destillation. So gelingt es, kurzkettige Säuren wie z. B. Buttersäure, Valeriansäure und Capronsäure nahezu vollständig zu extrahieren. Da der Aufwand des Trennverfahrens hoch ist, sind für eine wirtschaftliche Umsetzung der Säuretrennung weitere technische Verbesserungen erforderlich.

Das Verbundprojekt wurde von Forschern der Universität Hohenheim, der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung und des Europäischen Instituts für Energieforschung bearbeitet und durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie in der Projektdatenbank der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe unter den Förderkennzeichen 22410212, 22400515 und 22400615. (ak)

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