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- Master's thesis - Economic and ecological evaluation of the enrichment of liquid manure with nitrogen
- Initiative applications for project work, theses (Bachelor, Master) or work as a research assistant
05.12.22
Biowaste to products (BW2Pro)
Im Rahmen des EFRE-Förderprogramms „Bioökonomie Bio-Ab-Cycling“ fördert das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg den Aufbau modularer Bioraffinerien. Diese erproben im Pilotmaßstab wie mittels nachhaltiger Bioökonomie hochwertige Rohstoffe aus Abfall und Abwasser zurückgewonnen werden können. Die möglichst ganzheitliche stoffliche Verwertung von Bioabfall wird im Rahmen des Projekts „Biowaste to products (BW2Pro)“ erprobt und demonstriert. Hierfür wird eine bestehende Bioabfallverwertungsanlage der Abfallwirtschaft Rems-Murr zur dezentralen Bioraffinerie, mit der Möglichkeit der Gewinnung von Sekundärrohstoffen und Endprodukten im Technikums Maßstab erweitert.
In der Demonstrationsanlage sollen täglich eine Tonne Bioabfall verwertet werden. Um das Verfahren der Bioraffinerie erfolgreich anwenden zu können, wird der Biomüll zunächst durch das Team des Instituts für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart unter Leitung von Frau Dr. Claudia Maurer zerkleinert und von Störstoffen befreit (Abb. 1). Anschließend erfolgt die weitere Verarbeitung des Biomülls. Hiermit beschäftigt sich das Projektteam der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (Dr. Hans Oechsner, Konstantin Dinkler, Dr. Benedikt Hülsemann, Gregor Sailer und Marian Baumgart). Die Landesanstalt ist für die Planung sowie den Bau und Betrieb von insgesamt drei Anlagenkomponenten bzw. drei Bioraffinerie-Modulen, zuständig. Die drei Module umfassen eine Thermodruckhydrolyse (TDH), eine Hochlastfermentation und die Aufbereitung von Fasern. In der TDH wird der Biomüll hydrothermal unter Druck aufbereitet und anschließend entspannt. Hierbei platzen die Zellen im Bioabfall auf, sodass der Zellsaft austritt, während die Fasern intakt bleiben. Anschließend erfolgt eine Fest-Flüssig-Trennung mittels Pressschneckenseparator. Die feste Phase wird stofflich verwertet indem sie zu Pflanztöpfen oder Verbundwerkstoffen weiterverarbeitet wird. Für diesen Projektteil ist die Fa. Novis aus Tübingen zuständig. Die flüssige Phase wird zur Erzeugung von Biogas, Nährstoffen (Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik), Enzymen (Hochschule Offenburg) und für die Bereitstellung der Plattformchemikalie PHA (Polyhydroxyalkanoat, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie sowie Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart) verwendet. Die Biogaserzeugung geschieht in einer zweistufigen Hochlastfermentation. Das bedeutet, dass die Hydrolyse und Methanogenese separat in einem Hydrolyse- und einem Methanreaktor realisiert werden. Der Prozess kann sehr flexibel betrieben werden und ist in der Lage, die anfallende Flüssigkeit bei besonders hoher Raumbelastung effizient zu verwerten und Biogas bedarfsgerecht zu produzieren.
Die Bioraffinerie wird zudem mit zusätzlichen dezentralen Modulen gekoppelt. Innerhalb dieser befassen sich die BW2Pro Projektpartner (siehe Auflistung und Abb. 2) mit weiteren (z.B. biotechnologischen) Verfahren zur Inwertsetzung sämtlicher Stoffströme der Bioraffinerie.
BW2Pro Projektteam
· Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie der Universität Hohenheim
· Universität Stuttgart
o Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA)
o Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie (IGVP)
o Institut für Kunststofftechnik (IKT)
o Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER)
· Hochschule Offenburg
· Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)
· Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (ifeu)
· BIOPRO Baden-Württemberg GmbH
· Novis GmbH
· Abfallwirtschaft Rems-Murr AöR
Die Planungen zum Anlagenkonzept sind indes final ausgearbeitet und die Baugenehmigung wurde erteilt, sodass sich die Bioraffinerie aktuell in Bau befindet und voraussichtlich im Q1 2023 in den Betrieb gehen kann. Eine besondere Herausforderung in BW2Pro stellt hierbei die komplexe Zusammensetzung des verwendeten Biomülls dar (Abb. 3), welche beispielsweise aufgrund des Einflusses von Jahreszeiten und Siedlungsstrukturen entsteht.
Das übergeordnete Ziel von BW2Pro ist die optimierte Verwertung von Bioabfall durch die Bereitstellung von bioabfall-basierten und kreislauffähigen Produkten sowie durch die Erzeugung von Sekundärrohstoffen. Die verbesserte Nutzung von Bioabfällen, beispielsweise über eine Hochlastfermentation (Abb. 4), stellt hierbei eine wichtige Säule zur Erreichung einer nachhaltigen Bioökonomie im Sinne der Landesstrategie Nachhaltige Bioökonomie Baden-Württemberg sowie der nationalen Bioökonomiestrategie und der EU-Bioökonomie-Strategie zum Erreichen der UN-Nachhaltigkeitsziele dar. Die einzelnen Verfahrensschritte im Projekt werden durch das ifeu Heidelberg ökologisch und durch das Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (Universität Stuttgart) ökonomisch bewertet.
Projektkonsortium und Aufgaben
Das Projekt läuft von Oktober 2021 (Bewilligung, offizieller Beginn März 2022) bis März 2024 und wird durch das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, kofinanziert durch die Europäische Union, gefördert. Die Gesamtprojektkoordination erfolgt durch das Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart.
Weitere Informationen zum Projekt und zu den beteiligten Partnern finden Sie unter: www.bw2pro.de
Weitere Informationen zum EFRE-Förderprogramm „Bioökonomie Bio-Ab-Cycling“ finden Sie unter:
https://um.baden-wuerttemberg.de/de/wirtschaft/biooekonomie/bio-ab-cycling/