Strom, Gas, Wärme, eine optimale Pflanzenproduktion, Designdünger und wertvolle Basischemikalien für die Industrie – in Stuttgart arbeiten Wissenschaftler der Universität Hohenheim und des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) zusammen mit Industriepartnern daran, die Biogasproduktion nachhaltiger zu machen. Das Projekt beginnt beim Anbau von Energiepflanzen auf dem Acker und endet bei den Reststoffen der Biogasproduktion.
Zwar sind viele einzelne Prozesse in Biogasanlagen vergleichsweise gut erforscht. "Es besteht aber besonderer Forschungsbedarf darin, die Biogasproduktion als Ganzes möglichst effektiv zu gestalten, um die Ausbeute zu verbessern", sagt Projektleiter Prof. Dr. Joachim Müller von der Universität Hohenheim. "Unser Ziel ist es, die Biomasse der Pflanzen, die zu Biogas vergoren werden, möglichst vollständig zu nutzen", ergänzt Prof. Dr. Iris Lewandowski. "So erforschen wir, wie sich Restprodukte optimal als Dünger verwenden lassen und in wie weit Nebenprodukte anfallen, die zum Beispiel für die chemische Industrie interessant wären."
Optimaler Anbau und maßgeschneiderter Dünger
Die Optimierung beginnt bereits auf dem Acker. Denn wie viel Biogas eine Pflanze liefert, hängt nicht nur von der Pflanzenart ab, sondern auch davon, wo und wie sie angebaut wird. Die Hohenheimer Forscher experimentieren mit verschiedenen Pflanzen: neben Mais gehören dazu auch Pflanzen wie Amaranth oder Miscanthus, die derzeit als Energiepflanzen noch ein Nischendasein führen.
Beim Anbau werden erhebliche Mengen Dünger benötigt, jede Pflanze braucht eine andere Zusammensetzung. Forscher des Fraunhofer IGB wollen den Dünger maßschneidern – mit Rohstoffen, die in der Biogasanlage selbst entstehen. Dazu trennen sie die Gärreste in ihre festen und flüssigen Bestandteile. "Je nach Pflanzenbedarf setzen wir dann die Nährstoffe aus der Flüssigkeit mit der getrockneten organischen Masse zu einem Designdünger zusammen", erläutert Jennifer Bilbao, die das Projekt am Fraunhofer IGB leitet. Ferner sollen die Ammoniakdämpfe, die bisher bei der Trocknung der Gärreste in die Atmosphäre entweichen und zur Klimaerwärmung beitragen, zurückgewonnen werden. Denn auch hieraus lässt sich wertvoller Dünger gewinnen.
Natürliche Grundstoffe für die chemische Industrie
Weitere wertvolle Rohstoffe wollen die Forscher aus Nebenprodukten bei der Pflanzenaufbereitung gewinnen. Denn bevor die Energiepflanzen in der eigentlichen Anlage zu Biogas vergären, werden sie vorbehandelt. Bei der Silage entstehen unter anderem Milchsäure, Essigsäure und Buttersäure – Chemikalien, die auch in der Lebensmittelindustrie oder bei der Produktion von Reinigungsmitteln und Biokunststoffen benötigt werden. Forscher des Fraunhofer IGB untersuchen daher, ob und wie diese Chemikalien genutzt werden können. "Vielleicht ist das heute noch Zukunftsmusik. Aber in dem Maß, in dem der Ölpreis steigt, wächst der Markt für Chemikalien aus Biomasse", sagt Jennifer Bilbao.
Bessere Energieausbeute
Auch die Prozesse bei der Gasproduktion selbst möchten die Stuttgarter Forscher verbessern. Sie analysieren, wie sich die Zusammensetzung der Silage auf die Biogasproduktion auswirkt oder wie sich das Zusammenspiel verschiedener Mikroorganismen bei der Umwandlung von Biomasse zu Gas unterstützen lässt, etwa mit bestimmten Nährstoffen oder Enzymen.
Wie effizient die Anlage arbeitet, überprüfen die Wissenschaftler schließlich mit einer Ökobilanz. Dabei vergleichen sie den Energiebedarf für den Bau, den Betrieb und den Abriss der Biogasanlage mit der Energie, die die Anlage in ihrem gesamten Betriebsleben produziert. Parallel dazu entwickeln sie ein Computermodell des ganzen Produktionsprozesses. Dadurch wären auch Prognosen möglich, wie sich Biogasanlagen durch verschiedene Betriebsvarianten verändern könnten.
