Reststoffe aus dem Gemüseanbau und der Verarbeitung machen einen signifikanten Anteil an verfügbarer Biomasse aus. In Europa fallen hierbei jährlich knapp 88.5 Mio. t an. Eine Entsorgung ist für viele Unternehmen kostenintensiv und der unkontrollierte Abbau setzt unnötig CO₂ in die Atmosphäre frei und ist wirtschaftlich unvorteilhaft. Gleichzeitig sind Biogas-Anlagen auf der Suche nach alternativen Substraten, um den Anteil der Energiepflanzen zu reduzieren. Hier können auch Reststoffe aus der Gemüseproduktion eingesetzt werden. In Deutschland macht der Anteil solcher Biomassen in Biogasanlagen allerdings nur knapp 5 % aus. Dies hängt u.a. mit schwerabbaubaren Strukturen in den Reststoffen zusammen.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines neuen Verfahrens für eine verbesserte Nutzung von Gemüseabfällen als Substrat in Biogasanlagen. Dies wurde am Beispiel von Resten aus der Erbsenproduktion demonstriert. Hierbei wurde eine Teilfraktion der Biomasse (max. 15 %) mit einer Kombination aus physikalischen und thermochemischen Methoden aufgeschlossen und anschließend für eine Onsite-Enzym-Produktion mit speziellen Pilzen eingesetzt. Die aufgeschlossene und mit hydrolytischen Enzymen angereicherte Fraktion wurde anschließend mit der unbehandelten Hauptfraktion gemischt und die Effekte hinsichtlich Abbaugrad und Biogaspotential untersucht. Im Fokus der technischen Optimierung standen hierbei die Pulsed-Electric-Field (PEF)-Technologie sowie thermochemische Aufschlussmethoden. Parallel erfolgte die Entwicklung einer Solid-State-Fermentation (SSF) auf Reststoffbasis zur Produktion leistungsfähiger Cellulasen.

Im Rahmen des Projektes konnten die Parameter der Aufschlussmethoden für eine signifikante strukturelle Desintegration der Reststoffe maßgeblich optimiert werden. Im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Energieeinsatz für den thermo-chemischen Aufschluss wurden ein Verfahrensansatz im drucklosen Bereich (<100 °C) unter Einsatz geringer Konzentrationen (< 0,5 %) von Salpetersäure entwickelt. Für die nachfolgende Onsite-Enzym-Produktion wurde ein SSF-Verfahren in einen Trommelreaktor unter Einsatz einer Spezies der Gattung Trichoderma entwickelt. Hierbei konnte sowohl die Enzymproduktion als auch signifikante Effekte auf das Biogaspotential demonstriert werden. Bei Behandlung einer 15 % Fraktion mit dem kombinierten Verfahren unter optimierten Bedingungen wurden in Bezug auf die Gesamtbiomasse eine Steigerung des Biogaspotenzial von bis zu 20 % ermittelt. Bei Biogasanlagen mit Blockheizkraftwerken kann die erforderliche Prozessenergie im Wesentlichen über die Kühlwasserabwärme bereitgestellt werden. Somit konnten im Rahmen des Vorhabens wichtige verfahrenstechnische Grundlagen für eine energieeffiziente Vorbehandlung von schwerabbaubaren Reststoffen auf Basis einer innovativen Kopplung von physikalischen, thermochemischen und enzymatischen Verfahren ermittelt werden.

Danksagung

Wir möchten uns hiermit für die Förderung des Forschungsvorhabens mit dem Förderkennzeichen 01IF00339C bedanken, das im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)“ aus den Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages über das Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) als Projektträger erfolgte.

Unser Dank gilt auch allen Firmen und deren Mitarbeitern für die tatkräftige Unterstützung bei der Bearbeitung des Projektes.