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Anaerobe Vergärung besser steuern

Ein aktuelles EU-Projekt hat ein System entwickelt, das den Landwirten durch Überwachung der Fettsäureproduktion eine bessere Kontrolle über die anaerobe Vergärung biologischer Abfälle verschafft.
Anaerobe Vergärung besser steuern
Biogas kann in einer anaeroben Vergärungsanlage produziert werden, in der Bakterien zum Abbau von organischen Stoffen in Abwesenheit von Sauerstoff zum Einsatz kommen. Trotz der positiven Umweltauswirkungen dieser Anlagen haben die hohen Investitionskosten und die geringe Rentabilität deren Einführung in Europa begrenzt.

Eine bessere Steuerung und Überwachung der Biogasproduktion würde dazu beitragen, Wirtschaftlichkeit und Stabilität zu verbessern. Die EU-finanzierte Initiative OPTI-VFA (Novel monitoring and process control system for efficient production of VFA and biogas in anaerobic digestion plant) zielte auf die Entwicklung des Prototyps eines Online-Überwachungs- und Steuerungssystems auf der Grundlage der Messung der Erzeugung von flüchtigen Fettsäuren (volatile fatty acid, VFA) in einem anaeroben Fermenter ab.

OPTI-VFA begann mit der Befragung von Landwirten und anderen Biogasanlagenbetreibern in Europa zu ihren Anforderungen, wobei die Bedeutung eines VFA-Überwachungssystems deutlich herausgestellt wurde. Man führte eine sehr große Modellverbindungsmessstudie mit kommerzieller FTIR-Instrumentierung durch, um geeignete Messtechnik auszuwählen und Kalibrierungsmodelle zu entwickeln, die der Überwachung flüchtiger Fettsäuren in einem anaeroben Fermenter dienlich sind. Die Wahl fiel auf ein piezobetriebenes Fabry-Perot-Interferometer, das im mittleren Infrarotbereich arbeitet und bei zukünftigen Prototypen Einsatz finden wird.

Nächster Schritt war die Modellierung verschiedener Aspekte des angedachten Fermenters und die Auslegung eines geeigneten Messsystems, das einen Messungsprototyp, eine optische Sonde und ein Steuerungssystem beinhaltet. Nach der Konzipierung des Prototyps bauten und erprobten die Forschern diesen im Labor. Auch die kommerziellen Partner lieferten Vorgaben für das Gerät.

Bei dem OPTI-VFA-Prototyp nutzt man Infrarotspektroskopie und ausgearbeitete Kalibrationsmodelle zur Erfassung von Veränderungen der VFA-Konzentrationen innerhalb des Fermenters. Gesteuert wird es durch eine benutzerfreundliche Softwareschnittstelle. Labortests ergaben, dass das System zur Messung des Hauptanteils der VFA-Konzentrationen exakt in Echtzeit geeignet ist.

Man entwickelte eine allgemeine simulationsbasierte Methodik, um die automatischen Steuerungen für konventionelle Biogasanlagen zu konzipieren und zu validieren. Eine Steuerungsstrategie für ein Zweiphasen-System im Labormaßstab wurde erprobt und demonstriert. Der Prototyp wird positiven Einfluss auf den wachsenden Biogassektor und die umweltfreundliche Chemikalienindustrie ausüben.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Regional Development

Schlüsselwörter

anaerobe Vergärung, anaerobe Fermentierung, Landwirte, Biogas, OPTI-VFA, Überwachung und Prozesssteuerung, flüchtige Fettsäuren, optische Messungen, Kalibrierung, Prozesssimulation und -modellierung
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