Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

19.09.2009 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 1 Biomasse Energieerzeugung Kapitel 3.1 Mikrobiologische Grundlagen Biomasseenergieerzeugung energy from renewable.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "19.09.2009 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 1 Biomasse Energieerzeugung Kapitel 3.1 Mikrobiologische Grundlagen Biomasseenergieerzeugung energy from renewable."—  Präsentation transkript:

1 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 1 Biomasse Energieerzeugung Kapitel 3.1 Mikrobiologische Grundlagen Biomasseenergieerzeugung energy from renewable raw materials

2 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 2 Biomasse Energieerzeugung Gliederung  Kohlenstoffkreislauf  Photosynthese,Atmung, Vergärung  Mikroorganismen Biogaserzeugung  Methanbakterien  Stoffwechsel und Sauerstoffempfindlichkeit  4 Phasen der Fermentation  Wachstumsbedingungen der MO  Wachstumskurve im geschlossenen System  Verschiedene Wachstumssysteme  Wachstum im System (etablierte Verfahren)  Vergärung eines „Salatblattes“

3 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 3 Biomasse Energieerzeugung Der Kohlenstoffkreislauf C-Kreislauf 1) Assimilation: CO 2 wird aus der Atmosphere von Pflanzen aufgenommen. 2) Respiration: der MO und höheren Lebewesen, CO 2 wird produziert, was in die Atmosphäre gelangt. 3) Inkohlung: Bildung von fossilen Brenn- stoffen unter O 2 -Abschluss, hohem Druck 4) Verbrennung: dieser Brennstoffe, wird Kohlenstoffdioxid frei 5) Weitere C-Speicher im Boden (CaCO 3, MgCO 3, Kalk) 6) Wechselwirkungen zwischen der Hydrosphäre und der Atmosphäre, CO 2 - Diffusionsvorgänge. 7) Phytoplankton assimiliert CO 2, Meerestiere (Fische), Exkremente, Meeresablagerungen 8) Fäulnis, Vergärung, Verwesung: abgestorbenen C-haltige Materie, Exkremente werden zu CO 2 und CH 4 abgebaut

4 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 4 Biomasse Energieerzeugung Photosynthese, Atmung, Vergärung Energiegewinnung Photosynthese (Assimilation) Atmung (aerob – unter Sauerstoff – Dissimilation) Vergärung (anaerob – ohne Sauerstoff – Produkte Methan und Kohlenstoffdioxid) Licht Glukose

5 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 5 Biomasse Energieerzeugung Mikroorganismen Biogaserzeugung Mikroorganismen Als Methanbildner oder Methanogene (früher auch Methanbakterien genannt) werden Archaeen (Archaea) bezeichnet, bei deren Energiestoffwechsel Methanbildung stattfindet. Sie werden in den Klassen Methanobacteria, Methanococci und Methanomicrobia zusammengefasst, zu denen fünf Ordnungen gehören. Die Methanbildner sind strikt anaerob, sie stoffwechseln bei Temperaturen zwischen 0 und 70 °C, wenige Arten sogar bei bis zu 90 °C, bei höheren Temperaturen werden sie abgetötet. Erhöhte Temperaturen steigern die Effizienz der Methanbildner. Sie benötigen anoxisches, pH-neutrales oder schwach alkalisches Milieu mit mindestens 50 % Wasser. Anoxische Gewässersedimente, wassergesättigte oder -überstaute Böden (z. B. Moore und Reisfelder), Mist, Gülle und der Verdauungstrakt von Wiederkäuern sind besonders gute Lebensräume für Methanbakterien. Weitere Habitate von Methanbildnern sind der Dickdarm von Wirbeltieren sowie Rumen von Wiederkäuern.

6 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 6 Biomasse Energieerzeugung Methanbakterien (eine kleine! Auswahl) Mikroorganismen Methanosaeta sp. (x4000) Methanospirillum sp. strain TM20-1 (x5000) Methanosarcina sp. (x4000) Methanococcus (x4000)Methanobacterium formicicum (x4000) Methanosarcina barkeri (x5000)

7 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 7 Biomasse Energieerzeugung Stoffwechsel und Sauerstoffempfindlichkeit Mikroorganismen

8 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 8 Biomasse Energieerzeugung Stoffwechsel der Mikroorganismen Mikroorganismen Die Stoffwechselleistung der Mikroorganismen aus dem Anabolismus (Biosynthese) und dem Katabolismus (Energiestoffwechsel) ergeben sich 6 Stoffwechseltypen. Fazit für die Biomasse Energiegewinnung: Aerob:Kompostierung, Entschwefelung von Biogas Anaerob: Biogaserzeugung Gärung: Silage (Milchsäuregärung), Bioethanol (alkoholische Gärung) Alle diese Prozesse setzen auch bei der Lagerung von Biomasse und deren Reststoffen ein und führen zu Verlusten oder Geruchsbelästigungen.

9 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 9 Biomasse Energieerzeugung Die 4 Phasen der Fermentation (Biogas) Mikroorganismen

10 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 10 Biomasse Energieerzeugung Wachstumsbedingungen für die MO Mikroorganismen pH-Wert: pH 5: vorwiegend Pilze pH 8: vorwiegend Bakterien. Substrateigenschaften: 20 Elemente sind notwendig, C:N:P = :5:1 Temperatur:psychrophileT-Optimum bei °C mesophileT-Optimum bei °C thermophileT-Optimum bei °C Sauerstoffversorgung: Sauerstoffreiches Milieu bei aeroben Mikroorganismen Sauerstofffreies Milieu bei anaeroben MO und Vergärung Streng, also obligat anaerobe Organismen, erfordern eine Sauerstofffreie Umgebung, also Nährmedium ebenso wie Gasatmosphäre -> Biogasproduktion Fakultative Anaerobier können ihre Lebensform bei Vorhandensein von Sauerstoff umstellen -> Hydrolyse

11 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 11 Biomasse Energieerzeugung Wachstumskurve im geschlossenem System Mikroorganismen I) Lag-Phase/Akzelerations-Phase, Anpassen auf die Umgebungsbedingungen, Animpfmenge c B0 mindestens 5% (Konzentration Biomasse 5% zum Zeitpunkt 0) II) Exponentielle Phase, maximales Wachstum III) Übergansphase (Verzögerungsphase), essentielle Substratbestandteile c Si sind verbraucht, hemmende Stoffwechselprodukte gebildet, verlangsamtes Wachstum IV) Stationäre Phase, Reservestoffe und abgestorbenen MO werden genutzt, Gleichgewicht zwischen Wachsen und Absterben V) Absterbe Phase, Absterben überwiegt

12 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 12 Biomasse Energieerzeugung Wachstumskurve im geschlossenem System Mikroorganismen I)II)III)IV)V)

13 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 13 Biomasse Energieerzeugung Verschiedene Wachstumssysteme Systeme Bereitstellung der Mikroorganismen und Nährstoffe notwendig! Batchsystem: abgeschlossen hinsichtlich fest und Flüssiger Phase, offen für Gasphase, einmalige Zufuhr von MO und Substrat, Anreicherung von MO und Produkten -> z.B. Herstellung von Hefe, Trockenfermentation, Boxenfermenter -> wenn kontinuierlich dann mind. 3 Reaktoren (Hochfahren/Produktion/Vorbereitung) Kontinuierliches System: offen für flüssige und gasförmige Phase, wahlweise für die feste Phase, ständige Zufuhr von Substrat, ggf. nach Animpfung ständige Zufuhr von MO, keine Anreicherung von MO und Produkten -> z.B. Produktion von Biogas Quasikontinuierliche Systeme: wie kontinuierliches System, Zufuhr von Substrat in kleineren, kontinuierlichen Etappen -> z.B. Produktion von Biogas Fed-batch-Systeme: Fed-batch-Verfahren zeichnen sich durch eine zeitlich begrenzte, kontinuierlich oder in Intervallen erfolgende Zufütterung der Substrate ohne Entnahme von Nährlösung aus dem Reaktor aus -> z.B. Penicillin

14 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 14 Biomasse Energieerzeugung Wachstum im System (etablierte Verfahren) Systeme Batchsystem (Boxenfermenter):(Quasi)-Kontinuierliches System:  Trockenvergärung  Nassvergärung

15 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 15 Biomasse Energieerzeugung Vergärung eines Salatblattes (Konz.-Zunahme) Beispiel „Salatblatt“ 80% H 2 O % H 2 O 950 g oTS 50 g inert 1000gTS Salat, enthält 50 mgZn/kgTS 50 g inert 15 g oTS Masseverlust durch Vergärung und Kompostierung 93,5 %TS-Abbau (1000g -> 65g) 98,4 %oTS-Abbau (950g -> 15g) 65gTS Kompost, enthält 769 mgZn/kgTS!!!!!! Kann über einen antiproportionlaen Dreisatz berechnet werden


Herunterladen ppt "19.09.2009 Dipl.-Ing. Tobias Burgstaller 1 Biomasse Energieerzeugung Kapitel 3.1 Mikrobiologische Grundlagen Biomasseenergieerzeugung energy from renewable."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen