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Dampfende Misthaufen in Winterlandschaft.
zirmedien / photocase.de

Modellbasierte Prozesssteuerung von Biogasanlagen - MOST

Forschung | Angewandte Wissenschaften

Abläufe besser verstehen

Biogasanlagen, die durch eine verbesserte Prozesssteuerung mehr Strom und Wärme liefern und einen stabilen Produktionsprozess sicherstellen, sind das Ziel eines Forschungsprojektes "Modellbasierte Prozesssteuerung von Biogasanlagen − MOST" der Hochschule Hamm-Lippstadt. Mit den Projektpartnern Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), Fakultät für Elektrotechnik der Helmut-Schmidt-Universität (HSU-HH), CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH sowie die BlueSens gas sensor GmbH vereinen sich wissenschaftliches, technisches und wirtschaftliches Fachwissen im Bereich der erneuerbaren Energien.

Ermöglicht wird das von HSHL-Prof. Dr. Dieter Bryniok geleitete Projekt durch die Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Viele der rund 8.000 Biogasanlagen in Deutschland werden nicht optimal betrieben, was sich zum Beispiel durch unvollständigen Substratabbau, mangelnde und schwankende Biogasausbeute, Übersäuerung oder Schaumbildung bemerkbar macht. Trotz der steigenden Zahl an Biogasanlagen in Deutschland ist ihr Betrieb daher oftmals nicht wirtschaftlich und in Abhängigkeit vom dem Erneuerbare-Energien-Gesetz nur durch Subventionen möglich. Die Herausforderung liegt im "Inneren" der Biogasanlagen: Biologische Stoffwechselvorgänge in den Anlagen sind sehr komplex und es gibt keine zuverlässigen, einfach zu messenden Indikatoren für die frühzeitige Erkennung entstehender Störungen. Einfach zu messende Parameter, wie beispielsweise der pH-Wert im Reaktor, hohe Konzentrationen von Ammoniak oder Schwefelwasserstoff im Biogas, lassen eine Störung erst erkennen, wenn sie weit fortgeschritten ist und erhebliche Einbrüche in der Biogasproduktion nicht mehr zu vermeiden sind. Im Extremfall können die biologischen Abbauprozesse sogar vollständig zum Erliegen kommen.

Erhöhung der Effizienz und eine leichtere Bedienbarkeit von Biogasanlagen

Das neu gestartete Forschungsprojekt MOST verfolgt das Ziel, Prozessabläufe in den Anlagen genauer zu verstehen, wesentliche Prozessparameter zu erfassen und durch eine effiziente Regelung von Biogasanlagen die Energieausbeute zu optimieren. Eine Erhöhung der Effizienz und eine leichtere Bedienbarkeit der Anlagen würden diese damit auch für kleinere und mittlere Betreiber interessant werden lassen. Vielen landwirtschaftlichen Betrieben würde sich damit die Möglichkeit eröffnen, Biogasanlagen wirtschaftlich zu betreiben.

Herausforderung: Optimierung von Prozesssteuerung

Die größte messtechnische Herausforderung ist dabei, passende Sensoren für die Anlagen zu entwickeln, die zu einer möglichst automatisierten Prozesssteuerung beitragen. MOST zeichnet sich als Forschungsprojekt insbesondere durch die Multidisziplinarität der Inhalte und beteiligten Partner aus. MOST vereint verschiedene Ansätze: Biogasanalgen werden sowohl von Seiten der mathematischen Modellierung, der elektrochemischen Sensorentwicklung, der molekularbiologischen Populationsanalyse, der mikrobiologischen Stoffwechselreaktionen wie auch der Bioprozesstechnik erforscht.

In der Hochschule Hamm-Lippstadt fließen die Ergebnisse von MOST in die praxisnahe Lehre ein. Studierende insbesondere aus dem Studiengang "Energietechnik und Ressourcenoptimierung" können im Rahmen von Projekt-, Praxis- und Bachelorarbeiten an dem Forschungsvorhaben mitarbeiten. Die Ergebnisse des Projektes werden von der HSHL zudem zur Entwicklung und Vermarktung verbesserter Biogasanlagen gemeinsam mit den Projektpartnern genutzt. Erste Zwischenergebnisse von MOST sollen Ende 2014 vorliegen.

Das Projekt wird gefördert vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Die Förderinitiative "BioProFi - Bioenergie - Prozessorientierte Forschung und Innovation" im Rahmen des Förderkonzepts "Grundlagenforschung 2020+" und des "6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung" finanziert rund 2,63 Millionen Euro des Gesamtprojektumfangs. An die Hochschule Hamm-Lippstadt fließen hiervon für die Umsetzung 1,1 Millionen Euro. Das Verbundprojekt ist bis Ende September 2016 angelegt.

© 2018 Hochschule Hamm-Lippstadt

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