Theoretischer Hintergrund und Zielsetzung
Biokohle kann in der anaeroben Vergärung eine Reihe von positiven Effekten haben. Aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche bietet sie u. a. eine hohe Aufwuchsfläche für Mikroorganismen, was zu einer effizienteren Methanproduktion führen kann. Durch ihre Fähigkeit, Schadstoffe zu binden, kann weiterhin auch die Prozessstabilität der anaeroben Vergärung gesteigert werden [1].
Ein Verfahren zur Herstellung von Biokohle ist die vapothermale Karbonisierung (VTC), bei welcher Biomasse unter Druck mit Sattdampf auf Temperaturen von ca. 180 – 250 °C erhitzt wird. Dabei werden einige flüchtige Substanzen aus der Biomasse ausgetrieben, wodurch u. a. der Kohlenstoffgehalt im verbleibenden Feststoff zunimmt. Im Vergleich zu anderen Verfahren wie der hydrothermalen Karbonisierung (Verkohlung in heißem Wasser unter Druck) können dabei höhere Feststoffrückgewinnungsraten erzielt werden und die Kohlen können rauere Oberflächenstrukturen und eine höhere Porosität aufweisen [2]. Bisher ist der Einsatz von VTC-Kohlen auf die anaerobe Vergärung kaum untersucht.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll untersucht werden, inwiefern sich über das VTC-Verfahren hergestellte Biokohle aus Schilfhalmen, einem Nebenprodukt von Pflanzenkläranlagen, zur Stabilisierung des Prozesses der anaeroben Vergärung eignet. Dabei soll insbesondere untersucht werden, ob durch die Zufuhr gemahlener VTC-Kohle eine Übersäuerung der Vergärung bei hoher Acetat-Zugabe in Batch-Experimenten verhindert werden kann. Sollte dies möglich sein, kann dies als Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen im kontinuierlichen Maßstab dienen – eine erfolgreiche Umsetzung eines solchen Verfahrens könnte zukünftig dazu führen, dass deutlich höhere Raumbelastungen in Biogasanlagen realisiert werden können.
[1] Zhao, W. et al. (2021), A review of biochar in anaerobic digestion to improve biogas production: Performances, mechanisms and economic assessments, Bioresource Technology 341, 125797
[2] Yan, M. et al. (2024), Innovative carbonization techniques for food waste: A comparative study of hydrothermal carbonization (HTC) and vapor-thermal carbonization (VTC), Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 182, 106685
Aufgaben
Teil 1: Literaturrecherche
- Recherche von relevanten wissenschaftlichen Artikeln
- Kritische Betrachtung der Literatur
Teil 2: Labor
Biokohle-Herstellung
- Herstellung von Biokohle mittels des VTC-Verfahrens
- Untersuchung der physikalischen und chemischen Eigenschaften der VTC-Kohle und Auswahl der vielversprechendsten Verkohlungsbedingungen für den Einsatz in der anaeroben Vergärung (auf Basis der Porosität und Pufferkapazität)
Anaerobe Vergärung
- Durchführung von Batch Tests zur anaeroben Vergärung nach VDI4630
- Begleitende Analytik (u. a. Fettsäureanalytik, Bestimmung des FOS/TAC-Werts, Messung des Methangehalts im Biogas)
Labororganisation
- Ordnungsgemäße Lagerung und Entsorgung von Proben
- Sicherstellung und Einhaltung von Sicherheits- und Hygienevorschriften
Teil 3: Dateninterpretation und Aufbereitung
- Regelmäßiges Aufbereiten der Messdaten und Rücksprache mit Betreuer
- Vergleich der Ergebnisse mit Literaturdaten
- Analyse der experimentellen Daten mithilfe von statistischen Methoden
Wenn Sie interessiert sind, senden Sie bitte Ihre Bewerbung mit Lebenslauf und Zeugnis an:
Marvin Scherzinger
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