19 Untersuchung der Eignung von Algen-Bakterien-Flocken zur energetischen und stofflichen Nutzung nach der Abwasserbehandlung N. Wieczorek, L. Pell, K. Kuchta Technische Universität Hamburg Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft Harburger Schloßstraße 36 21079 Hamburg Deutschland [email protected] M.Sc. Nils Wieczorek Informationen zum/r Vortragenden Nils Wieczorek ist Absolvent des Studiums der Technischen Biochemie. Seine Abschlussarbeit fertigte er zum Thema „Mikrobiologische Erzeugung von Wasserstoff durch die Fermentation der Grünalge Chlorella vulgaris“ an. Die Arbeit wurde mit Auszeichnung bewertet. Seit Abschluss des Studiums ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft der Technischen Universität Hamburg und arbeitet im Rahmen seiner Promotion an der Entwicklung eines auf Mikroalgen basierenden Bioraffineriekonzepts. Als Verantwortlicher der Forschungsabteilung „Mikroalgen“ am Innovationszentrum Hamburg-Reitbrook, welches in Kooperation mit der HanseWerk AG (zuvor E.ON-Hanse) betrieben wird, ist er zudem (Teil-) Projektleiter verschiedener nationaler und internationaler Forschungsvorhaben. Hierzu zählen neben dem ALBAPRO-Projekt „Algae-Bacteria operation processes for waste water treatment and biomass production“ die Projekte BIOREEs „Biotechnological Approach for Recovery of Rare Earth Elements and Precious Metals from E-waste“ und „ALBIRA Grundlagen für mikroalgenbasierte Bioraffinerie-Konzepte“. PTS – WU 1508 19 – A 1 19 Untersuchung der Eignung von Algen-Bakterien-Flocken zur energetischen und stofflichen Nutzung nach der Abwasserbehandlung N. Wieczorek, L. Pell, K. Kuchta Zusammenfassung Mit den im Projekt „ALBAPRO“ durchgeführten Aktivitäten sollten Nutzungspotentiale für ALBAFlocken (Algen-Bakterien-Flocken) nach der Abwasserbehandlung erarbeitet und auf ihre kommerzielle Anwendbarkeit hin untersucht werden. Für die Umsetzung wurden sowohl stoffliche als auch energetische Nutzungskonzepte berücksichtigt. Im ersten Schritt der Versuchsdurchführungen wurde die energetische Nutzung in Form der Biogasfermentation unter Verwendung von ALBA-Flocken als Substrat untersucht. Da Mikroalgen von stabilen Zellwänden umgeben sind, die von anaeroben Bakterien teilweise nur schwer aufgeschlossen werden können, erfolgte zu Beginn der Untersuchungen die Erprobung verschiedener Verfahren zum Zellaufschluss. Neben mechanischen und physikalischen Methoden kamen zudem mehrere natürliche Biozönosen sowie spezifische Enzyme zum Einsatz. Zur anschließenden Prozessoptimierung erfolgte die Fermentation unter Modifikation von Temperatur und Biomassekonzentration (BTM), bevor abschließend eine kontinuierliche Fermentation durchgeführt wurde, um Akkumulationseffekte ausschließen und Kenngrößen für einen kommerziellen Betrieb ermitteln zu können. Für die stoffliche Nutzung wurden sowohl ALBA-Flocken als auch Gärreste nach der Fermentation auf ihre Eignung als Düngemittel hin untersucht. Hierzu wurden Versuche zum Pflanzenwachstum sowie zur Keimzahlbestimmung durchgeführt. In weiterführenden Untersuchungen erfolgte eine Analyse von Zellzusammensetzung und Störstoffen, um eine generelle Eignung der ALBA-Flocken als Futtermittel abschätzen zu können. Als Ergebnis der Fermentation kann festgehalten werden, dass die Biozönose der ALBA-Flocken unter anaeroben Bedingungen eine eigenständige methanogene Aktivität aufweist. Die Biogaspro-1 duktion ist mit etwa 208 NmL g BDM jedoch geringer als unter Verwendung einer Biozönose aus den Fermentern einer kommunalen Abwasserreinigungsanlage. Hier betrug die Biogasproduktion -1 305 NmL g BDM . Unter Verwendung eines Zellaufschlussverfahrens konnte der Ertrag auf bis zu -1 369 NmL g BDM gesteigert werden. Für den Einfluss der Temperatur und BTM kann festgehalten werden, dass der Prozess der anaeroben Substratoxidation bei mesophilen Bedingungen von 37 °C -1 und einer BTM von 2,5 g L am effektivsten ist. Unter Verwendung eines kontinuierlichen Versuchs-1 systems konnte ein durchschnittlicher Ertrag von 411 NmL g BDM mit einem CH4-Gehalt von 68,2 % (v/v) erzielt werden. Die Untersuchungen zur Eignung als Düngemittel zeigen, dass die Gärreste aufgrund des besseren N/P Verhältnisses ein deutlich höheres Potential aufweisen als die ALBA-Flocken. Die Ergebnisse der Analyse der Eignung als Futtermittel zeigen, dass Gärreste sowie ALBA-Flocken aufgrund der Zellzusammensetzung nicht als Futtermittel geeignet sind. Als abschließendes Ergebnis kann festgehalten werden, dass die ALBA-Flocken als Substrat für die Produktion von Biogas geeignet sind. In der weiteren Verwendung können die Gärreste als Düngemittel eingesetzt werden. PTS – WU 1508 19 – A 2