ENERCYCLE Energetische und stoffliche Integration einer Biogasanlage in eine Bioethanolanlage zur Verwertung von Schlempezentrat

Die Herstellung von Bioethanol soll langfristig einen Teil der auf fossilen Ressourcen beruhenden Treibstofferzeugung substituieren und auf nachwachsende Energieträger umstellen. Dem gegenüber stehend, ist der Herstellungsprozess für Bioethanol selbst relativ energieaufwändig, wobei zumeist rein fossile Energie verwendet wird. Insgesamt ergibt sich somit eine Verringerung der CO2 Reduktion und eine Herabsetzung des erwünschten klimawirksamen Effekts. Zur Verbesserung der Ökobilanz ist es daher sinnvoll, den Energieinhalt der eingesetzten Primärsubstrate optimal zu nutzen. Bei der Ethanolfermentation wird nur ein Teil der pflanzlichen Biomasse in Bioethanol umgesetzt, während der Rest in Form von Hefebiomasse und Getreideresten ausgeschleust wird. Mittels einer Biogasanlage kann dieses ungenutzte Energiepotential gehoben werden. Das gegenständliche Projekt hat eine optimale energetische und stoffliche Integration einer solchen Biogasanlage in eine Bioethanolanlage zum Ziel, um größtmöglichen Nutzen sowohl in ökologischer als natürlich auch für den Betreiber aus ökonomischer Sicht zu erzielen. Die Kreislaufschließung stellt in dieser Hinsicht ein Schlüsselelement dar. Das Hauptaugenmerk und der innovativste Teil in diesem Projekt liegt daher neben der Erzeugung erneuerbarer Energie im Schließen von Stoffkreisläufen und einer Annäherung an einen „Zero-Emission“-Prozess. Wie vorausgegangene Versuche zeigten eignet sich von den an der Bioethanolanlage anfallenden Fraktionen am besten das Schlempezentrat (Dünnschlempe) für eine anaerobe Vergärung. Die eingesparte Primärenergie verbessert die Ökobilanz des Biotreibstoffes deutlich, senkt die Energiekosten und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und -importen. Für den erfolgreichen Betrieb als Hochlast-Verfahren ist jedoch eine Stickstoff-Ausschleusung (N-Senke) im Verfahren vorzusehen. Hierfür werden einerseits eine aerobe N-Reduktion und eine NH3-Strippung durch Flashverfahren ausgetestet, um die optimale N-Senke zu ermitteln. Im Konzept einer bestehenden Bioethanolanlage könnte die Futtermittelproduktion so nach Markt-bedingungen gefahren werden, je nach Nachfrage kann bestimmt werden, welcher Anteil an Schlempezentrat zur Energiebereitstellung vergoren wird, und welcher zu Futtermittel getrocknet. Bei einer Vergärung von Schlempezentrat fallen große Mengen an Gärrest an. Durch eine optimale Aufbereitung des Gärrestes können Stoffströme in den Prozess zurückgeschleust werden. Die flüssi-ge Phase des Gärrestes kann als Wasser und Nährstoffquelle (Stickstoff, Phosphor, Makro- und Mikroelemente) in die Bioethanolproduktion zurückgeführt werden. Im technischen Maßstab wird vorerst eine anaerobe Schlempezentrat-Vergärung (mit Stickstoff-Senke) aufgesetzt und bei konstanten Bedingungen gefahren. Danach werden Gärreste in techni-schen Mengen produziert, um anschließend die Gärrestbehandlung optimieren zu können Nach ent-sprechender Vorbehandlung (z.B.: Filtration, Entgasung, Fällung, Flotation, Flockulation, etc.) werden im Projekt drei verschiedene Varianten der Gärrestaufbereitung ausgetestet: Die thermische Eindampfung des Gärrestes, die Behandlung durch Membranfiltration und die aerobe Behandlung. Anschließend wird die Wirkung des Rezirkulats auf das Futtermittel (mögliche Reduktion an Mykotoxinen, Hygiene, unerwünschte Inhaltsstoffe) aber auch auf die Bioethanol-Produktion (kontinuierliche Ansätze mit Rezirkulat) evaluiert. Für das Gesamtkonzept werden auch Verwertungsmöglichkeiten für den festen Gärrest (Rückstand aus Vorbehandlung, Eindampfung, Membranfiltration, bzw. aerober Behandlung) beurteilt. In einer abschließenden Evaluierungsphase werden die unterschiedlichen Prozessvarianten auch wirtschaftlich betrachtet, und schlussendlich ein nachhaltig und wirtschaftlich optimales Gesamtkonzept für den Test in einer Pilotanlage empfohlen.