Fermentative Erzeugung von Biowasserstoff aus biogenen Roh- und Reststoffen:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Verl. Abfall Aktuell
2009
|
| Schriftenreihe: | Hamburger Berichte
34 : Abfallwirtschaft |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 197 S. graph. Darst. 205 mm x 145 mm, 326 gr. |
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Titel: Fermentative Erzeugung von Biowasserstoff aus biogenen Roh- und Reststoffen
Autor: Rechtenbach, Dorothea
Jahr: 2009
INHALT
Verzeichnis der Abbildungen.V
Verzeichnis der Tabellen.VIII
Verzeichnis der Abkürzungen.X
1 Einleitung und Aufgabenstellung.1
2 Grundlagen.4
2.1 Wasserstoff als Energieträger.4
2.2 Konventionelle Erzeugung von Wasserstoff.5
2.3 Fermentative Erzeugung von Biowasserstoff.6
2.3.1 Die vier Phasen der Vergärung.7
2.3.2 Maximale Wasserstoffausbeuten.9
2.3.3 Wasserstoffpartialdruck.11
2.4 Stand der Forschung auf dem Gebiet der fermentativen H2-Erzeugung. 11
2.5 Speicherung von Wasserstoff.14
2.6 Energetische Nutzung von Wasserstoff.16
3 Material und Methoden.18
3.1 Untersuchte Substrate.18
3.1.1 Glucose.19
3.1.2 Mais- und Kartoffelstärke.19
3.1.3 Zuckerrübe, Futterrübe und Steckrübe.19
3.1.4 Kartoffel und Kartoffelschale.21
3.1.5 Mais.21
3.1.6 Glycerin (als Nebenprodukt der Biodieselherstellung).22
3.1.7 Zusammensetzung untersuchter Substrate.24
3.1.8 Substratvorbehandlung.25
3.2 Eingesetzte Inokula.26
3.2.1 Natürliche Mischkuttur Klärschlamm.26
3.2.2 Thermoanaerobacter keratinophilus (DSMZ14007).27
3.2.3 Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus (DSMZ 568).27
3.2.4 Thermoanaerobacter thermohydrosutfuricum (DSMZ7021).27
3.2.5 Clostndium stercorarium subsp. thermolactieum (DSMZ 2910).28
3.2.6 Isolat Thermoanaerobacterium hydrogenicum (A61G).28
3.2.7 Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum (DSMZ 571).29
3.3 Testsysteme.29
3.3.1 Sensomat System.29
3.3.2 Anaerobes Testsystem ATS.31
3.3.3 Testsystem Bioreaktor.32
3.3.4 Rührreaktor zur Methanerzeugung.36
3.4 Mikrobiologische Methoden.38
3.4.1 Nährmedium.38
3.4.2 Reaktivierung und Adaption der Reinkulturen.38
3.4.3 Bestimmung des Zellwachstums.39
3.5 Analytische Methoden.39
3.5.1 Analytik der Gasphase.39
3.5.2 Analytik der Flüssigphase.40
3.5.3 Analytik der Feststoffphase.41
3.6 Verfahrenstechnische Betriebsgrößen.42
4 Ergebnisse der Untersuchungen zur Hz-Produktion im Batchbetrieb.45
4.1 Ergebnisse der Batchversuche mit Klärschlamm als Inokulum.45
4.1.1 Hitzevorbehandlung des Inokulums Klärschlamm.45
4.1.2 Optimale Klärschlammkonzentration beim Einsatz von Glucose
und Mais.46
4.1.2.1 Optimale Klärschlammkonzentration beim Einsatz von Glucose.47
4.1.2.2 Optimale Klärschlammkonzentration beim Einsatz von Mais.48
4.1.3 Optimale Konzentrationsverhältnisse verschiedener Substrate bei
Animpfung mit Klärschlamm.50
4.1.3.1 Optimales Konzentrationsverhältnis von Glucose und Klärschlamm 50
4.1.3.2 Optimales Konzentrationsverhältnis von Stärke und Klärschlamm. 51
4.1.3.3 Einsatz von Zucker-, Futter- bzw. Steckrübe und Klärschlamm.52
4.1.3.4 Optimales Konzentrationsverhältnis von Kartoffel und Klärschlamm 54
4.1.3.5 Optimales Konzentrationsverhältnis von Mais und Klärschlamm.56
4.1.3.6 Optimales Konzentrationsverhältnis von Glycerin und Klärschlamm 58
4.1.4 Wasserstoffproduktion aus Glucose im Bioreaktor.60
4.1.5 Cofermentation von Glycerin und Glucose.62
4.2 Einsatz von Puffersubstanzen zur pH-Regelung.65
4.2.1 Einfluss des Carbonatpuffers Jura Perlen auf die H2-Produktion.65
4.2.2 Einfluss verschiedener Phosphatpuffer auf die H2-Produktion.69
4.3 Gegenüberstellung der Batchergebnisse mit Klärschlamm als Inokulum. 72
4.4 Abschätzung der Hz-Produktion aus der Bildung an Essig- und
Buttersäure.74
4.5 Ergebnisse der Batchversuche mit Reinkulturen als Inokulum.77
4.5.1 Wasserstoffproduktion aus dem Nährmedium.78
4.5.2 Einsatz der Reinkuttur Therrnoanaerobacterkeratinophilus
(DSMZ 14007).80
4.5.3 Einsatz der Reinkultur Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus
{DSMZ 568).81
4.5.4 Einsatz der Reinkultur Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricum
(DSMZ7021).82
4.5.5 Einsatz der Reinkultur Clostridium stercorarium subsp. thermolacticum
(DSMZ2910).84
4.5.6 Einsatz des Isolats Thermoanaerobacterium hydrogenicum (A61G). 85
4.5.7 Einsatz der Reinkultur Thermoanaerobacterium thermo-
saccharolyticum (DSMZ 571).87
4.5.8 Einsatz der Reinkultur Thermoanaerobacterium thermo-
saccharolyticum (DSMZ 571) im Bioreaktor.88
4.5.9 Gegenüberstellung der Ergebnisse mit Reinkulturen als Inokulum.89
5 Ergebnisse der Untersuchungen zur kontinuierlichen HrProduktion.92
5.1 Semikontinuierliche H2-Produktion im ATS.93
5.1.1 Versuch ATS V1 mit dem Substrat Glucose bzw. Glycerin.94
5.1.2 Versuch ATS V2 mit dem Substrat Glucose bzw. Glycerin und
pH-Pufferung.97
5.1.3 Versuch ATS V3 mit dem Substrat Glucose und
pH-Pufferung/-Regelung.99
5.1.4 Versuch ATS V4 mit dem Substrat Glucose und
pH-Pufferung/-Regelung.101
5.1.4.1 Wasserstoffproduktion von Versuch ATS V4.102
5.1.4.2 Gaszusammensetzung von Versuch ATS V4.106
5.1.4.3 Vergleich der Reaktoren, Versuch ATS V4.107
5.1.4.4 Wasserstoffausbeuten von Versuch ATS V4.108
5.1.4.5 pH-Werte und Säurenbildung von Versuch ATS V4.110
5.1.4.6 Fazit zu Versuch ATS V4.113
5.1.5 Versuch ATS V5 mit dem Substrat Glucose, pH-Puffer und
Füilkörpern.114
5.1.5.1 Wasserstoff Produktion und-ausbeute von Versuch ATS V5.115
5.1.5.2 Gaszusammensetzung von Versuch ATS V5.117
5.1.5.3 pH-Werte und Säurebildung von Versuch ATS V5.118
5.1.5.4 Fazit zu Versuch ATS V5.120
5.1.6 Folgerungen aus den kontinuierlichen Untersuchungen im ATS.120
5.2 Semikontinuierliche H^Produktion im Bioreaktor.123
5.2.1 Versuche CSTR V1 bis V4 mit dem Substrat Glucose.124
5.2.2 Versuch CSTR V5 mit dem Substrat Glucose.124
5.2.3 Versuch CSTR V6 mit dem Substrat Glucose.126
5.2.4 Versuch CSTR V7 mit dem Substrat Mais.128
5.2.4.1 Versuch CSTR V7a: Einfiuss der Rückführung aus der
Methanstufe.131
5.2.4.2 Versuch CSTR V7b: Variation der organischen Raumbelastung. 134
5.2.4.3 Versuch CSTR V7c: Variation des pH-Wertes.136
5.2.4.4 Versuch CSTR V7d: Variation der hydraulischen Verweilzeit.138
_
5.2.5 Folgerungen aus den kontinuierlichen Untersuchungen im
Bioreaktor.141
6 Gegenüberstellung der Ergebnisse und erzielter Hz-Umsatz.144
7 Produktion von Methan aus den Reststoffen der Hz-Stufe.149
7.1 Konzept der kombinierten Wasserstoff- und Methanproduktion.149
7.2 Versuche zur Methanerzeugung aus Reststoffen der h^-Stufe.151
8 Energiebilanzen, Wirtschaftlichkeit und großtechnische Umsetzung.157
8.1 Gegenüberstellung elektrischer Energiewirkungsgrade.157
8.2 Energiebilanzierung einer zweistufigen H2- und CH4-Anlage.160
8.3 Wirtschaftlichkeit.166
8.4 Großtechnische Umsetzung des Verfahrens zur H2- und CH4-Produktion 169
9 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen.172
10 Literatur.177
11 Anhang.185
11.1 Testsysteme.185
11.2 Semikontinuierliche hVVersuche im ATS.187
11.3 Semikontinuierliche (^Versuche im CSTR.191
11.4 Energetische Betrachtungen.191
Publikationen.195
-w-
Verzeichnis der Abbildungen
Abb. 2.1: Einteilung der Prozesse der biologischen H2-Erzeugung.6
Abb. 2.2: H2-Erzeugung im Rahmen der vier Stufen der Vergärung.7
Abb. 3.1: Untersuchte Hackfrüchte: Zuckerrübe, Futterrübe und Steckrübe.21
Abb. 3.2: Schema der Biodieselherstellung aus Raps. 23
Abb. 3.3: Temperatureinfluss auf das Wachstum des Isolats Thermoanaerobacterium sp.
(A61G) bei pH 6 [Antranikian et al., 2006]. 29
Abb. 3.4: Schema des Sensomat Systems (links) und Bild der Versuchsgefäße im
Temperierofen (rechts).30
Abb. 3.5: Anaerobes Testsystem ATS. 32
Abb. 3.6: Detailansicht des Anaeroben Testsystems ATS.32
Abb. 3.7: Füllkörper aus Kunststoff. 32
Abb. 3.8: Anlagenfließbild des Wasserstoff-Bioreaktors. 33
Abb. 3.9: Foto des Testsystems bestehend aus Messwertrechner, Gasmessschrank,
Bioreaktor, Regel- und Steuerkonsole sowie Dampferzeuger.34
Abb. 3.10: Anlagenfließbild des Methanreaktors.37
Abb. 3.11: Foto des Rührreaktors zur Methanerzeugung.37
Abb. 4.1: Spezifische Produktion an H2 und CO2 sowie Bildung organischer Säuren VFA
für hitzebehandelten (links) und nicht hitzebehandelten (rechts) Klärschlamm
(25 Vol.-%) als Inokulum mit dem Substrat Glucose (10 g oTS/l).46
Abb. 4.2: Spezifische H2-Produktion aus 10 g oTS/l (a) bzw. 20 g oTS/l (b) Glucose bei
Animpfung mit 25 bzw. 50 Vol.-% Klärschlamm. 47
Abb. 4.3: Gaszusammensetzung bei einer Substratkonzentration von 10 g oTS/l Glucose
und 25 Vol.-% (a) bzw. 50 Vol.-% (b) Klärschlamm als Inokulum.48
Abb. 4.4: Spezifische H2-Produktion von 36 g oTS/l Maiskorn bei Animpfung mit 25 bzw.
50 Vol.-% Klärschlamm.49
Abb. 4.5: Hj/COrVerhältnisse von 36 g oTS/l Maiskorn bei Animpfung mit 25 bzw.
50 Vol.-% Klärschlamm.49
Abb. 4.6: Produzierte Säuren von 36 g oTS/l Maiskorn bei Animpfung mit 25 bzw.
50 Vol.-% Klärschlamm.50
Abb. 4.7: Spezifische HrProduktion beim Einsatz von 10 bzw. 20 g oTS/l Glucose.51
Abb. 4.8: Spezifische ^-Produktion beim Einsatz der Substrate Maisstärke, Kartoffel-
stärke und Glucose bei Animpfung mit Klärschlamm 25 Vol.-%.52
Abb. 4.9: Spezifische Produktton an H2 und CO2 sowie Bildung organischer Säuren VFA
für die Substrate Glucose, Zucker-, Futter- und Steckrübe (mit Klärschlamm
25Vol.-%). 53
Abb. 4.10: Spezifische Produktion an H2 und CO2 sowie Bildung organischer Säuren VFA
für die Substrate Glucose, Kartoffel und Kartoffelschale (mit Klärschlamm
25Vol.-%). 56
Abb. 4.11: Spezifische Produktton an H2 und CO2 sowie Bildung organischer Säuren VFA
aus Maiskörnern in drei Konzentrattonen (mit Klärschlamm 25 Vol.-%).58
Abb. 4.12: Kohlenstoffspezifische Biogasproduktion und pH-Verlauf für Reinglycerin
(6 Vol.-%) mit Klärschlamm (25 Vol.-%) als Inokulum. 59
Abb. 4.13: Tägliche (links) und akkumulierte (rechts) Gasproduktion im Bioreaktor aus
Glucose ohne pH-Regelung (Versuch Baten CSTR 1).60
-v-
Abb. 4.14: Tägliche (links) und akkumulierte (rechts) Gasproduktion im Bioreaktor aus
Glucose mit pH-Regelung auf pH 5,5 (Versuch Batch CSTR 2).61
Abb. 4.15: Konzentration der organischen Säuren nach Versuchsende in den
Batchversuchen ohne (V1) und mit (V2) pH-Regelung.62
Abb. 4.16: Absolute H2-Produktion beim Einsatz von Reinglycerin (6 Vol.-%) und Glucose
(0,5 %) mit Klärschlamm (25 Vol.-%) als Inokulum.63
Abb. 4.17: Kohlenstoff spezifische Biogasproduktion und pH-Verlauf für Cofermentation von
Reinglycerin (6 Vol.-%) und Glucose (0,5 Gew.-%) mit Klärschlamm.64
Abb. 4.18: Eingesetzte Jura Perlen als Puffersubstanz.66
Abb. 4.19: Spezifische Produktion an H2 und CO2 sowie Bildung organischer Säuren VFA für
die Substrate Glucose und Zuckerrübe ohne/mit Jura Perlen als pH-Puffer.68
Abb. 4.20: Produktion an H2 und CO2 sowie pH-Werte am Versuchsende (oben) und
produzierte organische Säuren (unten) bei unterschiedlichen
Putfersubstanzen A bis J sowie dem pufferfreien Referenzansatz K.71
Abb. 4.21: Spezifische Biogasproduktion für DSMZ aus dem Nährmedium.78
Abb. 4.22: Spezifische Biogasproduktion für den Stamm DSMZ 14007 in der Animpfung
(links) und der kontaminierten Negativkontrolle (rechts).80
Abb. 4.23: Spezifische Biogasproduktion für den Stamm DSMZ 14007 aus den Substraten
Glucose, Glycerin und Mais.81
Abb. 4.24: Spezifische Produktion an H2, CO2 (oben) und VFA (unten) für den Stamm
DSMZ 568.82
Abb. 4.25: Spezifische Produktion an H2, CO2 (oben) und VFA (unten) für den Stamm
DSMZ 7021.83
Abb. 4.26: Spezifische Produktion an H2, CO2 (oben) und VFA (unten) für den Stamm
DSMZ 2910.85
Abb. 4.27: Spezifische Produktion an H2, CO2 (oben) und VFA (unten) für das
lsolatA61G. 86
Abb. 4.28: Spezifische Produktion an H2, CO2 (oben) und VFA (unten) für den Stamm
DSMZ 571.87
Abb. 4.29: Spezifische Produktion an H2, CO2 (oben) und VFA (unten) für den Stamm DSMZ
571 aus den Substraten Zuckerrübe, Mais und Kartoffel im 201-Bioreaktor.89
Abb. 5.1: H2-Produktionsrate, Raumbelastung und pH-Wert für den Versuch ATS V1
Reaktor 2 und 3 (Tagesmittelwerte).95
Abb. 5.2: H2-Produktionsrate, Raumbelastung und pH-Wert für den Versuch ATS V2
Reaktor 2 und 3 (Tagesmittelwerte).97
Abb. 5.3: H2-Produktionsrate, Raumbelastung und pH-Wert für den Versuch ATS V3
Reaktor 1, 3 und 4 (Tagesmittetwerte).10°
Abb. 5.4: H2-Produktionsrate, Raumbelastung und pH-Wert für den Versuch ATS V4
Reaktor 1: taggenaue (oben) und wöchentlich gemittette Werte (unten).103
Abb. 5.5: Hj-Produktionsrate, Raumbelastung und pH-Wert für den Versuch ATS V4
Reaktor 2, 3 und 4 (Wochenmittelwerte).105
Abb. 5.6: Biogaszusammensetzung der vier ATS-Reaktoren Versuch V4.106
Abb. 5.7: Gegenüberstellung der Reaktoren (ATS V4) nach gleichen Randbedingungen:
Jura Perlen Rk 1 + 2, manuelle pH-Regelung Rk 3 + 4 und gleiche Klärschlamm-
zugabe bei umerechiedHchen Puffersystemen (Rk 1 + 3 bzw. Rk 2 + 4).108
Abb. 5.8: Hj-Ausbeute und Raumbelastung der Reaktoren 2 und 4 im Vergleich
(Versuch ATS V4).109
-VI-
Abb. 5.9: pH-Verläufe der vier Reaktoren des Versuchs ATS V4.110
Abb. 5.10: VFA-, HCO3-Konzentrationen und pH-Werte des Reaktors 2 mit Jura Perlen
(oben) und Reaktors 4 mit manueller pH-Regelung (unten).111
Abb. 5.11: Produzierte organische Säuren und Wasserstorfproduktion für Reaktor 2 mit
Jura Perlen (oben) und Reaktor 4 mit manueller pH-Regelung (unten).113
Abb. 5.12: H2-Produktionsrate, Raumbelastung und pH-Wert für den Versuch ATS V5
Reaktor 1 und 3 (Wochenmittelwerte).116
Abb. 5.13: H2-Produktionen und H2-Ausbeuten der Reaktoren 1 und 3 Versuch ATS V5
im Vergleich.117
Abb. 5.14: Biogaszusammensetzung der Reaktoren 1 und 3 von Versuch ATS V5.117
Abb. 5.15: Verläufe der pH-Werte der Reaktoren 1 und 3 von Versuch ATS V5.118
Abb. 5.16: Produzierte organische Säuren VFA und Wasserstoffproduktion der Reaktoren
1 (oben) und 3 (unten) von Versuch ATS V5.119
Abb. 5.17: Semikontinuierliche Gasproduktion des Versuchs CSTR V5 (HRT=3,3 d,
BR=4 g Glucose/(lR*d), pH=5).125
Abb. 5.18: Gaszusammensetzung des Versuchs CSTR V5 (HRT=3,3 d,
BR=4 g Glucose/(lR*d), pH=5).126
Abb. 5.19: Semikontinuierliche Gasproduktion des Versuchs CSTR V6 (HRT=3,3 d,
BR=4-5 g Glucose/(lR*d), pH=5). 127
Abb. 5.20: Produzierte organische Säuren des Versuchs CSTR V6 (HRT=3,3 d,
BH=4-5 g Glucose/(lR'd), pH=5). 127
Abb. 5.21: Semikontinuierliche Gasproduktion des Versuchs CSTR V7, korrigierter Verlauf
ohne Prozessstörungen (HRT=3,5 d, BB=10 g oTS Mais/(lR*d), pH=5).129
Abb. 5.22: Gaszusammensetzung des Versuchs CSTR V7 (HRT=3,5 d,
BR=10 g oTS Mais/(lR*d), pH=5).130
Abb. 5.23: Produzierte organische Säuren des Versuchs CSTR V7 (HRT=3,5 d,
BR=10goTSMais/(lR*d),pH=5).130
Abb. 5.24: Semikontinuierliche Gasproduktion des Versuchs CSTR V7a mit Rückführung
des Methanreaktorablaufs in die H2-Stufe (HRT=3,5 d,
BR=10 g oTS Mais/(lR*d), pH=5).132
Abb. 5.25: Gaszusammensetzung des Versuchs CSTR V7a mit Rückführung des Methan-
reaktorablaufs in die HrStufe (HRT=3,5 d, BR=10 g oTS Mais/(lR*d), pH=5). 132
Abb. 5.26: Produzierte organische Säuren des Versuchs CSTR V7a mit Rückführung
des Methanreaktorablaufs in die HrStufe (HRT=3,5 d,
BR=10 g oTS Mais/(lR*d), pH=5).133
Abb. 5.27: H2-Ausbeuten der Versuche CSTR V7a und CSTR V7b mit Variation der
Raumbelastung (HRT=3,5 d, Bn=10,12 bzw. 15 g oTS Mais/(lH*d), pH=5).135
Abb. 5.28: Produzierte organische Säuren des Versuchs CSTR V7b mit Variation der
Raumbelastung (HRT=3,5 d, ^=10,12 bzw. 15 g oTS Mais/(lR*d), pH=5).136
Abb. 5.29: Semikontinuierliche Gasproduktion des Versuchs CSTR V7c mit Variation des
pH-Werts (HRT=3,5 d, B„=12 g oTS Mais/(lR*d), pH=5 bzw. 6).137
Abb. 5.30: Vergleich der H2-Produktion mit dem Laugenverbrauch in Abhängigkeit des
pH-Werts (Versuche CSTR V7b bzw. V7c, pH=5 bzw. 6,
Bn=12 g oTS Mats/(l„*d), HRT=3,5 d).137
Abb. 5.31: Produzierte organische Säuren des Versuchs CSTR V7c mit Variation des pH-
Werts (HRT=3,5 d, Br=12 g oTS Mais/(lR*d), pH=5 bzw. 6).138
Abb. 5.32: Semikontinuierliche Gasproduktion des Versuchs CSTR V7d mit Variation der
Verweilzeit HRT (HRT=2, 3 bzw. 3,5 d, BR=12 g oTS Mais/(lH*d), pH=5).139
Abb. 5.33: Produzierte organische Säuren des Versuchs CSTR V7d mit Variation der
Verweilzeit HRT (HRT=2, 3 bzw. 3,5 d, BR=12 g oTS Mais/(lR*d), pH=5).140
Abb. 5.34: Gegenüberstellung der erzielten H2-Ausbeuten der semikontinuierlichen
Versuche CSTR V5, V6 und V7.141
Abb. 7.1: Schema der Methanerzeugung aus den Gärrückständen der H2-Stufe.150
Abb. 7.2: Konzept der kombinierten Wasserstoff- und Methanproduktion.151
Abb. 7.3: Methanausbeute und pH-Wert des Methanversuchs M2 (Versuchstag 151-
175, Substrat Glucose, BH=0,4 g oTS/(IR*d), HRT=20 d). 152
Abb. 7.4: Methanausbeute und pH-Wert des Methanversuchs M3 (Substrat
Maiskörner, BR=1 g oTS/(lR*d), HRT=20 d).153
Abb. 7.5: TOC-Konzentrationen und -Abbaugrad des Methanversuchs M2.154
Abb. 7.6: Konzentrationen an organischen Säuren in Zulauf (oben) und Ablauf (unten)
der Methanstufe, Versuchs M2.155
Abb. 8.1: Verfahrenstechnisches Fließbild einer möglichen zweistufigen Anaerobanlage
zur Hz- und CH4-Produktion.170
Abb. 11.1: Schema des Anaerob-Bioreaktors CSTR und der Regelung (PID).185
Abb. 11.2: Semikontinuierliche Gasproduktion des Versuchs CSTR V7 mit Berücksichtigun-
gen der Prozessstörungen (HRT=3,3 d, BH=10 g oTS Mais/(lR*d), pH=5).191
Verzeichnis der Tabellen
Tab. 2.1: Brenntechnische Kenndaten von Wasserstoff, Methan, Biogas, Erdgas und
Propan [nach Köberle, 1995; Hoffmann, 1994].5
Tab. 2.2: Ergebnisse verschiedener Batch-Untersuchungen zur fermentativen Erzeugung
von Biowasserstoff im Vergleich.12
Tab. 2.3: Ergebnisse verschiedener kontinuierlicher Untersuchungen im CSTR zur
fermentativen Erzeugung von Biowasserstoff im Vergleich.13
Tab. 2.4: Vergleich der Wasserstoffspeicherkapazität der wichtigsten Speicherarten
[nach Hoffmann, 1994].16
Tab. 3.1: Charakterisierung untersuchter Substrate.25
Tab. 3.2: Mittlere Zusammensetzung des eingesetzten Klärschlamms als Inokulum.27
Tab. 3.3: Zusammensetzung des Mediums für den Steriltest.36
Tab. 3.4: Durchgeführte Analysen der Flüssigphase.41
Tab. 3.5: Durchgeführte Analysen der Feststoffphase.41
Tab. 4.1: H2- und CCv Produktion für unterschiedliche Substratkonzentrationen an
Kartoffel und Kartoffelschale (mit Klärschlamm 25 Vol.-%). 55
Tab. 4.2: Hs- und C02-Produktion beim Einsatz von Mais (frisch, Mehl oder Körner,
mit Klärschlamm 25 Vol.-%).57
Tab. 4.3: Einfluss der Zugabe von Jura Perlen für die Substrate Glucose, Zucker-, Futter-
und Steckrübe (Sensomat System, 60 °C, Klärschlamm 25 Vol.-%).67
Tab. 4.4: Überblick der eingesetzten Puffersubstanzen (Substrat 10 g oTS/1 Glucose,
25 % Klarschlamm als Inokulum, Versuchsvolumen 100 ml). 70
Tab. 4.5: Spezifische Hz-Produktion [Nml Hj/g oTS] beim Einsatz von Klärschlamm aus
unterschiedlichen Substratarten und -konzentrationen.73
_
Tab. 4.6: Übersicht der durchgeführten Versuche mit ausgewählten Reinkulturen als
Inokulum und unterschiedlichen Substratarten und -konzentrationen. 77
Tab. 4.7: Organische Bestandteile in den verwendeten Nährmedien.79
Tab. 4.8: Biogasbildung aus dem Nährmedium und daraus resultierende
Korrekturfaktoren. 79
Tab. 4.9: Spezifische H2-Produktion [Nml hVg oTS] beim Einsatz verschiedener
Reinkulturen aus unterschiedlichen Substratarten und -konzentrationen.90
Tab. 5.1: Übersicht der semikontinuierlichen ATS-Versuche V1 bis V5 (VR=51, Inokulum
25 % hitzevorbehandelter Klärschlamm, 60 °C). 94
Tab. 5.2: Übersicht der semikontinuierlichen Versuche CSTR V1 bis V7 im Hs-Rührreaktor
(VR=20 I, Inokulation mit 25 % hitzevorbeh. Klärschlamm, 60 °C).124
Tab. 5.3: Übersicht der semikontinuierlichen Versuchsreihe CSTR V7 mit Mais als
Substrat im HrRührreaktor (VR=20 I, Inokulation mit Klärschlamm, 60 "C).128
Tab. 6.1: Gesamtvergleich der maximal erzielten H2-Produktionen und H2-Umsatzraten 145
Tab. 8.1: Maximal mögliche Energie- bzw. Stromausbeuten bei der reinen H2-Produktion,
reinen CH4-Produktion sowie der kombinierten H2- und CH4-Produktion. 158
Tab. 8.2: Thermischer Energiebedarf einer Modellanlage zur kombinierten Hr und
(»„-Produktion.162
Tab. 8.3: Energieaustrag und -gewinn einer Modellanlage zur kombinierten H2- und
CH4-Produktion. 164
Tab. 8.4: Wasserstorfkosten unterschiedlicher Herstellungsverfahren.168
Tab. 11.1: Zusammensetzung der verwendeten Nährmedien.186
Tab. 11.2: Übersicht semikontinuierlicher Versuche V1 und V2 im ATS (Vn = 51,
Inokulum: Klärschlamm, 60 C).187
Tab. 11.3: Übersicht des semikontinuierlichen ATS-Versuchs V3 (VH=51, Inokulum
25 % Klärschlamm, 60X1, Glucose, HRT = 3,3 d, 0^=0* = 1,5 l/d).188
Tab. 11.4: Übersicht des semikontinuierlichen ATS-Versuchs V4 (VR=5 I, Inokulum
25 % Klärschlamm, 60 C, Glucose, HRT = 3,3 d, 0^=0*, = 1,5 l/d).189
Tab. 11.5: Übersicht des semkontinuierlichen ATS-Versuchs V5 (VR = 51, Inokulum
25 % hitzevorbehandelter Klärschlamm, 60 °C, Glucose, 700g Jura Perlen,
HRT = 3,3 d, Qm = Q* = 1,5 l/d).190
Tab. 11.6: Maximal mögliche Enegie- bzw. Stromausbeuten bei der reinen H2-Produktion,
reinen CH4-Produktion sowie der kombinierten H2- und CH4-Produktion unter
der Annahme eines maximalen H2-Umsatzes von 4 mol Hj/mol Glucose.191
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