Membrane based production of lactic acid and amino acids – green biorefinery upper austria
Ziel des Projekts „ Grüne Bioraffinerie“ ist die Gewinnung von Wertstoffen aus dem Substrat Grassilage, wobei Aminosäuren und Milchsäure das größte Potential aufweisen. Das Konzept basiert auf der Isolierung von Produkten, entstanden, bzw. abgebaut durch biologische Prozesse ohne Zugabe von zusätzlichen Chemikalien. Bei der Aufarbeitung kommen moderne Trenntechnologien, namentlich Membranverfahren und Ionenaustauscher, zum Einsatz.
In der Pilotanlage in Oberösterreich wird der Silagesaft nach der Pressung für 24 h sedimentiert und anschließend aufbereitet. Makromoleküle und andere Störstoffe werden mit Hilfe einer Ultrafiltrationseinheit ausgeschleust, um optimale Bedingungen für die nachfolgenden Anlagen zu gewährleisten. Die Auftrennung in Aminosäuren- und Milchsäure- Fraktion erfolgt in einer zweistufigen Nanofiltrationsanlage. Hierbei wird ein Großteil der Aminosäuren im Retentatstrom zurückgehalten, während Milchsäure vorwiegend im Permeat anfällt. Dieses dient im Weiteren als Diluatstrom der Elektrodialysen, wo in einer ersten Anlage die Fraktion entsalzt wird und in einer zweiten Anlage die Gewinnung des Produkts Milchsäure erfolgt. Bisher konnten Konzentrationen bis zu 32 g/l bei niedriger Stromdichte (4 mA/cm²) erreicht werden.
Die weitere Verarbeitung der Aminosäuren erfolgt in einer Ionentauscher-Kaskade, bestehend aus 5 seriell betriebenen Säulen, die mit Retentat der Nanofiltrationsanlagen gespeist werden. Ziel ist neben möglichst hoher Beladung der Ionenaustauscher eine Fraktionierung der Aminosäuren. Erste Ergebnisse zeigen eine Trennung in saure, neutrale und basische Aminosäuren, wobei aus 180 l Retentat 5 kg Aminosäuren gewonnen werden können. In den jeweiligen Fraktionen liegt Asparaginsäure mit 18 g/l, Leucin mit 14 g/l und Alanin mit 13 g/l als quantitativ größter Anteil vor.
Mehrzweckpilotanlage für die Membran-Gaspermeation
Eine Versuchsanlage wurde von der Thermische Verfahrenstechnik und Simulation aufgebaut zwecks der Durchführung verschiedener experimenteller Untersuchungen in Zusammenhang mit dem Membranverfahren Gaspermeation. Die Auslegung und die Bauart garantiert maximale Einsatzflexibilität und Mobilität der Anlage.
Die Anlage besteht aus zwei Hauptteilen: einem Kompressorgestell mit Kolbenkompressor und einem Membrangestell mit den Nebengeräten. Beide Teile können unabhängig von einander betrieben werden. Beide Gestelle sind auf robusten Rollen platziert. Die Dimensionen und die Gewichte der beiden Anlagenteile ermöglichen den Transport mit herkömmlichen Aufzügen und LKWs. Die Anlage kann Gasvolumenströme bis zu 6m³N/h aufbereiten, der maximal zulässige Druck beträgt dabei 16bar. Unterschiedliche Membrankonfigurationen können verschaltet und untersucht werden. Große Vielfalt der Gasmischungen aus Komponenten wie Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Luftkomponenten und Schwefelwasserstoff ist zulässig. Die Anlage ist ausgerüstet mit einem zwei-stufigen Adsorber für die Abtrennung von Spurenkomponenten sowie mit einer Vortrocknungsstufe. Drehkolbenzähler sowie Druck- und Temperaturtransmitter sind an den wichtigsten Gasströmen positioniert und erlauben eine präzise Bilanzierung des Prozesses. Die Anlage ist weiters mit einem 19“-Rack für die kontinuierliche Gaskomponentenmessung bestückt, zusätzliche T-Stücke mit Ventilen befinden sich an jeder wichtigen Prozesssektion damit ein bequemer Anschluss von GC-MS-Systemen möglich ist. Der Prozess wird mit Hilfe einer industriellen SPS gesteuert und die Versuchsdaten werden von einem SCADA-System in einer SQL-Datenbank gespeichert.
Zweck und Ziel des beschriebenen Teststandes ist die Durchführung der von Gaspermeations-Experimenten vor allem im Bereich der alternativen Energietechnologien wie zum Beispiel die Biogasaufbereitung auf die Erdgasqualität und die Behandlung von Synthesegas aus der thermischen Konversion.
Virtuelles Biogas – Biogasaufbereitung und Netzeinspeisung mittels Gaspermeation
Biogas, welches bei der anaeroben Vergärung von Biomasse durch Mikroorganismen gebildet wird, besitzt ein großes Potenzial zur zukünftigen nachhaltigen Energieversorgung von Industrie und Haushalt sowie im automotiven Bereich. Zur effizienten Nutzung bietet sich die Aufbereitung des Gases auf Erdgasqualität (dh. Abtrennung von Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Wasser etc.) und die anschließende Verteilung über das öffentliche Erdgasnetz an.
Nachdem in der Arbeitsgruppe Thermische Verfahrenstechnik und Simulation bereits in den Jahren 2003 bis 2005 die prinzipielle gute Eignung des Membranverfahrens Gaspermeation zur Trennung von Methan und Kohlendioxid im Biogas in Labormaßstab demonstriert werden konnte, wurde gemeinsam in einem großen Projektkonsortium Mitte 2006 mit dem Projekt „Virtuelles Biogas“ begonnen, welches die Umsetzung der bisherigen Erfahrungen in eine reale Anlage von industriellem Maßstab zum Ziel hat. In diesem Projekt wurde am Standort Bruck an der Leitha Österreichs erste industrielle Biogasaufbereitungsanlage mit diesem modernen Membranverfahren errichtet und in Betrieb genommen. Hier werden stündlich 180Nm³ Biogas aufgereinigt und so jedes Jahr 800.000Nm³ Biomethan in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist. Die Aufbereitungsanlage ist seit Sommer 2007 in Betrieb und es wurden bereits zahlreiche wichtige Betriebserfahrungen gemacht. Es konnte gezeigt werden, dass die erforderliche Produktgasqualität nach der österreichischen Norm ÖVGW G31 (ähnlich DVGW G260) mit der realisierten Anlage erfüllt und sogar noch übertroffen werden kann.
Die Anlage ist weitestgehend automatisiert und erlaubt durch den einfachen und kontinuierlichen Charakter des Prozesses einen sehr stabilen Regelbetrieb. Die Auswertungen in Hinblick auf den Strom- und Betriebsmittelbedarf der Anlage lassen einen, im Vergleich zu den bereits etablierten Verfahren zur Biogasaufbereitung, außerordentlich konkurrenzfähigen und ökonomischen Betrieb erkennen. Ein weiterer entscheidender Vorteil der angewandten Technologie ist der kompakte und platzsparende Aufbau. Die gesamte Aufbereitungsanlage für die genannte Kapazität inklusive Kompression und Feinentschwefelung, Regelungstechnik und Kühlmittelaufbereitung findet leicht in einem handelsüblichen 30-Fuß-Container Platz. Im Laufe des Projektes „Virtuelles Biogas“ wurde weiters ein neuartiges Konzept zur Entschwefelung von Biogas realisiert. Dieses Konzept beinhaltet einen chemisch-oxidativen Wäscher, welcher bereits in Bruck an der Leitha errichtet wurde, und dessen Betrieb nun in einem Nachfolgeprojekt hinsichtlich Chemikalienverbrauch und dynamischer Abscheideleistung optimiert wird. Innerhalb des Zeitraumes des Dauerversuchsbetriebes werden im Jahresdurchschnitt ungefähr 800 Haushalte in Bruck an der Leitha mit regionalem und erneuerbarem Erdgassubstitut versorgt. Durch Transport über das Erdgasnetz und virtuelle Verrechnung kann das eingespeiste Biomethan auch an CNG-Tankstellen abgegeben und im automotiven Bereich genutzt werden.
Projektpartner sind: AVL List GmbH, Axiom GmbH, Biogas Bruck/Leitha GmbH, Bionik Filtersysteme GmbH, Energiepark Bruck/Leitha, EVN Wärme GmbH, Grazer Energieagentur GmbH, LuPower GmbH, OMV Gas & Power GmbH, OMV Future Energy Fund GmbH, Technische Universität Wien, Universität für Bodenkultur, Universität Wien, Wien Energie Gasnetz GmbH.
