Ein wissenschaftlicher Artikel, der einfach von 4 brasilianischen und zwei amerikanischen Wissenschaftlern gedruckt wurde, untersucht positive Aspekte der elektrischen und thermischen Energie, die erhalten wird, wenn Biertreber (Gerstenbagasse), ein reichlicher Abfall, der beim Bierhandel anfällt, mit Ultraschall behandelt wird, bevor die anaerobe Vergärung durchgeführt wird. ein mikrobiologischer Verlauf, der den Verbrauch natürlicher Stoffe und die Herstellung von Methan umfasst.
Die Vorbehandlung erzeugte Biogas mit 56 % Methan, 27 % mehr als der ohne den Einsatz von Ultraschall erhaltene Anteil. Nach der Reinigung in Methan kann das Biogas als Autobenzin mit einem sehr niedrigen CO2-Fußabdruck im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Kraftstoffen verwendet werden. Darüber hinaus könnte das Methan in Blockheizkraftwerken von der Brauerei verbrannt werden, um elektrische Energie und Wärme bereitzustellen. Der Endabfall kann als Biodünger als Ersatz für Mineraldünger verwendet werden. Die Methodik wird ausführlich in dem Artikel beschrieben, der im gedruckt wird Zeitschrift für sauberere Herstellung.
Der progressive Kurs wurde am Labor für Biotechnik und Wasser- und Abfallbeseitigung (Biotar) innerhalb der Fakultät für Lebensmitteltechnik (FEA-UNICAMP) des State College of Campinas entwickelt. Die Leiterin der Analysegruppe, Tânia Forster-Carneiro, ist Hauptforscherin für ein von FAPESP unterstütztes Projekt.
Lebensmittelverarbeitende Betriebe verfügen gemäß der Verordnung über Pflanzen für die Abwasserbehandlung, behandeln jedoch nicht immer natürliche starke Abfälle, die normalerweise auf bewirtschafteten oder geordneten Deponien verbracht oder zur Bereitstellung von Tierfutter verwendet werden. „Eine Analyse, die natürlichen starken Abfällen einen Wert verleiht, ist für den Handel und die Gesellschaft insgesamt von entscheidender Bedeutung“, sagte Forster-Carneiro. „Insbesondere bei dieser Untersuchung haben wir den Abfall mit Ultraschall vorbehandelt, eine anfängliche Erfahrung, die normalerweise nur im Labor genutzt wird, und so die nächste Stufe der Methanherstellung erreicht. Die Ergebnisse waren sehr optimistisch.“
Postdoktorandin Luz Selene Buller und Ph.D. Kandidat William Sganzerla, beide Stipendiaten von FAPESP, sind zusätzlich Mitglieder der Analysegruppe.
Wie Sganzerla definierte, sind Brauereiabfälle Lignozellulose (bestehend aus Lignin, Zellulose und Hemizellulose), und die Mikroorganismen, die an der anaeroben Vergärung beteiligt sind, können nicht einfach in die Zellwände eindringen. „Die Beschickung eines anaeroben Vergärungsreaktors mit Lignozellulose-Rohstoffen erzeugt geringe Mengen an Methan, weil die Mikroorganismen diese Biomasse nicht auffressen, die durch Vorbehandlung geschädigt werden muss.“
Die Studie analysierte auch die Energierückgewinnungswege während des gesamten Verfahrens und kam zu dem Schluss, dass die durch das Biogas erzeugte elektrische Energie 80 % der Energie ausgleicht, die für die Vorbehandlung mit Ultraschall und anaerobe Vergärung erforderlich ist, während zusätzlich ein 50 % größerer thermischer Energieüberschuss als der Überschuss erzeugt wird Wärme, die ohne Ultraschall erzielt werden kann.
„Ein technologisches Problem ist die Anwendung einer nachhaltigen Vorbehandlung, die wenig Energie verbraucht“, sagte Sganzerla. „Eine Vorbehandlung mit übermäßigem Energieverbrauch ist für industrielle Anwendungen nicht praktikabel. Aus diesem Grund wird die bei der Verbrennung des Biogases erzeugte elektrische Energie für den Ultraschall genutzt. Die erzeugte Wärme kann im Handel für die unterschiedlichsten Prozesse genutzt werden, die erforderlich sind Wärmeenergie. All dies folgt den Ideen des runden Wirtschaftssystems zur Herstellung von Speisen mit geringem CO2-Ausstoß.“
Laut Buller sind das Recycling von Nährstoffen und die heimische Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien der Schlüssel zur nachhaltigen Verbesserung und Dekarbonisierung der Lebensmittelherstellung.
Detaillierte Berechnungen
Für Forster-Carneiro sind die extrem detaillierten Messungen, die in der Studie gemacht wurden, der Hauptgrund, warum der Artikel viel Beachtung in der wissenschaftlichen Gruppe gefunden hat. „Wir haben die Stabilität von Masse und Energie in allen ein- und ausgehenden Strömen berechnet. Wir haben bestätigt, dass es möglich ist, 0,23 Megawattstunden elektrische Energie für jede Tonne verarbeiteter Gersten-Bagasse bereitzustellen“, sagte sie.
Die Studie zeigt auch das Potenzial zur Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien auf, um die Treibhausgasemissionen zu mindern. Seit über 5 Jahren arbeitet Forster-Carneiro mit Michael Timko, dem vorletzten Ersteller des Artikels, zusammen. Timko ist Professor am Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts (USA) und außerdem Spezialist für Abfallverwertung. „Die Untersuchung war großartig“, sagte sie. „Nur wenige Analyseinitiativen fließen in die Berechnungen zur Energiegewinnung aus Methan ein.“
Dieses Experiment entstand unter anderem aus der guten Beziehung zwischen FEA-UNICAMP und einheimischen Brauern, die sich in technischen Besuchen und der Spende von starkem Abfall widerspiegelte. Die beteiligte Brauerei produziert 120-250 Tonnen Gersten-Bagasse pro Woche. „Die Produktionsstätte recycelt diesen Abfall derzeit nicht. Es bietet es nur für die Verwendung in Tierfutter an, aber es könnte gleichzeitig mit der Bagasse fertig werden und Energie produzieren“, sagte Forster-Carneiro.
In diesem Zusammenhang erwähnte Sganzerla die Folgen der landesweiten starken Abfallentsorgung in Brasilien (Gesetz 12.305, erlassen 2010). „Es wird eine Zeit kommen, in der alle Produzenten verpflichtet sind, sich mit dem von ihnen produzierten Abfall zu befassen“, sagte er. „Sie müssen die verfügbaren angewandten Wissenschaften nutzen. Technisch gesehen ist es bereits möglich. Wir nivellieren zahlreiche Möglichkeiten in unserer Untersuchung. Kein Hersteller erreicht dies derzeit in großem Maßstab, da die anaerobe Vergärung zwar existiert und ein tragfähiges Know-how für flüssige und starke Abfälle darstellt, aber für starke und lignozellulosehaltige Abfälle eine besonders gründliche Analyse erforderlich ist.“
Nährstoffreich
Brasilien gehört zu den vielen Top-5-Bierproduzenten auf diesem Planeten. Im Jahr 2019 wurden 14 Milliarden Liter produziert, so der Artikel. Bei der Herstellung von 100 Litern Bier fallen etwa 20 kg Gersten-Bagasse an, so dass in Brasilien jährlich etwa 2,8 Millionen Tonnen erzeugt werden. Im Jahr 2020 patentierten Forster-Carneiro und ihre Mitarbeiter die Verwendung dieses natürlichen Abfalls in anaeroben Reaktoren, die von Brauereien für die Bedürfnisse der Abwasserbehandlung betrieben werden.
Ein Artikel von Forster-Carneiro, Sganzerla, Buller und Solange Mussatto, die der Abteilung für Biotechnologie und Biomedizin des Technical College of Denmark angehört, abgedruckt in der Zeitschrift für sauberere Herstellung im März 2021 eine eingehende Bewertung der finanziellen Vorteile der Abfallverwertung zusammen mit der Düngemittelherstellung.
“Das anaerobe Gärung Natürlich werden Abfälle mit übermäßiger natürlicher Belastung behandelt, wodurch Vitamine produziert werden. Die starke Fraktion, die innerhalb des Reaktors verbleibt, oft Biodigest genannt, besteht hauptsächlich aus gehandhabten Lignozellulosematerialien, die reich an Stickstoff, Phosphor, Kalium und verschiedenen Mineralien sind. Im Fall von gemälzter Gerstenbagasse gibt es neben Protein einen übermäßigen Anteil an Stickstoff, was es zu einem Biodünger macht, der den NPK verändern kann [mineral fertilizer containing nitrogen, phosphorus and potassium]“, sagte Sganzerla.
Forster-Carneiro und ihre Mitarbeiter forschen zudem an der hydrothermalen Vorbehandlung von Gersten-Bagasse. „Wir füttern die Abfall direkt in einen Reaktor, der unter bestimmten Temperatur- und Stressbedingungen die Biomasse hydrolysiert [breaking down the molecules] um ein Hydrolysat bereitzustellen [liquid] mit löslichen Vitaminen. Das ist für Fermentationsprozesse äußerst nützlich. Dennoch ist eine zusätzliche gründliche Analyse erforderlich, um zu einer umweltfreundlichen und nachhaltigen Lösung für die Behandlung von lignozellulosehaltigen Abfällen zu gelangen“, sagte Sganzerla.
Waste not: Essensreste in erneuerbare Energie umwandeln
Zusätzliche Daten:
Luz Selene Buller et al, Ultraschallvorbehandlung von Biertrebern für die anaerobe Vergärung: Biogasherstellung für eine nachhaltige industrielle Verbesserung, Zeitschrift für sauberere Herstellung (2022). DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.131802
William Gustavo Sganzerla et al, Techno-ökonomische Bewertung der Bioenergie- und Düngemittelherstellung durch anaerobe Vergärung von Biertrebern in einer Bioraffinerie-Idee, Zeitschrift für sauberere Herstellung (2021). DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126600
Zitat:
Know-how optimiert Erneuerbare-Energien-Zeitalter aus Braugersten-Bagasse durch den Bierhandel (2022, 15. Juli)
abgerufen am 15. Juli 2022
von https://techxplore.com/information/2022-07-technology-optimizes-renewable-energy-malting.html
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