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2013|14 Jahresbericht Fraunhofer IGB

122 BIOGASPRODUKTION AUS NEBENPRODUKTEN DER VERWERTUNG VON KRABBENSCHALEN Barbara E. Waelkens M. Sc. Ausgangssituation Chitin ist eine der Hauptkomponenten des Außenskeletts von Arthropoden, wie z. B. von Krabben, Hummern sowie Garne- len, und ist damit eines der meist verbreiteten Biopolymere der Welt. Das Anwendungspotenzial von Chitin und seinen Derivaten ist zwar groß, bisher aber noch nicht umgesetzt. Das von der EU geförderte Projekt »ChiBio« strebt daher mit einem internationalen Forscherteam an, die nachhaltige Nut- zung von Krabben- und Garnelenschalen weiterzuentwickeln. Nach dem Konzept einer Bioraffinerie werden neue Prozesse entwickelt, um Chitin als Ausgangsstoff für Spezialchemika­ lien zu verwenden. Energetische Nutzung proteinreicher Abfallströme Hauptkomponenten der Krabbenschalen sind neben Chitin auch mineralische Materialien, insbesondere Kalziumsalze, und Proteine [1]. Der erste Verfahrensschritt zur Nutzung von Chitin ist dessen Extraktion. Dieser Prozess kann chemisch (Säure-Lauge-Extraktion) oder enzymatisch durchgeführt wer- den. Bei dem chemischen Prozess entstehen eine proteinreiche Lauge und eine kalziumreiche saure Lösung. Für ein möglichst abfallfreies Bioraffineriekonzept kann der proteinreiche Ab- fallstrom zur energetischen Nutzung eingesetzt werden. Die Vorteile der anaeroben Vergärung organischer Stoffe wurden schon 1964 von McCarty [2] identifiziert: Ein hoher Grad an Stabilisierung des organischen Materials, ein niedriger Nähr- stoffbedarf, kein Bedarf an Sauerstoff und die Gewinnung von Biogas, das als erneuerbare Energiequelle dienen kann. Herausforderungen für die Biogasproduktion Grundsätzlich kann fast jede Art organischer Substanz zu Bio- gas umgesetzt werden. In Europa ist die Biogasproduktion und -nutzung in der Klärtechnik sowie in der Landwirtschaft mittlerweile weit verbreitet. Selbst in der Industrie wird die Anaerobtechnik in über 65 Ländern eingesetzt und insgesamt wurden bisher über 1400 Anlagen von 16 Anlagenbauern in- stalliert [3]. Eine der Herausforderungen im Projekt ChiBio ist es, eine möglichst nachhaltige Verwertung der entstehenden Nebenprodukte technisch umzusetzen. Hierzu wurde das Bio- gasproduktionspotenzial der Nebenprodukte ermittelt, die bei der chemischen Extraktion von Chitin aus Garnelen- und Krabbenschalen anfallen (Abb. 1). Verglichen mit anderen Substraten sind diese Nebenproduk- te durch einen niedrigen organischen Trockenmassengehalt, extreme pH-Werte und hohe Salzkonzentrationen gekenn- zeichnet. Während typische Substrate wie Schlamm aus der Abwasserreinigung oder Gülle ein Verhältnis von organischer Trockenmasse zur Gesamttrockenmasse (oTR / ​TR-Verhältnis) von 60 Prozent bzw. 80 Prozent aufweisen, liegt das oTR / ​ TR-Verhältnis bei den nach der Chitinextraktion von Krabben- und Garnelenschalen anfallenden Nebenprodukte bei ca. 15 Prozent bzw. 30 Prozent. Potenzial für die Biogasproduktion Für die Ermittlung des Biogasproduktionspotenzials wurden 1-Liter-Reaktoren im Labormaßstab (Abb. 2) mit dem Neben- strom von jeweils chitinextrahierten, proteinhaltigen Garne- lenschalen und zwei verschiedenen Chargen von Krabben- schalen (Mai und Juli) als Substrat betrieben. Die Experimente wurden als Fed-Batch mit zwei Beschickungszyklen durchge- führt. Die spezifische Biogasproduktion des Garnelenschalen- Nebenstroms (Abb. 3) entsprach 1125 mlN / ​goTR im ersten so- wie 830 mlN / ​goTR im zweiten Beschickungszyklus. Damit war 21 ENERGIE

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