In der Aceton-Butanol-Ethanol-(ABE)-Fermentation entstehen neben Butanol, dem als nachhaltig gewonnene Plattformchemikalie sowie als Biokraftstoff interessanten Hauptprodukt, weitere flüssige (Aceton, Ethanol, organische Säuren), feste (Clostridien-Biomasse) und gasförmige (H2 und CO2) Produkte, deren Verwertung für ein ökonomisches Konzept notwendig ist. Neben hoher Ausbeute und Produktivität im Fermentationsprozess ist somit auch die integrierte und energieeffiziente Aufarbeitung der verschiedenen Produktströme essentiell für den wirtschaftlichen Erfolg des ABE-Prozesses. Zusätzliche Wertschöpfung kann generiert werden, wenn als Substrat für den Fermentationsprozess organische Abfallströme aus der Agrar- und Nahrungsmittelindustrie zum Einsatz kommen, die anderenfalls kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Ein Beispiel hierfür ist Molke, deren geringe Energiedichte (~42 g/L Laktose = 0.71 MJ/L) eine Verwertung in räumlicher Nähe zu Käsereien sinnvoll macht.
Das Ziel des BuProMo-Projekts ist die Entwicklung und Validierung eines wirtschaftlichen, dezentralen ABE-Fermentationsprozesses sowie einer integrierten Aufarbeitungseinheit auf Basis der Adsorptionstechnik für die Herstellung der Plattformchemikalien Butanol und Aceton sowie weiterer wertiger Produkte. Die zu entwickelnde Technologie richtet sich an Erzeuger von organischen Abfallströmen in der Agrar- und Nahrungsmitteltechnologie, wie z. B. Käsereien. Das Funktionsmuster der modular konzipierten Containeranlage wird mit Molke betrieben werden. Geplant ist ein kontinuierlicher Durchsatz von 1 m3 Molke pro Woche.
Im Rahmen des BuProMo-Projekts wird eine mobile Containeranlage bestehend aus Einheiten für Substratvorbereitung, ABE-Fermentation, Produktaufarbeitung, Abwasserbehandlung und Prozessgas-Aufarbeitung aufgebaut. Hierbei werden die Kompetenzen der ARGUS Umweltbiotechnologie GmbH im Bau von mobilen Containeranlagen zur Reinigung von Grundwasser genutzt. Alle Einheiten werden so flexibel konzipiert, dass sie nach der ersten Inbetriebnahme der BuProMo-Anlage in sich sowie im Zusammenspiel mit den anderen Einheiten optimiert werden können.
Für den kontinuierlichen Fermentationsprozess ist eine Kombination aus Rührkessel- und Festbettbioreaktorstufen vorgesehen, um die jeweiligen Vorteile, d. h. Gewährleistung der metabolische Stabilität und Prozessintensivierung, in den verschiedenen Phasen der ABE-Fermentation nutzbar zu machen. Die Aufarbeitung der flüssigen Fermentationsprodukte aus der wässrigen Fermentationsbrühe wird mit einem zyklischen Adsorptions-Desorptions-Verfahren erfolgen. Das von den Fermentationsprodukten befreite Abwasser wird so nachbearbeitet, dass es die Richtlinien für die Einleitung in die Kanalisation erfüllt.
Zur Abtrennung von Feststoffen aus der Molke (Substratvorbereitung) und aus der Fermentationsbrühe (Produktaufarbeitung) wird am Fraunhofer IPK im Rahmen des Projekts eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge mit zwei getrennten Kammern entwickelt. Ziel dieser Kombination von Prozessschritten ist eine Verringerung der Anschaffungs-, Platz- und Energiekosten der Anlage. Der Monitoringprozess zur Erfassung und Auswertung aller relevanten Stoff- und Energieströme sowie der Material-, Betriebs- und Personalkosten ist schwerpunktmäßig an der Beuth Hochschule für Technik Berlin angesiedelt und soll Wirtschaftlichkeitsanalysen und zukünftige Maßstabsvergrößerungen ermöglichen.
Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik