Kombinierte Wasserstoff- und Methanproduktion zur Nutzung von Abfallströmen auf kommunalen Kläranlagen

In der vorliegenden Arbeit wird eine biologische Wasserstoffproduktion in einem kombiniertem Gesamtsystem, bestehend aus fermentativer Wasserstoff- und Methanproduktion aus dem Labormaßstab in eine praxisnahe halbtechnische Anwendung überführt. Zur Ermittlung wesentlicher Grundlagen sowie praxisrelevanter Betriebsparameter, werden umfangreiche labor- sowie halbtechnische Untersuchungen durchgeführt. In diskontinuierlichen Batch-Versuchen erfolgt eine Evaluation ausgewählter Abfallstoffe für eine anaerobe Wasserstoffproduktion. Zur Abschätzung von Randbedingungen für einen technischen Betrieb sowie zur Beurteilung von substratbedingten Einflüssen auf den wasserstoffbildenden Prozess, werden Laborversuche im 5 Liter-Maßstab durchgeführt. Basierend auf den erzielten Labordaten, wird der biologische Prozess in eine halbtechnische Anlage (138 Liter), bestehend aus einem System aus H₂- und CH₄-Stufe überführt und auf dem Standort einer kommunalen Kläranlage betrieben. Vor dem Hintergrund einer praktikablen Prozessführung, werden in variierenden Aufenthaltszeitbereichen, u.a. die Auswirkungen übermäßiger Temperaturschwankungen auf den gasbildenden Prozess dargestellt und Optimierungsansätze für eine großtechnische Anlage gegeben. Versuche zur Nutzung des H₂-Stufenablaufs als Co-Substrat in einer CH₄-Stufe zeigen u.a., dass es bei einer Steigerung der Gasproduktion von bis zu 25 %, zu keiner negativen Beeinflussung der methanbildenden Biozönose kommt. Durch den direkten Vergleich einer konventionellen Schlammfaulung mit der kombinierten Verfahrensanwendung wird deutlich, dass letztere eine geeignete Möglichkeit für eine energetische Optimierung der kommunalen Klärschlammbehandlung darstellt.