Echtzeit-Sensorsystem macht Biogas-Produktion flexibler und effektiver
Green Impact Startup der Uni Ulm erhält EXIST-Förderung
Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat ein Sensorsystem entwickelt, das Fermentationsprozesse in Biogasanlagen in Echtzeit überwacht und die Messwerte ortsunabhängig verfügbar macht. Das Startup OptProC, das sich rund um dieses patentierte Mess-System gegründet hat, erhält vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz Fördergelder aus dem EXIST-Programm in Höhe von 151.400 Euro.
Das Mess-System zur Echtzeitüberwachung von Biogasfermentern (Abb.: OptProC) besteht aus einer Messlanze mit optischem Sensor, hier verbaut im Maischetank einer Biogasanlage (links), sowie einer Messbox (Mitte), in der die Daten gesammelt, aufbereitet und an ein mobiles Endgerät weitergeleitet werden. Messwerte wie Temperatur und CO2-Partialdruck können in Echtzeit auf dem Smartphone abgelesen werden (rechts)
OptProC
Biogas ist eine wichtige regenerative Energiequelle zur Erzeugung von Wärme und Strom. Vor allem in Zeiten der „Dunkelflaute“, wenn weder die Sonne scheint noch der Wind weht, können Biogasanlagen Produktionslücken bei der regenerativen Energieerzeugung abdecken. Im Winterhalbjahr sind sie darüber hinaus wichtige Lieferanten für Wärme in lokalen Netzen. Vorausgesetzt, die biologische Methanerzeugung lässt sich entsprechend steuern und die Prozesse bedarfsgerecht terminieren. Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat ein Sensorsystem für die Echtzeitüberwachung von Fermentationsprozessen entwickelt, das Informationen zum Biogasprozess direkt auf das Smartphone übermittelt. Die Messdaten helfen bei der automatischen Überwachung der Prozessstabilität und ermöglichen damit eine hohe und zugleich flexible Methan-Produktion.
„Das optische Sensorsystem erfasst direkt in der Fermenterflüssigkeit die Temperatur und den CO2-Partialdruck, der angibt, wieviel Kohlendioxid das Gasgemisch enthält“, erklärt Professor Marian Kazda, ehemaliger Leiter des Instituts für Systematische Botanik und Ökologie an der Universität Ulm. Der Biogasexperte hat das Echtzeitmessverfahren gemeinsam mit wissenschaftlichen Mitarbeitern bis zur Praxisreife entwickelt. Das patentierte Verfahren besteht aus einer Messlanze und einem Messgerät, das die Messwerte zu einem Cloud-Speicher überträgt. Dort werden die Daten aufbereitet. Beim Abruf über ein mobiles Endgerät erhalten die Nutzer weiterführende Informationen über den Fermentationsstatus und die bisherige Entwicklung. Rund um dieses Mess-System hat sich an der Universität Ulm nun ein Startup zur Weiterentwicklung und Vermarktung herausgebildet, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit einem EXIST-Gründungsstipendium gefördert wird. Die Uni-Ausgründung OptProC – das Akronym steht im Deutschen für optische Prozesskontrolle – erhält für die Jahre 2023 und 2024 insgesamt 151.400 Euro.
Das Messystem hilft bei der Optimierung der Prozessführung - zur Maximierung der Methanausbeute
Biogasanlagen erzeugen aus organischem Material wie Schweinemist, Gülle, Maissilage oder auch aus speziellen „Energie“-Pflanzen wie Silphie ein Gemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid. Das Methan wird dann in Blockheizkraftwerken in Strom und Wärme umgewandelt. „Eine hohe Methanausbeute gibt es allerdings nur bei einer optimierten und stabilen Prozessführung“, erklärt Kazda. Der CO2-Partialdruck in der Fermentermaische ist ein guter Indikator, um die Prozessführung zu beurteilen. Damit lassen sich auch die optimale Substratzufuhr bestimmen sowie Störungen durch Überlast vermeiden. „Wir können mit unserem System zur optischen Prozesskontrolle einen wichtigen Beitrag zur Automatisierung von Anlagen leisten und dafür Sorge tragen, dass die Prozessführung optimiert und flexibilisiert werden kann“, so der Biologe und Gründungsmentor.
Bislang war die Fermenterkontrolle nur über teure und zeitlich verzögerte Laboranalysen möglich. Das in Ulm entwickelte optische Mess-System kann die Dynamik und Stabilität des Fermentationsprozesses direkt in der Reaktionsflüssigkeit in Echtzeit überwachen. Es ist robust, kostengünstig und kann in bestehende Biogasanlagen leicht integriert werden. Seine Praxistauglichkeit hat es bereits in mehr als zwanzig Biogasanlagen unterschiedlicher Bauart unter Beweis gestellt. „Unser Ziel ist es, die Biogasanlagenbetreiber zu unterstützen. Sie können mit dem OptProC-System den Gärprozess direkt und ortsunabhängig überwachen. Bei Störungen erhalten sie eine Handlungsempfehlung. So können Substratkosten reduziert und die Anlage optimal betrieben werden“, erklärt Andreas Rembold, der in der Ausgründung für die Biogastechnik und Sensorik zuständig ist. Zum Team von OptProC gehören außerdem Dr. Sharif Ahmed, der sich um die technische Entwicklung und Datenauswertung kümmert, sowie Lars Seisser, der für die Datenkommunikation und das End-User Interface verantwortlich ist.
Die Entwicklung des Sensorsystems zur Echtzeitüberwachung von Biogasfermentern wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert und zwar im Rahmen eines Förderaufrufs zur „Flexibilisierung der Biogaserzeugung“. Die darauf aufbauende Ausgründung wird vom Entrepreneurs Campus begleitet, dem Gründungsförderungs-Team der Universität Ulm.
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