DD240564A1 - Verfahren zur mikrobiellen erzeugung von heizwaerme und anderen produkten - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein mikrobielles Verfahren zur Erzeugung von nutzbarer Waermeenergie, wobei volkswirtschaftlich effektiv verwertbare mikrobielle Nebenprodukte gebildet werden. Als Energiequellen fuer die mikrobielle Wandlung kommen vorzugsweise energiereiche Rohstoffe, wie Erdgas, zum Ensatz. Die Erfindung kann in der stoff- und energiewandelnden Industrie angewandt werden. Ziel der Erfindung ist die effektive und umweltfreundliche Gewinnung von Waermeenergie und ihre energieoekonomische Nutzung. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein solches mikrobielles Verfahren auszuarbeiten, das es gestattet, die Reaktionswaerme auf einem Temperaturniveau 60C energieoekonomisch, z. B. zur Heizung von Wohnhaeusern und Produktionsanlagen, zu nutzen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch die Kultivierung von extrem thermophilen Mikroorganismen bei Temperaturen 60C und Drucken 1 atm geloest. Die Reaktionswaerme wird ueber Waermeaustauscher Wasser in einem Heizkreislauf bzw. zur Heizung gefoerderten Tiefenwaessern zugefuehrt.
Description
Die Erfindung betrifft ein mikrobielles Verfahren zur Erzeugung von Heizwärme und anderen volkswirtschaftlich effektiv verwertbaren Produkten, wie z. B. Einzellerprotein und thermostabile Enzyme. Sie kann in der Energie- und Stoffwirtschaft zur Heizung von Betriebs- und Wohneinheiten bei gleichzeitiger Herstellung von mikrowellen Wertstoffen eingesetzt werden.
Auf dem Gebiet der Energiewirtschaft sind eine Vielzahl von Verfahren zur Umwandlung nicht regenerierbarer Primärenergieträger, wie Kohle, Erdöl oder Erdgas, bekannt, bei denen durch Verbrennung dieser Rohstoffe unter entsprechenden Umwandlungsverlusten Nutzenergie, z.B. elektrische Energie oder Heizwärme erzeugt wird (Grathwohl, M., Energieversorgung, Berlin, New York, de Gruyter-Verlag, 1978).
Diese Verfahren sind damit verbunden, daß Rohstoffe für die stoffwandelnde Industrie verloren gehen. Beim Verbrennungsprozeß entstehen zudem schadstoffreiche Abgase, die entweder die Umwelt belasten oder mit erheblichem Umfang entfernt werden müssen.
Es sind auch Ergebnisse bekannt, wonach Energieträgermittels Biokonversion erzeugt werden können, z.B. kohlenwasserstoffhaltige Pflanzensäfte bestimmter Euphorbia-Gewächse. Bei Verwendung dieser landwirtschaftlich erzeugten Energieträger treten letztlich ähnliche Umweltprobleme auf wie beim Einsatz fossiler Rohstoffe.
Die Verwendung der Abwärme von biologischen Wächstumsvorgängen in Reaktoren wird in der DE-AS 2845384 beschrieben. In diesem Verfahren wird die beim Wachstumsprozeß von Hefezellen erzeugte Wärme dazu herangezogen, die Verdampfung von Wasser aus der Nährlösung zum Zwecke einer Wirbelbettgranulation der gewonnenen Mikroorganismen zu realisieren. Die notwendige Wärmemenge wird durch eine aufwendige Hochleistungsfermentation erreicht. Die Verwendung der anfallenden Wärme als Heizwärme in entsprechenden Kreisläufen ist nach diesem Verfahren nicht möglich, da zur Realisierung eines wirtschaftlich ausnutzbaren Temperaturniveaus eine besondere Strategie zum mikrobiellen Regime notwendig ist, will man die zusätzlichen Energie- und Investkosten für Wärmepumpen umgehen.
Ziel der Erfindung ist die Gewinnung von Heizwärme in einem effektiven und umweltfreundlichen Verfahren auf einem Temperaturniveau, welches ohne Einsatz von Wärmepumpen eine direkte Verwertung möglich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Heizwärme auf einem Temperaturniveau >60°C in einem mikrobiellen Verfahren durch den Einsatz geeigneter Mikroorganismen zu gewinnen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, extrem thermophile Mikroorganismen bei Temperaturen >60°C und Drucken > 1 atm zu kultivieren und die entstehende Reaktionswärme einem Wärmeträger zuzuführen.
Als Mikroorganismen, die gemäß dieser Erfindung zur Produktion von Heizwärme eingesetzt werden, kommen generell alle extrem thermophilen Mikroorganismen in Betracht.
Beispielsweise können Spezies der Gattungen Bacillus, Thermus, Methylobacter und Methylococcus in Rein- oder Mischkultur Verwendung finden.
Vorteilhafterweise können die Stämme TP 5/85 ZIMET 11093, eine Mischkultur dieses Stammes mit Stämmen von Thermus aquaticus bzw. die Stämme GBT1 ZIMET, GBT2 ZIMET bzw. GBT3 ZIMET einzeln oder als Mischkultur eingesetzt werden. Finden diese vorzugsweise einzusetzenden Stämme Verwendung, sind als Kohlenstoffsubstrat im Kultivierungsprozeß für TP 5/85 kohlehydrathaltige und für GBT1-3 methanhaltige Substrate einzusetzen.
Die Kultivierung erfolgt in bekannter Weise stationär oder vorzugsweise dynamisch (DDWP 219036). Auch unter Verwendung anderer, zum Stand der Technik zu rechnender thermophiler Mikroorganismen erfolgt das der Wärmegewinnung dienende Kultivierungsverfahren in bekannter Weise.
Das Hauptprodukt der erfindungsgemäßen Verfahrensweise stellt energieökonomisch zu nutzende Reaktionswärme auf einem Temperaturniveau >60°C dar. Diese Reaktionswärme wird über Wärmetauscher einem Wärmeträger, z.B. Wasser in einem Heizkreislauf bzw. Tiefenwässern, zugeführt. Natürlich kann eine weitere Anhebung des erreichten Temperaturniveaus mittels
Wärmepumpen erfolgen, es ist jedoch besonders vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, daß eine direkte Verwertung der Reaktionswärme zu Heizzwecken ohne Wärmepumpe erfolgen kann. Die Heizwärme kann beispielsweise zur Beheizung von Wohnhäusern und Produktionsanlagen genutzt werden.
Als mikrobielle Nebenprodukte fallen Zellmasse und andere intra- und extrazelluläre Produkte, wie thermophile Enzyme und organische Säuren, an, die die Ökonomie des Verfahrens weiter verbessern können.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele verdeutlicht:
Eine extrem thermophile definierte Mischpopulation, bestehend aus den Bakterienstämmen TP 5/85 ZIMET11093 und Thermus aquaticus im Verhältnis von 1:1, wurde kontinuierlich in einem 100-t-Reaktor bei 75°C auf Sulfitablauge bei einer Verweilzeit von h und einem Druck von 4atm gezüchtet. Die Belüftungsrate betrug 10sl/t h. Das Nährmedium hatte folgende Zusammensetzung:
NH4CI 9,0 g/l
KH2PO4 2,1 g/l
MgSO4 -7 H2O 1,1 g/l
CuSO4-5 H2O 0,14g/l
ZnCI2 0,07 g/l
CoSO4-7 H2O 0,06 g/l
MnSO4-4H2O 0,12g/l
FeCI3 0,001 g/l
Hefeextrakt 1,5 g/l
Reduzierende Substanz 60,0 g/l
(Sulfitablauge) Im stationären Prozeß wurden folgende Prozeßkennziffern erreicht:
Produktivität 12gBTS/kgh
Ausbeute 0,4 g BTS/g reduzierende Substanz
Reaktionswärme 240 kJ/kg h
spezifischeWärmebildung 20kJ/gBTS
Die im Reaktor anfallende Wärme wurde über eine Wärmeaustauschereinheit mit einem Wirkungsgrad von 0,7 Wasser in einem Heizkreislauf zugeführt. Diese Wärmeenergie reicht aus, um pro Stunde 400t Wasser von 35°C auf 750C zu erwärmen. Die Erwärmungszeit wird dabei von der Temperatur des in den Wärmeaustauscher eintretenden Wassers bestimmt. Wenn das Wasser, im Falle der Verwendung von Tiefenwässern, eine Eingangstemperatur von 60°C hat, dann steigt die pro Stunde auf 750C erwärmte Wassermenge. Die erwärmte Wassermenge steigt ebenfalls mit der zur Durchmischung des Reaktors eingetragenen Hilfsenergie
Beispiel 2
Methanoxidierende Bakterien des Stammes GBT1 ZIMET wurden kontinuierlich stationär bei 620C, einem pH-Wert von 7,0, einem Druck von 8 atm, einer Begasungsrate von 75 l/kg h und einem Begasungsverhältnis von 0,84 NI/hO2/NI/hCH4 gezüchtet. Die Durchflußrate betrug 0,25 h"1
Die Zusammensetzung der Nährlösung war pro Liter Wasser (bilanziert für 1 g Zellmassezuwachs):
H3PO4 (80%) 0,028 ml
KH2PO4 35 mg "
MgSO4-7 H2O 25 mg
CuSO4-OH2O 0,79 mg
MnSO4-4 H2O 1,8 mg
FeCI2-4 H2O 1,2 mg " -
ZnCI2 0,32 mg
CoSO4 -7 H2O 0,036 mg
NiSO4-7 H2O 0,11mg
AI2(SO4J3- 18H2O 0,19 mg
Ca(NO3I2-4 H2O 0,88 mg
Na2MoO4-2 H2O 0,04 mg
H3BO3 1,29 mg
CrCI3-6 H2O 0,08 mg
NaNO3 607 mg
Hefeextrakt 100 mg
Unter diesen Bedingungen wurden folgende Prozeßkennziffern erreicht:
Ausbeute 7 g BTS/kg h
Reaktionswärme 0,8 g BTS/g Methan
Durch die Anwendung einer Wärmepumpe wurde der größte Teil der Reaktionswärme in einem 10-t-Reaktorvon einem Temperaturniveau von 620C auf 75°C gebracht (Wirkungsgrad 0,9). Die Wärmeenergie reicht aus, um 45t Tiefenwässer von 65 T auf 75°C in einer Stunde zu erwärmen. Dabei wird ein Wärmeaustauscher mit einem Wirkungsgrad von 0,7 zur Wärmeübertragung eingesetzt.
Claims (4)
- Patentansprüche:1. Verfahren zur mikrowellen Erzeugung von Heizwärme und anderen Produkten, gekennzeichnet dadurch, daß extrem thermophile Mikroorganismen bei Temperaturen >60°Cund Drucken >1 atm kultiviert werden und die Reaktionswärme einem Wärmeträger zugeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Bakterien der Gattungen Bacillus, Thermus, Methylobacter oder Methylococcus verwendet werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Bakterien des Stammes TP 5/85 ZIMET 11093, eine Mischpopulation aus TP 5/85 und Stämmen von Thermus aquaticus bzw. die Stämme GBT1 ZIMET, GBT2 ZIMET und GBT3 ZIMET einzeln oder als Mischpopulation verwendet werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Wärmeträger Wasser eines Heizkreislaufes oder gefördertes Tiefenwasser verwendet werden.
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| DD240564A1 true DD240564A1 (de) | 1986-11-05 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0289796A3 (en) * | 1987-04-08 | 1989-11-29 | Research Association For Utilization Of Light Oil | Method of treating microorganism cells containing tryptophanase or treated product thereof |
-
1985
- 1985-09-10 DD DD28047985A patent/DD240564C2/de not_active IP Right Cessation
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| DD240564C2 (de) | 1988-05-25 |
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