Forschungsschwerpunkt

Biogene Rohstoffe

Vision

Während Goethe in seinem „Faust“ einen der beiden Protagonisten sagen lässt: „Denn alles, was entsteht / ist wert, dass es zugrunde geht“, liegt der visionäre Ansatz im Forschungsschwerpunkt Biogene Rohstoffe darin, möglichst nichts, was in der Agrar- bzw. Ernährungswirtschaft „entstanden“ ist, „zugrunde gehen“ zu lassen: Im Mittelpunkt steht der Kreislaufgedanke. Dieser manifestiert sich u. a. in der Erforschung und Entwicklung von technologischen Verfahren zur Nutzung der Nebenprodukte von Produktions- und Verarbeitungsverfahren. Er hat daher im Sinne der gängigen Definitionen von „Nachhaltigkeit“ mindestens eine ökologische und eine ökonomische Komponente. Ökologisch stehen die Vermeidung von Abfällen, die Erfassung von Biomassepotenzialen sowie die Vervollständigung energetischer und stofflicher Kreisläufe im Fokus.

In ökonomischer Hinsicht erlangt die Erarbeitung von technologischen Möglichkeiten einer zusätzlichen Wertschöpfung einerseits konkrete betriebswirtschaftliche, andererseits aber auch volkswirtschaftliche Bedeutung. Umfangreiche Arbeiten in diesem Forschungsschwerpunkt sind gerichtet auf die Entwicklung von innovativen Verfahren zur Gewinnung von Wertstoffen aus (1) den direkten Nebenprodukten („Abfällen“) der pflanzlichen und der tierischen Produktion sowie (2) der stofflichen Verarbeitung bzw. energetischen Verwertung der eigentlichen Haupterzeugnisse dieser Produktionsverfahren. Beispiele hierfür sind aktuelle Forschungsarbeiten zur Verwertung von Faserstoffen (sowohl pflanzlicher als auch tierischer Herkunft), zur Biogaserzeugung (mit Blickpunkt auf die Eingangs- und die Ausgangssubstrate) sowie zur Optimierung von Prozessen der stofflichen und energetischen Nutzung von Biogenen Rohstoffen.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Boris Habermann

Technische Ausstattung

Biogastechnikum

  • Batch-Aufbauten (Typ Eudiometer) für Biogaspotentialbestimmungen (90 Einzelplätze)
  • 4 Reaktoren für (semi-) kontinuierliche Prozessversuche mit automatisierter Messtechnik, inkl. Rührtechnik mit Drehmomentanzeige
  • FOS/TAC-Analytik
  • Gasmessgerät (CH4, CO2, O2, H2S)

Mess-Technikum

  • Bodenatmungsmessgerät (Typ Carbo2Bot, 160 Einzelplätze)

Technikum Probenvorbereitung und Pflanzenversuche

  • Gefriertrockner
  • Mühlen
  • Klimakammer

Nass-chemische Laboratorien, z.B.

  • Gelelektrophorese
  • Materialprüfmaschine "zwicki 2.5 kN" (Zwick Roell)
  • Karl-Fischer-Titration
  • Ultrafiltration
  • Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC)
  • Enzymassays und wässrige Hydrolysen (inkl. Multiplattenreader)
  • Tensiometer

Publikationen

Dissertationen

  • Wragge V. (2014): Gärprodukte aus Biogasanlagen im landwirtschaftlichen Stoffkreislauf. Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
  • Schimpf U. (2014): Enzymatischer Abbau des Lignocellulosekomplexes in Energiepflanzen unter besonderer Berücksichtigung der Silierung und der Biogasproduktion. Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Präsentationen

  • Wilken V.; Zapka O.; Muskolus A.: Product quality of P-recycling products: fertilizing efficiency – results of pot and field trials. P-Rex Final International Workshop. Amsterdam, Juni 2015
  • Nielsen K.,  Sensel-Gunke K., Krieger J.,  Hoffmann M.,  Ellmer, F.: Mineralisierung von Gärprodukten aus Biogasanlagen. Fachtagung: Pflanzenbauliche Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen. Berlin, 10.-11. März 2015
  • Schimpf U., Schulz R., Schrader A.: Biocatalysts in biogas processes for higher resource and energy efficiency. 18th World Congress of CIGR, Agricultural and Biosystems Engineering - Upgrading the Quality of our life. Beijing, China, 16.-19. September 2014
  • Habermann, B.: Monitoring of biogas plants – experiences in laboratory and full scale. Conference of Decentralized Biogas Digesters and their Slurry Management. Goa, India, 20.–22. November 2014
  • Wragge V.; Nielsen K.; Roß C.-L.; Sensel-Gunke K.: Environmental impact and decomposition stability in soil of waste based biogas digestates as influenced by post-treatment methods. 9th IWA International Symposium On Waste Management Problems in Agro-Industries. Kochi, Japan, November 2014
  • Schimpf U.: Mehr Methan durch Pilze. In: Proceedings of Biogas13 - Der österreichische Biogas-Fachkongress der ARGE Kompost & Biogas Österreich und klima:aktiv, p. 27-37. WIFI St. Pölten, Austria, 2013Online: http://www.youtube.com/watch?v=JxIOW2TH30w
  • Nielsen K., Sensel-Gunke K.: Untersuchungen zur Abbaustabilität organischer Substanz in Gärprodukten aus Biogasanlagen. Fachtagung: Pflanzenbauliche Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen. Berlin. 20.-21. März 2013
  • Nielsen K., Sensel-Gunke K., Ellmer F.: Agronomic and Ecological Effects of Biogas Residues on Soil. 16th Scientific Convention on Engineering and Architecture, Congreso Internacional del Centro Europeo Latinoamericano de Logística y Proyectos Ecológicos. Havana, Cuba, 26.-30. November 2012
  • Schimpf U., Schulz R., Pelenc V., Wolf M.: Biokatalysatoren zum Aufschluss von nachwachsenden Rohstoffen. In: Bornimer Agrartechnische Berichte, Heft 79. BiogasPOTENZIALE - Erkennen, Erforschen, Erwirtschaften. 2. Öffentliches Symposium des Biogas Competence Networks (BCN) und 7. Fachtagung Biogas 2012 von ETI und LUGV, p. 76 86. Potsdam, Germany, 2012 (ISSN 0947-7314)
  • Schimpf U., Nielsen K., Schulz R.: Biorecycling zur Gewinnung von Biokatalysatoren für den Biogasprozess. In: Tagungsband des 5. Innovationskongresses. Biogas Innovationskongress 2012 - Effizienzsteigerung von Biogasanlagen - Vorstellung der 14 besten Biogas-Innovationen der letzten 12 Monate, p. 81 94. Osnabrück, Germany, 2012 (ISBN 978-3-9813776-2-0)

Poster

  • Ritzi E.; Wragge V.; Habermann B.; Palela, M.: Methoden zur Bestimmung der organischen Säuren im Gärprozess. BIOGAS Jahrestagung und Fachmesse 2013. Leipzig, 29.-31. Januar 2013
  • Niemeijer B., Schimpf U., Tschuikowa S., Stiel A., Osthoff S.: Sugar Bags II   Molecules for Mycotoxin Capture. ISM MycoRed International Conference Europe 2013 – Global Mycotoxin Reduction Strategies. Martina Franca, Italy, 27.-31. May 2013
  • Hanreich A., Schimpf U., Zakrzewsky M., Schlüter A., Klocke M.: A metagenomic approach to assess time dependent changes within a mesophilic biogas producing community. 4th Congress of European Microbiologists, FEMS 2011. Geneva, Switzerland, 26.-30. Juni 2011
  • Junne S., Neubauer P., Lopez-Ulibarri R., Berger T. R. G., Schimpf U., Pelenc V., Mähnert P., Renpenning J.: Determination of the rheologic behavior of fermentation broth in biogas plants. 14th International Biotechnology Symposium and Exhibition. Rimini, Italy, 14.-18. September 2010

Artikel

  • Habermann B., Ritzi E., Schulze F.: Monitoring of biogas plants - experiences in laboratory and full scale. Carbon – Science and Technology 7 (2): 1-7
  • Schimpf U. (2015): Enzymapplikationen: Stand und Perspektiven. Joule 1: 59-62 (ISSN 1866-2021)
  • Nielsen K., Sensel-Gunke K., Krieger, J., Ellmer, F. (2013): Gärprodukte - besser für den Humusaufbau als gedacht. Biogas Journal 6, S. 48-51
  • Schimpf U., Hanreich A., Mähnert P., Unmack T., Junne S. and Lopez-Ulibarri R. (2013): Improving the Efficiency of Large-Scale Biogas Processes - Pectinolytic Enzymes Accelerate the Lignocellulose Degradation. Journal of Sustainable Energy and Environment. 4 (2): 53-60
  • Schimpf U. (2013): Mehr Gas mit Pilzen. In: Biogas spezial, p. 42-44. Beilage in: dlz agrarmagazin, Joule, Neue Landwirtschaft zur Jahrestagung Fachverband Biogas, Leipzig, Germany (ISSN 1866 4547)
  • Sensel-Gunke K., Schimpf U., Getz J., Krocker M. (2013): Enzyme-containing faeces of herbivores increases biogas yield of energy crops. Agricultural Engineering. 68 (2): 112-116
    Online: https://www.landtechnik-online.eu/ojs-2.4.5/index.php/landtechnik/article/viewFile/2013-2-112-116/206
  • Nielsen K., Sensel K., Bermejo G., Krück S., Ellmer F. (2013): Humusreproduktion durch Gärreste. LOP - Landwirtschaft ohne Pflug 11, S. 28-32
  • Hanreich A., Schimpf U., Zakrzewski M., Schlüter A., Benndorf D., Heyer R., Rapp E., Pühler A., Reichl U., Klocke M. (2013): Metagenome and metaproteome analyses of microbial communities in mesophilic biogas-producing anaerobic batch fermentations indicate concerted plant carbohydrate degradation. Systematic and Applied Microbiology. 36 (5): 330-338
    Online: http://dx.doi.org/10.1016/j.syapm.2013.03.006
  • Ritzi E.; Habermann B. (2012): Spezialtenside  für  die  Gewässer- und  Bodensanierung  auf Basis biogener Reststoffe –TiNasid. LIFIS ONLINE – Internet-Zeitschrift des  Leibniz-Instituts für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS)
  • Sensel K.; Wragge V.; Ellmer, F. (2009): Pflanzenbauliche Nutzung von Gärprodukten. Gülzower Fachgespräche 30.

Projekte

  • Verbundvorhaben: Biokatalysatoren in Bioreaktoren: Monitoring, Regelung und multikriterielle Optimierung von Biogasprozessen (BioKat); Teilvorhaben 1: Einsatz und Wirkung der Biokatalysatoren; 05/2020
  • Entwicklung eines Misch-Hydrolysates für Fermentationen; 07/2019
  • Verbundvorhaben: Entwicklung einer neuartigen biologisch abbaubaren Mulchfolie mit einstellbarer biologischer Abbauzeit; Teilvorhaben 4: Prüfung der biologischen Abbaubarkeit; 06/2019
  • Verbundvorhaben: Viskositätssensor zur Optimierung von Biogasprozessen (VisOB); Teilvorhaben 2: grundlegende Untersuchungen zur Viskositätsmessunge und zum Zustand des Gesamtprozesses; 10/2018
  • Praxisgerechte Erzeugung extrudierter Alleinfuttermittel aus Nebenprodukten der Süßwasserfischverarbeitung und deren Einsatz in nachhaltiger Aufzucht karnivorer Wirtschaftsfischarten; 09/2017
  • Verbundvorhaben: Grundlagenuntersuchungen zur Verwertung und Nährstoffnutzung sowie zur boden- und pflanzenbezogenen Wirkung von Gärrückständen aus der Abfallvergärung (VeNGA), Teilprojekt: Boden- und pflanzenbezogene Wirkung von Gärprodukten und ihre ökonomische Bewertung; 06/2017
  • Entwicklung von biogenen Tensiden auf Basis von Reststoffsacchariden zum Einsatz als Spezialindustriereiniger (GucoTens); Grundlegende Verfahrensentwicklung der Reststoffsacharideaufbereitung sowie der Tensidsynthese im Labormaßstab; 04/2017
  • Verbundvorhaben: Mikronisiertes Kollagen - Gesundheitsfördernde Applikationen von mikrostrukturiertem Kollagen; Teilvorhaben 1: Chemische Vernetzung von löslichem Kollagen zu stabilen Mikrostrukturen; 01/2017
  • Verbundvorhaben: Ein portables Konzept zur elektrooptischen Erfassung physiologischer Zustände von Bakterienzellen in Biogasprozessen (EloGas); Teilprojekt: Implementierung der elektrooptischen Messmethode als integratives Tool in der Gesamtprozessüberwachung; 07/2016 Abstract
  • Verbundvorhaben: Entwicklung von Sensortechnik und Grundlagen einer flexiblen lastabhängigen Steuerung der Intermediatbildung in zweiphasigen Biogas-Prozessen unter Berücksichtigung einer vollständigen Substratausnutzung (ELAST2P), Teilprojekt: Verwertungsstrategien für Nebenprodukte des zweiphasigen Biogas-Moduls zur Nutzung der Gesamtpflanze; 03/2016 Abstract
  • Gewebekleber aus Biopolymeren für medizinische Anwendungen; 03/2015 Abstract
  • Verbundvorhaben: Langzeitstabile Inline-Messung organischer Säuren zur Beurteilung von Biogasprozessen (LIMOS); 06/2014 Abstract
  • Oxigenatereduktion in Böden durch ein neues technisches Verfahren zum In-Situ-Einsatz (OxiVin); Entwicklung des Teilverfahrens zur biologischen Nachbehandlung der Oxigenate und deren Abbauprodukte; 06/2014 Abstract
  • Entwicklung einer Biogas-Volumenstrom-Messeinrichtung mit integriertem Druckausgleich; 08/2013 Abstract
  • Herstellung eines nativen Spezialtensids - TiNasid - zur Anwendung bei der Bodenkontamination und als "grünes" Dispersionsmittel bei der Gewässersanierung; 07/2013 Abstract ; Innovationskatalog BMWi
  • Natürliche Flockungsmittelsysteme zur Aufbereitung von Gärresten; 05/2013 Abstract
  • Verbundvorhaben Fabes-Modul: Biokatalytischer Aufschluss von NaWaRo; 03/2012 Abstract
  • Netzwerk "BioProScale - Prozessoptimierung für Biogasreaktoren" (Phase 1 und 2); 09/2011 Abstract Phase 1 / Abstract Phase 2
  • Biologische Ionenaustauscher aus pektinreichen Reststoffen zur Reinigung industrieller Abwässer; 08/2011 Abstract
  • Hochadhäsives lösliches Kollagen; 05/2011 Abstract
  • Combi Carbo - Verfahren zur Kombination von PCC-Produktion und Biogasreinigung; 12/2010 Abstract
  • Prozessoptimierung der Biogaserzeugung mittels innovativer Mess- und Regelungstechnik zur Erfassung des gelösten Wasserstoffs als mikrobielles Schlüsselintermediat (BINERWA); Teilprojekt 2: Labortechnische Erprobung von Sensor-Versuchsmustern zur Erfassung des gelösten Wasserstoffs in Biogasreaktoren; 11/2010 Abstract
  • Vernetzung von Proteinen und Xylanen aus nachwachsenden Rohstoffen; 06/2010 Abstract
  • Wechselwirkung des biologischen Systems Gülle mit kontaminiertem Boden als Basis zur Entwicklung eines innovativen hochwirksamen biologischen Bodensanierungsverfahrens -- Biologische Bodensanierung; 04/2010 Abstract
  • BioProScale - Prozessoptimierung für Biogasreaktoren; 06/2009
  • BIOGAS-CROPS-Network; Verbundprojekt Grundlagen der Biogasgewinnung aus pflanzlicher Biomasse: 03/2009 Abstract
  • BIOGAS-CROPS-Network; Verbundprojekt Grundlagen der Biogasgewinnung aus pflanzlicher Biomasse: Teilprojekt: ökonomische Sensitivitätsanalyse des Biogasprozeßes vor- und nachgelagerter Bereiche; 03/2009 Abstract
  • BIOGAS-CROPS-Network; Verbundprojekt Grundlagen der Biogasgewinnung aus pflanzlicher Biomasse: Teilprojekt: Untersuchungen zum Einfluss der enzymatischen Vorbehandlung von Biogas Crops auf die Prozesskette zur Methangewinnung; 03/2009 Abstract
  • Enzymatische Aufbereitung fett- und proteinreicher Abprodukte; 01/2009 Abstract
  • Fest-Flüssig-Trennung von Gärreststoffen aus der Vergärung von Energiepflanzen in Biogasanlagen (Vorlaufprojekt); 08/2008 Abstract
  • Untersuchungen zur Entwicklung von innovativen Xylitkörpern für verschiedene Einsatzgebiete; 05/2008 Abstract
  • Biologische Ionenaustauscher aus pectinreicher Abfallbiomasse, Verfahrens- und Produktentwicklung im Labor; 04/2008 Abstract
  • Bewertung von Veränderungen durch Biomasseerzeugung und Bioenergieproduktion im Raum Gatow; 12/2007
  • Untersuchungen zur biologischen Verwertung von Marktabfällen; 09/2007 Abstract
  • Verfahrensoptimierung der Biogasgewinnung aus flüssigen biogenen Medien durch anwendungsorientierte Grundlagenforschung mit dem Ziel einer schnellen Markteinführung; 08/2007 Abstract
  • Entwicklung von Verfahren zur Nutzung von Abprodukten der industriellen Verarbeitung von Karpfen; 12/2006 Abstract
  • Erarbeitung einer Verwertungsstrategie von Biogas aus Hundekot; 12/2006
  • Entwicklung von Verfahren zur Gewinnung von Caseinen für technische Zwecke zur Herstellung chromatfreier Photoresisten und photohärtbarer Lacke unter umweltgerechter Verwertung von nicht verkehrsfähiger Rohmilch und Überschussmilch; 10/2005 Abstract ; Innovationskatalog BMWi
  • Verfahrens- und Produktentwicklung zum ökoeffizienten Einsatz von Gärrückständen; 10/2005 Abstract
  • Entwicklung von Verfahren der Gewinnung von Rohstoffen aus der Flüssigkeitsphase der Zerkleinerungsanlage für pflanzliche Biomasse (Vorlaufprojekt, wissenschaftliche Projektbetreuung); 01/2005
  • Entwicklung von speziellen Modulen zur automatischen Abtrennung von Fremdbestandteilen während der Zerkleinerung pflanzlicher Materialien; 05/2004 Abstract
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Behandlung fester und flüssiger Abprodukte in der kartoffelverarbeitenden Industrie mittels Ozon; 12/2003 Abstract
  • Entwicklung eines neuartigen mobilen Spezialzerkleinerers für pflanzliche Biomassen; 10/2003 Abstract
  • Erarbeitung von Voraussetzungen und Bedingungen für die Nutzung der Oxidation unter hydrothermalen Bedingungen zur Behandlung von Tiermehlen und Tierfetten unter Anwendung heterogener Katalysatoren; 03/2003 Abstract
  • Untersuchungen zur ökologischen und ökonomischen Verwertung von tierischen Abprodukten; 08/2002
  • Einsatz von biologischen Kationenaustauschern aus pflanzlichen Roh- und Reststoffen zur Entfernung von Schwermetallionen aus Abwasser; 05/2002
  • Vorbereitung eines Verfahrens zur weitgehenden Verwertung von Schlachtabfällen durch Wertstoff- und Energiegewinnung, welches speziell an die Anforderungen mittelständischer Unternehmen angepasst ist; 03/2002
  • Entwicklung von Verfahren der Gewinnung von Wertstoffen für die Pharmazie, Kosmetik und Grundstoffindustrie aus pflanzlichen Abprodukten; 02/2002
  • Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen - Präsentation von Brandenburger klein- und mittelständischen Unternehmen auf der BUGA 2001 in Potsdam; 10/2001
  • Entwicklung einer innovativen, effizienten und umweltfreundlichen Gerbtechnologie auf der Basis eines neuartigen Druckwechselgerbverfahrens und einer innovativen technologischen Mobilanlage zur Druckwechselgerbung im geschlossenen System; 06/2001
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Aufbereitung mineralölhaltiger Abwässer für deren ökologisch unbedenklichen Wiedereinsatz bzw. Entsorgung (standortspezifische Lösung); 09/2000
  • Gewinnung regenerierbarer Industriestoffe aus Abprodukten; 09/2000
  • Entwicklung einer neuen technisch-technologischen Prinziplösung zur Aufbereitung von Abwasser und Schälrückständen in der kartoffelverarbeitenden Industrie mit Hilfe eines elektrophysikalischen Verfahrens; 03/2000
  • Entwicklung eines innovativen technischen Verfahrens zur Wertrohstoffgewinnung für die Industrie durch neue Aufbereitungsmethoden von biogenen Gratisrohstoffen und Abprodukten aus der Ernährungswirtschaft; 02/2000
  • Studie zu Verwendungsmöglichkeiten von Spargelendabschnitten; 08/1999
  • Klärung von organisch belastetem Abwasser aus der Kartoffelverarbeitung unter Verwendung von moderner biologischer Reinigungstechnologie; 08/1999