Fachgruppe Umweltbiotechnologie und Bioenergie
«Biomasse, Abfälle und Abwässer sind in der Kreislaufwirtschaft einer Bioökonomie wertvolle Ressourcen für Energie- und Materialproduktion durch biotechnologische Verfahren.»
Dr. Hans-Joachim Nägele
Leiter Fachgruppe Umweltbiotechnologie und Bioenergie
Die Fachgruppe Umweltbiotechnologie und Bioenergie hat sich der Lehre, der Erforschung sowie der Förderung von zukunftsweisenden Konzepten wie der Kreislaufwirtschaft und Bioökonomie verschrieben. Unser Hauptziel ist die Sicherung der Lebensqualität und die verantwortungsvolle Wahrung natürlicher Ressourcen für kommende Generationen. Mit Leidenschaft setzen wir uns für Nachhaltigkeit ein und arbeiten daran, natürliche Ressourcen wie z.B. Boden, Luft, Wasser und Biomasse zu bewahren und sinnvoll zu nutzen. Unsere Arbeit im Fokusbereich «Sustainable Solutions» trägt dazu bei, innovative Lösungen zu entwickeln, welche die ökologische Integrität bewahren und gleichzeitig die neue biomassebasierte Wirtschaftsweise voranzutreiben.
Kompetenzen
Unsere Kernkompetenzen beinhalten mikrobiologische Verfahren zur Umsetzung und Verwertung von Biomasse, von organischen Abfällen und von Abwässern zu höherwertigen Produkten. Die Schliessung stofflicher Kreisläufe und die Nutzung erneuerbarer Energie stehen für uns im Fokus unserer Arbeit.
Die Aufgaben an unserer Fachstelle umfassen praxisorientierte und angewandte Forschung im Labor- und Pilotmassstab, die Optimierung von Technologien sowie Studien zur Machbarkeit.
Forschung
Biomasse und organische Abfälle
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Biomasse:
- Technologie zur Substratvorbehandlung
- Erhebung von Biomassepotenzialen
- Darstellung von Energie- und Massenflussanalysen für Biomassen
- Food Waste: Bilanzierung von Lebensmittelverlusten entlang der gesamten Wertschöpfungskette
- Hygienekonzepte für Vergärungs- und Kompostierungsanlagen
- Abbautests in der technischen Kompostierung und unter Heimkompostierungsbedingungen
Leitfaden zur erfolgreichen Heimkompostierung(PDF 942,0 KB) (PDF 0.92 MB)
(bis jetzt erst auf Englisch)
Bioenergie- und Biogas
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Bioenergie:
- Steigerung der Methanproduktion durch vorgeschaltete mikrobiologische Hydrolyse
- Effizienzsteigerung der anaeroben Mikrobiologie in Biogasanlagen
- Power-to-Gas (biologische Methanisierung von Kohlendioxid und Wasserstoff)
- Abbau von HTC-Prozesswasser in Anaerobsystemen
Anaerobe Pilze
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Anaerobe Pilze:
- Grundlagenuntersuchungen zur Symbiose von anaeroben Pilzen und Methanogenen
- Kontinuierliche Kultivierung von anaeroben Pilzen
- Steigerung der Methanproduktion durch den Einsatz von anaeroben Pilzen
Nährstoffrückgewinnung
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Nährstoffrückgewinnung:
- Herstellung von Düngemittel aus organischen Reststoffen z.B. Hofdünger
- Phosphorrückgewinnung aus Klärschlämmen
Biologisch Abbaubare Werkstoffe (BAW)
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Biologisch Abbaubare Werkstoffe (BAW):
- Standardisierte aerobe und anaerobe Abbaubarkeitstests
- Gefahrenprävention Fremd- und Schadstoffeintrag in die Umwelt
- Bewertung Umweltverträglichkeit und Untersuchung von Expositionspfaden
- Erarbeiten von Entscheidungshilfen für die Entsorgung von BAW
Abwasser- und Schlammbehandlung
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Abwasser- und Schlammbehandlung:
- Biologische Behandlung von Industrieabwässern mit organischen Bestandteilen
- Mikroskopische und mikrobiologische Charakterisierung des Belebtschlamms
- Schliessung von industriellen Wasserkreisläufen
- Behandlung und Verwertung von Klärschlämmen
Abbauversuche (BSB-Tests & C-Bilanz) & Biomethanpotential (BMP-Tests)
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Abbauversuche:
- Aerobe Abbauversuche von Substanzen oder biologisch abbaubaren Werkstoffen BAW (Biokunststoffen) in Abwasser, Gärgut, Kompost oder Boden mittels respirometrischer Tests nach EN ISO Normen resp. nach OECD 301.
- Anaerobe Abbauversuche zur Bestimmung und Interpretation des Biogas- und Biomethanpotenzials (BMP) sowie dem Restmethanpotenzials (RMP) von Substraten und Substratgemischen nach internationalen Standards (VDI 4630) unter Einsatz des AMPTS Sytems (Bioprocess Control).
Abluft und Abgas
Unsere Arbeitsfelder im Bereich Abluft und Abgas:
- Biologischer Abbau von Inhaltstoffen in Gas- und Abluftströmen (z.B. Entschwefelung, Ammoniakentfernung)
- Geruchsminimierung durch mikrobiologische Abbauvorgänge
- Emissionsminderung bei Biogas- & Kompostierungsanlagen
Netzwerk Task37
Die Task37 ist eine von 10 IEA Gruppen zur Förderung der internationalen Zusammenarbeit zwischen Behörden, Forschung, Industrie & Anwendern im Bereich Bioenergie. Ziel ist der regelmässige Austausch zu aktuellen Entwicklungen zur gesamten Wertschöpfungskette der Produktion und Nutzung von Biogas. Themenfelder beeinhalten die Bereitstellung und Logistik von Substraten (Energiepflanzen, Reststoffen, Abfällen und Abwässern), die Mikrobiologische Umwandlung (inkl. Vor- und Nachbehandlung), die Aufbereitung und Nutzung der Energieprodukte (Biogas, Biomethan), die Aufbereitung und Nutzung der stofflichen Produkte (Gärgut, org. Dünger).
Lehre
Lehrveranstaltungen
- ZHAW Studiengang Biotechnologie (Umweltbiotechnologie 1 und 2; Minor Umweltchemie und Biotechnologie)
- ZHAW Master
- ZHAW Studiengang Umweltingenieurswissenschaften Modul: Biomasse als Ressource
- BioMat Summer School
- OST Modul: Biomasse und Biogas
- ETH Modul: Experimental and Computer Laboratory I, Modul: Waste Management and Circular Economy
Abschlussarbeiten
Hier finden Sie eine Auswahl an verschiedenen BA und MA-Themen:
- Biologischer Abbau biobasierter Werkstoffe in Kompostier- und Vergärungsprozessen
- Biologische Behandlung von Prozesswasser aus der hydrothermalen Karbonisierung HTC
- Einsatz von Power-to-Gas Systemen am Beispiel der biologischen Methanisierung
- Bestimmung des Restmethanpotenzials von Biogasanlagen
- Minibiogasanlage für Tiny Houses oder Gastrobetriebe
- Einsatz von anaeroben Pilzen zur Substrataufbereitung
Bitte melden Sie sich bei Interesse bei Hans-Joachim Nägele oder Wolfgang Merkle.
Erwachsenen-Bildung
Unsere Mitarbeitenden unterstützen Schweizer Kompostier- und Vergärbranche in dem wir theoretisches und praktisches Fachwissen bei Grund- und Auffrischungskursen an Betreiber und deren Personal vermitteln.
- Grundkurs für die Kompostier- und Vergärbranche
Projekte
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Cooperation related to Project Noses
Beschreibung der erforderlichen Tätigkeit: Auslesen und Auswerten von elektronischen Daten, die von der Pilotanlage installierten Sensoren erzeugt werden. Beratung in mikrobiologischen und biochemischen Fragen. Diskussion der Ergebnisse der Vorbehandlung der Pilotierung. Verfassen eines Teils des…
abgeschlossen, 11/2023 - 02/2024
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Anaerobe Pilze und Produktivität von Kleinbiogasanlagen (FUNGAS)
In diesen Projekt soll untersucht werden, ob mit Hilfe von anaeroben Pilzen (Neocallimasticomycota), z. B. aus Wiederkäuern bzw. den von ihnen produzierten Enzymen, landwirtschaftliche Reststoffe biologisch-enzymatisch so effektiv aufgeschlossen werden können, dass sich die Produktivität von…
laufend, 07/2023 - 06/2026
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KUORI - Abbau Schuhsohlenabrieb (KUORI)
Schuhsohlenabrieb ist die siebthäufigste Eintragsquelle von Mikroplastik in die Umwelt. Die Kuori GmbH hat als Alternative biologisch abbaubare Elastomere entwickelt, die z.B. zur Produktion von Schuhsohlen verwendet werden können. Die Abbaubarkeit dieses Materials im Boden wird in der vorliegenden…
abgeschlossen, 06/2023 - 01/2024
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Nutzung von Lignin aus Biogasanlagen
Im Rahmen des vorgeschlagenen Gesamtprojektes sollen daher Kenntnisse über die nachhaltige stoffliche Nutzung dieses Rohstoffs gewonnen werden, welcher in grossen Mengen verfügbar ist. Hierbei soll die enzymatische Umsetzung zu erneuerbaren Plattformchemikalien untersucht werden, welche diverse…
abgeschlossen, 03/2023 - 12/2023
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CO2-negative Dämmmaterialien basierend auf Pflanzenkohle (CarNe)
In diesem Forschungsprojekt wird die Entwicklung eines biobasierten, CO2-negativen Gebäudedämmstoffs vorgeschlagen, der auf einer erfolgreichen früheren Machbarkeitsstudie aufbaut. Die Materialentwicklung basiert auf der Verwendung von organischem Abfallmaterial, das mit natürlichen Bindemitteln und…
abgeschlossen, 11/2022 - 11/2023
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Lebensmittelverluste und Fremdstoffe in Schweizer Grüngut 2022/23 (LEMIG-II)
Im Zeitraum 2022/23 wurde das kommunale Grüngut in der Schweiz zum 2. Mal untersucht. Ziel des Projekts war es, Art und prozentualen Anteil von vermeidbaren und unvermeidbaren Lebensmittelverlusten sowie Fremdstoffen im kommunalen Grüngut zu ermitteln. Dazu wurde Grüngut aus 9 Gemeinden zu jeweils 2…
abgeschlossen, 11/2022 - 12/2023
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PURAMMON (Hauptprojekt) – Erneuerbarer Stickstoff-Mineraldünger aus Gülle
Abgestimmt auf die Schweizer Landwirtschaftsstruktur ermöglicht das mobile Ammoniak-Recyclingverfahren, den wertvollen Stickstoff aus der Landwirtschaft zu gewinnen, über ein Kreislaufmodell gezielt als Dünger zurückzuführen und somit wichtige Umweltziele zu unterstützen.
abgeschlossen, 07/2022 - 01/2025
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Pyrolyse von mit Kunststoff verunreinigtem Holz aus der Grüngutsammlung
Die Projektidee verbindet erstmalig die Aspekte der Wärmenutzung aus mit Kunststoffen verunreinigten Holzresten aus der Grüngutsammlung und Produktion von Pflanzenkohle mit einem Pyrolyseverfahren und enthält folgende Aspekte: / Pyrolyse der verunreinigten Holzreste und nachfolgende vollständige…
abgeschlossen, 05/2022 - 09/2022
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Einfluss und Nachweis von biologisch abbaubaren Werkstoffen in der Umwelt (BAWIU)
Jedes Jahr gelangen in der Schweiz rund 14'000 Tonnen Kunststoffe in die Böden und in die Gewässer. Ursache ist der Gebrauch von Kunststoffprodukten sowie die unsachgemässe Entsorgung von Kunststoffabfällen. Die Einträge von Kunststoffen in die Umwelt müssen im Sinne des Vorsorgeprinzips so weit wie…
laufend, 04/2022 - 08/2025
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Verwertung von industriellen Reststoffen für eine nachhaltige Industrie (VARESI) (VARESI)
Nach dem Klima- und Energiepaket der Europäischen Union wurde 2018-19 die Null-Kohlenstoff-Wirtschaft in der Europäischen Union bis 2050 vorgeschlagen, um die Reduzierung des Klimawandels zu erreichen. Das Projekt "VARESI" zielt darauf ab, industrielle organische Reststoffe vor Ort zu verwerten, um…
abgeschlossen, 01/2022 - 12/2024
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PURAMMON (Vorprojekt) – Erneuerbarer Stickstoff-Mineraldünger aus Gülle
Erneuerbarer Stickstoff-Mineraldünger aus Gülle
abgeschlossen, 06/2021 - 12/2021
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CarboPHOS – Phosphorrückgewinnung durch hydrothermale Karbonisierung von Schlämmen
Im Projekt CarboPHOS wird eine technische Lösung für die Rückgewinnung von Phosphor mittels hydrothermaler Karbonisierung von Schlamm entwickelt. Es wird ein Überblick über die Verteilung von Phosphor in unterschiedlichen kommunalen Klärschlammen in der Schweiz wird erstellt und die Technologiekette…
abgeschlossen, 01/2021 - 03/2024
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CarbonVALUE
Die hydrothermale Carbonisierung HTC von Klärschlamm unter hohen Drücken und Temperaturen bewirkt eine Umwandlung der Kohlenstoffverbindungen im Schlamm in Biokohle. Diese Kohle kann sowohl als Energieträger als auch stofflich als Bodenverbesserer oder als Ersatz für fossile Kohlenprodukte…
abgeschlossen, 07/2020 - 07/2022
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Vorprojekt Netz: Nährstoff- und Energietechnik-Zentrum
Das Vorprojekt «NETZ» erarbeitet Strategien und Konzepte zur Erschliessung des nachhaltigen, energetischen Po-tenzials von Substraten landwirtschaftlicher Herkunft, insbesondere von Hofdünger in der Schweiz. Die Grundidee basiert auf einer separaten und effizienten Vergärung von festen und flüssigen…
abgeschlossen, 02/2020 - 07/2022
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BFE-Mandat für die Arbeitsgruppe "Energie von Biogas" der Internationalen Energieagentur (2019-2021)
Urs Baier ist für das Triennium 2019 – 2021 Mandatsträger des BFE Bundesamtes für Energie in der Arbeitsgruppe „Energy from Biogas“ Task 37 der Internationalen Energieagentur (IEA) . Ziel von Task 37 ist der Informationsaustausch und die Weiterverbreitung von Erkenntnissen zur Produktion von Biogas…
abgeschlossen, 01/2020 - 12/2020
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Ökotechnologie Living Lab: Forschung an der Schnittstelle zwischen Ökologie, Ingenieurskunst und Nutzer:innen
In der Ökotechnologie dienen die Abläufe in der Natur als Vorbild, um neue Technologien zu entwickeln. Wie in einem natürlichen Ökosystem, wo Nährstoffe und Wasser im Kreislauf zirkulieren, entwickeln die Forschenden der ZHAW Kreislaufsysteme, welche nach demselben Prinzip funktionieren. Damit…
abgeschlossen, 01/2020 - 12/2021
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CarbonATE - Biologische Methanisierung
Entwicklung einer Strategie zur enzymatischen CO2-Gewinnung als Basis einer optimierten mikrobiologischen Methanisierung
abgeschlossen, 03/2019 - 12/2022
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Microalgae for large-scale CO2 re-mediation: Integrated concepts
Conceptual evaluation of microalgae-based CO2-remediation strategies for a Swiss-based company on the engineering sector.
abgeschlossen, 12/2018 - 01/2020
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HYKOM – Energieoptimierte Kombination von Hygienisierung und Hydrolyse zur Vorbehandlung von Flüssigsubstraten vor der Vergärung
Das Projekt HYKOM demonstriert im technischen Massstab in der Biogasanlage der Gebrüder Klaus und Urs Wittwer die energetisch und mikrobiologisch optimierte Kombination von Hygienisierung, Hydrolyse und anaerober Biogasproduktion bei der landwirtschaftlichen Co-Vergärung. In einer primären…
abgeschlossen, 02/2018 - 04/2022
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Entwicklung einer Ausbildung für die Grüngutbranche
Pilotphase
abgeschlossen, 11/2017 - 12/2020
Publikationen
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Lohri, Christian; Zabaleta, Imanol; Rohr, Manuel; Baier, Urs; Zurbrügg, Christian,
2016.
Waste and Biomass Valorization.
9(3), S. 429-442.
Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s12649-016-9746-3
-
Baier, Urs,
2016.
Neue Möglichkeiten bei der Verwertung von biogenen Abfällen[Paper].
In:
VVEA-Tagung 1.0 - Recycling lohnt sich, Bern, 31. Mai 2016.
-
Baier, Urs; Kühni, Martin; Wanner, Rahel; Krebs, Rolf,
2015.
GWF. Wasser, Abwasser.
-
Baier, Urs; Cunningham, Michael; Fink, Andrin,
2015.
Methanemissionen auf Kläranlagen.
Aqua & Gas.
95(3), S. 60-62.
-
Edelmann, Werner; Engeli, Hans; Baier, Urs; Rüsch, Florian,
2015.
In:
Biogas - Expo & Congress 2015, Offenburg, Deutschland, 25.-26. November 2015.
Kooperationen
Verbände und Organisationen
Biofuels Schweiz
Der offizielle Verband der Schweizerischen Biotreibstoffindustrie definiert und publiziert BioFuels Schweiz Normen, Richtlinien und Zertifizierungsgrundlagen.
Biomasse Suisse
Der Branchenverband setzt sich für eine sinnvolle Verwertung von Biomasse ein.
IEA Biogenergie Task 37
Die internationale Forschungsgruppe «Energy from Biogas» befasst sich schwerpunktmässig mit allen Themen rund um die Erzeugung von Biogas mittels anaerober Vergärung.
Ökostrom Schweiz
Die Genossenschaft ist der Branchenverband der landwirtschaftlichen Biogasanlagenbetreiber in der Schweiz.
VSA
Der Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute engagiert sich für saubere und lebendige Gewässer.
Forschungsnetzwerke
Energieforschung an der ZHAW