Integrated Cycles for Urban Biomass (ICU): Optimierung von Biomasseströmen und -verwertungswegen in urbanen Wohngebäuden mit dem Ziel einer CO2-neutralen Stadt

Um der fortschreitenden globalen Erwärmung erfolgreich entgegenwirken zu können, ist es zwingend notwendig, eine CO₂-neutrale Gesellschaft basierend auf nachhaltigen Wertschöpfungskreisläufen zu etablieren. Allerdings fehlen derzeit noch CO₂-neutrale Konzepte für die Versorgung mit Lebensmitteln und Entsorgung bzw. Nutzung der biogenen Reststoffe.
Ein Ansatz dafür wäre es, die in Gebäuden anfallende Biomasse zu recyceln und die Produktion der Lebensmittel wenigstens teilweise direkt in die Stadt und die Gebäude zu integrieren. Dabei werden die von Menschen generierten biogenen Reststoffe im "Technikum" des Hauses anaerob durch eine Biogasanlage zu Methan und CO₂ abgebaut. Methan wiederum kann in einem hausinternen Blockheizkraft zur Bereitstellung von Strom und Wärme genutzt werden. Der verbleibende Gärrest wird als Nährstofflieferant verwendet, um auf Häuserdächern oder hausinternen Gewächshäusern Obst und Gemüse anzubauen. Um beim Anbau der Pflanzen möglichst große Erträge zu erreichen, könnten die Pflanzen direkt in Nährlösungen angebaut werden (hydroponische Kultur). Allerdings muss bei dieser Prozessführung getestet werden, ob sich im Gärrest enthaltene Verbindungen hemmend auf das Pflanzenwachstum auswirken und ob Ammonium und andere (organische) Nährstoffverbindungen für die Pflanzen nutzbar sind oder erst durch Mikroorganismen (an den Wurzeln) umgewandelt werden müssen. Der Vorteil dieses lokalen Biomasserecyclings ist, dass die vorhandenen Biomasseströme optimal genutzt.
Voraussetzung um diese Vision umzusetzen, ist die vorherige Evaluierung der wirtschaftlichen, energetischen, stofflichen, technischen, juristischen und hygienischen Aspekte des Konzepts und die Abschätzung möglicher Potentiale. Diese soll im Rahmen der hier beantragten Machbarkeitsstudie durchgeführt werden.

Integrated Cycles for Urban Biomass (ICU): Optimization of biomass streams and recycling processes in urban residential building aiming at a CO2-neutral city

Successful counteraction of progressive global warming requires urgently the development of a CO2 neutral society based on sustainable creation cycles. However, currently CO2 neutral concepts for supply of food and utilization of biogenic residues are lacking. One approach therefore, would be the recycling of biomass, accumulating in buildings and at least a partial integration of food production into the city and the buildings. In such a scenario, an anaerobic digester placed into the technical center of a building degrades anaerobically the biogenic residues generated by the humans into methane and CO2. Methane indeed can be usedby an in-house combined heat and power plant for the supply of electricity and heat. The remaining digestate can be utilized as nutrient supplier for the cultivation of fruits and vegetables in-house or on the rooftops. In order to achieve the highest yield, the plants could be cultivated directly in the nutrient supply (hydroponic cultures). However, application of this process operation requires testing whether certain substances in the digestate may hamper the plant grow and whether the plants may utilize ammonia and other nutrients from the digestate or whether certain microorganisms (on the roots) have to convert them. The advantage of this local biomass recycling is the optimal utilization of the available biomass streams. In order to implement this vision it is necessary to evaluate in beforehand the economic, energetic, material, technical, legal and hygienic aspects of this concept and to estimate its potentials. This evaluation should be carried out within the scope of this feasibility study.