Analytik für Biogasanlagen

Bei dem Betrieb von Biogasanlagen ist die Kenntnis einer Reihe von verfahrenstechnischen Kenngrößen notwendig um einen stabilen und optimalen Betrieb zu gewährleisten.

Substrat

Die Untersuchung der Substrateigenschaften ist für eine optimale Vergärung unabdingbar, da sie den Prozessverlauf und die Biogasausbeute maßgeblich bestimmen.

  • Temperatur: Der anaerobe Abbau von organischem Material findet üblicherweise bei rund 38°C bzw. bei rund 57°C statt. Die Subtrattemperatur sollte ebenfalls im gewählten Bereich liegen um zusätzliche Energiezufuhr zur Erwärmung dessen im Fermenter zu vermeiden.
  • Feststoffgehalt: Die Kenntnis des Trockenmasseanteils (TM) ist für die Zusammenstellung eine optimalen Substratmischung notwendig, um eine zu hohe Raumbelastung zu vermeiden. Weiterhin muss durch entsprechende Mischungen die Pumpfähigkeit der Substrate gewährleistet werden.
  • organische Fraktion: Maßgebend für den Biogasertrag ist der Anteil an zu vergärendem Substrat, ausgedrückt als organische Trockenmasse (oTM). Weiterhin ist die Art des Substrats entscheidend. Hier geben Rohfaser, Rohfett, Rohprotein und die stickstofffreien Extraktstoffe in Verbindung mit Verdaulichkeitsquotienten gute Hinweise.
  • Nährstoffgehalt: Die zu vergärenden Substrate sollten genügend Nährstoffe und Spurenelemente enthalten. Empfohlen ist hier ein Verhältnis von Kohlenstoff (C) zu Stickstoff (N) zu Phosphor (P) von 100-200 zu 4 zu 1. Andere Nährstoffe wie Natrium, Kalium und Calcium sowie Spurenelemente (z.B. Eisen, Zink, Kupfer, Molybdän, Mangan, Cobalt, Nickel, Selen) können, vor allem bei der Vergärung von Monosubstraten, Mangelerscheinungen auslösen.
  • Hemmstoffe: Bei unbekannter Herkunft oder Zusammensetzung können verschiedene Stoffe hemmend auf das Bakterienwachstum wirken. Hier sind vor allen Desinfektionsmittel, Pflanzenschutzmittel, Antibiotika oder Tenside (bei der Vergärung von Abwässern) zu beachten.
  • Gärversuche: Zur Beurteilung des Gasertrags und der Gaszusammensetzung ist es sinnvoll von den einzusetzenden Substraten Gärtests durchzuführen. Diese geben Aufschluss über das Potential des jeweiligen Substrats und dient als Steuergröße für Biogasanlagen. Weiterhin kann durch die Ermittlung des Restgaspotentials der Gasertrag optimiert werden. Weitere Informationen zu Gärversuchuen finden Sie auch hier.

verfahrenstechnisch relevante Größen

  • Trockenmasse, organische Trockenmasse, CSB-Gehalt: Zur Ermittlung der Raumbelastung und des entsprechenden Substrat ist die Messung der Trockenmasse und der organischen Trockenmasse notwendig. Bei sehr wasserhaltigen Substraten (Abwässer) sollte der CSB-Gehalt betrachtet werden, da hier bei einer Trocknung z.B. niedere Fettsäuren mit verdampfen.
  • pH-Wert: Die Methanbildenden Bakterien haben in einem sehr engen pH-Bereich ihr Optimum. Dieses liegt im neutralen bis schwach alkalischen Milieu (7-8). Ein Abgleiten nach oben oder unten bedingt eine Verschlechterung der Lebensbedingung und damit verminderte Aktivität bei der Biogasbildung.
  • Temperatur: Wie beim pH-Wert brauchen die Bakterien ein bestimmtes Temperaturniveau. In der Regel werden Biogasanlagen bei rund 38°C bzw. 57°C betrieben, da hier die entsprechenden Bakterienstämme ihr Wachstumsoptimum haben. Eine Veränderung bedingt eine stark zunehmende Inaktivität bzw. einen stark verlangsamten Abbau der Substrate.
  • Redoxpotential: Da die Methanbildung nur in einem anaeroben (kein Sauerstoff vorhanden) Milieu stattfinden, sollte dass Redoxpotential möglichst niedrig (bei Reinkulturen bei -300mV bis -330mV optimal) gehalten werden. Der Eintrag von Oxidationsmitteln und auch gebundenem Sauerstoff (Nitrat, Sulfat,…) ist zu vermeiden.
  • FOS/TAC: Das Verhältnis der flüchtigen, organischen Säuren (FOS) und dem gesamten anorganischem Kohlenstoff (TAC) sollte nicht über 0,3 liegen. Bei höheren Gehalten kann es schnell zu einer Versauerung im Fermenter kommen, die unmittelbare Auswirkung auf die Gasausbeute hat.
  • Säure-/Basenkapazität: Die Säure- und Basenkapazität gibt das Puffervermögen des Substrats gegenüber Säuren und Laugen an.
  • Gehalt an niederen Fettsäuren: Die organischen Säuren (im Wesentlichen Essig-, Propion- und Buttersäure) sind ein Zwischenprodukt im Vergärungsprozess. Bei Normalbetrieb werden die gebildeten Säuren mit der gleichen Rate zu Methan umgewandelt. Kommt es zu Störungen im Betrieb wird das Gelichgewicht dieser Abbauschritte gestört und es kommt zu einer Anreicherung der niederen Fettsäuren.
  • Ammoniumgehalt: Durch den Abbau von stickstoffhaltigen Substraten im reduktiven Milieu entsteht Ammonium bzw. Ammoniak (im Gas). Da dieses in höheren Konzentrationen hemmend und sogar toxisch auf die Bakterien wirkt, ist eine Überwachung der Konzentration notwendig.
  • Schwefel/ Schwefelwasserstoff: Bei hohen Schwefelgehalten kann es im anaeroben Milieu zu Schwefelwasserstoffbildung kommen. Dieser wirkt toxisch auf die methanbildenden Bakterien.
  • Nährstoffe, Spurenelemente, Hemmstoffe: Bei Betriebsstörungen sollte der Gehalt an Nährstoffen, Spurenelementen sowie Hemmstoffen überprüft werden.

Das Labor der UWAT-GmbH übernimmt die Untersuchung der oben dargestellten Leitparameter für Sie. Bitte sprechen Sie uns an.