Optimierung von Biogasanlagen

Bei dem Betrieb von Biogasanlagen ist die Kenntnis einer Reihe von verfahrenstechnischen Kenngrößen notwendig um einen stabilen und optimalen Betrieb zu gewährleisten. Bereits länger laufende Anlagen sollten hinsichtlich ihres Optimierungspotentials geprüft werden. Durch neue gesetzliche Regelungen und die Weiterentwicklung der technischen Ausstattung können entscheidende Mehrerträge erzielt werden. Die nachfolgend dargestellten Punkte sollen kurz die wichtigsten Ansatzpunkte erläutern.

Ermittlung des Restgaspotentials

Die aus dem Fermenter ausgetragenen Gärreste besitzen i.d.R. noch unvergorene Bestandteile. Diese werden an der Luft (entsprechend einer Kompostierung) aerob umgesetzt. Weiterhin wird teilweise Methan und Ammonium frei. Studien haben gezeigt, dass das Restgaspotential bis zu 6% gemessen am Gesamtgasertrag betragen kann. Entsprechend können bei nicht-anaerober Lagerung größere Mengen an Biogas ‚verloren‘ gehen. Außerdem deutet es auf eine unzureichende Vergärung innerhalb des Fermenters hin. Hier können Verweilzeitdauer bzw. Reaktorbelastung nicht ausgewogen sein.
Zur Überprüfung des Restgaspotentials sollten Labor-Gärversuche durchgeführt werden. Diese geben einen eindeutigen Aufschluss über eine mögliche energetische Nutzung der Gärreste. Zur ständigen Kontrolle sollten die flüchtigen Fettsäuren (Essig-, Propion-, Buttersäure) gemessen werden, um zum einen den Abbaugrad und zum anderen das zu erwartende Restgaspotential zu ermitteln. Untersuchungen haben hier gezeigt, dass ab einer Gesamtsäurekonzentration von 500 mg mit einem Restgaspotential von mehr als 1% gerechnet werden muss.

Substratkonditionierung

Bei stark faserhaltigen Substraten kann trotz ausreichender Befeuchtung ein teilweise starker Verschleiß der Pumpen und Rührwerke festgestellt werden. Hier sollte eine entsprechende optimierungAufbereitung stattfinden, um die optimale Funktionsfähigkeit aller Anlagenteile über einen langen Zeitraum sicherzustellen. Weiterhin konnte in verschiedenen Untersuchungen festgestellt werden, dass durch eine entsprechende Desintegration ein schnellerer Abbau der Substrate stattfindet. Dadurch kann u.U. die Verweilzeit verkürzt und daraus resultierend die Biogasausbeute erhöht werden.
Zur Ermittlung der optimalen „Korngröße“ sollte zu allererst eine Ermittlung der unterschiedlichen Größenfraktionen erfolgen. In Abstimmung mit den Angaben zur technischen Ausstattung (Leitungsdurchmesser, Pumpenleistung, etc.) können dann Rückschlüsse über die optimale Verteilung gezogen werden. Weiterhin sollte zur Ermittlung des sich ändernden Gärverhaltens entsprechende Gärversuche durchgeführt werden.
Die eigentliche Substratkonditionierung kann dann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Momentaner Stand der Technik sind vor allem die rein mechanische Zerkleinerung mittels geeigneter Mühlen bzw. Scheren sowie die thermische Desintegration.

Einsatz von Gärhilfsstoffen

Da die Mikroorganismen, die für die anaerobe Umsetzung der Substrate verantwortlich sind, auf bestimmte Mirko- und Makronährstoffe angewiesen sind, ist die Kenntnis über diese unabdingbar. Bei Mangelerscheinungen kann es zu erheblichen Reduzierungen der Biogasausbeute aufgrund verminderter Aktivität der Mikroorganismen kommen.
Um einen stabilen Prozess zu gewährleisten ist es notwendig möglichst ein konstantes Niveau der entscheidenden Nährstoffe vorliegen zu haben. Hier können verschiedene Zusätze eingesetzt werden um ein optimales Niveau zu erreichen. Allerdings sollte die Dosierung immer unter der Kenntnis der bereits mit dem Substrat eingetragenen Elemente erfolgen, da zu hohe Konzentrationen (v.a. bestimmter Schwermetalle) wiederum toxisch wirken können.
Die direkten Auswirkungen durch den Einsatz von Gärhilfsstoffen sind nicht unmittelbar messbar, allerdings ist durch die Zugabe mit einem stabileren Prozessverlauf zu rechnen.