Final report
(German)
|
Im Verlauf dieser weltweit einzigartigen Studie wurden 29 verschiedene biochemisch aktive Zusätze und fünf chemisch-physikalische Vorbehandlungsmethoden an vier Substratklassen, die für die Schweiz aus energetischer Sicht relevant sind, untersucht. Es zeigt sich nun ein Bild, welche Optimierungspotentiale bei welchen Substraten bestehen.
Enzymprodukte wirken nur für eine kurze Zeitdauer von 30 bis 120 Minuten. Es treten offensichtlich Hemmeffekte auf, die bei verschiedenen Substraten unterschiedlich stark ausfallen. Für eine effektive Wirksamkeit müssten Enzyme praktisch kontinuierlich der Vergärung zudosiert werden, was ökonomisch nicht rentabel erscheint. In mesophilen Langzeit-Gasbildungsversuchen konnten unterschiedliche Wirkungen beobachtet werden. Rindergülle zeigte sich sehr resistent gegenüber enzymatischem Angriff, wogegen bei Grüngut moderate Steigerungen von bis zu 13 % beobachtet wurden. Auch bei der thermophilen Vergärung von Grüngut zeigen Enzymprodukte noch eine positive Wirkung im Gasertrag (bis +15 %) und in der Gaszusammensetzung. Bei Klärschlamm weisen Enzyme alleine kaum eine Wirkung auf, wogegen in der Kombination mit Wärme ein Methanmehrertrag von bis zu 30 % erreicht wurde. Bei den meisten Produkten besteht das generelle Problem, dass sie nicht für die untersuchten Substrate entwickelt und optimiert wurden, sondern für den globalen Nawaro-Markt, bei dem hauptsächlich stärkehaltige Energiepflanzen wie Mais verwendet werden.
Zusätze von speziellen lebenden Mikroorganismen erscheinen optimal zur Förderung des Biogasprozesses, da sie sich idealerweise vermehren und die notwendigen Enzyme selbständig produzieren. Experimentell konnten jedoch keine Vorteile bei drei Substratklassen nachgewiesen werden. Es erscheint anspruchsvoll, solche Mikroorganismen in Bioreaktoren dauerhaft zu etablieren.
Chemisch-physikalische Vorbehandlungsmethoden sind bereits fallweise erfolgreich im Einsatz, wie Ultraschall bei der Klärschlammdesintegration. Rindergülle zeigte sich jedoch auch hier resistent gegenüber Ultraschall und anderen physikalisch-mechanischen Methoden.
Wärme hatte einen positiven Effekt auf die Gasbildung bei allen untersuchten Substraten: Bei Rindergülle + 47 % im Gasertrag (Literaturwerte sprechen von bis zu 100 %), ca. 15 % bei Klärschlamm und bei Proteinsubstraten ca. + 30 %. Wichtig dabei ist zu erwähnen, dass Wärmebehandlung von 70 °C auch eine Verringerung der Methanproduktion bewirken kann (bei Rindergülle und Proteinsubstraten). Erst ab Temperaturen von 120 °C zeigt Wärme durchwegs positive Ergebnisse. Kombinationen von Wärme und Enzymen zeigen oft positive synergetische Effekte, so kann bei Klärschlamm mit nur 70 °C und Enzymzusätzen ein Gasmehrertrag von bis zu 30 % erreicht werden.
Generell kann zusammengefasst werden, dass bei „milden“ Substrat-Vorbehandlungsmethoden der Methanmehrertrag gering bis nicht vorhanden ist. Höhere Energieeinträge (Temperaturen > 100 °C) bringen zwar eine deutliche Steigerung des Gasertrags, jedoch sollte der erforderliche Energie-aufwand beachtet werden. Aggressive chemische Verfahren zur Hydrolyse von organischem Material sind etabliert und führen zu erheblichen Ertragssteigerungen bei Problemsubstraten, sind jedoch von der Handhabung und aus Umweltschutzgründen als problematisch anzusehen. Eine Ökobilanz der verwendeten Chemikalien sollte in die Prozessbeurteilung mit einbezogen werden.
Nicht unterschätzt werden darf das so genannte Restgaspotential, das bei verschiedenen Substratgruppen unterschiedlich ausfällt. Durch eine dem Substrat angepasste Vergärungsdauer können bis zu 18 % Mehrertrag erzielt werden und gleichzeitig umweltrelevante Methanemissionen verringert werden. Bauliche Anpassungen von Biogasanlagen, wie Nachgärtanks mit entsprechender Lagerdauer, sind konsequent in der Praxis umzusetzen.
Ökonomisch betrachtet darf die Substratvorbehandlung bei relativ verdünnten Substraten wie Rinderdünngülle oder Klärschlamm nur wenig kosten. Um einen Methan-Mehrertrag von 10 % zu erzielen, können nur etwa 0.35 CHF pro Tonne aufgewendet werden. Viele energieaufwändige Methoden oder teure Produkte zur Vorbehandlung scheiden damit im Vorhinein aus.
Die Umsetzung der neuen Erkenntnisse in die Praxis erfordert für die jeweilige Substratgruppe entsprechend angepasste Lösungen und eine optimierte Verfahrenstechnik. Eine effiziente Nutzung und Übertragung von Wärme zur Substratvorbehandlung könnte die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen erhöhen.
Related documents
|
