Die drei Schritte zum besseren Biogas

14.04.2010 | von Redaktion Biotechnologie.de

Klassische Biogasanlage. (Quelle: © iStockphoto.com/ LianeM)
Klassische Biogasanlage. (Quelle: © iStockphoto.com/ LianeM)

Biogas ist eine Ressource, die bisher vor allem lokal genutzt wird. Der Grund: Oft reicht die Qualität nicht aus, um es ins Erdgasnetz einzuspeisen. Forscher der Universität Hohenheim entwickeln mit acht Partnern nun den Prototyp einer neuartigen Mini-Biogasanlage, die in drei Stufen hochreines Biogas schneller und flexibler produzieren soll.

Bis aus Gras, Mais oder Stroh die wertvolle Ressource Biogas wird, muss eine ganze Reihe an biochemischen Prozessen ablaufen. Dabei wird jeder Schritt von verschiedenen Mikroorganismen bewältigt. In Biogasanlagen finden diese Prozesse bisher in einem einzigen Behälter statt. Das führt dazu, dass die Bedingungen für alle gleich sind, für keinen der beteiligten Organismen aber ideal. Die Forscher der Universität Hohenheim wollen die Biogas-Herstellung nun entflechten und auf drei verschiedene Behälter aufteilen. Damit kann den unterschiedlichen Bedürfnissen der biologischen Helfer optimal nachgekommen werden. Der Nutzen ist dreierlei, hoffen die Wissenschaftler: Erstens sollen flexible Einsatzstoffe eingesetzt werden können; zweitens soll ein höherer Methangehalt im Endprodukt erzielt werden und drittens soll der gesamte Prozess  schneller als bisher ablaufen.

2 + 1 ergibt mehr als drei Vorteile
Erste Versuche zu einer zweiphasigen Vergärung zeigten, dass durch die Trennung der eigentlichen Gärung von der Methanherstellung alles viel schneller geht, da die beteiligten Mikroorganismen ihre jeweils optimalen Bedingungen vorfinden. Dieses Prinzip wird mit der dreistufigen Anlage nun weitergedreht, erklärt Andreas Lemmer von der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie an der Universität Hohenheim.
"Im ersten Gärkessel findet die Hydrolyse statt. Bei diesem Vorgang wird das Substrat durch Enzyme in so genannte Monomere und Säuren abgebaut", so Lemmer. Bei holzhaltigen Ausgangsstoffen wie zum Beispiel Stroh bleiben dabei unlösliche Reste übrig, sogenannte Gerüstsubstanzen, die mit den erwünschten Stoffen vermischt sind. Im zweiten Behälter wird dieses Gemisch aufgetrennt. Bei diesem "Bio-Leaching" werden Monomere und Säuren ausgewaschen und in den dritten Behälter überführt. Dieser gleicht einem Filter, in dem die organischen Säuren zu Methan abgebaut werden. Durch die besseren Bedingungen für die Mikroorganismen enthält das entstehende Biogas bis zu 85% Methan, das sind 40% mehr als in konventionell erzeugtem Gas und erreicht die Güte von Erdgas. Deshalb könnte, und das wäre ein großer Vorteil des Verfahrens, der entstehende Rohstoff in das Leitungsnetz eingespeist werden und würde damit vom Ort der Herstellung entkoppelt werden.

Vierfache Geschwindigkeit durch besseren pH-Wert
Die Aufteilung des Prozesses auf drei Behälter erhöht nicht nur die Qualität, sondern macht das Verfahren auch vielseitiger, und das sowohl bei den Ausgangsstoffen als auch bei den Endprodukten. So kann durch die Abtrennung der ersten Stufe eine größere Bandbreite an Substraten verarbeitet werden, weil speziell abgestimmte Mikrooganismen zum Einsatz kommen können. Die in Stufe 2 abgesonderten Gerüstsubstanzen könnten als Brennstoff dienen. Und schließlich könnte in Stufe 3 nicht nur Biogas, sondern zum Beispiel auch organische Säuren entstehen.
Ein weiterer Vorteil der neuen Anlage sind kürzere Verfahrenszeiten. Während beispielsweise der Abbau von Gras im einphasigen Anlagentyp mindestens 70 bis 100 Tage dauerte, wird er in Zukunft nur 18 bis 25 Tage benötigen. Ermöglicht wird der schnellere Abbau, so Andreas Lemmer, durch eine verbesserte Anpassung des pH-Werts in den getrennten Behältern: "Während der optimale pH-Wert für die Gärung bei 5,5 liegt, braucht die Methanbildung ein Milieu von 7 bis 8. Auch die Temperatur kann individuell für die einzelnen Gruppen der Mikroorganismen angepasst werden". Der neue zweite Behälter, das Bioleaching, dient dazu, die beiden biologischen Vorgänge strikt voneinander zu trennen, damit im Methanreaktor ein möglichst reines Methan entsteht. In den kommenden drei Jahren wollen die acht Partner in Hohenheim eine Versuchsanlage bauen.

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