AiF-FV-Nummer 16103 BG

Entwicklung eines Testsystems zur Bestimmung der biologischen Aktivität in Biogasfermentern und Bestimmung des Einflusses von Minorkomponenten auf Biogasbildung

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.06.2009 bis 30.11.2011

Forschungsstellen

  • Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik UMSICHT
    Osterfelder Str. 3, 46047 Oberhausen
    http://www.umsicht.fhg.de

  • Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst Fachhochschule Hildesheim /Holzminden/Göttingen Fakultät Ressourcenmanagement
    Büsgenweg 1a, 37077 Göttingen
    http://www.hawk-hhg.de/ressourcen

  • Universität Rostock Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Hochschule
    Justus-von-Liebig-Weg 6, 18059 Rostock
    http://www.uni-rostock.de

Zusammenfassung

Mit dem ORGA-Test wurde ein standardisierter Aktivitätstest entwickelt, der eine quantitative Bewertung der biologischen Abbauleistung in einem Biogasfermenter ermöglicht. Durch die Erfassung der Abbaukinetik eines reproduzierbaren Modellsubstrats in hoher zeitlicher Auflösung und unter definierten Randbedingungen kann innerhalb weniger Tage eine belastbare Aussage über die Aktivität der Fermenterbiologie getroffen werden. Durch Auswahl unterschiedlicher Substrate können die verschiedenen mikrobiellen Stufen der anaeroben Nahrungskette abgebildet und deren spezifische Abbauaktivität erfasst werden. Es wurden insgesamt 37 Biogasanlagen in Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen und Mecklenburg-Vorpommern beprobt, davon waren 43 % reine NaWaRo-Anlagen ohne Zufuhr von Wirtschaftsdünger. Die Ergebnisse zeigten zum Teil erhebliche Unterschiede in der biologischen Aktivität der Fermenterproben, obwohl nur bei wenigen Anlagen ein instabiler Zustand aufgrund zu hoher Säurekonzentration festgestellt wurde. Um die Ursache für die unterschiedlichen biologischen Aktivitäten zu finden, wurde parallel zu den ORGA-Tests mit allen Fermenterproben eine umfangreiche chemische Analyse der in den Fermenterproben enthaltenen Makronährstoffe und Spurenelemente durchgeführt. Eine direkte Korrelation zwischen biologischer Aktivität und einzelnen Nährstoffgehalten wurde nicht gefunden. Um den Einfluss einzelner Nährstoffelemente auf die biologische Aktivität dennoch näher untersuchen zu können, wurden die Biogasanlagen auf Basis der erarbeiteten Aktivitätsparameter in Prüfanlagen und Referenzanlagen unterteilt. Auf Ebene der Referenzanlagen wurden für jeden Nährstoffparameter untere Schwellenwerte ermittelt, welche mit den Nährstoffgehalten der Prüfanlagen verglichen wurden. Eine Ausnahme bildet der Makronährstoff Ammonium, der in diesem Fall über die Hemmwirkung beurteilt und ein oberer Schwellenwert berechnet wurde. Die Auswertung ergab Einflüsse bestimmter Makronährstoffe und Spurenelemente wie Eisen, Nickel und Cobalt auf die biologische Aktivität. Eine Hemmung der Abbauaktivität bei steigenden Ammonium-Konzentrationen wurde insbesondere bei methanogenen Essigsäureverwertern gefunden. Durch gezielte Spurenelementzugabe konnte mit ORGA-Tests bei einigen Fermenterproben eine messbare und statistisch signifikante Verbesserung der biologischen Abbauleistung nachgewiesen werden. Die Verbesserungen sind allerdings eher gering und bewegen sich im Bereich 5-10 %. Vermutlich sind für deutliche Effekte kontinuierliche Versuche mit mehrfacher Nährstoffdosierung notwendig. Der Einfluss von Ammonium-Stickstoff als hemmende Komponente muss berücksichtigt werden und kann die positiven Effekte einer Nährstoffoptimierung überdecken. In den abschließenden Praxisversuchen konnten innerhalb der beprobten Anlagen mit dem ORGA-Test deutliche Unterschiede der biologischen Aktivität zwischen verschiedenen Fermentern bzw. bei verschiedenen Betriebsphasen festgestellt werden. Die Fermenter mit Spurenelementversorgung zeigten in der Regel eine höhere Betriebsstabilität. Bei den Untersuchungen an den Praxisanlagen erwies sich die zum Teil geringe Kontinuität beim Betrieb der Anlagen als Problem, da der Einfluss von Spurenelementen auf die biologische Aktivität durch andere Effekte überlagert wurde. Insgesamt hat sich der ORGA-Test als geeignetes Instrument zur zeitnahen Beurteilung der biologischen Aktivität im Biogasfermenter erwiesen. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente