Neues Hochleistungsverfahren zur Vergärung von Nachwachsenden Rohstoffen

Ausgangslage

Die derzeit in der Landwirtschaft üblichen Biogasanlagen sind für die Güllevergärung ausgelegt und eignen sich nur sehr bedingt für die zumeist festen nachwachsenden Rohstoffe (NawaRos). Feststoffe neigen zur Bildung einer Schwimmschicht, die durch Rühren, verbunden mit hohem energetischen Aufwand, verhindert werden muss. Nach einer Erhebung der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (2005) beträgt der Eigenstrombedarf dadurch teilweise mehr als 10 % der Energieproduktion. Darüber hinaus kann sich eine zu intensive Durchmischung negativ auf den Abbauprozess auswirken. Durch den Austrag bakterieller Biomasse zusammen mit dem Gärrest wird die Leistungsfähigkeit weiter begrenzt. In der Folge liegt die Grenze der Belastbarkeit volldurchmischter Reaktoren für die reine NawaRo-Vergärung zwischen 3 und 4 kg organische Trockensubstanz (oTS) je Kubikmeter Arbeitsvolumen und Tag (Linke und Mähnert 2005). Höhere Raumbelastungen führen zu einer Hemmung des Abbaus durch Anreicherung flüchtiger Fettsäuren.

Das Ziel: ein zweistufiges Verfahren bei kontinuierlicher Prozessführung

Im Hinblick auf eine optimale Stabilität und Leistungsfähigkeit der Biogasbildung sind Reaktoren zielführend, in denen die bakterielle Biomasse dauerhaft zurückgehalten werden kann. Diese Hochleistungsreaktoren werden verbreitet zur Behandlung organisch hoch belasteter Industrieabwässer eingesetzt, zumeist in Form von Festbett- oder Schlammbettreaktoren. Um diese Technologie für NawaRos nutzbar zu machen, müssen die organischen Stoffe zuvor verflüssigt werden. Dadurch entsteht ein zweistufiges und gleichzeitig zweiphasiges Verfahren. Ein entsprechendes System, bestehend aus einem Festbettreaktor in Kombination mit 4 diskontinuierlich betriebenen Feststoffreaktoren befindet sich bereits in praktischer landwirtschaftlicher Anwendung (Linke et al. 2006).
Während die diskontinuierliche Vergärung mit einer getrennten Feststoff- und Flüssigkeitsbehandlung damit Stand der Technik ist, sind kontinuierliche Systeme für NawaRos mit einer gezielten Behandlung der Prozessflüssigkeit bislang nicht bekannt geworden. Dabei lässt die kontinuierliche Betriebsweise erhebliche Vorteile erwarten. So ermöglichen die konstanten Milieubedingungen eine bessere Anpassung der Mikroorganismen und somit eine bessere Ausnutzung der biologischen Leistungsfähigkeit. Auch in Bezug auf den zur Verfügung stehenden Reaktorraum wird im kontinuierlichen Betrieb eine bessere Auslastung erreicht. Darüber hinaus vereinfacht die gleichmäßigere Gasbildung die Nutzung des Biogases.

Hintergrund