Wer Biogasanlagen in größeren Zeitabständen füttert, produziert mehr Biogas. Das hat ein Team von Mikrobiologen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und Ingenieuren des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ) sowie anderen internationalen Wissenschaftlern herausgefunden. Die Biogasproduktion lässt sich damit über die Fütterungsfrequenz der Anlagen steuern. Größere Zeitabstände führen danach zu mehr Biogas. Mit diesem Wissen könnten die rund 8000 Anlagen in Deutschland mehr als die heutigen etwa sieben Prozent des erzeugten Stroms mit Biomasse decken.
Den Wissenschaftlern gelang es unter Laborbedingungen, die Produktion von Methan als wertvollstem Bestandteil des Biogases um bis zu 14 Prozent zu steigern. Um Biogas bedarfsgerecht zu produzieren, gaben sie das Substrat nicht alle zwei Stunden in den Fermenter, sondern in zeitlich größeren Abständen von einem Tag beziehungsweise alle zwei Tage. „Wird der Reaktor seltener gefüttert, lässt sich mehr Strom produzieren", fasst UFZ-Forscher Dr. Marcell Nikolausz zusammen.
Die Forscher hatten für den Versuch über insgesamt fast vier Monate zwei 15 Liter große Reaktoren unter identischen Bedingungen mit Getreideschlempe gefüttert. Das verblüffende Ergebnis: Gibt man nur einmal am Tag die Gesamtmenge an Biomasse auf einen Schlag in den Gärkessel, steigt die Produktion von Methan um 14 Prozent, die von Biogas insgesamt um 16 Prozent. Füttert man alle zwei Tage, nimmt die Methanausbeute um 13, die Biogasausbeute um 18 Prozent zu.
Die Forscher erklären sich die Zunahme so: Wegen der sich stark ändernden Umweltbedingungen wird die mikrobielle Gemeinschaft vielseitiger. Daher entstehen um so mehr funktionelle Gruppen von Bakterien. Damit lassen sich vor allem die schwer aufzuschließenden Bestandteile der Biomasse effizienter verarbeiten, erklärt der UFZ-Forscher.
Auf die Stabilität des Prozesses hat das flexiblere Fütterungsmanagement keine negativen Auswirkungen, hat das Team außerdem herausgefunden. Allerdings varrierte die Zusammensetzung der Bakterien, die Bestandteile der Biomasse wie Zellulose und Proteine in mehreren Stufen in Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Essigsäure zerlegen. Grund: Die Konzentration von Ammoniumstickstoff und Wasserstoff sowie des pH-Werts ändert sich. „Weil dadurch mehr funktionelle Nischen entstehen, profitieren bestimmte säurebildende und hydrolysierende Bakterien", sagt Nikolausz. Stabil blieb dagegen die Gemeinschaft der methanogenen Archaeen, die am Ende des Prozesses Methan, Wasser und Kohlenstoffdioxid produzieren. Egal, wie oft der Reaktor mit Biomasse gespeist wurde, stets dominierte mit einem Anteil von bis zu 83 Prozent die Gattung Methanosarcina vor der Gattung Methanobacterium mit bis zu 31 Prozent. "Beide Gattungen kommen mit den wechselnden Bedingungen offensichtlich am besten zurecht", sagt der Wissenschaftler.
Noch steht die Forschung zum Thema „flexibleres Fütterungsmanagement“ ganz am Anfang. Die UFZ-Forscher wollen die Ergebnisse aus der Studie jetzt vertiefen. Notwendig sei, sagt Nikolausz, die Forschungsergebnisse nun in größeren Reaktoren zu bestätigen. „Spannend ist auch die Frage, ob sich die höheren Produktionsmengen von Methan auch beim Einsatz von Maissilage oder Zuckerrüben bestätigen lassen", sagt Nikolausz.
