Prozessstörungen und der Rückgang der Biogasausbeute ohne ersichtlichen Grund sind nach wie vor häufige Erscheinungen in Biogasanlagen. Da diese Ereignisse oft mit hohen Einspeiseverlusten verbunden sind, ist deren Vermeidung von hohem Interesse.
Bei einigen schwerwiegenderen Havarien konnte ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Einsatz verdorbener, schadkeim-belasteter Silagen und den darauffolgenden Prozesstörungen hergestellt werden. „Unklar war allerdings bisher, welche Stoffe genau für die Hemmung verantwortlich sind“, erklärt Dr. Harald Lindorfer von der Schaumann BioEnergy GmbH.
Jahrelange Analyse von Proben
Da in diesem Bereich nur sehr wenige Literaturdaten verfügbar sind, sammelt Schaumann BioEnergy gemeinsam mit Forschungspartnern seit mehreren Jahren Informationen aus Fallstudien, um die Auswirkungen von verdorbenen Substraten auf den Biogasprozess näher zu untersuchen. Wann immer möglich, wurden Proben der verdorbenen oder schimmeligen Substrate entnommen, analysiert und teilweise Hemmtests durchgeführt. Gleichzeitig wurden verschiedene Additive im Labormaßstab und in ausgewählten Praxisanlagen getestet, um die Folgen der Prozessstörungen zu verringern und die geschädigte Biozönose beim Wiederaufbau zu unterstützen. Bislang konzentrierte man sich bei der Betrachtung auf die Mykotoxine, die auch schon aus dem Bereich der Nutztierfütterung bekannt waren. Diese konnten allerdings inzwischen in diversen Studien ausgeschlossen werden.
Ursache meist Schimmelpilze
An dem Verderb von organischen Substraten sind verschiedene Schadkeime beteiligt. Im Bereich der Silagen sind dies neben Hefen vor allem Schimmelpilze und Actinomyceten. Die beiden letzteren können neben den klassischen Mykotoxinen auch Stoffwechselprodukte wie Antibiotika oder antibiotika-ähnliche Substanzen freisetzen. Diese sind zwar in der Human- und Tiermedizin zum Teil nützlich, wirken jedoch in Fermentern und anderen mikrobiellen Prozessen als starke Hemmstoffe.
Unauffälliger Rückgang der Gasbildung
„Wertet man die Praxis-Erfahrungen der letzten Jahre aus, kann man zwei Hauptrichtungen erkennen: In einigen Anlagen kommt es zu massiven Prozessstörungen und einem spontanen Einbruch der Gasproduktion“, sagt Lindorfer. In anderen wird oft nur ein eher unauffälliger Rückgang der Biogasausbeute, begleitet von Schwankungen des Methangehalts, beobachtet. Längerfristig können beide Varianten mit einem erheblichen finanziellen Schaden verbunden sein.
Zwei Praxisanlagen
Im Folgenden zwei Beispiele aus der Praxis mit massiven Prozessstörungen nach Zufuhr von schimmeliger Maissilage. In beiden Fällen handelte es sich um landwirtschaftliche Biogasanlagen mit ausschließlicher Fütterung von nachwachsenden Rohstoffen (Energiepflanzen). Beide Anlagen setzten zum Zeitpunkt der Störung Spurenelementprodukte ein und waren gut versorgt. Im ersten Fall musste die Fütterung nach Beginn der Störung aufgrund des niedrigen Methangehalts und der hohen Säurelast über einen Zeitraum von mehreren Wochen stark reduziert werden.
Nachdem nach der wochenlangen Futterreduzierung kein signifikanter Abbau der organischen Säuren und kein Anstieg des Methangehalts stattfand, wurde am Ende der Fermenter neu beimpft. Erst dann begann die Erholung und der Abbau der Säuren. Letztendlich konnte erst nach 44 Tagen wieder Volllast erreicht werden Der wirtschaftliche Schaden für die Anlage war beträchtlich. In mehreren anderen Anlagen wurden vergleichbare Entwicklungen beobachtet.
Erst durch die Auswertung einer Vielzahl solcher Prozessstörungen konnte ein spezifisches Muster festgestellt werden. Inzwischen kann eine sehr schnelle Bewertung der Situation vorgenommen und eine entsprechende Handlungsempfehlung gegeben werden. Voraussetzung ist eine Analyse des Säurespektrums im Fermenter und die parallele Erfassung der Gasmenge und Gasqualität in der Anlage.
Abhilfe mit Algenpräparat
Im zweiten Fallbeispiel konnte nach Feststellung des typischen Störungsverlaufs bereits am Tag 7 der Störung das Produkt Algeacell Detox (Fa. Schaumann BioEnergy) in Form einer Impulsdosierung eingebracht werden. Der Abbau der organischen Säuren setzte sofort ein. Innerhalb weniger Tage war die Säurekonzentration zurück auf dem Ausgangsniveau. Nach insgesamt 16 Tagen war die Anlage wieder bei voller Auslastung. Durch das schnelle Vorgehen konnte der wirtschaftliche Schaden im Vergleich zu anderen Fallbeispielen erheblich reduziert werden. Das Fazit: Die Wirkung sehr starker Hemmstoffe aus dem Verderb von Silagen kann durch den gezielten Einsatz von spezifischen Zusatzstoffen erheblich reduziert werden. Die gute Wirkung des Produktes liegt laut Hersteller in der gezielten Festlegung von komplexen organischen Verbindungen wie Antibiotika, die mit dem Zusatz von mineralischen Produkten zur Toxinbindung wie Gesteinsmehlen bzw. Zeolithen nicht erreicht wird. Gleichzeitig wird, wie oben beschrieben, der Abbau der Säuren beschleunigt, so dass die Leistung wieder schnell gesteigert werden kann, um auch beispielsweise Lieferverpflichtungen im Wärmebereich weiter erfüllen zu können.
„Trotz der Wirkung des Produktes im Havariefall bleibt doch die Vermeidung entsprechender Störungen der effizienteste Weg“, resümiert Lindorfer. Viele wissenschaftliche Studien und auch die gängige Praxis der meisten Biogasbetriebe zeigten, dass mit guter landwirtschaftlicher Praxis bei der Lagerung und dem Einsatz von ausgewählten Siliermitteln, das Wachstum von Schadkeimen und damit auch die Bildung von Hemmstoffen, von vornherein sehr erfolgreich unterbunden werden könne.
