Forscher des Helmholtz-Zentrums Potsdam Deutsches GeoforschungsZentrum (GFZ) entwickelten gemeinsam mit der Technischen Universität Berlin (Fachbereich Verfahrenstechnik) und dem Dresdner Grundwasserforschungszentrum einen Frühwarnindikator zur Überwachung der Prozessstabilität in Biogasanlagen. Mit ihm sollen sich Prozessstörungen frühzeitig erkennen lassen, womit die Prozessstabilität erhöht wird.

Als Frühwarnindikator dient das Verhältnis aus dem Gehalt an organischen Säuren zur elektrischen Leitfähigkeit (FWI A/elCon). Vorteil: Er reagiert empfindlicher als konventionell genutzte Mess- und Analysewerte. Der Frühwarnindikator wurde im halbtechnischen Labormaßstab erprobt und anschließend zusammen mit der EnviTec Biogas AG erfolgreich an einer großtechnischen Biogasanlage validiert.

Überlastete Fermenter lassen sich wieder stabilisieren

Um überlastete Prozesse bei Alarmierung durch den Frühwarnindikator wieder zu stabilisieren, kann der Betreiber von Anlagen mit nachwachsenden Rohstoffen (Nawaro-Anlagen) die Raumbelastung absenken und gezielt Additivkombinationen aus Spurenelementen und Natronlauge (NaOH) zugeben. Auf diese Weise lassen sich kurze Stabilisierungszeiträume bei niedrigen Additivkosten realisieren.

Für Abfallbiogasanlagen wurden ähnliche Frühwarnindikatoren entwickelt. Hierbei handelt es sich zum einen um das Verhältnis organischer Säuren zu Calcium (FWI oS/Ca) und zum anderen um das Verhältnis von Phosphor zu Calcium (FWI P/Ca). Als Additiv für die Prozessstabilisierung in Abfallbiogasanlagen eignet sich die Kombination aus Spurenelementen und Calciumoxid am besten. Durch Ausfällung von Calcium mit langkettigen Fettsäuren wird eine Aggregatbildung herbeigeführt. Diese Aggregate bestehen zu einem großen Teil aus langkettigen organischen Säuren. Sie werden von Mikroorganismen besiedelt, die in und auf den Aggregaten eine Hochleitsungsbiozönose, bestehend aus syntrophen Bacteria und hydrogenotrophen methanogenen Archaea, ausbilden. Diese Hochleistungsbiozönose stabilisiert den Prozess, haben die Forscher festgestellt. Im Stabilisierungsprozess werden die Aggregate wieder abgebaut und zu Biogas umgesetzt.

Unterschiedliche Rührwerke im Versuch

Um die Aggregatbildung zu bewerten, wurde auf Basis einer optischen Endoskopsonde ein neuer Bilderkennungsalgorithmus entwickelt. Die Methode wurde auch genutzt, um die Scherbeanspruchung verschiedener Rührorgane im Hinblick auf die Aggregatbildung zu analysieren: Scheibenrührer sind danach scherärmer als Propellerrührer.

Für Nawaro-Anlagen ist es denkbar, künftig gezielt Pflanzenöl und Calcium zuzugeben, um auch hier Aggregate herbeizuführen. Auf diese Weise ließen sich die prozessstabilisierenden Effekte bei hoher Raumbelastung und Säurekonzentration auch auf Nawaro-Anlagen übertragen. Dies könnte dazu genutzt werden, den Prozess schnell an höhere Raumbelastungen anzupassen, wie dies bei einer bedarfsgerechten Energieerzeugung notwendig sein wird.

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