Einloggen / Registrieren

Startseite

Schlagzeilen
Messen & Termine
Themen
Wir für Euch
Sonstiges

Stilllegung 2024 Agrardiesel-Debatte Bürokratieabbau

Prozessbiologie

Substratausnutzung: Kleine Hemmung – große Wirkung

In der Praxis zeigt sich, dass herkömmliche Zusatzstoffe wie Enzyme oder Spurenelemente sowie mechanische Zerkleinerungen bei einigen Substraten an ihre Grenzen stoßen können.

Lesezeit: 5 Minuten

Zusatzstoffe dienen in Biogasanlagen dazu, die Fermenterbiologie zu unterstützen. Spurenelemente, Eisen, Entschäumer oder Enzyme zur Absenkung der Viskosität sind bewährte Mittel dazu. Wegen des verstärkten Einsatzes von Getreide, Geflügelmist und Hühnertrockenkot in den letzten Jahren kamen noch Produkte zur Bekämpfung der Ammoniakhemmung dazu.

Viele Zusatzstoffen können helfen, um biologische oder technische Störungen zu vermeiden. Reduzierte Gasausbeuten bzw. niederschwellige Hemmungen, die nicht zu einer Havarie führen, akzeptieren vielen Betreiber allerdings als gegeben, solange das Jahresergebnis einigermaßen passt. „Mit den steigenden Kosten und abnehmenden Einspeiseerlösen geht es aber genau darum, die letzten 5 bis 10 % des theoretischen Biogasertrags aus den Substraten zu kitzeln“, erklärt Dr. Harald Lindorfer von der Schaumann BioEnergy GmbH.

Das Wichtigste zum Thema Energie freitags, alle 4 Wochen per Mail!

Mit Eintragung zum Newsletter stimme ich der Nutzung meiner E-Mail-Adresse im Rahmen des gewählten Newsletters und zugehörigen Angeboten gemäß der AGBs und den Datenschutzhinweisen zu.

Hemmung der Prozessbiologie

Neben Enzymprodukten zur Beschleunigung und Verbesserung des Abbaus schwer abbaubarer Substratanteile werden oft technische Module zur Zerkleinerung, wie Hammer- oder Kugelmühlen, Zerspaner, Schredder etc. eingesetzt. Allerdings wird auch mit diesen Maßnahmen nicht immer eine optimale Ausbeute erreicht. In vielen Anlagen geht die Substratausnutzung immer wieder sukzessive um bis zu 10 % zurück oder bricht regelmäßig spontan ein. Grund dafür ist oft eine niederschwellige Hemmung der Prozessbiologie, die zu einer reduzierten bakteriellen Aktivität und damit zu einem unvollständigen Substratabbau führt. „Oder es liegen Einschränkungen im Stoffaustausch zwischen Substraten und Mikroorganismen vor“, sagt Lindorfer. Genau an diesen Punkten setzt eine neue Generation Zusatzstoffe an.

Ursachen einer reduzierten Substratausnutzung

Es gibt eine ganze Reihe von Gründen, die einen schlechten Substratabbau und damit eine reduzierte Biogasausbeute zur Folge haben können. Diese Gründe kann man in drei Hauptgruppen einteilen:

  • Die Benetzung bzw. die Quellung der Substrate ist nicht ausreichend, so dass die Mikroorganismen bzw. die Enzyme nicht an die Nährstoffe gelangen und kein Stoffaustausch stattfinden kann (hydrophobe Eigenschaften, Schwimmschichtbildung, zu hohe TS-Gehalte, etc.)
  • Die hydrolytischen Bakterien im Fermenter sind nicht in der Lage, ausreichend Exo-Enzyme für den kompletten Abbau der Futtersubstrate zu bilden, z.B. aufgrund hoher organischer Raumbelastung, kurzer Verweilzeit, sehr hohem Anteil schwer vergärbarer Stoffe, etc.
  • Die Enzymbildung oder die Vermehrung der Mikroorganismen ist grundsätzlich durch Hemmung, Nährstoff- und Spurenelementmangel oder andere prozessbiologische Parameter eingeschränkt.

Für eine optimale Substratausnutzung müssen alle diese Faktoren betrachtet und entsprechend bearbeitet werden.

Alginate und Enzyme

Ein ganz typisches Beispiel für den eingeschränkten Stoffaustausch war in den letzten Jahren bei Einsatz von trockengeschädigtem Silomais zu beobachten. Die ELOS-Werte (ELOS = Enzymlösliche organische Substanz) der betroffenen Silagen waren schon von vornherein niedriger (vgl. Übersicht 1). Überlagert wurde die schlechtere Verdaulichkeit noch von einer eingeschränkten Benetzungs- und Quellfähigkeit, was oft zu einem Aufschwimmen der Silagen im Fermenter geführt hat. Diese ließen sich zwar mit erheblichen Rühraufwand wieder einrühren, ein zufriedenstellender Abbau wurde allerdings oft nicht erzielt. Der alleinige Einsatz von Enzymprodukten zeigte nur begrenzten Erfolg, da auch für die Enzyme der direkte Kontakt mit den trockengeschädigten Substraten eingeschränkt war. Erst die Kombination von Alginaten für die Verbesserung des Stoffaustauschs mit Enzymen die die Quellfähigkeit verbesserten konnte eine signifikante Verbesserung erzielt werden.

Übersicht 2 zeigt die Fütterung der Anlage über einen Zeitraum von vier Monaten. Im Laufe des Monats Mai erkennt man zunächst eine leicht schwankende aber stabile Fütterung. Die Stromeinspeisung der Biogasanlage mit 900 kW liegt in dieser Phase im Mittel bei 21.400 kWh/Tag. Ab Mitte Mai wird eine Kombination aus Algeacell zur Bindung von Toxinen und einem Enzymprodukt (BC.ZYM Visko F) zur Unterstützung des eingeschränkten Substratabbaus eingesetzt. Deutlich zu sehen ist der Rückgang der Fütterungsmengen ab Ende Mai. Gleichzeitig steigt die durchschnittliche tägliche Stromeinspeisung auf zunächst 21.800 kWh im Juni und stabilisiert sich bis zum August bei ca. 22.000 kWh.

Betrachtet man die Stromausbeute der Substrate, ergibt sich dadurch eine Steigerung um ca. 12 % von durchschnittlich 270 kWh/t Fütterung im Mai auf ca. 300 kWh/t Fütterung im August.

Geringe Prozesshemmung

Das folgende Fallbeispiel steht exemplarisch für Anlagen mit einer sogenannten niedrigschwelligen Prozess- bzw. Hydrolysehemmung. Der Betreiber hatte Spurenelemente zugegeben, die Versorgung aller Elemente war gut. Hemmstoffe waren nicht nachweisbar. Allerdings waren dem Betreiber leicht erhöhte Fütterungsmengen und der etwas niedrige Methangehalt im Biogas aufgefallen. Nach der Diskussion möglicher Ursachen und der Begutachtung der Silos und Substratlager gemeinsam mit einem Schaumann-Spezialberater konnte eine hohe Keimbelastung der sehr trockenen Maissilage als mögliche Ursache identifiziert werden. Da einige der typischen Schadkeime in Silagen in der Lage sind, Toxine bzw. Antibiotika zu bilden (z.B. Schimmelpilze oder Actinomyceten), entschied sich der Betreiber für zwei Schaumann-Produkte: Algeacell Detox zur spezifischen Toxinbindung in Kombination mit einem Enzymprodukt zur Unterstützung der reduzierten, bakteriellen Enzymbildung.

Auch wenn es erhebliche Schwankungen in der Substratqualität bzw. dem Energiegehalt es von Jahr zu Jahr und von Standort zu Standort gibt, lohnt es sich für Betreiber, näher hinzuschauen, wenn die Futtermengen zu hoch sind oder der Methangehalt niedriger ist als üblich. Die Einsparung von nur einer Tonne Maissilage pro Tag sind in Abhängigkeit des Maispreises am Ende des Jahres ca. 13.000 bis 16.000 € Kostenreduktion.

Mehr zu dem Thema

top + Letzte Chance: Nur noch bis zum 01.04.24

3 Monate top agrar Digital + 2 Wintermützen GRATIS

Wie zufrieden sind Sie mit topagrar.com?

Was können wir noch verbessern?

Weitere Informationen zur Verarbeitung Ihrer Daten finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Vielen Dank für Ihr Feedback!

Wir arbeiten stetig daran, Ihre Erfahrung mit topagrar.com zu verbessern. Dazu ist Ihre Meinung für uns unverzichtbar.