Übliche Methoden zur Prozessüberwachung von Biogasanlagen sind der FOS/TAC-Wert oder die Analyse des Spektrums von organischen Säuren im Labor. „Diese Werte sind wichtig, aber sie sind je nach Messmethode unpräzise oder kommen zu spät, um eine Veränderung des Gärprozesses rechtzeitig anzeigen zu können“, sagt Dr. Mathias Schlegel vom Unternehmen ATFO GmbH aus Bentwisch (Mecklenburg-Vorpommern).

Aus diesem Grund hat ATFO eine neuartige Säuresensoreinheit (Organic Acid Sensoring Unit, kurz: OASU) entwickelt, die im Frühjahr 2025 auf den Markt kommen soll. Sie misst die Gasanteile der Essig- und Propionsäure im Fermenter per Gaschromatographie kontinuierlich. Aus dem Verhältnis der organischen Säuren (oS) zueinander lassen sich auch wegen der im Vergleich zu anderen Verfahren hohen Messdichte bessere Rückschlüsse auf den Biogasbildungsprozess ziehen.

Laut ATFO ist der Biogasprozess bei hoher Fermenterauslastung stabil, wenn die Konzentration der Essigsäure etwa doppelt so hoch ist wie die Propionsäure. Anhand der Werte kann der Betreiber ablesen, ob die Anlage im optimalen Bereich läuft, ob eine Überlastung droht oder ob sie „hungert“. (www.atfo.de)

Marker zeigen Mikroorganismen an

Eine Störung im Fermenter lässt sich anhand der Konzentration bestimmter Mikroorganismen wesentlich schneller ablesen als chemische Werte wie der FOS/TAC-Wert. Das zeigen Versuche der Firma AMODIA Bioservice GmbH. Bei einer Substratumstellung mit einer Steigerung der Raumbelastung war die Zahl der Bakterien und für die Methanbildung zuständigen Mikroorganismen schon um das Zehnfache gesunken, als der FOS/TAC-Wert erstmals einen alarmierenden Wert anzeigte.

Zur besseren Analyse der unterschiedlichen Organismengruppen im Fermenter hat AMODIA DNA-basierte Marker entwickelt. Sie geben einen nach Archaeen und Bakterien getrennten Aufschluss zur Konzentration und zur Vielfalt der Mikroorganismen. „Wir haben festgestellt, dass es einen Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der methanbildenden Mikroorganismen und der Versorgung mit bestimmten Spurenelementen gibt“, sagt Dietmar Ramhold von der zum Schaumann-Konzern gehörenden ISF GmbH.

Dazu hat die ISF Auswirkung von einem Mangel an Spurenelementen untersucht. Dazu wurden acht Versuchsfermenter (je System drei Wiederholungen) zum Start ausreichend mit Spurenelementen versorgt. Dann wurde in sieben Fermentersystemen bestimmte Elemente bis zum Mangel reduziert, ein unveränderter Fermenter diente als Kontrolle. Ergebnis: Die maximal mögliche Faulraumbelastung lag bei den Fermentern mit unvollständiger Versorgung deutlich niedriger.

Gleichzeitig hat die ISF mithilfe des AMODIA -Verfahrens die Zahl der Mikroorganismen ermittelt. Auffällig dabei: In Fermentern mit optimaler Faulraumbelastung und stabilem Zustand war die Menge der Archaeen am geringsten. „Viele Archaeen an sich bedeutet also nicht unbedingt einen guten Biogasprozess. Vielmehr kommt es darauf an, welche Gruppe wie stark vertreten ist“, sagt Ramhold. Bei einem bestimmten Spurenelementemangel kann es zu Verschiebungen der Gruppen kommen, die einem bestimmten Muster folgen. Daher kann diese Analysemethode bei der Fehlersuche im Fermenter helfen und mithilfe der Amodia-Analyse die Zugabe der exakt notwendigen Spurenelemente erfolgen. (www.is-forschung.de, www.amodia.de)

Die 4PS-Methode

Wenn es im Biogasfermenter zu einer Störung kommt, ist es wichtig zu wissen, welche Parameter sich im Laufe der Zeit wie verändert haben. Ulrich Krause von der AMODIA Bioservice GmbH empfiehlt hierzu die „4PS-Methode“. Sie bedeutet: „Vier Proben sammeln“. Dabei zieht der Betreiber jede Woche eine Probe aus dem Fermenter und friert sie in einem 50 ml fassenden Behälter ein. Mit der fünften eingelagerten Probe wird die älteste wieder entsorgt, sodass immer vier Proben zur Verfügung stehen.

Kommt es zu einer Störung, liefert die älteste Probe, als noch keine Störung vorlag, den Soll-Zustand, die jüngste den Ist-Zustand. Die Analyse der beiden anderen Proben aus der Zwischenzeit zeigt, wie und wann sich die Mikrobiologie verändert hat und welcher Zielzustand mit welchen Maßnahmen wieder hergestellt werden soll. „Ein wichtiger Vorteil dieses Vorgehens ist, dass Kosten für Analysen nur dann entstehen, wenn Probleme auftreten“, betont Krause. www.amodia.de