Monofermentation von Nahrungsmittelabfällen in Biogasanlagen - Pilotbiogasanlage

Abstract

In einem Gemeinschaftsprojekt der Partner Ing. Friedrich Bauer GmbH aus Kemmelbach, ?-sterreich, der Firma Enersys GmbH, Donaueschingen als Generalplaner der Pilotanlage, der Firma Biogas-Systemtechnik Deutsch-land GmbH als Bauherr und den Instituten für Agrartechnik sowie für Um-welt- und Tierhygiene mit Tierklinik (Leiter: Prof. Dr. R. Böhm) der Universität Hohenheim wurde ein Verfahren zur Monofermentation von strukturarmen Materialien mit hohem Energieinhalt entwickelt und getestet. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurden im Biogaslabor des Instituts für Agrartechnik der Universität Hohenheim grundlegende systematische Untersuchungen zur Monofermentation von Speiseresten, um Informationenüber das Gärverhalten und die Leistungsfähigkeit des Substrats zu erhalten. In einem zweiten Schritt folgten umfangreiche verfahrenstechnische und hygienische Untersuchungen an der Pilotanlage.

Die Versuche beinhalteten zwei Phasen über einen Zeitraum von insgesamt192 Tagen. In Phase I wurde der Vergärungsprozess gestartet und die Rohrfermenter der Anlage zuerst ausschließlich mit Impfmaterial und anschließend mit langsam steigenden Speiserestmengen befüllt. Nach 130 Tagen war Phase I Ende November 2002 abgeschlossen. In den Rohrfermentern wurde während dieser Zeit im Durchschnitt 0,971 m³ CH4 m^-3 RV d^-1, in der zweiten Fermenterstufe 0,431 m³ CH4 m^-3 RV d^-1 bei einer Raumbelastung von3,18 kg oTS m^-3 RV d^-1 und einer theoretischen Verweilzeit des Gärmaterials in beiden Fermenterstufen von etwa 118 d erzeugt. Die Gasqualität betrug durchschnittlich 56,3 % CH4 und 36,1 % CO2. Eine fehlerhafte Temperaturmessung in den Rohrfermentern in Kombination mit einer defekten Gasmengenerfassung führte Anfang Oktober zu überhöhten Beschickungsmengen mit Frischsubstrat. Daraus resultierte eine ?oeberlastung der Rohrfermenter, so dass es zu einem starken Anstieg der Fettsäurekonzentrationen auf bis zu 16500 ppm kam, wobei vor allem die Propionsäurekonzentration bis auf 4690 ppm stark zunahm. Infolgedessen sank der pH - Wert in den Rohrfermentern auf bis zu 6,4 ab. Durch ?oeberimpfung mit Gärmaterial aus der zweiten Fermenterstufe konnte die Methanerzeugung in den Rohrfermentern wieder neu gestartet werden. In Phase II wurden über eine Dauer von 62 Tagen nach vorher wieder stabilisierten Betriebsbedingungen durchschnittlich 0,95 m³ CH4 m^-3 RV d^-1 in den Rohrfermentern und 0,64 m³ CH4m^-3 RV d^-1 in der zweiten Fermenterstufe mit 58,7% CH4 und 36,6 % CO2imMischgas erzeugt. Die Fettsäurekonzentration lag in diesem Versuchsabschnitt bei durchschnittlich 5070 ppm Essigsäure und 3680 ppm Propionsäure. Das sowohl im Labormaßstab als auch unter Praxisbedingungen untersuchte Verfahren bestätigt, dass eine Monovergärung von Speiseresten technisch realisierbar ist. In verfahrenstechnischer und gärbiologischer Hinsicht gibt es dabei Ansatzpunkte zu Optimierungsstrategien und technischen Weiterentwicklungen.