HoLaFlor – Effizienzsteigerung von Biogasanlagen durch Etablieren der Hochlastfaulung (am Beispiel von Mais) mit Nachweis der Mikroorganismenflora

In dem Vorhaben wurde der Betrieb einer Biogasanlage im Hochlastverfahren im Technikumsmaßstab realisiert und eine Erhöhung der Abbauleistung und Biogasproduktivität nachgewiesen. Dazu wurde parallel eine Referenzanlage mit herkömmlichem Verfahren betrieben. Beide Verfahren wurden zudem hinsichtlich der Mikroorganismenflora vergleichend charakterisiert.

Pilotanlage
© Fraunhofer IGB

Pilotanlage zur vergleichenden Untersuchung der Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen mit Hochlast- und herkömmlichen Betrieb.

Im Jahr 2016 gab es in Deutschland mehr als 8500 Biogasanlagen, die nachwachsende Rohstoffe als Substrate einsetzen. Diese Biogasanlagen werden meist mit Verweilzeiten von 40 Tagen betrieben. Auch deutlich längere hydraulische Verweilzeiten von bis zu 90 Tagen sind keine Seltenheit. Im Zuge der Energiewende wird angestrebt, den Anteil von Biogas an erneuerbaren Energien weiter zu erhöhen.

 

Ziel und Vorhaben

Gesamtziel des Forschungsprojekts ist es daher, die eingesetzte Biomasse möglichst effizient zu nutzen, indem Biogasanlagen auch mit kürzeren Verweilzeiten stabil mit konstanten Biogasraten betrieben werden – bei gleichzeitiger Steigerung der Methanproduktivität.

Dazu soll der Betrieb einer Biogasanlage im Hochlastverfahren im Technikumsmaßstab realisiert sowie die Mikroorganismenflora charakterisiert werden. Als Referenz wird parallel eine weitere Technikumsanlage mit herkömmlichem Verfahren (langen Verweilzeiten von 70 Tagen) betrieben und untersucht.

Anschließend soll vergleichend der Einfluss von Rindergülle als Cosubstrat für beide Betriebsweisen untersucht werden. So wird die Vergärung mit kurzen Verweilzeiten (Hochlastverfahren) für die Anwendung mit nachwachsenden Rohstoffen zum einen für Maissilage als Monosubstrat, zum anderen für Maissilage mit Rindergülle als Cosubstrat geprüft und der Einfluss auf die Zusammensetzung der Mikroorganismenflora charakterisiert.

 

Ergebnisse: Steigerung der Methanproduktivität durch Hochlastfaulung mit kurzer Verweilzeit

Für eine Biogasanlage im Technikumsmaßstab mit Maissilage als Monosubstrat konnten am IGB erfolgreich kurze Verweilzeiten zwischen 15 und 30 Tagen und entsprechende organische Raumbelastungen zwischen 2,9 und 5,8 g/L*d realisiert werden. Parallel dazu wurde das herkömmliche Verfahren mit einer Verweilzeit von 70 Tagen als Referenz untersucht. Es zeigte sich, dass die Methanproduktivität mit zunehmendem Durchsatz für Verweilzeiten von 15 bis 30 Tagen von 0,9 Nl/L*d auf 1,7 Nl/L*d gesteigert werden konnte. Die Methanausbeute lag dabei zwischen 284 Nl/kg oTR (15 Tage Verweilzeit) und 303 Nl/kg oTR (30 Tage Verweilzeit). Im Vergleich dazu wurde im Betrieb mit 70 Tagen Verweilzeit eine Produktivität von nur 0,4Nl/L*d erzielt, mit einer Methanausbeute von 341 Nl/kg oTR.

Die Ergebnisse belegen eindrucksvoll, dass durch eine geeignete Anlagentechnik Biogasanlagen mit deutlich kürzeren Verweilzeiten realisiert und dadurch zwei- bis vierfach höhere Methanproduktivitäten erreicht werden können als im Betrieb mit herkömmlicher Verfahrensweise und langen Verweilzeiten.

Projektinformationen

Projekttitel

HoLaFlor – Effizienzsteigerung von Biogasanlagen durch Etablieren der Hochlastfaulung (am Beispiel von Mais) mit Nachweis der Mikroorganismenflora

 

Projektlaufzeit

Oktober 2015 – Dezember 2018

 

Kooperationspartner

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart (Koordinator)

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) für die Förderung des Projekts »HoLaFlor – Effizienzsteigerung von Biogasanlagen durch Etablieren der Hochlastfaulung (am Beispiel von Mais) mit Nachweis der Mikroorganismenflora«, Förderkennzeichen FKZ 22011613.