11 September 2009

Stickstoff: Vom Problemstoff für Biogasvergärung zum Dünger

Abtrennung von Ammoniumstickstoff erhöhte Stromertrag um 15 Prozent

In der Biogasvergärung wird zum Anmaischen von feststoffhaltigen Substraten wie Getreidekorn, Rapsschrot oder Mist in der Regel der Ablauf, das Rezyklatwasser, aus dem Fermenter verwendet. Die Aufbereitung des Ablaufs beschränkt sich meistens auf eine mechanische Abtrennung der festen Phase. Dadurch kann es jedoch zu einer Aufkonzentration von gelösten Nährstoffen im Fermenter kommen, wobei insbesondere die Erhöhung von Ammoniumstickstoff (NH4-N) massive Gärhemmungen verursacht. Ähnliches gilt auch beim Einsatz stickstoffreicher Substrate wie Hühnertrockenkot oder Hühnerfestmist. Um dieses Problem zu lösen, hat die Gesellschaft für nachhaltige Stoffnutzung mbH (GNS) aus Halle das so genannte ANA-Strip-Verfahren entwickelt, mit dem NH4-N zu 75 bis 95 Prozent auf vergleichsweise einfache Weise aus dem Rezyklatwasser abgetrennt und in einen vermarktungsfähigen Dünger umgewandelt werden kann.

In einem von Mitte 2007 bis Ende 2008 laufenden Forschungsprojekt unterzogen die GNS-Wissenschaftler das ANAStrip-Verfahren nun einem intensiven Test: Sie simulierten in zwei 4-monatigen quasi-kontinuierlich betriebenen Gärversuchen in einem 10-Liter-Fermenter einen beispielhaften Biogasprozess zur Vergärung von Maissilage mit Rapspresskuchen und Getreide sowie von Hühnertrockenkot und Maissilage. Im Ergebnis zeigte sich, dass das Verfahren die entsprechenden Erwartungen voll erfüllte. Der Biogas-Mehrertrag des Versuchs mit ANAStrip-Verfahren lag bei durchschnittlich 36 Prozent gegenüber Vergleichs-Batch-Tests ohne NH4-N-Reduzierung, die Methanausbeute stieg im Schnitt um 34 Prozent. Ergänzend führte das GNS-Team auch Untersuchungen zur optimalen Raum-Zeit-Belastung durch. Im Ergebnis bewerten die Wissenschaftler die häufig anvisierten hohen Raumbelastungen von mehr als 4 kg organischer Trockensubstanz (oTS) pro Kubikmeter Faulraum und Tag und die kurzen Verweilzeiten im Fermenter sehr kritisch, da sie oft zu Instabilitäten, Übersäuerungen und Ertragsrückgängen führen. Stattdessen empfehlen sie die op-timale Ausnutzung des Substrats bei minimalem Substrateinsatz, also eine hohe spezifische Biogasausbeute. Die in dieser Hinsicht optimale Raumbelastung lag in den Versuchen, bei denen überwiegend Hühnermist vergoren wurde, bei 1 kg oTS pro Kubikmeter Faulraum und Tag.

Die Ergebnisse aus der Laborarbeit wurden im Anschluss auf den Praxismaßstab übertragen: Eine Biogasanlage bei Bremen konnte mit Hilfe des ANAStrip-Verfahrens nach wenigen Wochen ihre Stromerträge bei gleichem Substrateinsatz um 15 Prozent steigern.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird in der aktuellen Entwicklungsphase noch durch relativ hohe Investitions-, jedoch geringe Betriebskosten charakterisiert. Eine angestrebte Serienproduktion soll hier die Gesamtkosten künftig weiter verringern. Für die Ökonomie entscheidend sind außerdem die Rahmenbedingungen der Anla-ge. Bei der Monovergärung von Hühnermist ohne Ausbringungsflächen für die Gär-reste ist zum Beispiel deren Aufbereitung und Rückführung in den Prozess Voraus-setzung für die Wirtschaftlichkeit. Auch der Verkauf von mit ANAStrip gewonnenen Düngemitteln wirkt sich positiv auf die Rentabilität aus. Die konkreten Berechnungen sind in gesonderten Anlagen zum Abschlussbericht dargestellt, die auf Nachfrage bei GNS erhältlich sind

Kontakt
GNS – Gesellschaft für Nachhaltige Stoffnutzung mbH
Weinbergweg 23
06120 Halle (Saale)
Dr. Ute Bauermeister
Tel.: 0345-55 83-705
E-Mail: info@gns-halle.de

Weitere Informationen
Projektinformationen und Abschlussbericht: Vermeidung von Gärhemmungen beim Einsatz von Gärrückständen als Rezyklatwasser bei der Monovergärung von festen Biomassen (FKZ 22003907)

Source: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Pressemitteilung, 2009-09-10.

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