Prof. Dr.-Ing. Gerhard Schories
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31.10.2017

Teilvorhaben 1 bewertet Hydrolyse- und Versäuerungsstufen landwirtschaftlicher Biogasanlagen neu: Die Studie ist die erste Hersteller-unabhängige Untersuchung landwirtschaftlicher Hydrolyse- und Versäuerungsstufen in Deutschland. Die ermittelten Betriebsbedingungen der Großanlagen weichen signifikant von denjenigen ab, die für zahlreiche Labor- und Technikumsstudien zur Hydrolyse und Acidogenese gewählt wurden. Die Methanemissionen der untersuchten, nicht gasdichten Anmaischer und Hydrolysestufen machten 2 bis 11 % des verstromten Methans aus und sind daher relevant für Betriebswirtschaft, Klima- und Arbeitsschutz. Eine signifikante Hydrolyse von Faserstoffen konnte in den untersuchten Hydrolysestufen nicht nachgewiesen werden. Eine vom Methanreaktor getrennte Reaktionsstufe bringt daher hinsichtlich der zentralen Funktion der Faserstoff-Hydrolyse keine spürbaren Vorteile. Die Technikumsuntersuchungen und eine mathematische Modellierung bestätigen die in den untersuchten Großanlagen gewonnenen Erkenntnisse. Die Optimierung von Hydrolyse- und Versäuerungsstufen wird eingeschränkt durch die Anmaischerfunktion und ihre Anforderung an die Prozessführung. Die substratspezifischen Methanerträge der untersuchten ein- und zweiphasigen Biogasanlagen unterschieden sich bei vergleichbarer hydraulischer Verweilzeit nicht signifikant. Dies gilt auch für den Vergleich von Biogasanlagen mit offenen und gasdichten Vorstufen. Der häufiger beobachtete Leistungsvorteil zweiphasiger Biogasanlagen gegenüber einphasigen Systemen dürfte bei vergleichbarem Faulraumvolumen vor allem auf die intensive Homogenisierung des Substratgemischs im Anmaischer und auf den Kaskadeneffekt seriell betriebener Reaktoren zurückzuführen sein. Die Leistungsfähigkeit von Anmaischern und zweistufigen Reaktorkonfigurationen wird bestätigt. Die Wirksamkeit kleinvolumiger Hydrolysestufen mit kurzen Verweilzeiten muss allerdings, vor allem hinsichtlich der Hydrolyse von Faserstoffen, bezweifelt werden.

Hydrolyse- und Versäuerungsstufen erfahren als Komponente großtechnischer Biogasanlagen eine zunehmende Verbreitung. Der Anteil der deutschen landwirtschaftlichen Biogasanlagen, die mit einer Hydrolyse- und Versäuerungsstufe ausgestattet sind, dürfte zurzeit zwischen 10 und 20 % liegen. Praxisuntersuchungen haben aber gezeigt, dass eine fehlerhafte Auslegung der Hydrolyse- und Versäuerungsstufen sehr weit verbreitet ist. Energieverluste (Wasserstoff- und Methanemissionen), hohe Betriebsaufwendungen und unnötige Klimagasemissionen (Methan) sind häufige Folgen. Mit dem Verbundprojekt AcEta sollen durch Felduntersuchungen an großtechnischen Hydrolyse- und Versäuerungsstufen, molekularbiologische Populationsanalysen, kinetische Untersuchungen im Labor, die Zusammenstellung von Faustzahlen für die Hydrolyse/Versäuerung und die Erarbeitung von Auslegungsempfehlungen die dringend benötigten Grundlagen für die fundierte Auslegung und den effizienten Betrieb von Hydrolyse- und Versäuerungen geschaffen werden. Globaler Arbeitsplan: 1 Entwurf, Bau und Erprobung Probenahmesystem, 2 Methodenentwicklung Populationsanalyse, 3 Auswahl BGA und Vereinbarung mit Betreibern, 4 Felduntersuchungen, 5 Chem. Laboruntersuchungen der Feldproben, 6 Populationsanalyse der Feldproben, 7 Auswertung der Felduntersuchnungen, 8 Auswertung der Betreiberdaten, 9 Kinetische Laboruntersuchungen, 10 Abschätzung der Wirtschaftlichkeit, 11 Abschlussbericht, 12 Auslegungsempfehlungen mit Faustzahlen, 13 Fachgespräch