Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Bioaugmentation von Biogasanlagen durch Starterkulturen aus definierter Feststofffermentation (MethaKomp); Teilvorhaben 2: Feststofffermentation als Produktionssystem für Biogas-Starterkulturen

Anschrift
ISF GmbH
25421 Pinneberg
An der Mühlenau 4
Kontakt
Dr.-Ing. Thomas Fritz
Tel: +49 410 12 185-011
E-Mail: thomas.fritz@is-forschung.de
FKZ
22413712
Anfang
01.03.2015
Ende
30.06.2018
Aufgabenbeschreibung
Ziel des TV2 war es, durch ein umfangreiches Probenahme-Programm von versch. betrieblichen Kompostmieten und -phasen sowie laborinternen Fermentationsversuchen herauszufinden, welche Komposteluate (KE) den Biogasprozess optimal stimulieren. Damit sollten eine Ertragssteigerung und ein stabilerer Fermentationsprozess mit geringer Neigung zur Versäuerung erreicht werden. Anschließend sollte weitestgehend gleichwertiges Kompostmaterial unter definierten technischen Randbedingungen hergestellt werden, um Bakteriengruppen, die sich speziell leistungssteigernd auf die Methanbildung landwirtschaftlicher Biogasanlagen auswirken, zu gewinnen und zu vermehren. Es wurden Kompostmaterialien aus verschiedenen Praxisanlagen entnommen, die sich hinsichtlich der Verfahrenstechniken und Rottezeitpunkte unterschieden. Die entnommenen Proben wurden zu KE aufbereitet und in Batchfermentationen untersucht. In 10 ausgewerteten Versuchsreihen mit unterschiedlichen Rotte- bzw. Kompostproben von Großanlagen wurden die Gaserträge ermittelt sowie enzymatische Profile erstellt und chemische Analysen durchgeführt. Der Vergleich aller vorliegenden Untersuchungsergebnisse ermöglichte eine eindeutige Identifizierung von aussichtsreichen Kompostmaterialien. Die Effektivität der daraus entstandenen selektiven Anreicherungskulturen (TV1 HAW) wurde in 18-Liter Fermentationen untersucht. Anschließend wurde für die Vermehrung eines aus KE angereicherten mikrobiellen Konsortiums ein Feststofffermentationsverfahren auf Basis des belüfteten Kompostierungsprozesses entwickelt und in den Pilotmaßstab (1m³) mit Stroh übertragen. Abschließend wurde definierter Stroh-Kompost aus der belüfteten Pilotanlage wiederum zu Komposteluat aufbereitet und in Batchfermentationen untersucht, wie ursprünglich die Komposteluate aus Praxisanlagen. Damit sollte überprüft werden, ob sich das Komposteluat der Versuchskompostanlage ähnlich positiv auf den Biogasprozess auswirkte wie Eluate aus Praxis-Kompostieranlagen.
Ergebnisdarstellung
Die umfangreiche Auswertung von Batchfermentationen mit Komposteluaten (KE) zeigte, dass Frischkompost als aussichtsreiches Kompostmaterial zur Eluatherstellung identifiziert werden konnte. In den durchgeführten Versuchen mit Grassilage wurde die Biogasausbeute durch den Zusatz von KE nach Abzug des Biogasertrages aus der organischen Fracht um bis zu 22% gesteigert. Dabei lag die Enzymfracht der KE, bezogen auf die Masse an organischer Trockensubstanz, durchschnittlich wesentlich höher, als die der parallel eingesetzten Impfgärschlämme aus einer konventionellen Gülle-Biogasanlage. Die mit selektiven Anreicherungen aus KE augmentierten 18 Liter Fermentationen führten bei den Substraten Mais und Stroh zu höheren Gaserträgen als die theoretisch möglichen, wenn das Klason-Lignin als schwer abbaubares Substrat aus den Berechnungen herausgenommen wurde. Dieses deutete auf einen teilweisen Abbau des Lignins durch die Mikroorganismen der angereicherten „Selektkulturen" hin. Dagegen schafften Mikroorganismen der Referenzfermenter mit Gärschlamm einer konventionellen Biogasanlage diesen zusätzlichen Abbau nicht. Zur Herstellung von Kompostmaterial unter definierten Bedingungen wurde eine belüftete 1m³ Pilotkompostierung mit Stroh und einem geringen Anteil Stärke durchgeführt. Die Pilotkompostierung wurde mit Fermentermedium aus einer 18-Liter Fermentation beimpft, die ihrerseits mit einer angereicherten „Selektkultur" (Stroh) aus KE versetzt war. Das aus der Pilot-Kompostierung hergestellte Eluat zeigte, eingesetzt in Batchfermentationen, auch nach Abzug der Gasmenge aus der organischen Fracht des Komposts wiederum eine erhöhte Biogasmenge. Die Beschleunigung des Biogasprozesses betrug enorme 43% mit Grassilage als methanogenes Substrat. Damit wurden ähnlich positive Effekte wie bei den KE aus großtechnischen Kompostierungsanlagen gefunden. Somit kann die Rückführung von aus KE anaerob angereicherten „Selektkulturen" zur Herstellung von Biogasprozess-stimulierenden KE dienen.

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