Biogas aus Grünlandbiomasse

• Ermittlung der potentiellen Biogas- und Methanausbeuten von ausgewählten regional typischen stickstoffreichen Substratmischungen.
• Identifizierung von geeigneten Überwachungsparametern für die rechtzeitige Erkennung einer Prozessstörung bei der anaeroben Vergärung von Grünlandaufwüchsen.
  
• Beurteilung der Einflüsse der getesteten Substratmischungen zur Biogaserzeugung in Bezug auf:
  • langfristige Prozessstabilität
  • prozessbiologische Grenzen
  • mikro-/molekularbiologische Charakterisierung
• Generierung von unabhängigen und übertragbaren Informationen zur prinzipiellen Wirkungsweise von ausgewählten Biogasadditiven.
  
• Bearbeitung folgender Fragen zum Einsatz von Biogasadditiven:
  • Wann wird durch den Einsatz von Biogasadditiven der Prozessablauf höchstwahrscheinlich verbessert?
  • Welche Anforderungen sind an den Zusatzstoff aufgrund eines aktuellen Fermenterzustandes zu stellen?

• Insgesamt wurden 17 einstufige Fermenter mit einem Arbeitsvolumen von 28 l betrieben, die regelmäßig beprobt wurden und über eine kontinuierliche Gasmengenerfassung und -analyse verfügen.
• Drei verschiedene Grassilagen (C/N = 20, C/N = 15, C/N = 20 mit schlechter Silagequalität) sowie Mischungen mit typischer Maissilage (70/30, 50/50, 30/70) kamen zum Einsatz.
• Als Zusatzstoff wurden Rindergülle (30 %) sowie ein Alumosilikat mit hoher Spurenelementdotierung (ZUS 1) und ein Alumosilikat mit geringer Spurenelementdotierung (ZUS 2) getestet.
  
• Bei allen Fermentern wurde die Raumbelastung schrittweise erhöht, um die Belastbarkeit des jeweiligen Systems zu ergründen. Als Parameter zur Beurteilung dienten Gasmenge und -zusammensetzung, aber auch die Konzentration der organischen Säuren im Fermenter sowie der erreichte Abbaugrad.
  
• Durchführung von Batch-Gärtests zur Ermittlung der potentiellen Biogas- und Methanausbeuten des Grünlandaufwuchses
• Begleitende mikro-/molekularbiologische Untersuchungen zur Quantität und Aktivität von vor allem Methan bildenden Organismen und zur Zusammensetzung der mikrobiellen Biozönose in Versuchsfermentern und Gärbehältern von ausgewählten Praxisbetrieben.

• Die Durchflussversuche belegen deutlich die hemmende Wirkung des Ammoniaks bei der Vergärung graslastiger Substrate. Als Hauptursache konnte ein ungünstiges C/N-Verhältnis im Substrat eindeutig identifiziert werden, da die Varianten mit geringer C/N-Verhältnis früher an der Belastungsgrenze landeten.
  
• Positive Effekte durch die unterschiedlichen Substratmischungen konnten beobachtet werden. Ein stabiler Abbauprozess konnte bis zu einer Raumbelastung von 2,5 kg_oTS *m^-3*d^-1 mit einem Grassilageanteil von 50% an der oTS nachgewiesen werden.
  
• Der Einfluss der Silagequalität auf die Methanbildung konnte belegt werden. Die Wirkung der schlechten Silagequalität auf den Biogasprozess wurde ab einer Raumbelastung von 2,0 kg_oTS *m^-3*d^-1 deutlich erkennbar. Die Verschlechterung der Methanproduktivität und des Substratabbaus war bei den Substratmischungen mit der schlechten Silagequalität markanter als bei der Variante mit gut siliertem Material.
• Durch die Zugabe von Wirtschaftsdünger in Form von Rindergülle konnte ein positiver Effekt auf den Gärverlauf nachgewiesen werden und die Methanproduktivität (m³ CH₄ * m^-3_{Fermentervolumen}) bei einigen Varianten bis auf ca. 160% gesteigert werden.
  
• Es gab keinen Einfluss der getesteten Zusatzstoffe (ZUS 1 und ZUS 2) auf die Stabilität des Abbauprozesses, d.h. es konnte kein Effekt der Matrix oder der Spurenelementdotierung in diesem Versuch festgestellt werden. Obwohl die geringere Konzentration von den zitierten Literaturwerten als kritischer Bereich definiert wurde, konnte kein Zusammenhang zwischen der Prozessstörung für die getesteten Varianten und die Spurenelementkonzentration im Fermenter gefunden werden.
• Es wurde auch beobachtet, dass die Nährstoffkonzentration in der Variante mit Rindergülle in demselben Konzentrationsbereich wie die Kontrolle war. Trotzdem waren die Säuregehalte in der Wirtschaftsdünger-Variante um 75% geringer als in der Kontrolle. Das deutet auf ein Zusammenwirken von mehreren Aspekten, die auch für die Prozessstabilität wichtig sind, hin. In Frage kommenden hierfür die Bioverfügbarkeit der Elemente oder die Population der Mikroorganismen, die in jedem System beteiligt war.
  
• Die optimalen Bedingungen für den Biogasprozess in diesem Projekt wurden bei einer Raumbelastung von
  2,5 kg_oTS *m^-3*d^-1 für drei unterschiedliche Mischungen aus Grassilage-Maissilage und die Substratmischung Grassilage-Maissilage-Grünroggensilage erreicht.