Welche Optimierungsmöglichkeiten des Gärprozesses von Biogasanlagen gibt es bei der Verwendung von Gras?

by Marc Theisen

vendredi 12 juin 2015/Catégories: Travail de candidature, Branches, Mécanique

Eine Möglichkeit zur Steigerung der Biogasausbeute besteht darin, zuzüglich zur Gülle, möglichst hohe Mengen an nachwachsenden Rohstoffen, wie z. B. Grassilage, beizumischen.
Bei den meisten der z. Z. betriebenen Biogasanlagen wird hauptsächlich Maissilage als Co-Substrat zu Gülle und Mist oder als Hauptenergiepflanze verwendet und wurde deshalb gut untersucht. Für andere Substrate wie z. B. Grassilage gilt dies in diesem Maße nicht. Diese Versuche sind Teil eines Projekts an der Universität Luxemburg und somit auch Teil einer Doktorarbeit.
Dazu wurden im Rahmen dieser Arbeit Batchversuche mit unterschiedlicher Anfangsbelastung an Grassilage durchgeführt, um den Einfluss auf die Biogasbildung festzustellen. Bei diesen Belastungsversuchen ging es speziell um erhöhte Belastungen an Grassilage, weil die aktuelle Literatur in diesem für die Biogastechnologie wichtigen Bereich eine Forschungslücke aufweist. Durch das saisonbedingte Anfallen großer Grasmassen wäre es vorteilhaft, höhere Belastungen in den Biogasanlagen fahren zu können, ohne dabei den anaeroben Abbau im Gärungsprozess wesentlich zu stören und somit die Biogasproduktion negativ zu beeinflussen.
Weiterhin wurde auch der Einfluss der Temperatur auf den Gärprozess untersucht, weshalb zuzüglich zur mesophilen (38°C) Versuchsreihe auch die thermophile (55°C) Fermentation analysiert wurde.
Bei den in dieser Arbeit durchgeführten Versuchen konnte trotz der höheren organischen Belastungen keine dauerhafte Systemstörung (z. B. Versäuerung) des Gärprozesses beobachtet werden. Durch die angewandte Analytik gelang es jedoch, bei einigen Stoßbelastungen eine zeitlich begrenzte Produkthemmung anhand der Biogasbildung nachzuweisen und dies mit Inhibierungs-Kriterien zu belegen. So wurden einige Grenzwerte, die als Richtwerte für kontinuierlich betriebene Anlagen gelten, zu Beginn der Versuche kurzzeitig überschritten. Die Ergebnisse aus der thermophilen Versuchsreihe waren nicht eindeutig. Es wurde eine Abnahme der Biogasbildung bei der Steigerung der Belastung von 7 goTS, 14 goTS, 18 goTS beobachtet. Jedoch war die Biogasbildung bei 24 g oTS deutlich höher. Wiederholungsversuche zur Bestätigung der Trends wurden nicht durchgeführt, da sie den Rahmen dieser Arbeit gesprengt hätten.
Auch ergab diese Arbeit, dass der Abbau unter thermophilen Bedingungen bei gleicher Stoßbelastung (18 und 24 g oTS/L) bereits nach 10 Tagen einen höheren spezifischen Biogasertrag aufzeigte als bei gleichen organischen Belastungen unter mesophilen Bedingungen nach 21 Tagen, was bedeutet, dass bei gleicher Zeit ein höherer Abbau stattfand bzw. ein gleicher Abbaugrad bei thermophilem Betrieb in kürzerer Zeit erfolgt.
Durch Zugabe von Essigsäure wurde der Einfluss der Zwischenproduktkonzentration auf die Biogasbildung betrachtet. Die Versuche zeigten, dass eine höhere Essigsäurekonzentration sich ungünstig auf den Methangehalt auswirkt: weniger Methan (-20 %), mehr Kohlendioxid (+43 %).
Diese wissenschaftliche Arbeit hat verdeutlicht, dass in der Forschung nicht immer alle Messergebnisse den allgemeinen Erwartungen entsprechen müssen. Deshalb ist es wichtig, durch weitere Versuche einige der Ergebnisse zu untermauern, was allerdings den Rahmen dieser Arbeit gesprengt hätte.

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