Der Einsatz magnetisierbarer Aufwuchsträger in der Biogasproduktion (2015)

Biomasse, inklusive Biogas, war im Jahr 2008 die am meisten genutzte regenerative Energiequelle. Am weltweiten Energieverbrauch in Höhe von 492 EJ lag der Anteil von Energie aus Biomasse bei 10,2 %. Bis zum Jahr 2050 könnte die Energieproduktion aus Biomasse auf 100 bis 300 EJ pro Jahr ausgebaut werden. In der Optimierung von Verfahren zur Produktion von Biogas liegt demnach ein großes Potential zur Erhöhung des Anteils regenerativer Energiequellen am Energieverbrauch. In der Biogasproduktion ist die Nutzung einfacher Rührkesselreaktoren (CSTRs) mit Abstand am weitesten verbreitet. Die Leistung dieser Reaktoren ist durch Ausspülen von Mikroorganismen begrenzt, da sie über keine Mechanismen zu deren Rückhaltung verfügen. Eine Möglichkeit, die Rückhaltung von Mikroorganismen auch beim CSTR zu erreichen, ist der Einsatz magnetisierbarer Aufwuchsträger. Solche Aufwuchsträger können einfach mit Hilfe magnetischer Kräfte aus dem Ablauf des Reaktors abgetrennt und in den Reaktor zurückgeführt werden. Ziel dieser Arbeit war der Vergleich verschiedener neuartiger magnetisierbarer Aufwuchsträger aus Schaumglas hinsichtlich der Immobilisierung von Mikroorganismen. Es sollten Rückschlüsse zur Kinetik der Ausbildung eines Biofilms auf den Aufwuchsträgern in einem kontinuierlich betriebenen CSTR gewonnen und der Nutzen des Einsatzes der Aufwuchsträger hinsichtlich der methanogenen Leistung eines CSTRs ermittelt werden. Bei Aufwuchsträgern, die im CSTR inkubiert wurden, konnten bis zu 34626,0 x 109 16s rRNA Genkopien (Archaeen und Bakterien) je g Aufwuchsträger festgestellt werden. Der Anteil methanogener Mikroorganismen (Archaeen) erreichte dabei bis zu 62,77 %, in der flüssigen Phase kam dieser Anteil nie über 3 % hinaus. Mit Hilfe der intensiv besiedelten Aufwuchsträger war es möglich, die hydraulische Verweilzeit des CSTRs auf bis zu 4,65 Tage zu reduzieren. Die Leistung des Reaktors wurde dabei kaum beeinflusst und erreichte übliche Werte: die Methanausbeute lag bei 0,344 Norm-L goS-1 bei einer Raumbelastung in Höhe von 6,42 goS L-1 d-1. Die Leistung eines Kontrollreaktors ohne Aufwuchsträger ist dagegen bei einer hydraulischen Verweilzeit von 8,48 Tagen vollkommen zusammengebrochen. Die Reduzierung der hydraulischen Verweilzeit wurde durch eine gezielte Verdünnung des eingesetzten Substrats Zuckerrübensilage erreicht, der oTS-Gehalt im Substrat wurde von 17,3 auf 3,0 % FM gesenkt. Es war ebenfalls möglich, einen CSTR nur mit Hilfe von auf magnetisierbaren Aufwuchsträgern eingebrachten Mikroorganismen mit einer Raumbelastung in Höhe von 3,66 goS L-1 d-1 in Betrieb zu nehmen, eine Anlaufzeit war nicht notwendig. Dabei wurde eine Methanausbeute in Höhe von 0,378 Norm-L goS-1 erreicht. Diese Ergebnisse zeigen das hohe Potential der untersuchten magnetisierbaren Aufwuchs-träger. Durch die Reduzierung der hydraulischen Verweilzeit und dem damit verbundenen hohen Volumendurchsatz wird die Nutzung von Substraten mit einem geringeren Organikgehalt, z.B. Gülle, bei deutlich höheren Raumbelastungen möglich. Der Einsatz eines mit magnetisierbaren Aufwuchsträgern ausgestatteten CSTRs in der Abwasserbehandlung wäre ebenfalls vorstellbar. Die Verwendung der Aufwuchsträger in einer Pilotanlage könnte unmittelbar erfolgen und erscheint sehr erfolgsversprechend.