Der Traum vom kontrollierten Schaum
Biogasanlagen arbeiten oft an der Grenze der Wirtschaftlichkeit. Technische Probleme und Prozessstörungen, die mit längeren Ausfallzeiten bzw. Reparaturkosten verbunden sind, können für den Biogasanlagen-Betreiber spürbare ökonomische Folgen haben. Eine der häufigsten Betriebsstörungen in Biogasanlagen ist die unkontrollierte Schaumbildung. Der Schaum kann in Biogasreaktoren unterschiedliche Betriebsstörungen und Schäden hervorrufen. So reichen die schaumbedingten Probleme von der Krustenbildung an der Reaktorwand, dem Ausfall von Schiebern, der Verschmutzung und Verstopfung der Gas- bzw. Kondensatleitungen und der Rezirkulatpumpe aufgrund der Zurückhaltung der Schaumfeststoffe bis hin zum Überschäumen und kompletten Stillstand der Anlage. Dadurch wird der Gasertrag der Anlagen verringert und es sinkt der wirtschaftliche Gewinn.
Am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ wird nach Möglichkeiten gesucht, ein Frühwarnsystem zu entwickeln, um bevorstehende Schaumereignisse vorherzusehen und zu vermeiden. Die Ursachen übermäßigen Schäumens in Biogasanlagen sind noch weitgehend unerforscht. Um diese Lücke zu schließen, wurde im Rahmen des Verbundprojekts „Optgas“ zur Optimierung großtechnischer Biogasreaktoren ein Teilprojekt zur Erforschung der Ursachen von Schaumbildung in Biogasanlagen gestartet. Um herauszufinden, woraus der Schaum in Biogasanlagen besteht und wann er auftritt, werden Substratproben von verschiedenen Biogasanlagen mit schäumenden Biogasreaktoren untersucht. Als Referenz werden Proben aus Biogasreaktoren analysiert, die im stabilen Zustand betrieben werden und keinen Schaum entwickeln. Anhand der Bestandteile des Schaums, des zugeführten Substrats und einer Vielzahl weiterer Parameter lassen sich die Schäume aus Biogasanlagen unterschiedlich einordnen. Da alle ermittelten Daten in einer Datenbank zusammengeführt werden, soll es später möglich werden, anhand von Mustern Zusammenhänge zu erkennen und Vorhersagen zu treffen.
Schaum und Klimaschutz?
Nur wenige denken beim Anblick von Schaum an Klimaschutz. Bei Schaum in Biogasanlagen kann dieser Bezug jedoch praktische Relevanz haben. Eine hypothetische Beispielrechnung: Allein Mecklenburg-Vorpommern verfügte 2006 über ein Biogaspotenzial (bezogen auf Methan) von 882.635 m³/d. Würde es beispielsweise durch Schaumbildung in allen Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern durchschnittlich nur zu einer Verringerung der Methanbildung um 0,05 % im Bioreaktor kommen und würde dieses Methan aus dem abgeführten Gärrest freigesetzt, entspräche dies 441 m³/d. Das Volumen von 441 m³ Methan entspricht 318 kg Methan und das CO2-Äquivalent für Methan bei einem Zeithorizont von 100 Jahren dem Wert 25. Das bedeutet, dass ein Kilogramm Methan 25-mal stärker zum Treibhauseffekt beiträgt als ein Kilogramm CO2. Das CO2-Äquivalent für 318 kg Methan entspricht der im Durchschnitt täglich erzeugten CO2-Menge von rund 285.000 Bundesbürgern.
Die Erforschung der Ursachen von Schaumbildung in Biogasanlagen ist eng mit mikrobiologischen Untersuchungen von Biogasprozessen durch die Projektpartner am Helmhotz-Zentrum Potsdam – GeoForschungsZentrum verknüpft. So ist es möglich, neben den physikochemischen Parametern auch den Einfluss der Mikroorganismen zu ermitteln. Durch die Entwicklung eines Modellschaums, dessen Materialeigenschaften weitgehend den Eigenschaften des Schaums aus Biogasanlagen entsprechen, soll den Projektpartnern von der Technischen Universität Berlin die Möglichkeit gegeben werden, die Mischtechnik im Labor dahingehend zu optimieren, dass der Schaum in Biogasanlagen untergemischt werden kann.
MOELLER, L., HERBES, C., MÜLLER, R. A., ZEHNSDORF, A. (2010): Schaumbildung und -bekämpfung im Prozess der anaeroben Gärung. Landtechnik, 65 (3) 204-207
Kontakt
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum (Leiter Dr. Roland Müller)
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
Projektbearbeiter: Dr.-Ing. Andreas Zehnsdorf und Dipl.-Chem. Kati Görsch
Tel: +49 (0)341 235 1850
E-Mail: andreas.zehnsdorf(at)ufz.de / kati.goersch(at)ufz.de
