Dr. Stephan Prechtl
ATZ-EVUS
Entwicklungszentrum für Verfahrenstechnik
Sulzbach-Rosenberg

jetzt: ATZ Entwicklungszentrum

Das regionale Symposium "Nachhaltige Energie, aus der Region, für die Region" bot den Teilnehmern die Möglichkeit, sich über die Potenziale und technischen Möglichkeiten der Nutzung regenerativer Energieträger in der Region zu informieren und praxisnah zu diskutieren. Zum Thema "Biogas" wurde hierzu ein Überblick über die möglichen einzusetzenden Substrate, deren Gasertrag und die mikrobiologischen und technischen Grundlagen der Biogaserzeugung aus Abfällen, landwirtschaftlichen Reststoffen und Abwasser vorgestellt. Angaben zur Biogaszusammensetzung und dessen energetischen Nutzung, beispielsweise zur Strom- oder Dampferzeugung, wurden durch verfahrenstechnische Möglichkeiten der Biogasreinigung ergänzt. Der Einfluss von Stör- und Hemmstoffen auf den Anlagenbetrieb und Maßnahmen die einen "Reaktorabsturz" verhindern/vorbeugen können, wurden an ausgewählten Beispielen dargestellt.

Dr. Stephan Prechtl, Jahrgang 1965, geboren in Sulzbach-Rosenberg; Studium Biologie und Umweltschutz an der Universität Regensburg und der TU München.Promotion zum Dr. rer. nat. mit dem Thema "Einfluss der Vorbehandlung auf die anaerobe Verwertung organischer Abfälle.
"Berufliche Tätigkeit als Umweltschutzberater für kleinere und mittlere Unternehmen; seit 1996 am ATZ-EVUS Entwicklungszentrum für Verfahrenstechnik, Schwerpunkt Entwicklung und Realisierung anaerober Verfahren zur Abfall- und Abwasserbehandlung, mikrobiologische Biogasreinigung, kostengünstige, nachhaltige Abwasserreinigungssysteme.
Ab 2001 Abteilungsleiter Umwelt am ATZ-EVUS

Kontakt: ATZ Entwicklungszentrum
An der Maxhütte 1
92237 Sulzbach-Rosenberg

Die Vorstellung von realisierten großtechnischen Anlagenbeispielen zur anaeroben Abfall- und Abwasserbehandlung schloss den Vortrag ab.
In der anschließenden Diskussion stand neben dem Referenten ein Landwirt aus der Region, der eine Biogasanlage betreibt, für Fragen "rund ums Thema Biogas" zur Verfügung. Im Rahmen der Exkursionen bestand die Möglichkeit der Besichtigung einer landwirtschaftlichen Biogasanlage und einer Anlage zur anaeroben Abwasserreinigung, deren produziertes Biogas direkt zur Substitution fossiler Energie eingesetzt wird.

Einführung
Im Abschlussdokument der UNO-Konferenz für Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro, 1992, der Agenda 21, werden die wichtigsten Anforderungen an eine globale nachhaltige Entwicklung zusammengefasst. Die Umsetzung erfolgt sowohl im internationalen wie nationalen Bereich. Mit Hilfe einer modernen Kreislaufwirtschaft sollen auch in Deutschland Stoffkreisläufe geschlossen und fossile Energieträger zunehmend durch erneuerbare Energien substituiert werden.
Der Einsatz der Biogastechnologie zur anaeroben Abfall- und Abwasserbehandlung kann hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.

Abbildung 1 zeigt das technische Endenergiepotenzial regenerativer Energien zur Stromerzeugung und den bisher genutzten Beitrag des "Biogases".

Abbildung 2 zeigt den kontinuierliche Anstieg der Anzahl der Biogasanlagen in Deutschland seit 1992, wobei das Erneuerbare Energie Gesetz (EEG) seit dem Jahr 2000, die Nachfrage nach Biogasanlagen stark gefördert hat.

Substrate / Biogasertrag
Als Substrate sind sämtliche biogenen Roh-/ Reststoffe und Abwässer geeignet, die anaerob weitgehend abbaubar sind. Dies können beispielsweise

· landwirtschaftliche Abfallstoffe
· landwirtschaftliche Rohstoffe
· außerlandwirtschaftliche Abfallstoffe oder
· hochverschmutzte Abwässer sein.

Beachtet werden müssen Stör-, Hemm- und Schadstoffe, die den Gärprozess, die weitere Verwertung des Gärrückstandes und die Abwasser-/ Prozesswasseraufbereitung nachhaltig beeinflussen können.Der Biogasertrag ausgewählter Roh- und Abfallstoffe ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Biogasertrag ausgewählter Roh- und Abfallstoffe (verändert nach Weiland 2000, in Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Gülzower Fachgespräche Band 15) Nach Abbildung 3 lässt sich die spezifische Gasproduktivität von Biogasanlagen durch Cofermentation deutlich, um den Faktor zwei bis drei steigern. Bei der Cofermentation sind jedoch umfangreiche gesetzliche Regelungen, beispielsweise die Bioabfall- und Biomasseverordnung, das Tierkörperbeseitigungsgesetz und das Düngemittelgesetz / -verordung zu beachten.

Mikrobiologische Grundlagen
Der anaerobe biologische Abbau von Biopolymeren erfordert eine mutualistische Vergesellschaftung verschiedener anaerober Bakteriengruppen, die das entsprechende Substrat schrittweise über syntrophe, stoffwechselphysiologisch und energetisch bedingte Wechselwirkungen zu Biogas umsetzen.
Die Biopolymere werden, wie in Abbildung 4 schematisch dargestellt, über einen vierstufigen Prozess aus
Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese zu den Endprodukten Methan und Kohlendioxid umgesetzt.

Die Reaktortemperatur liegt bei der Mehrzahl der Anwendungen bei etwa 35 °C, die Verweilzeiten variieren zwischen 8 - 48 Stunden (Abwasserbehandlung) und 10 - 40 Tagen bei der Abfallbehandlung.

Vergärungsverfahren
Die eingesetzten Vergärungsverfahren lassen sich in Nass- (ca. < 13 % TS) und Trockenvergärungsverfahren unterteilen. Auf dem Markt sind ein- oder zweistufige und mehrphasige Systeme vorhanden. Systeme mit externer bzw. interner Biomasserückhaltung ermöglichen den Bau kompakter Reaktoren mit hohem Leistungsvermögen. In der anaeroben Abwasserreinigung sind nahezu ausschließlich kompakte Hochleistungssysteme wie der Upflow-Anaerobic-Sludge-Blanket Reaktor (UASB) oder auch Festbettumlaufreaktoren im Einsatz.

Biogaszusammensetzung / -reinigung / -nutzung
Biogaszusammensetzung und Biogaseigenschaften sind in Tabelle 1 und 2 zusammengefasst.


Tabelle 1: Biogaszusammensetzung

Tabelle 2: Biogaseigenschaften

Zur energetischen Nutzung des Biogases ist immer eine Trocknung und Entschwefelung vorzusehen. Gängige Verfahren zur Entschwefelung von Biogas sind:

· biologische Gasreinigung
· Adsorptionsverfahren
· chemische Fällung

Abbildung 5 zeigt ein Schema des am ATZ-EVUS entwickelten BIO-Sulfex-Moduls zur mikrobiologischen Entschwefelung von Biogas.

Einfluss von Stör- und Hemmstoffen
Folgende Stör- und Hemmstoffe können teilweise zu einer massiven Störung des Betriebes einer Biogas-/ Abwasserreinigungsanlage führen und sind daher besonders zu beachten:
· Sand, Steine, Metalle, Holz, Kunststoffe
· Chemikalien
· Detergentien/Desinfektionsmittel
· Sauerstoff
· Schwefelverbindungen
· Organische Säuren
· Nitrat- und Ammoniumstickstoff
· Schwermetalle
· "Schimmelbefall"
· Cyanide

Danksagung
Den Naabtaler Milchwerken, Schwarzenfeld, und Herrn Max Gebhard, Dürnsricht, herzlichen Dank für die Besichtigungsmöglichkeit der Biogasanlagen im Rahmen der durchgeführten Exkursion.