Hier sind einige wichtige Fachbegriffe rund um die Erzeugung von Biogas und den Betrieb von Biogasanlagen aufgeführt. Diese Rubrik wird ständig erweitert.

BIOFILM

Einige Mikroorganismen können an Oberflächen schleimige Schichten, sogenannte Biofilme, bilden. Um an der Oberfläche haften zu bleiben und sich dort anzusiedeln, produzieren sie klebrige Stoffe, die sie aus ihren Zellen ausschleusen und an die Umgebung abgeben. Sie tun dies bevorzugt dort, wo günstige Wachstumsbedingungen herrschen, z.B. an Orten mit guter Nährstoffversorgung oder optimalen Temperaturen. In Biogasanlagen sind dies bevorzugt Rohr- oder Heizleitungen. In Konsequenz wird der Rohrdurchfluss bzw. der Wärmeübergang behindert und es können technische Störungen auftreten.

ENZYM-AKTIVITÄTSPROFIL (ENZYMPROFIL)

Die Zugabe von Enzymprodukten in Biogasanlagen unterstützt die natürlich gebildeten Enzyme, um komplexe (Faser-)Strukturen in leichter vergärbare Strukturen umzuwandeln. Dabei bedeutet „komplex“, dass verschiedenartige Bausteine zu vernetzten Ketten sind, die den Zellwänden die nötige Festigkeit und Schutz geben. Wichtig ist daher die richtige Kombination von Enzymaktivitäten, um diese Strukturen abzubauen. Ein Enzym-Aktivitätsprofil eines Präparates gibt Auskunft über enthaltene Aktivitäten hinsichtlich Quantität und Qualität.
Um ein Aktivitätsprofil zu erstellen, sind laboranalytische Tests notwendig. Die Biopract GmbH hat im Laufe der letzten 30 Jahre eine besondere, in Deutschland einzigartig, Expertise im Bereich Enzymanalytik entwickelt, die es heute ermöglicht, eigene Produkte zu entwickeln, deren Qualität zu überwachen und Muster aus dem Markt zu charakterisieren.


FERMENTER

Fermenter sind im allgemeinen Bioreaktoren, also Behälter in denen Mikroorganismen, manchmal auch Zellen oder Pflanzen, unter für sie optimalen Lebensbedingungen (Temperatur, Nährstoffversorgung, pH-Wert und weitere) gehalten werden. Der Vorgang wird als Fermentation bezeichnet. In Biogasanlagen stellt der Fermenter ein Herzstück der Anlage dar. Im Fermenter, meist ein Behälter aus Beton, der isoliert und beheizt ist, wird Substrat wie z.B. Maissilage, Mist und Gülle unter ständiger Durchmischung von Mikroorganismen schrittweise über mehrere Stufen zu Biogas (Methan und Kohlendioxid) abgebaut.

GASAUSTRIEB

Gasaustrieb beschreibt den Austritt des Biogases aus der Flüssigkeit. Das durch Mikroorganismen erzeugt Methan und Kohlenstoffdioxid ist bis zu einer Grenzkonzentration in der Flüssigkeit gelöst und entweicht als Gas aus der Flüssigkeit bei Überschreitung der Grenzkonzentration. Die entstehenden Gasblasen steigen in der Flüssigkeit auf. Die Aufstiegsgeschwindigkeit wird dabei durch die Viskosität der Flüssigkeit beeinflusst. Je niedriger die Viskosität, desto größer die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen.


GÄRREST

Gärrest oder auch gerne als Gärprodukt bezeichnet, ist der flüssige Überstand, welcher nach der Fermentation in Biogasanlagen von Substraten zu Biogas überbleibt. Da bei der Fermentation nicht die komplette Organik von den Mikroorganismen zu Biogas umgewandelt werden kann, verbleibt ein Überstand aus schwer abbaubaren pflanzlichen Bestandteilen, wie z.B. Lignin, und anorganischen Verbindungen. Der Gärrest besitzt wertvolle Inhaltsstoffe in Form von pflanzenverfügbaren Nährstoffen und wird daher auf landwirtschaftlichen Nutzflächen als Düngemittel im Ackerbau eingesetzt. Gärrest ist aufgrund des Düngewertes ein Wertstoff für die Landwirtschaft und wird daher oft als „Gärprodukt“ bezeichnet.

MIKROBIELLE BIOMASSE

Die mikrobielle Biomasse bezeichnet die Gesamtheit aller Mikroorganismen. In einer Biogasanlage setzt sie sich hauptsächlich aus verschiedenen Bakterien und Archaeen zusammen. Die mikrobielle Biomasse ist für alle Prozessschritte in der Anlage verantwortlich (Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese, Methanogenese). Sie sorgt damit für die Umsetzung der Substrate in Biogas. Ein Teil der Substratenergie wird allerdings auch für die Bildung von mikrobieller Biomasse verwendet und nicht in Gas umgewandelt.


NA-WA-RO ANLAGE

Die Bezeichnung NA-WA-RO steht für nachwachsenden Rohstoffen und Beispiele für diese sind Mais, Weizen, Roggen, Gras und Zuckerrüben. In einer NA-WA-RO-Anlage werden diese pflanzlichen Substrate bevorzugt zur Biogasherstellung eingesetzt. Die Einsatzverhältnisse sind durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelt.

RÜHRFÄHIGKEIT

Um einen störungsfreien und wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen zu gewähren, muss das Gärmedium, d. h. das Gemisch aus den jeweiligen Substraten im Fermenter rührfähig bleiben. Dies ist für den erfolgreichen mikrobiellen Abbau und den Austrieb des gebildeten Biogases erforderlich. Pflanzliche Substrate oder Reststoffe mit hohen Faseranteilen (Stroh, Stallmist) und insbesondere Silagen mit hohen Gehalten an quellfähigen Schleimstoffen (GPS: Getreide-Ganzpflanzen-Silagen, Grassilagen) erschweren nicht nur die Durchmischung des Fermentinhaltes, sondern erhöhen auch die Viskosität des Gärmediums. Dies hat einen erhöhten Energiebedarf der Fermenterrührwerke zur Folge und kann im Extremfall zu schwerwiegenden Havarien führen. In der Praxis wird hier aktuell die primäre Rechtfertigung für den Einsatz substratangepasster Enzympräparate gesehen.


SCHRÄGSCHIENE oder SCHRÄGRINNE

Die Schrägrinne oder Schrägschiene ist eine eigens gebaute Konstruktion, die im Biopract Labor für den Schrägrinnen- oder Schrägschienentest zum Einsatz kommt. Der Schrägrinnentest wurde von den Mitarbeitern der Biopract intern entwickelt, um die Veränderung der Viskosität / Fließfähigkeit bei Zugabe von verschieden Enzymprodukten zu testen.

Auf einer Schrägschiene können bis zu sechs Proben parallel gleiten oder fließen (siehe Foto). Zur Probenvorbereitung werden aus unbehandelten und unverdünnten Fermenterinhalten Teilproben entnommen und unter Zusatz verschiedener Enzympräparate über 72 Stunden bei der jeweiligen Anlagenbetriebstemperatur inkubiert. Zusätzlich dient eine der Proben als Kontrolle und wird ohne Enzymzugabe inkubiert. Nach Inkubation erfolgt die Bewertung der Fließfähigkeit im Schrägrinnentest, indem die Kontrolle und die bis zu fünf Teilproben in die Rinnen geben werden und die Schrägrinne kontrolliert abgesenkt wird. Das Fließverhalten der Proben wird per Video dokumentiert, wodurch Medien und Behandlungen visuell und messbar direkt miteinander verglichen werden können. Die Testergebnisse erlauben eine Bewertung der Fließfähigkeit aufgrund von Laufzeiten, Mengenverhältnissen, des Grades der Verflüssigung sowie der Veränderung des Wasserrückhaltevermögens des Einsatzmaterials. Durch Einstellung von Rinnenwinkel und Beobachtungszeit konnten sowohl leichtflüssige als auch annähernd feste Fermenterinhalte getestet werden. Auf Basis des Videos können unsere Vertriebsmitarbeiter evaluieren, welches Enzym die beste Wirkung auf die Viskosität des jeweiligen Fermenterinhalts zeigt und eine Produktempfehlung aussprechen. Lesen Sie mehr über den Schrägrinnentest in unserm Artikel im Biogas Journal: „Schrägrinnentest prüft Enzymwirkung“.

ViscoPract Fließfähigkeitstest Start
ViscoPract Fließfähigkeitstest nach 20 Sekunden
ViscoPract Fließfähigkeitstest nach 60 Sekunden
ViscoPract Fließfähigkeitstest nach 100 Sekunden

SCHWIMMSCHICHT

Schichtenbildung im Fermenter ist eine unerwünschte Erscheinung, die nicht allein durch Inhomogenität der Substrate, sondern vor allem durch die spezifische Dichte und physikalischen Eigenschaften von Substratbestandteilen zustande kommen. Stark faserreiche, verholzte und durch Gaseinschlüsse leichte und schwimmfähige Bestandteile (Stroh, Gras) tragen zur Bildung von Schwimmschichten bei. Schwimmschichten entstehen oft bei Einsatz von hohen Anteilen an Stallmist, wenn die schwer vergärbaren Bestandteile enzymatisch unzureichend erschlossen werden und die dadurch stärkere Entmischung des Substrateintrages zum Aufschwimmen des Faseranteils führt. Schwimmschichten oder Schwimmdecken können Stärken von einem bis zu mehreren Metern erreichen und dadurch das Fermenter Nutzvolumen erheblich einschränken.

SINKSCHICHT

Sinkschichten sind ebenfalls die Folge von Entmischung des Gärgutes und unzureichender Vergärung. Dafür können Störungen des biologischen Prozesses im Fermenter ursächlich sein. Hier können eine angepasste Spurenelementversorgung und ggf. geeignete Enzympräparate helfen. Übermäßige Verschmutzung kann ebenfalls zu Sinkschichten und letztendliche Bodenablagerungen führen, die in letzter Konsequenz zu einer kompletten Fermentersanierung führen können.


SUBSTRAT

Als Substrat wird im allgemeinen ein Material bezeichnet, auf dem Organismen wie Bakterien, Mikroorganismen oder auch Pflanzen leben. Die Organismen zersetzten das Substrat in die einzelnen chemischen Bestandteile und nutzen diese als Nährstoff. Dieser biochemische Prozess wird ganz natürlich durch Enzyme katalysiert, also beschleunigt. Die Enzyme werden von den Organismen ausgeschieden. Als Substrat in Biogasanlagen, oft auch als Einsatzstoffe bezeichnet, werden vor allem pflanzliche Silagen, wie Mais, Gras oder Zuckerrüben und Wirtschaftsdünger, wie Mist, Gülle oder Hühnertrockenkot eingesetzt. Emzymzusätze können den natürlichen Abbauprozess insbesondere von faserreichen Substraten beschleunigen und somit den wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen sicherstellen.

VISKOSITÄT

Die Viskosität beschreibt die Zähigkeit einer Flüssigkeit und mit zunehmender Viskosität sinkt die Fließfähigkeit. Bei einer hohen Viskosität sind die Teilchen in einer Flüssigkeit stärker aneinander gebunden wodurch sich die Beweglichkeit der Flüssigkeit reduziert. Proben aus einer Biogasanlage sind meist strukturviskos, dabei ist die Viskosität keine Konstante, sondern sie verändert sich mit dem Schergefälle welches durch den Rührer erzeugt wird.


Biopract GmbH - Green.White.Sustainable.

Die Biopract GmbH betreibt in enger Zusammenarbeit mit der Biopract ABT GmbH die Forschung und Entwicklung innovativer Produkte, die die Herausforderungen an die Prozessbiologie in Verbindung mit bekannten und neuen Problemsubstraten auf biotechnologische Weise lösen können.

Alle hier genannten Produkte können Sie direkt über die Biopract ABT in Berlin oder unser Büro West in Schermbeck beziehen.