SI/502202

Schlussbericht

Lignozellulosehaltige Abfälle sind in allen organischen Abfällen in unterschiedlichen Anteilen enthalten und bilden manchmal die Hauptfraktion. Die Widerspenstigkeit von lignozellulosehaltiger Biomasse (LCB) macht sie resistent gegen mikrobielle Hydrolyse, was die Effizienz der biologischen Umwandlung von organischem Material in Biogas verringert. Jüngste Forschungstrends deuten darauf hin, dass es keine einheitliche Strategie zur Verbesserung der anaeroben biologischen Abbaubarkeit von lignozellulosehaltigen Abfällen gibt, sondern dass Vorbehandlungen und Co-Vergärung in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle spielen. Das MIMAGAS-Forschungsprojekt zielte auf die Entwicklung eines milden Hydrolyse-Vorbehandlungsprotokolls für Kuhmist ab, das eine Kombination aus mechanischer Einwirkung, verdünnter organischer Säure und milder Wärmeeinwirkung darstellt. Für dieses Projekt wurde ein in der Schweiz weit verbreitetes (und manchmal problematisches) Lebensmittelabwasser, die Käsemolke, als Säuremittel verwendet. Dieser innovative Ansatz konnte allen Anforderungen gerecht werden, da er sowohl Vorbehandlung als auch Co-Vergärung kombiniert. Zunächst wurde eine Sondierungsanalyse auf der Grundlage eines aus der Taguchi-Methode abgeleiteten Versuchsplans durchgeführt, um die günstigste Kombination von Vorbehandlungen zu ermitteln, d. h. diejenige, die den löslichen chemischen Sauerstoffbedarf und den Methanertrag maximiert. Vorbehandlungen unter milden Bedingungen (d.h. Säuregehalt, Temperatur und Druck) sollen die Bildung von toxischen oder hemmenden Verbindungen verringern. Trotz des geringen Schweregrads der in diesem Projekt verwendeten Vorbehandlungen begünstigte die Hydrolyse von Gülle in Gegenwart von Molke, einem Substrat, das reich an leicht hydrolysierbaren Kohlenhydraten ist, wahrscheinlich die Bildung von Sekundärprodukten, die aus parasitären Reaktionen zwischen Zuckern (Karamellisierung) oder zwischen Proteinen und Zuckern (Maillard-Reaktion) resultieren, deren Vorhandensein die Ergebnisse verfälscht und die Schlussfolgerungen dieser Studie beeinflusst haben könnte. In Versuchen im mittleren Maßstab gefährdeten diese Nebenprodukte, die Hemmstoffe der anaeroben Vergärung sind, ernsthaft die Stabilität des mit hydrolysiertem Substrat beschickten Fermenters, zumal die Versuche in der trockenen Konfiguration durchgeführt wurden, die die Anhäufung von Hemmstoffen begünstigt. Neben der Bildung von Inhibitoren steht die in diesem Projekt entwickelte Kombination von Vorbehandlungen im Verdacht, die Dehydratisierungskapazität der hydrolysierten Substrate zu erhöhen und damit die Auswirkungen des Wassermangels zu verstärken. Die Umstellung auf ein halbtrockenes Verfahren unter Zugabe von Wasser ermöglichte die Stabilisierung des mit hydrolysierten Substraten beschickten Fermenters, und die wirtschaftliche Analyse zeigte, dass trotz mäßig günstiger Bedingungen erhebliche Gewinne erzielt werden konnten (+16 % bei den jährlichen Einnahmen). Die in diesem Projekt entwickelte Kombination von Vorbehandlungen könnte daher in flüssiger Form wirksamer sein. Unabhängig von der geplanten Konfiguration erfordert ihre großtechnische Umsetzung die Entwicklung eines Hydrolysereaktors, der ein hohes Maß an Homogenität und Bedingungen (Temperatur/Hydrolysezeit) gewährleisten kann, die den Verlust von Zuckern begrenzen. Was die mechanische Vorbehandlung betrifft, so existiert der von uns verwendete Fleischwolf bereits in einer Größe und Kapazität, die für die Verarbeitung der Dungmenge aus der Agrogaz-Anlage geeignet ist, doch müssen mehrere technische Fragen geklärt werden, bevor diese Art von Maschine in großem Maßstab für die Vorbehandlung von Dung eingesetzt werden kann. Das Hauptproblem ist der Umgang mit Steinen und Fremdobjekten, die manchmal im Dung enthalten sind und die Messer des Häckslers ernsthaft beschädigen können.