Energetische Biomassenutzung: Zwei Fliegen mit einer Klappe

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Kompostierung von Gärresten (Quelle: GICON)

Mit verbesserter Materialstruktur können in der kombinierten Bioabfallverwertung die Energiegewinnung erhöht und klimaschädliche Emissionen reduziert werden.

In der kombinierten Verwertung von Bioabfall durch Vergärung und Kompostierung steckt noch viel Optimierungspotenzial. Das Forschungsprojekt FermKomp (FKZ-Nr: 03KB100) zeigt nun auf, wie über die Verbesserung der Ausgangsstoffe mehr Biogas gewonnen und anfallende klimaschädliche Gase verringert werden können.

Laut Statistischem Bundesamt nimmt der in Biotonnen gesammelte Abfall jährlich zu. Gepaart mit der Notwendigkeit, das Energiesystem auf Erneuerbare umzustellen, geht der Trend bei Betreibern von Verwertungsanlagen für Biomüll immer stärker zu einer kombinierten energetischen und stofflichen Nutzung des Abfalls. So wird in Vergärungsanlagen zuerst Biogas erzeugt und in den nachgeschalteten Kompostierungsanlagen wertvoller Dünger und Kompost gewonnen.

Wissenschaftler vom Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) und Mitarbeiter der GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH sowie der Firma Dr. Reinhold & Kollegen sahen in diesen Prozessen großes Optimierungspotenzial und nahmen das Ganze etwas genauer unter die Lupe. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprogramms „Energetische Biomassenutzung“ zeigen sie nun im Projekt FermKomp auf, wie die Strukturbeschaffenheit von Ausgangsstoffen verbessert werden könnte, um im Vergärungsprozess mehr Biogas zu gewinnen und bei der Kompostierung anfallende klimaschädliche Gase zu verringern.

Das Ziel des Vorhabens FermKomp bestand darin, durch eine geeignete Charakterisierung und Mischung der Substrate sowie einer effizienten Prozessführung einen verbesserten Abbau in der Vergärungs-, und der Kompostierungsstufe zu erreichen. Damit sollten sowohl die energetische Effizienz des Vergärungsprozesses gesteigert als auch potenziell Treibhausgasemissionen in der folgenden Kompostierung gemindert werden.

Was wurde genau gemacht?

Im Projektverlauf wurden zunächst die Materialeigenschaften verschiedener Substrate und Strukturzuschlagstoffe ermittelt, die für eine Verbesserung der Vergärungs- und Kompostierungsprozesse notwendig sind. Mit den geeigneten Substraten beziehungsweise Substratmischungen erfolgten darauf aufbauend Untersuchungen zur Effizienzsteigerung der anaeroben Stufe sowie Untersuchungen einer emissionsarmen Nachkompostierung im Pilotmaßstab.

Die erforderlichen Materialeigenschaften sollten dabei gezielt durch Substratmischungen beziehungsweise durch die Zugabe von natürlichen Strukturmaterialien wie Grünschnitt, Holzhackschnitzel oder Rindenmulch erreicht werden. Zur Validierung der Effekte in der Nachkompostierung wurden die Emissionsraten von Methan und Lachgas ermittelt. Parallel erfolgten Konzentrationsmessungen von Methan, Kohlendioxid und Sauerstoff mit einer Substratlanze im Porenvolumen des Komposts, um mögliche Zusammenhänge zwischen Porengaskonzentration und den entweichenden Methanemissionsraten darzustellen.

Was kam heraus?

Die Ergebnisse zeigen, dass Materialmischungen mit schlechtem Perkolations-, also Durchflussverhalten unter Zusatz von Strukturmaterialien wie Holzhackschnitzel, Grüngut und Rindenmulch eine verbesserte Wasserdurchlässigkeit erhielten. Eine Verbesserung des für den Biogasertrag ausschlaggebenden Abbaus der organischen Trockensubstanz durch die Strukturstoffzugabe konnte hingegen nicht belegt werden.

Die Tests zur Materialcharakterisierung der Gärreste zeigten jedoch, dass die Verbesserung der Materialstruktur auch nach Abschluss der Fermentation erhalten blieb. Der positive Einfluss einer verbesserten Struktur hinsichtlich der Emissionsminderung in der Nachkompostierung von Gärresten konnte indirekt durch Parameter wie die Durchlüftung des Kompostes nachgewiesen werden. Auch die Substratlanzenmethode und Porengasmessung eignete sich als Mittel zur Rotteprozessüberwachung. Die angestrebte Entwicklung einer praxistauglichen Methodik zur schnellen Substratcharakterisierung für die Betreiber von Abfallbehandlungsanlagen konnte aus den Untersuchungen jedoch nicht abgeleitet werden. Für Wissenschaft und Behörden sind die Ergebnisse aber dennoch von hohem Interesse. In einem auf den Ergebnissen von FermKomp basierenden Folgeprojekt soll es nun noch intensiver um die Reduktion von Emissionen gehen. Ziel ist es, eine Pilotversion eines Klimaschutz-Zertifikates für Bioabfall- und Kompostierungsanlagen zu entwickeln.

Hintergrund und Motivation

Vermehrt werden bei der Vergärung Boxenfermenter angewendet. Diese stellen aufgrund ihrer eher unkomplizierten Handhabung eine Alternative zu den üblichen Rührfermentern dar. Bei diesem sogenannten Garagenverfahren werden stapelbare, gröbere Feststoffe vergoren, die bei der Fermentation in Rühranlagen nur unter zusätzlichem Aufwand eingesetzt werden könnten – also ein optimales Verfahren für den groben Biomüll. Das Gärmaterial wird beim Garagenverfahren regelmäßig über Düsen an der Decke mikrobiologisch beimpft. Eine Umwälzung des Substrates ist nicht notwendig. Im Anschluss an den Gärprozess findet die Kompostierung der Gärreste, zum Teil mit zusätzlich hinzugefügtem Strukturmaterial, statt.

Torsten Reinelt (Projektleiter am DBFZ) erklärt, was hierbei problematisch sein kann: „Die anaerobe und nachfolgend aerobe Behandlung von Abfällen setzt eine Materialstruktur voraus, die das Fließen von Flüssigkeiten – auch Perkolation genannt – durch das feste Substrat in der anaeroben Vergärungsstufe sowie die Durchdringung mit Luft in der aeroben Nachkompostierung der Gärreste ermöglicht. Eine unzureichende Struktur des Einsatzstoffes kann zu einem verringerten biologischen Abbau sowohl im aeroben als auch im anaeroben Bereich führen. In der Kompostierung kann die fehlende Struktur zu Sauerstoffmangel infolge einer unzureichenden Belüftung und hierdurch zusätzlich zu erheblichen Treibhausgasemissionen – im wesentlichen Methan – führen.“

Mehr über die Methoden, Untersuchungen und Ergebnisse im Endbericht des Projektes FermKomp und Projektsteckbrief.

Quelle: DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH

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