Flexible Biogasanlagen

Um die fluktuierende Stromerzeugung aus Wind und Photovoltaik auszugleichen, werden Biogasanlagen zunehmend für eine bedarfsorientierte Stromproduktion ausgerüstet.

Das Forschungsvorhaben „flexigast“ zielte ab auf ein Verfahren zur bedarfsorientierten an den Strommarkt angepasster Biogasproduktion bei gleichzeitig gesicherter Wärmeversorgung von angebundenen Verbrauchern auf Basis gezielter Variationen der Gärtemperaturen in den Fermentern.
Dabei wurde eine Methode entwickelt, die mittels qPCR gestützter Identifikation der lebensfähigen Anteile methanogener Spezies die Temperatur- und Lasttoleranz der Fermenterbiologie analysiert.
Wenn das BHKW gemäß bedarfsgerechtem Stromfahrplan ausgeschaltet wird, wird die Gärtemperatur gezielt abgesenkt. Geht das BHKW wieder in Betrieb, wird die Temperatur erhöht. Als Wärmequelle kann z.B. bei 2-stufigen BGA die gespeicherte Wärme aus dem Nachgärer sinnvoll genutzt werden.
Die Temperaturvariationen wurden mit einer flexiblen Fütterung kombiniert. Die Fütterung sollte hierbei nur unterstützend und abgestimmt mit den gezielten Temperaturänderungen erfolgen und sich zudem auf verbreitete, praxisrelevante Substrate bzw. Reststoffe mit relativ langsamem Abbauverhalten beziehen.

Ein Rückgang des mittleren Methanertrages und der Prozessstabilität kann durch kontrollierte Prozessführung vermieden werden. Durch Einsatz einer Wärmepumpe werden das Potenzial und die Regelbarkeit der erforderlichen Temperaturabsenkungen verbessert und gleichzeitig die Temperatur und die nutzbare Wärmemenge für externe Verbraucher deutlich angehoben.
Die Entwicklung der qPCR-Nachweismethode trägt zu einer neuen Qualität für das Prozessmonitoring in komplexen heterogenen Fermentationsräumen bei.

Das angewandte Temperaturprofil führte zwar temporär zu Einbußen in den Gasbildungsraten. Durch die Methode der qPCR zur Analyse spezifischer Mikroorganismengruppen konnte jedoch gezeigt werden, dass dabei keine irreversible Schädigung des analysierten Mikrobioms auftrat.
Es gelang somit verlässliche Aussagen zu Änderungen in der Biodiversität infolge von Prozessgrößenvariationen wie Temperatur u.ä. zu erhalten, was wiederum einen Beitrag liefern kann, um suboptimale Anlagenzustände in Bioprozessen aufzuklären. Ungeachtet der hohen Relevanz einer mikrobiologischen Zustandsbewertung bei Biogasprozessen ist dieser Ansatz nicht ausschließlich darauf begrenzt, sondern könnte auch auf ähnlich komplexe Systeme (z.B. Abwasserbehandlung, Denitrifikation, Kompostierung, Silierung) übertragen werden.

bue Anlagentechnik GmbH
Technische Beratung für Systemtechnik Bernd Felgentreff
Hochschule Magdeburg-Stendal
ORmatiC GmbH
Laufzeit: 01.02.2021 – 30.09.2023
Förderträger: PTJ Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF