Nutzung von Grünland-Biomasse zur Biogaserzeugung

Staatliche Versuchsstelle Steinach. Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung

Eine Alternative ist die energetische Nutzung in Biogasanlagen. Dabei soll der Einfluss einer Substratmischung mit einem hohen Anteil an Grünlandbiomasse auf den biologischen Prozess bei der anaeroben Vergärung geprüft werden. Aufgrund hoher Stickstoffgehalte in Grünlandsubstraten, kommt es jedoch häufig zur Hemmung des Prozesses durch Ammoniak.
Ziel der Studie ist die Optimierung der regionalen Grünlandbiomassenutzung zur Biogasproduktion als Alternative zur Maisverwertung, damit Biodiversität, Entwicklung der Arten und Lebensraumvielfalt in der Landschaft unterstützt werden können.

• Ermittlung der potentiellen Biogas- und Methanausbeuten von ausgewählten regional typischen Grünlandbiomassen
• Identifizierung von geeigneten Überwachungsparametern für die rechtzeitige Erkennung einer Prozessstörung bei der anaeroben Vergärung von Grünlandaufwüchsen.
• Beurteilung der Einflüsse der Aufwuchszusammensetzung und des Erntezeitpunktes in Mono- und Mischfermentation von Grünlandbiomasse zur Biogaserzeugung in Bezug auf:
  • langfristige Prozessstabilität
  • prozessbiologische Grenzen
  • mikro-/molekularbiologische Charakterisierung

• Versuchsplanung, Auswahl der zu beprobenden Standorte und Erntegutbeschaffung
• Durchführung von Batch-Gärtests zur Ermittlung der potentiellen Biogas- und Methanausbeuten des Grünlandaufwuchses
• Durchführung von kontinuierlichen Gärversuchen mit Grünlandaufwuchs (vor allem Deutsches Weidelgras und Rotklee) zur Ermittlung der langfristigen Prozessstabilität und der prozessbiologischen Grenzen (Raumbelastungssteigerung)
• Begleitende mikro-/molekularbiologische Untersuchungen zur Quantität und Aktivität von vor allem Methan bildenden Organismen und zur Zusammensetzung der mikrobiellen Biozönose in Versuchsfermentern und Gärbehältern von ausgewählten Praxisbetrieben.

• Die ersten durchgeführten Untersuchungen im Batchtest bestätigen den Einfluss der Substratzusammensetzung von Grünlandbiomasse auf den Biogasprozess. Der Effekt des Vegetationsstadiums der Pflanzen auf die Methanbildung wird in den weiteren Untersuchen berücksichtigt.
• In der ersten Versuchsreihe im Durchflussversuch (Erster Schnitt) konnte der Einfluss des Rotkleesilageanteils (RK) in der Substratmischung mit deutschen Weidelgrassilage (DWG) bestätigt werden. Die Variante mit mehr Rotkleesilage (50 DWG – 50 RK) zeigte die ersten Anzeichen einer Prozessstörung bei einer Raumbelastung von 2,5 kg oTS*m^-3*d^-1.
• Der positive Effekt der Substratmischung mit Maissilage und Rindergülle im ersten Durchflussversuch konnte im Vergleich zur alleinigen Grünlandvergärung bestätigt werden.
• Zur Zeit liefern die gemessenen chemischen Parameter keine rechtzeitigen Zeichen zur Früherkennung einer Prozessstörung. Auffällig in dieser ersten Versuchsreihe war, dass die Säuregehalte relativ gering waren, als die Prozesshemmung auftrat. Die Propionsäuregehalte im Reaktor waren sehr gering oder sogar unterhalb des Messbereichs, was untypisch für die Vergärung von proteinreichen Substraten ist.
• Molekularbiologische Untersuchungen zeigten keinen Unterschied in der Aktivität der methanogenen Archaeen zwischen den unterschiedlichen Aufwuchszusammensetzungen im ersten Durchflussversuch.
• Eine erhöhte Aktivität der Methanogenen in den Varianten mit Maissilage und Rindergülle konnte gegenüber den Monofermentationen mit Grünlandbiomasse bei dem ersten Schnitt molekularbiologisch bestätigt werden.
• Während der biologisch stabilen Versuchsphase im ersten kontinuierlichen Experiment wurde kein großer Unterschied in der Populationszusammensetzung zwischen Mono- und Mischfermentation gefunden.
• Vor der Prozessstörung in erstem Durchflussversuch waren in der Monofermentation Methanosaeta spp. und in der Mischfermentation Methanoculleus spp. vermehrt aktiv

• Unterschiedliche Biogasadditive werden getestet, um den Biogasprozess in dem ersten Durchflussversuch zu stabilisieren.
• Die zweite Versuchsreihe im Durchflusssystem mit dem dritten Schnitt folgt im Frühjahr 2013.
• Die nächsten Batchuntersuchungen werden im Herbst 2013 durchgeführt. Unterschiedliche Gräser- und Leguminosensorten werden miteinander verglichen. Hier wird der Einfluss des Erntezeitpunktes und der Substratverdaulichkeit auf den Biogasprozess bzw. auf den spezifischen Methanertrag untersucht.