Charley | Pflanzenkohle für Biogasanlagen

Steigerung der Biogasproduktion durch Beimischung von Pflanzenkohle in Biogasanlagen

In Studien konnte gezeigt werden, dass die große innere Oberfläche der Pflanzenkohle als spezifische, bakterielle Aufwuchsfläche fungiert. Der so zusätzlich geschaffene Lebensraum für Mikroorganismen im Fermenter führt zu einem besseren Austausch sowie effektiveren und schnelleren Abbau der Substrate und Metaboliten. Die Mikroorganismen sind dabei in der Matrix der Pflanzenkohle geschützt und dadurch geringeren Scherkräften ausgesetzt, die die Biozönosen durch das ständige Rühren des Fermenterinhalts immer wieder zerstören. Dies führt zu Erweiterung der mikrobiellen Funktionalität und damit der mikrobiellen Diversität im Gärsystem.

Außerdem kann Pflanzenkohle, ähnlich wie medizinisch eingesetzte Aktivkohle, als Molekularfilter dienen und die Stör- bzw. Hemmsubstanzen aufnehmen. Dadurch wird der Ablauf des Gärungsprozesses optimiert, stabilisiert und störungsresistenter. Die Zugabe von Additiven und Hilfsstoffen zur Steuerung des Gärprozesses wird damit unnötig.

Aktuelle Studien untersuchen zusätzlich in wie weit Pflanzenkohle während des Gärprozesses vorübergehend einige Metaboliten, wie überschüssige Säuren (NH₄⁺ oder H₂S), die in hohen Konzentrationen für den Gärprozess schädlich sein können, binden.

Auch ein Übermaß an Stickstoff, welcher z.B. durch die Zugabe von HTK und anderen Wirtschaftsdüngern aus der Geflügelhaltung resultieren kann, wird durch die Zugabe von Pflanzenkohle wirkungsvoll gebunden und aus dem Prozess ausgetragen. Der Gärungsprozess wird dadurch stabilisiert. So wird es möglich, die Stoffzufuhr preisgünstiger Wirtschaftsdünger aus der Güllehaltung zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage zu verbessern.

Der relativ hohe Anteil an mineralischen Bestandteilen der Pflanzenkohle sichert durch den Einsatz im Fermenter die Versorgung der Microorganismen mit essentiellen Mikronährstoffen und Spurenelementen. Je nachdem welche Biomasse zur Produktion der Pflanzenkohle eingesetzt wurde, kann der mineralische Anteil in der Pflanzenkohle, also der Ascheanteil, bis zu 50% betragen. Zwar liegen die Mineralien ungelöst vor, können allerdings durch Konzentrationsgefälle dissoziiert werden und in bioverfügbare Formen übergehen.

Optimale Menge der Biokohlebeimischung
Die besten Ertragswerte wurden bei einer Zugabe von Pflanzenkohle im Gewichtsverhältnis von 2,5% der eingesetzten Frischmasse erzielt.

Bei der Trockenfermentation wird eine Zumischung von 0,5% der Masse des Trockensubstrats empfohlen.

Beim der Vergärung von Gülle ist es zusätzlich förderlich, wenn die Pflanzenkohle bereits ein paar Tage vor der Einbringung in die Biogasanlage mit der Gülle vermischt wird. Dadurch hat die Pflanzenkohle Zeit, um sich mit den Nährstoffen aus der Gülle „aufzuladen“. Man spricht hier von einer „Aktivierung“ der Pflanzenkohle.

Einsatz der Pflanzenkohle im Hauptfermenter
Beim der Zumischung der optimalen Menge an Pflanzenkohle zum Substrat, wurden bei allen untersuchten Substraten ähnliche Ertragssteigerungen ermittelt.

Für die Bewertung der Effektivität des Einsatzes von Pflanzenkohle in Biogasanlagen muss speziell auf die Zeitschiene geachtet werden:
- nach 18 Tagen ein durchschnittlicher Mehrertrag von 18,9%
- nach 40 Tagen ein durchschnittlicher Mehrertrag von 21,7%

Einsatz der Pflanzenkohle im Nachgärer
Auch im Nachgärer erzeugt der Einsatz von Pflanzenkohle einen deutlichen Mehrertrag.
Die Varianz bei den Ertragssteigerungen ist im Nachgärer allerdings deutlich höher und zeigt damit eine stärkere Abhängigkeit von dem eingesetzten Substrat bzw. der Substratmischung.
Die durchschnittliche Ertragssteigerung im Nachgärer beträgt mit „normaler“ Pflanzenkohle ca. 13,6%.

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