Biogasqualität und -quantität organischer Abfallstoffe
Oberstes Ziel der Abfallwirtschaft ist die Abfallvermeidung. Organische Abfallstoffe wie Küchenabfälle lassen sich naturgemäß nicht komplett vermeiden. Die anaerobe Behandlung stellt eine Möglichkeit dar, organische Abfallstoffe und die darin gespeicherte chemische Energie zu nutzen. Daher gewinnen die Anaerobtechnik und deren Beitrag zum Ressourcenschutz zunehmend an Bedeutung. Derzeit sind zwar nur etwa 10% der 850 Behandlungsanlagen für Biomüll mit einer Vergärungsstufe ausgestattet, mit einer Zunahme der Vergärungstechnologie in der Abfallwirtschaft ist jedoch in den nächsten Jahren zu rechnen. Sowohl die CO2-neutrale Energieproduktion, als auch die Bereitstellung hochwertiger Düngemittel sollen hier besonders hervorgehoben werden. Organische Abfallstoffe sollten somit nicht länger als Belastung und Schadstoffe angesehen werden, sondern vielmehr als Energie- und Rohstoffquelle. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag zur Steigerung der Ressourcen- und Energieeffizienz durch Nutzung von Abfallstoffen geleistet werden. Der Gesamtprozess der anaeroben (Bio-)Abfallbehandlung besteht aus der Vorbehandlung, mit Zerkleinerung und Störstoffabtrennung, der Vergärungsstufe, sowie der Konfektionierung des Gärrückstandes zur Vermarktung in der Landwirtschaft. Gegenstand dieser Arbeit ist jedoch nur der Vergärungsprozess. Die Vor- und Nachbehandlung wird nur am Rande und im Rahmen der Öko-Bilanz behandelt.Das Kernproblem der Anaerobtechnik ist die schlechte biologische Verfügbarkeit organischer Verbindungen unter anaeroben Bedingungen. Lediglich 40-50% der enthaltenden Organik sind anaerob abbaubar. Dadurch und durch die lange Verweilzeit anaerob schwer abbaubarer Substanzen, wie Cellulose, ergeben sich verfahrenstechnische Probleme. Grundsätzlich gibt es zwei Verfahrensvarianten in der Anaerobtechnik, die einstufigen und die mehrstufigen Verfahren. Bei einstufigen Verfahren laufen alle biochemischen Prozesse in einem Reaktionsraum, dem Fermenter ab. Da jeder Teilprozess jedoch unterschiedliche Anforderungen an das Milieu stellt muss ein Kompromiss eingegangen werden. Bei mehrstufigen Verfahren sind die einzelnen Prozessschritte räumlich voneinander getrennt. Eine Optimierung der jeweiligen Bedingungen ist somit möglich. Im Bereich der pH-Führung ergaben Optimierungsversuche laut Literatur Verkürzungen der Verweilzeit von bis zu 20%.Die Prozessstabilität kann bei unterschiedlichen Substratzusammensetzungen, durch räumliche Trennung der empfindlichen Methanogenese verbessert werden. Aerobe Prozessschritte lassen sich nur bei mehrstufigen Verfahren realisieren, da die Bakterien der Methanogenese obligat anaerob sind. Durch die vorgeschaltete aerobe Hydrolyse werden zunächst die leichtabbaubaren Substanzen umgesetzt. Diese stehen somit der Biogasproduktion nicht mehr zur Verfügung. Ein geringerer Biogasertrag und eine etwaige Verlängerung der Verweilzeit wurden hierbei in Kauf genommen, da bis lang das Hauptaugenmerk bei Untersuchungen der aeroben Hydrolyse auf dem Abbau von Xenobiotika und der Hygienisierung lag. Die besten Ergebnisse lieferten die Festbettreaktoren mit den Fäden. Hierbei konnten bislang Verweilzeiten von 11 Tagen erreicht werden, ohne die Reaktoren an ihre Belastungsgrenze zu fahren. Diese Versuche werden derzeit fortgeführt. Zusammenfassend kann das Promotionsvorhaben in seiner Zielsetzung wie folgt beschreiben werden:Mit Hilfe der aeroben Hydrolysestufe soll die Energieeffizienz von Vergärungsanlagen sowohl durch Steigerung der Gasproduktion als auch durch Verkürzung der Verweilzeit verbessert werden.