Trockenfermentation zur Biogasherstellung

Ablauf der Trockenfermentation im Überblick  

Bei der Trockenfermentation handelt es sich um ein Verfahren zur Biogasherstellung. Verarbeiten lassen sich dabei Rohstoffe oder Substrate, die einen Wassergehalt von maximal 70 Prozent aufweisen. Der Name ist dabei zwar etwas irreführend, soll aber den Unterschied zur sogenannten Nassfermentation klarstellen. Denn bei dieser geht es um das Vergären von Materialien mit einem Trockensubstratgehalt von weniger als 15 Prozent und einem Wassergehalt von mindestens 85 Prozent. Vorteil der Trockenfermentation ist, dass sich dabei auch faserige und störstoffhaltige Substrate vergären lassen, die in Nassverfahren zu Problemen führen könnten. 

Das Verfahren lässt sich vereinfacht in vier Schritte unterteilen:

1. das Beladen der Fermenter mit geeigneten Substraten
   
2. das Starten und Betreiben der Trockenfermentation
   
3. der Entzug, die Verdichtung und die Lagerung des Methans
   
4. das Beenden der Trockenfermentation durch Belüftung

Schritt 1: Beladen der großen Gärbehälter

Bevor die Trockenfermentation beginnt, sind die Gärbehälter mit dem Substrat zu befüllen. Anders als bei Nassverfahren sind an dieses dabei nur geringere Anforderungen gestellt. Infrage kommen generell schütt- und stapelfähige organische Substanzen mit einem Trockensubstratanteil von bis zu 70 Prozent. Neben Rasenschnitt oder Mist eignen sich dabei auch Mais-, Getreide-, Rüben- oder Rapssilagen. Ein besonderer Vorteil liegt jedoch in der Verwertung von Biomüll. Denn dieser steht als Ausgangsstoff nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelindustrie. Außerdem lässt sich der Abfall durch verschiedene Störstoffe nicht in Nassfermentern verwenden.    

Schritt 2: Start der Trockenfermentation   

Damit die Produktion von  Biogas  in Gang kommt, ist der Reaktionsraum zunächst luftdicht abzuschließen. Im Anschluss besprühen die Anlagen das Substrat mit speziellen Bakterien, die dieses unter Ausschluss von Sauerstoff (anaerob) zersetzen und energiereiches Methan produzieren. Verwendung findet dabei unter anderem das sogenannte Pektorat, ein flüssiges Nebenprodukt der Gärung. Alternativ können die Anlagenbetreiber das Substrat auch mit älteren Gärresten mischen, um Bakterien einzubringen.

Eine weitere Voraussetzung für den Start der Trockenfermentation ist eine entsprechend hohe Temperatur, die sich unter anderem durch eine Flächenheizung erreichen lässt. Das Gärsubstrat ist dabei auf mindestens 40 Grad Celsius zu erhitzen.

Schritt 3: Entzug und Nutzung von Biogas   

Nach dem Start des Zersetzungsvorgangs befinden sich die Ausgangsstoffe je nach Qualität und Beschaffenheit für zwei bis vier Wochen im Fermenter. Die Bakterien produzieren dabei ein Gas, das zu etwa 60 Prozent aus energiereichem Biomethan besteht. Dieses wird verdichtet und in Speichern bevorratet. Anschließend lässt sich das Biogas in einem BHKW direkt verstromen oder nach einer entsprechenden  Biogasaufbereitung  in das öffentliche Gasnetz einspeisen.

Schritt 4: Beenden der Trockenfermentation   

Ist der Gärvorgang der Trockenfermentation abgeschlossen, stoppt die Luftzufuhr die Arbeit der anaeroben Bakterien. Die Luft strömt anschließend über einen Biofilter und dann nach außen. Der Filter sorgt dabei vor allem auch dafür, dass sich eine Geruchsbelästigung der Umgebung sicher ausschließen lässt. Die Gärreste werden anschließend aus dem Fermenter entfernt, in der Landwirtschaft eingesetzt oder zu nährstoffreichem Kompost weiterverarbeitet.

Eine Einspeisung in das Erdgasnetz kann nun erfolgen. Zuvor muss das Biogas von Wasser, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid bereinigt worden sein. Darüber hinaus muss der Heizwert an das im Gasnetz befindliche Erdgas noch angepasst werden. Experten sprechen hier von der sogenannten Konditionierung. Mehr dazu erfahren Sie im Beitrag zum  Brennwert von Gas.  

Unterschiedliche Arten der Trockenfermentation  

Damit Biogasanlagen wirtschaftlich arbeiten können, sollten sie das biologische Gas kontinuierlich herstellen. In Bezug auf die Trockenfermentation lassen sich dabei grundsätzliche zwei Anlagenarten voneinander unterscheiden:

• die Pfropfenstromfermenter
  
• die Garagenfermenter

Pfropfenstromfermenter arbeiten automatisch und kontinuierlich

Ein Pfropfenstromfermenter schiebt das Substrat mithilfe großer Pumpen kontinuierlich durch die Anlage. Die Materialien sind ständig in Bewegung und fallen nach Abschluss des Gärvorgangs einfach heraus. Durch die Größe und die Geschwindigkeit der Bewegung lässt sich eine Mindestgärzeit sicherstellen. Während die Anlagen nahezu vollautomatisch laufen und kontinuierlich Gas abgeben, sind die mechanischen Teile mit einem höheren Wartungsaufwand verbunden.

Trockenfermentation in Garagenfermentern erfolgt schubweise

Garagenfermenter arbeiten hingegen schubweise. Sie bestehen aus einzelnen Behältern, die immer wieder befüllt und entleert werden. Während das zwar mit einem höheren manuellen Aufwand verbunden ist, sinkt mit der Störanfälligkeit auch der Wartungsaufwand der Technik. Sollen die Trockenfermentation mit einer kontinuierlichen Gasausbeute ablaufen, sind in der Regel vier Gärbehälter nötig.

Die Vorteile trockener Verfahren zur Biogasherstellung  

Der größte Vorteil der Trockenfermentation liegt in den geringen Anforderungen an das Substrat. So kann dieses zum Beispiel Verunreinigungen enthalten, die nach dem Prozess als Reststoffe übrig bleiben. Zum Einsatz kommt dabei auch häuslicher Bioabfall, der häufig Reststoffe wie Verpackungsmaterialien enthält. Biomüll ist darüber hinaus kein Lebensmittel, wodurch sich die häufig in diesem Zusammenhang aufkommende Tank- oder Teller-Debatte auflöst.