Schaumtest für Biogas-Anlagen - Betreiber einer Biogas-Anlage kann Test selbst vor Ort durchführen und seine Anlage vor Schäden schützen
Bei der Produktion von Biogas ist eine der häufigsten Störungen die übermäßige Bildung von Schaum. Die Folgen reichen von Kosten für Antischaummittel und Reinigung bis hin zu Schäden an der Anlage. Wie der Schaum genau entsteht, konnte ein Forschungsteam unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung zwar noch nicht detailliert klären, entwickelte aber einen Schnelltest für Anlagenbetreiber. Der sogenannte Leipziger Schaumtester kann Ausfälle, sinkende Performance und Schäden verhindern.
Mit dem Leipziger Schaumtester können Betreiber von Biogasanlagen testen, ob der geplante Substratmix Schaum bildet und damit die Effizienz und Haltbarkeit der Anlage gefährdet. Bild: André Künzelmann, UFZ
Ein Forscherteam unter Projektleitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung hat im Projekt Optgas einen Test entwickelt, mit dem die substratbedingte Schaumbildung in Biogas-Anlagen vorab kontrolliert werden kann. Dafür entnimmt der Anlagenbetreiber eine Probe des Gärmaterials. Das zu testende Substrat wird nun in die Testflasche eingewogen. Die Menge richtet sich dabei nach dem Trockensubstanz-Gehalt. Das Gärmaterial wird hinzugegeben und verrührt. Die Testflasche setzt der Anlagenbetreiber nun in den Schaumtester, eine Apparatur mit Heizmanschette, und startet per Knopfdruck die Temperierung.
Nach circa 14 Stunden liegt das Ergebnis vor: Sieht die Reaktionsmasse aus wie zu Beginn des Tests, ist die Mischung unproblematisch für die Biogas-Anlage. Ist Schaum sichtbar oder sind Spuren von Schaum an den Flaschenwänden, ist der Anlagenbetreiber gewarnt.
Das Risiko für Schaumbildung steigt, da anstelle von Energiepflanzen, wie Mais, zunehmend alternative Substrate eingesetzt werden, z.B. Zuckerrüben und Grünroggen. Entsteht bei einem solchen heterogenen Substratmix Schaum, kommt es zu Wirkungsgradverlusten und je nach Intensität auch zu Verstopfung von Gasleitungen und Biogasbehältern.
Physikochemische Ursachen
Einige zukunftsfähige Substrate, wie Zuckerrüben, gelten als risikoreich für die Bildung von Schaum. „Es gibt aber auch Substrate, bei denen eine Schaumbildung nicht zu erwarten ist, die aber trotzdem Schaum verursachen können – wir hatten kürzlich einen Fall, dass Maissilage aufgrund veränderter Silier-Methode starke Schaumbildung verursachte“, berichtet Projektkoordinatorin Dr. Lucie Moeller vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung. Generelle Aussagen über schaumbildende Substrate seien auch schwierig, da die Kombination des Substrates mit dem im Behälter vorhandenen Gärmaterial die Intensität der Schaumbildung beeinflusst. Manche Gärschlämme schäumen mit gleichem Substrat nicht, wobei andere eine starke Schaumschicht entwickeln. Bei manchen Substraten ist die Verarbeitung ausschlaggebend. So schäumt z.B. fein gemahlenes Getreideschrot erheblich mehr als grob gemahlenes Schrot oder ganzes Korn.
Das Forschungsteam untersuchte die Gründe für die Schaumbildung in Biogasreaktoren. Dazu entnahmen sie Proben in insgesamt 24 Anlagen, von denen ein Teil mit Abfall und ein Teil mit nachwachsenden Rohstoffen als Substrat betrieben werden. Ergänzend führten die Forscher eine telefonische Umfrage unter 18 Betreibern von Abfallanlagen durch, die über ihre Erfahrungen mit Schaumbildung und deren Bekämpfung aus der Praxis Auskunft gaben.
Auf Basis der Analyse von Betriebsdaten, Erfahrungen und Laboruntersuchungen kamen die Forscher zu dem Schluss, dass die Schaumbildung in Biogas-Anlagen meistens auf physikochemischen Effekten basiert. Einen wichtigen Einfluss haben dabei die Beschaffenheit der Substrate, die Temperatur und die Rührintensität.
Oft war die Ursache für die Betreiber jedoch unklar. Denn meistens lagen die Parameter für Stressreaktionen der Biogasmikrobiologie, z.B. der Ammonium-Stickstoff-Gehalt oder die Konzentration von flüchtigen organischen Säuren, bei den schäumenden Biogas-Anlagen im optimalen Bereich. Die Forschung an den Ursachen wird derzeit weiter unter dem Projekttitel „Investigations of foam formation and suppression in the process of anaerobic digestion“ von Moeller vorangetrieben.
Kontakt: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), 04318 Leipzig, Tel. 0341 2351841, Fax 0341 2351830, info@ufz.de, www.ufz.de
