Mehr Biogas durch die Fermentersynchronisation.

Die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage hängt entscheidend mit der Anzahl und Aktivität der Bakterien zusammen. Je mehr Bakterien und je höher die Aktivität der einzelnen Bakterien ist, umso schneller und besser ist die Umsetzung der Substrate in Methan. Das Ergebnis ist ein dünnflüssiger Fermenter und viel Methan pro Tonne Trockenmasse.
Das Ziel der Bakterien im Fermenter ist es sich zu vermehren, dazu brauchen sie Stickstoff, Kohlenstoff, Mineralstoffe und Spurenelemente. Ist eines dieser vier Komponenten im Mangel, dann begrenzt dies die gesamte Entwicklung. Der Klassiker, der in der Praxis viel Aufmerksamkeit erhält, ist der Spurenlementmangel. Jedoch kann auch ein unausgewogenes Verhältnis von Stickstoff und Kohlenhydraten das Bakterienwachstum und damit die Wirtschaflichkeit der Biogasanlage beeinträchtigen.

Entscheidend bei dieser Hemmung ist nicht nur die Menge an Eiweiß und Kohlenhydrate, sondern auch deren Abbaurate. Ein Beispiel ist der Kohlenhydratmangel bei der Fütterung von Geflügelkot, der eine große Menge an schnell verfügbaren Stickstoff in Form von Ammonium enthält. Wird dieser in Kombination mit langsam verfügbaren Kohlenhydraten gefüttert, zum Beispiel Grassilage, dann kann der Stickstoff nicht zu Bakterienprotein umgebaut werden und Ammonium reichert sich im Fermenter an. Ammonium steht mit Ammoniak in einem chemischen Gleichgewicht. Weil Ammoniak ein Zellgift ist, fahren die Bakterien ihren Stoffwechsel herunter, um sich zu schützen. Dadurch nimmt die Rohfaserverdaulichkeit ab, der Fermenter wird dickflüssig und die Methanausbeute pro Tonne Trockenmasse sinkt. Abhilfe schafft da der Ammoniak-Binder oder der Biofilm-Bilder, der das Ammoniak bindet und so steigt die Bakterienaktivität wieder.
Es geht jedoch auch anders: Der schnell verfügbare Stickstoff aus dem Geflügelkot, kann mit schnell verfügbaren Kohlenhydraten, zum Beispiel aus Zuckerrüben, kombiniert werden, das nennt man Fermentersynchronisation.

Die Fermentersynchronistation ist die zeitgleiche (synchrone) Bereitstellung von Eiweiß und Energie für eine effiziente Verdauung im Fermenter, weil nur so ein Optimum an mikrobiellem Wachstum erreicht wird. Dadurch werden Biogasanlagen die prinzipiell stabil laufen noch wirtschaftlicher.

Der Stickstoffmangel dagegen, war bisher nicht auf dem Schirm vieler Biogasbetreiber. Erst mit der Maissilageernte 2023 hat sich das geändert: Weil der Mais schöne große Kolben mit viel Stärke ausgebildet hatte, kam es in einigen Anlagen, die wenig oder keinen Wirtschaftsdünger eingesetzt hatten, zu einer unerklärlich schlechten Energiebilanz, während das Fermenterbild und die Gaswerte unverdächtig blieben. Nachdem technische Mängel, wie die Temperatur oder ein Leck in den gasführenden Teilen ausgeschlossen worden war, wurde die Energiebilanz durch Zugabe von Harnstoff schnell wieder besser.

Denselben Effekt beobachten wir auch bei Biogasanlagen, die viel Landschaftspflegematerial einsetzen: Deren Energiebilanz, ist deutlich schlechter als berechnet. Nach dem Auswaschen des Fermentersubstrates wird viel Rohfaser, fast noch im Orginalzustand, gefunden. Nach der Zugabe von Harnstoff verbessert sich die Energiebilanz deutlich und die Rohfaser verschwindet aus dem Fermenter.
Da die Hydrolyse-Bakterien nicht genügend Stickstoff zu Verfügung haben, um Enzyme zu bilden, wird nur der Kohlenstoff abgebaut, der leicht verfügbar ist, also Zucker und Stärke. Durch die Zugabe von Harnstoff bilden die Bakterien wieder mehr Enzyme, die auch die Cellulose und Hemicellulose der Rohfaser verstoffwechseln können.

Ein Beispiel aus der Praxis zeigt aber auch, dass es „normale“ NAWARO-Biogasanlagen treffen kann:
Gefüttert wurde: 4t Bullenmist, 2 t GPS, 3 t Maisilage und 3 t Grassilage. Der Ammonium-N Gehalt lag bei 1,7% TM. Dieser ist recht ungewöhnlich, da doch auf dem Papier recht stickstoffreich gefüttert wurde, der Bullenmist stammt jedoch aus einer Haltung, die auf zusätzlich Kraftfuttergabe verzichtet.
Die Anlage hat eine Leistung von 190 kW, die Fermentertemperatur ligt bei 48,5° Celsius und die Verweilzeit beträgt 150 Tage. Die Gaswerte waren in Ordnung, der Fermenter dagegen recht dickflüssig und inaktiv:

Durch die Zugabe von täglich 10 kg Harnstoff wurde der Fermenter nach gut zwei Monaten deutlich dünner und die Leistung stieg auf 210 kW.

P.S. Die energie+agrar Fachberater berechnen mit Hilfe einer Energiebilanz die Substrateffizienz Ihrer Biogasanlage und beraten Sie gerne in der optimalen Zusammensetzung der Ration.