Steigerung der Effizienz zweistufiger Vergärungsprozesse durch ­Reduzierung energetischer Verluste in der Hydrolyse

Im Fokus dieses Artikels stehen zweistufige Vergärungsprozesse, die neben ihrer erhöhten Leistungsfähigkeit gegenüber klassischen Verfahren zur Biogaserzeugung oftmals Defizite hinsichtlich auftretender energetischer Verluste aufweisen. Diese entstehen durch Produktbildungen bereits in der Hydrolysestufe und bedingen somit unzureichende Nutzungen vorliegender energetischer Potenziale. Das Ziel der nachfolgend vorgestellten Untersuchungen lag in der Erhöhung der Nutzung von vorliegenden Substratpotenzialen durch die Vermeidung bzw. Verminderung von Verlusten innerhalb des Hydrolyseprozesses. Dazu erfolgte zunächst eine quantitative Erfassung auftretender Verluste am Beispiel einer zweistufigen Fest-Flüssig-Vergärung von Maissilage bei einer offenen und einer gasdichten Fahrweise der Hydrolyse. Desweiteren wurde eine Methode zur Inaktivierung methanogener Mikroorganismen in der Hydrolysestufe ermittelt und für das zweistufige System erprobt. Eine thermische Behandlung des Methanisierungsablaufs (Aufheizzeit von 35 min/Zieltemperatur von 80°C) ermöglicht eine wirksame Inhibierung methanogener Mikroorganismen in der Hydrolysestufe. Unter Anwendung der thermischen Behandlungsmethode im zweistufigen Vergärungsprozess wird eine verbesserte Substratnutzung ermöglicht. Gemessen am Methanpotenzial wurde der CH4-Ertrag gegenüber der gasdichten Prozessführung ohne thermische Ablaufbehandlung um 10% und gegenüber einer offenen Fahrweise der Hydrolyse um 22% gesteigert.

Compared to single-stage fermentation processes, doublestage technologies are characterized by the advantages of higher efficiency, better process stability and an improved controllability. But a strict separation of subprocesses hydrolysis and methanation during the whole process cycle is often not realizable. Circulation of process liquids and favourable conditions for methanogens in hydrolysis promote methane formations in this subprocess. By economic reasons using of low-energy hydrolysis gas is inapplicable in most cases and therefore methane yields in hydrolysis stage are energy losses. A major factor for an increase in efficiency in double-stage processes is avoiding methane production in hydrolysis. A thermal treatment for inactivating methanogens in recirculated process liquid was investigated. With a temperature of 80°C and heating period of 35 min methanogens were effectively inactivated for usual hydrolysis retention times. For application and verification in double-stage fermentation the thermal treatment method was integrated into the process. The effect of thermal treatment to methanogens was verified in double stage operation. The methane loss was considerably reduced from 15% to 3%.