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Forschung optimiert Biogasprozess

Ein deutsches Forschernetzwerk hat erstmalig einen neuen Ansatz zur Verbesserung des Gärverhaltens von Hühnerkot getestet. Ihre Ergebnisse publizierten die Wissenschaftler im aktuellen Artikel „Ammonia removal during leach-bed acidification leads to optimized organic acid production from chicken manure[1]“. Die Arbeit demonstriert die Möglichkeit zur Stickstoffeliminierung während anaerober Versäuerungsprozesse in Batch-Konfiguration. So sollen die der Methanstufe vorgeschalteten Vorbehandlung von Hühnerkot effizienter gestaltet und Biogasprozesse optimiert werden.

Hohe Raumbelastungen, welche im Bereich von 6,3 bis 9,5 g L-1 lagen, erlaubten eine erfolgreiche Hemmung methanogener Archaeen. Um Stickstoff zu eliminieren, wurde die NH3-Strippung und die MAP (Ammoniummagnesiumphosphat) Fällung miteinander verglichen. Trotz verringerter Zellmengen, welche mit Hilfe von qPCR detektiert wurden, gab es einen Anstieg in der Menge produzierter organischer, leichtflüchtiger Säuren um 13 bis 19 Prozent.

Die höchste Stickstoffeliminierung (bis zu 29 Prozent) wurde mit drei aufeinander folgenden MAP Fällungen erreicht. Dies führte jedoch auch zu erhöhten Leitfähigkeiten, sodass nach drei konsekutiven MAP Fällungen Werte von 53,3 und 53,1 ms cm-1 beobachtet wurden. Es fiel zusätzlich auf, dass durch die mehrfache MAP Fällung die Konzentration wichtiger Spurenelemente gesenkt wurde. Mithilfe von 16S-rRNA Amplikon Hochdurchsatzsequenzierung wurden zudem sich verändernde, taxonomische Profile offenbart. Besonders betroffen waren hierbei die bakteriellen Familien Marinilabiliaceae, Bacteroidales UCG-001, M2PB4-65 termite group und Idiomarinaceae.

Trotz dieser inhibierenden Effekte half die Eliminierung von Stickstoff, ungewünschte Methanbildung zu unterdrücken und den Ertrag organischer Säuren zu steigern. Daher besitzt die demonstrierte Methode ein großes Potential, mehrstufige Biogasprozesse in der Zukunft zu optimieren.

Schematischer Versuchsaufbau

 

Nach dem sogenannten Prinzip der 

Schmatischer Versuchsaufbau

Perkolation wurde Hühnerkot in organische
Säuren überführt. Mit Hilfe verschiedener Verfahren zur Stickstoff-Eliminierung (N-Strippung und MAP-Fällung) wurden hemmende Mengen an Stickstoff aus dem sauren Hydrolysat entfernt. Die entstehende Flüssigkeit stellt ein Hochleistungssubstrat dar, dass in nachfolgenden Schritten einfacher und effizienter methanisiert.

[1] Ramm, P., Abendroth, C., Latorre-Pérez, A., Herrmann, C., Sebök, S., Geißler, A., Vilanova, C., Porcar, M., Dornack, C., Bürger, C., Schwarz, H., Luschnig, O.; 2020. Ammonia removal during leach-bed acidification leads to optimized organic acid production from chicken manure. Renewable Energy 146, 1021 – 1030. Online: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148119310419