Schaumschläger nicht erwünscht - Dr. Neinhaus Verlag AG
Schaumschläger nicht erwünscht - Dr. Neinhaus Verlag AG Schaumschläger nicht erwünscht - Dr. Neinhaus Verlag AG
8 Bioenergie Landpost 50/2013 Schaumschläger nicht erwünscht Die unkontrollierte Schaumbildung gehört zu den häufigsten Betriebsstörungen in Biogasanlagen Dass im Fermenter einer Biogasanlage im Großen und Ganzen das Gleiche passiert, wie im Pansen der Kuh, gehört hierzulande schon fast zum Allgemeinwissen. Vermutlich weniger bekannt ist dagegen, dass die natürlichen als auch die technischen Futterverwerter verbreitet unter derselben Verdauungsstörung leiden — einer übermäßigen Schaumbildung. Wiederkäuer zeigen dieses Symptom unter anderem nach unvermittelter Umstellung von Heu auf Grünfutter. Die Pansentympanie, so die veterinärmedizinische Bezeichnung, bewirkt, dass die Kuh das entstehende Gas wegen des klebrigen Schaums nicht wie sonst üblich ausrülpsen kann. Manchmal hilft dann nur ein gezielter lebensrettender Schnitt in die Flanke, damit der schaumige Panseninhalt abfließen kann. Frühwarnsystem soll Schäden vorbeugen Das geht bei einem Biogasreaktor aus Stahl oder Beton natürlich nicht. Anlagenbetreibern bleibt da nur die Bekämpfung übermäßiger Schaumbildung im Biogasprozess, um Folgeschäden zu vermeiden. „Diese reichen von einigen hundert Euro für erhöhten Personalaufwand und den Einsatz von Antischaummitteln bis zu schwerwiegenden Betriebsstörungen mit hohen Kosten etwa durch Krustenbildung an der Reaktorwand oder verstopfte Gasleitungen“, weiß Dr.-Ing. Lucie Moeller vom Helmholtz- Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig. Die Wissenschaftlerin gehört zu einem Forscherteam, das sich bereits seit einigen Jahren mit der Schaumbildung in Biogasanlagen beschäftigt. Ziel der Forscher ist es, ein Frühwarnsystem zu entwickeln, um Schaumereignisse vorherzusehen und diesen durch eine angepasste Prozessführung Dr.-Ing. Lucie Moeller forscht im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Leipzig an den Ursachen übermäßiger Schaumbildung in Biogasanlagen. Fotos: Carmen Rudolph entgegen zu wirken. In einem ersten Teilprojekt, dessen Ergebnisse jetzt vorliegen, folgte das UFZ-Forscherteam der Spur des Schaums, indem es deutschlandweit den Betriebsalltag in 13 schäumenden Praxisanlagen analysierte und Beprobungen vornahm. Darunter fünf, in denen überwiegend Abfallstoffe zum Einsatz kommen, und acht NawaRo-Anlagen. Ergänzt wurde diese Detektivarbeit durch eine Befragung von Betreibern, die Erfahrungen bei der Schaumbekämpfung in Abfallanlagen gesammelt haben, sowie durch begleitende Testserien im Labor. „Unsere Untersuchungen zeigten, dass die Schaumbildung in Biogasanlagen meist auf physikochemischen Effekten basiert. Das heißt, die Ursachen liegen entweder bei den Substraten oder in der nicht optimalen Betriebsführung. Auslöser kann auch ein unglückliches Zusammenspiel beider Faktoren sein“, zieht Moeller ein erstes Resümee. In den meisten Proben aus schäumenden Reaktoren hätten Parameter, die auf Stress in der Mikrobiologie hindeuten, wie der Ammonium-Stickstoff-Gehalt oder die Konzentration von Essigsäure, jedenfalls im grünen Bereich gelegen. Das Problem sei offensichtlich komplexer, als ursprünglich angenommen. Dennoch gelangten die Wissenschaftler am UFZ zu Erkenntnissen, die Ansatzpunkte für die weitere Forschung liefern. Ein Indikator ist zum Beispiel die Schaumbeschaffenheit. Je kleiner die Blasen je größer die Probleme, könnte man es auf den Punkt bringen. Warum sich die Schäume in der Blasengröße unterscheiden, wird nun weiter untersucht. Ein ähnlicher Zusammenhang besteht zwischen der Abbaubarkeit der Substrate und der Schaumneigung. Je mehr leicht abbaubare Substanzen die Einsatzstoffe enthalten und je besser sie aufgeschlossen sind, desto größer ist das Risiko. Kritisch ist vor allem die Umstellungsphase. Ein Betreiber berichtete, dass der Fermenterinhalt kurz nach der ersten Fütterung mit Schlachtabfällen „wie Hefeteig“ aufging und die Gasableitung verstopfte. Als schaumauslösend gelten außerdem Stoffe, die, ähnlich wie bei Waschmitteln, die Oberflächenspannung herabsetzen. Dazu zählen Fettabscheiderinhalte, Reste aus der Bioethanolproduktion und Abwasser aus Molkereien. Aus den Beobachtungen der Anlagen ergibt sich zudem die Vermutung, dass eine plötzliche Temperaturschwankung die Schaumbildung begünstigt. Schaumkrone wie beim Frischgezapften Biogasanlagen, die überwiegend mit nachwachsenden Rohstoffen beschickt werden, haben wegen des eher gleich bleibenden Fütterungsmenüs weniger Probleme mit übermäßiger Schaumbildung. Dennoch gibt es auch hier kritische Substrate. Bekannte Problemstoffe sind der stickstoffreiche Hühnertrockenkot und Zuckerrüben. Letztere begünstigen die Blasenbildung nicht nur durch ihren Gehalt an Zucker son- Übermäßige Schaumbildung in Fermentern von Biogaslagen mindert den Energieertrag und kann zu enormen Schäden führen.
- Seite 2: Landpost 50/2013 Bioenergie 9 Inter
8<br />
Bioenergie<br />
Landpost 50/2013<br />
<strong>Schaumschläger</strong> <strong>nicht</strong> <strong>erwünscht</strong><br />
Die unkontrollierte Schaumbildung gehört zu den häufigsten<br />
Betriebsstörungen in Biogasanlagen<br />
Dass im Fermenter einer<br />
Biogasanlage im<br />
Großen und Ganzen<br />
das Gleiche passiert, wie im<br />
Pansen der Kuh, gehört hierzulande<br />
schon fast zum Allgemeinwissen.<br />
Vermutlich weniger<br />
bekannt ist dagegen, dass<br />
die natürlichen als auch die<br />
technischen Futterverwerter<br />
verbreitet unter derselben Verdauungsstörung<br />
leiden — einer<br />
übermäßigen Schaumbildung.<br />
Wiederkäuer zeigen dieses<br />
Symptom unter anderem nach<br />
unvermittelter Umstellung von<br />
Heu auf Grünfutter. Die Pansentympanie,<br />
so die veterinärmedizinische<br />
Bezeichnung, bewirkt,<br />
dass die Kuh das entstehende<br />
Gas wegen des klebrigen<br />
Schaums <strong>nicht</strong> wie sonst üblich<br />
ausrülpsen kann. Manchmal<br />
hilft dann nur ein gezielter lebensrettender<br />
Schnitt in die<br />
Flanke, damit der schaumige<br />
Panseninhalt abfließen kann.<br />
Frühwarnsystem soll<br />
Schäden vorbeugen<br />
Das geht bei einem Biogasreaktor<br />
aus Stahl oder Beton natürlich<br />
<strong>nicht</strong>. Anlagenbetreibern<br />
bleibt da nur die Bekämpfung<br />
übermäßiger Schaumbildung<br />
im Biogasprozess, um Folgeschäden<br />
zu vermeiden. „Diese<br />
reichen von einigen hundert<br />
Euro für erhöhten Personalaufwand<br />
und den Einsatz von Antischaummitteln<br />
bis zu schwerwiegenden<br />
Betriebsstörungen<br />
mit hohen Kosten etwa durch<br />
Krustenbildung an der Reaktorwand<br />
oder verstopfte<br />
Gasleitungen“, weiß <strong>Dr</strong>.-Ing.<br />
Lucie Moeller vom Helmholtz-<br />
Zentrum für Umweltforschung<br />
(UFZ) in Leipzig. Die Wissenschaftlerin<br />
gehört zu einem<br />
Forscherteam, das sich bereits<br />
seit einigen Jahren mit der<br />
Schaumbildung in Biogasanlagen<br />
beschäftigt.<br />
Ziel der Forscher ist es, ein<br />
Frühwarnsystem zu entwickeln,<br />
um Schaumereignisse vorherzusehen<br />
und diesen durch eine<br />
angepasste Prozessführung<br />
<strong>Dr</strong>.-Ing. Lucie Moeller forscht im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung<br />
(UFZ) Leipzig an den Ursachen übermäßiger Schaumbildung in Biogasanlagen.<br />
Fotos: Carmen Rudolph<br />
entgegen zu wirken. In einem<br />
ersten Teilprojekt, dessen Ergebnisse<br />
jetzt vorliegen, folgte<br />
das UFZ-Forscherteam der Spur<br />
des Schaums, indem es deutschlandweit<br />
den Betriebsalltag in<br />
13 schäumenden Praxisanlagen<br />
analysierte und Beprobungen<br />
vornahm. Darunter fünf, in<br />
denen überwiegend Abfallstoffe<br />
zum Einsatz kommen,<br />
und acht NawaRo-Anlagen.<br />
Ergänzt wurde diese Detektivarbeit<br />
durch eine Befragung<br />
von Betreibern, die Erfahrungen<br />
bei der Schaumbekämpfung in<br />
Abfallanlagen gesammelt haben,<br />
sowie durch begleitende<br />
Testserien im Labor.<br />
„Unsere Untersuchungen<br />
zeigten, dass die Schaumbildung<br />
in Biogasanlagen meist<br />
auf physikochemischen Effekten<br />
basiert. Das heißt, die Ursachen<br />
liegen entweder bei den<br />
Substraten oder in der <strong>nicht</strong> optimalen<br />
Betriebsführung. Auslöser<br />
kann auch ein unglückliches<br />
Zusammenspiel beider<br />
Faktoren sein“, zieht Moeller<br />
ein erstes Resümee. In den meisten<br />
Proben aus schäumenden<br />
Reaktoren hätten Parameter, die<br />
auf Stress in der Mikrobiologie<br />
hindeuten, wie der Ammonium-Stickstoff-Gehalt<br />
oder die<br />
Konzentration von Essigsäure,<br />
jedenfalls im grünen Bereich<br />
gelegen. Das Problem sei offensichtlich<br />
komplexer, als ursprünglich<br />
angenommen.<br />
Dennoch gelangten die Wissenschaftler<br />
am UFZ zu Erkenntnissen,<br />
die Ansatzpunkte für<br />
die weitere Forschung liefern.<br />
Ein Indikator ist zum Beispiel<br />
die Schaumbeschaffenheit. Je<br />
kleiner die Blasen je größer die<br />
Probleme, könnte man es auf<br />
den Punkt bringen. Warum sich<br />
die Schäume in der Blasengröße<br />
unterscheiden, wird nun weiter<br />
untersucht. Ein ähnlicher Zusammenhang<br />
besteht zwischen<br />
der Abbaubarkeit der Substrate<br />
und der Schaumneigung. Je<br />
mehr leicht abbaubare Substanzen<br />
die Einsatzstoffe enthalten<br />
und je besser sie aufgeschlossen<br />
sind, desto größer ist das Risiko.<br />
Kritisch ist vor allem die Umstellungsphase.<br />
Ein Betreiber<br />
berichtete, dass der Fermenterinhalt<br />
kurz nach der ersten Fütterung<br />
mit Schlachtabfällen<br />
„wie Hefeteig“ aufging und die<br />
Gasableitung verstopfte. Als<br />
schaumauslösend gelten außerdem<br />
Stoffe, die, ähnlich wie<br />
bei Waschmitteln, die Oberflächenspannung<br />
herabsetzen.<br />
Dazu zählen Fettabscheiderinhalte,<br />
Reste aus der Bioethanolproduktion<br />
und Abwasser<br />
aus Molkereien. Aus den<br />
Beobachtungen der Anlagen ergibt<br />
sich zudem die Vermutung,<br />
dass eine plötzliche Temperaturschwankung<br />
die Schaumbildung<br />
begünstigt.<br />
Schaumkrone wie beim<br />
Frischgezapften<br />
Biogasanlagen, die überwiegend<br />
mit nachwachsenden<br />
Rohstoffen beschickt werden,<br />
haben wegen des eher gleich<br />
bleibenden Fütterungsmenüs<br />
weniger Probleme mit übermäßiger<br />
Schaumbildung. Dennoch<br />
gibt es auch hier kritische Substrate.<br />
Bekannte Problemstoffe<br />
sind der stickstoffreiche Hühnertrockenkot<br />
und Zuckerrüben.<br />
Letztere begünstigen die<br />
Blasenbildung <strong>nicht</strong> nur durch<br />
ihren Gehalt an Zucker son-<br />
Übermäßige Schaumbildung in Fermentern von Biogaslagen mindert den<br />
Energieertrag und kann zu enormen Schäden führen.
Landpost 50/2013<br />
Bioenergie<br />
9<br />
Internetportal verbraucherfreundlicher<br />
Mehr Durchblick im „Siegel-<br />
Dschungel“ verspricht<br />
das Internetportal www.labelonline.de,<br />
das jetzt von der<br />
Verbraucherinitiative mit Unterstützung<br />
vom Bundesagrarministerium<br />
noch verbraucherfreundlicher<br />
gestaltet wurde.<br />
Wie das Berliner Agrarressort<br />
vergangene Woche mitteilte,<br />
ist die Warenwelt zu keiner Zeit<br />
dern auch durch hohe Mengen<br />
an Pektin in den Zellwänden.<br />
Mit Schaumbildung reagiert<br />
die Fermentation auch auf die<br />
Fütterung mit nasser, verdorbener<br />
oder verschimmelter<br />
Maissilage. Dies gilt ebenso<br />
für das in Biogasanlagen gern<br />
als Energiebooster eingesetzte<br />
Getreideschrot, wenn die Zugabe<br />
in unverhältnismäßiger<br />
Menge erfolgt. Grund ist hier<br />
ebenfalls eine rasche Verwertung<br />
des Substrates wegen der<br />
stark vergrößerten Fläche der<br />
winzigen Partikel. Fein gemahlener<br />
Schrot verursacht ja gelegentlich<br />
auch Blähungen im<br />
Rinderpansen. Hinzu kommt,<br />
dass Stärke und Proteine den<br />
Schaum stabilisieren. Ein Effekt,<br />
der in der Lebensmittelindustrie<br />
willkommen ist. Doch während<br />
der Anblick einer schönen<br />
Schaumkrone auf frisch gezapftem<br />
Bier erfreut, ist sie im<br />
Fermenter höchst un<strong>erwünscht</strong>.<br />
des Jahres so bunt und vielfältig<br />
wie im Weihnachtsgeschäft.<br />
Wer wissen wolle, was sich hinter<br />
einem Label verberge und<br />
wie verlässlich es sei, finde in<br />
dem Portal zuverlässige Informationen,<br />
versprechen die<br />
Betreiber. Wer das Label seiner<br />
Wahl aufruft, erhält nun ein<br />
kurzes Profil mit allen wichtigen<br />
Informationen. lp<br />
Als Gegenstrategie bei überschäumenden<br />
Biogasprozessen<br />
verordnen viele Betreiber dem<br />
Biogasfermenter zunächst eine<br />
strenge Diät. Durch die Hungerkur<br />
erhalten die Mikroorganismen<br />
Zeit, sich an die Betriebsbedingungen<br />
anzupassen.<br />
Helfen kann auch, einen Teil<br />
des Fermenterinhalts abzupumpen,<br />
um Platz zu schaffen<br />
und den Schaum unterzurühren<br />
oder das Gärsubstrat mit Wasser<br />
zu verdünnen. „Daher sollte<br />
man schon beim Bau einer Biogasanlage<br />
einen Behälter für<br />
die Aufnahme von kostengünstigem<br />
Regenwasser einplanen“,<br />
empfiehlt Moeller.<br />
Kontrovers wird die Nutzung<br />
von Antischaummitteln diskutiert.<br />
In der Regel greifen<br />
Schaumgeplagte hier zum<br />
preiswerten Rapsöl, dass beim<br />
Biogasprozess sozusagen als<br />
natürliche Zugabe mit verstoffwechselt<br />
wird. Laboruntersuchungen<br />
haben allerdings<br />
gezeigt, dass Rapsöl kein Alleskönner<br />
in Sachen Schaumbeseitigung<br />
ist und insgesamt die<br />
schlechteste Wirkung aufweist.<br />
Vier von sieben handelsüblichen<br />
Entschäumern wurden<br />
ebenfalls in Biogas umgesetzt.<br />
An erster Stelle bei den Methoden<br />
zur Schaumvermeidung<br />
steht für Moeller jedoch die<br />
Prävention. „Durch umsichtiges<br />
Agieren kann der Anlagenbetreiber<br />
vor vielen Problemen<br />
bewahrt werden. Deswegen<br />
muss er seine Anlage wie einen<br />
lebenden Organismus betrachten.<br />
Er muss für seine Betonkuh<br />
denken. Eine echte Kuh reguliert<br />
die Futtereinnahme je nach<br />
momentaner Befindlichkeit. Bei<br />
einer Biogasanlage, die ähnlich<br />
wie ein Pansen funktioniert,<br />
muss diese Regulierung vom<br />
Bedienpersonal übernommen<br />
werden“, so die Expertin für<br />
Störfalldiagnostik.<br />
Schneller Schaumtest<br />
für Praktiker<br />
Um die Betreiber in der täglichen<br />
Praxis dabei zu unterstützen,<br />
hat die Wissenschaftlerin<br />
ein einfach zu bedienendes<br />
Testset entwickelt.<br />
Mit dem „Leipziger Schaumtester“<br />
ist es ohne aufwändige<br />
Analytik möglich, Substrate<br />
vor Ort auf ihre Schaumneigung<br />
zu untersuchen. Dafür<br />
wird etwas aktives Gärmaterial<br />
in den Glasbehälter des<br />
Sets gefüllt und eine Probe des<br />
Der „Leipziger Schaumtester“ ermöglicht<br />
eine relativ schnelle Voruntersuchung<br />
von Substraten auf<br />
ihre Schaumneigung.<br />
neuen Substrats zugegeben.<br />
Dann bleibt der durchsichtige<br />
Minifermenter einige Stunden<br />
bei konstanter Temperatur je<br />
nach Anlagentyp im mesophilen<br />
beziehungsweise thermophilen<br />
Bereich stehen. So<br />
wird ersichtlich, wie stark die<br />
geplante neue Komponente im<br />
Futtermix zur Schaumbildung<br />
neigt, ob dieser Einsatzstoff entweder<br />
gar <strong>nicht</strong> oder zunächst<br />
besser nur in homöopathischen<br />
Dosen zugesetzt werden sollte.<br />
Nach Einschätzung der Forscherin<br />
haben etwa 80 Prozent<br />
der Abfallanlagen und zehn bis<br />
20 Prozent der NawaRo-Anlagen<br />
regelmäßig Probleme mit<br />
übermäßiger Schaumbildung.<br />
Mit dem Leipziger Messgerätespezialisten<br />
Eismann & Stöbe<br />
wurde ein Hersteller für den<br />
Schaumtester gefunden.<br />
Wolfgang Rudolph<br />
Wissen, auf das Sie<br />
bauen können.<br />
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Ein Portal der Immowelt <strong>AG</strong>
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