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Redoxpotenzial als Mess- und Steuergröße für Biogasanlagen

29.11.2011
Ascorbinsäure/Ascorbat erfolgreiches Reduktionsmittel im Technikumsversuch

Die Schmack Biogas GmbH hat umfangreiche Versuche zur Beeinflussung des Redoxpotenzials in Biogasanlagen durchgeführt. Als geeignetes Mittel zu dessen Erhöhung und damit zur Steigerung der Biogasproduktion erwies sich das Reduktionsmittel Ascorbinsäure in Kombination mit Ca-L-Ascorbat.

Die Versuche wurden in einem Technikumsfermenter mit Maissilage durchgeführt, die Übertragung auf Praxisanlagen mit diesem Substrat steht noch aus.

Gefördert wurde das Vorhaben vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR). Der Abschlussbericht steht auf www.fnr.de – Projekte & Förderung – Projekte unter dem Förderkennzeichen 22014008 zur Verfügung.

Das Redoxpotenzial ist eine elektrochemische Größe, die in Millivolt gemessen wird. Ein Stoff oder eine Flüssigkeit mit einem stark negativen (= hohen) Redoxpotenzial von zum Beispiel -400 mV ist reich an Elektronen und arm an Sauerstoff. Ein stark negatives Redoxpotenzial ist somit ein Indikator für ein anaerobes, sauerstoffarmes Milieu. Reduktionsmittel wiederum sind in der Lage, das Redoxpotenzial von Stoffen oder Flüssigkeiten „negativer werden zu lassen“, also zu erhöhen, in dem sie ihnen Sauerstoff entziehen und Elektronen an sie abgeben.

Diese Phänomene will die Schmack Biogas GmbH für die Steuerung von Biogasprozessen nutzen. Denn die Mikroorganismen insbesondere der letzten Stufe der Vergärung, der Methanogenese, sind strikt anaerob. Bei Anwesenheit von Luftsauerstoff kommt ihr Stoffwechsel zum Erliegen, die Biogasproduktion ist gestört. Bei einer stabilen Vergärung hingegen liegen die Redoxpotenziale etwa in einem Bereich von -350 bis -550 mV.

In dem Projekt untersuchten die Forscher anhand mehrerer mit Maissilage befüllten Laborfermenter, welche Reduktionsmittel geeignet sind, das Redoxpotenzial zu erhöhen und die Biogasproduktion positiv zu beeinflussen. Im Ergebnis erhöhte sich zum Beispiel nach Einsatz des sehr starken Reduktionsmittels Natriumsulfid die Gasausbeute deutlich, gleichzeitig stiegen jedoch auch die Schwefelwasserstoffgehalte im Gas. Dies kann bei Anlagen ohne Entschwefelung Probleme bei der Verbrennung im BHKW verursachen. Als bestes Reduktionsmittel erwies sich schließlich Ascorbinsäure in Kombination mit Ca-L-Ascorbat, allerdings musste parallel die Raumbelastung des Fermenters verringert werden.

Als Praxisanlage stand im Projekt nur eine Anlage mit dem Substrat Gülle zur Verfügung. Hier erzielte die Ascorbinsäure keine vergleichbaren Effekte, was die Wissenschaftler auf das elektropositive Redoxpotenzial der Gülle und die zu geringe Reduktionskraft der Ascorbinsäure zurückführten.

Die Forscher testeten auch die Presssäfte verschiedener Substrate selbst auf ihr Redoxpotenzial. Im Ergebnis liegt Maissilage bei -134 mV, während Welsches Weidelgras und Senf mit Schoten ein besonders hohes Redoxpotenzial von -400 bzw. -434 mV aufweisen. Versuche zeigten, dass sich durch Zugabe dieser Substrate ein optimales Milieu im Fermenter einstellen lässt, wenngleich der Effekt langsamer eintritt als bei der Gabe von Reduktionsmitteln.

Noch sind weitergehende Versuche zur Übertragung auf Praxisanlagen notwendig. Wenn sich die positiven Erfahrungen aus dem Technikum bestätigen, steht mit der Einstellung des Redoxpotenzials über chemische Zusätze ein direkt und schnell wirkendes Mittel zur Verfügung, um Störungen im Biogasprozess zu beheben.

Nicole Paul

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
OT Gülzow
Hofplatz 1
18276 Gülzow-Prüzen
Tel.: 03843/69 30-0
Telefax: 03843/69 30-102
e-Mail: info@fnr.de
V.i.S.d.P.: Dr.-Ing. Andreas Schütte
Nr. 2011-68 vom 29. November 2011

Dr. Torsten Gabriel | idw
Weitere Informationen:
http://www.fnr.de

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