Effizientere Biogasanlagen mit optischen Analysen

Beim Vergären von Biomasse zu Methan bilden sich Säuren. Wird ihre Konzentration zu hoch, kippt der Prozess und die Anlage muss gereinigt und neu angefahren werden. Heute prüfen die Betreiber die Chemie im Kessel alle paar Tage anhand von Stichproben, die sie zur Analyse in ein Labor geben.

Das neue Verfahren der Siemens-Forscher bei Corporate Technology misst den Säuregehalt direkt am Fermenter. Das Risiko einer unerwarteten Übersäuerung fällt weg, und die Anlagen können voll ausgefahren werden. Experten schätzen, dass dadurch der Energieertrag um fünf bis zehn Prozent steigt. Nach erfolgreichen Labortests soll nun ein Pilotprojekt starten, wie die jüngste Ausgabe des Forschungsmagazins Pictures of the Future berichtet.

In Biogasanlagen verarbeiten Bakterien organisches Material wie Mais, Holz oder Gülle zu Methangas. Zunächst entstehen dabei verschiedene Säuren, die in weiteren Reaktionsstufen zu Methan abgebaut werden. Bilden sich zu viele Säuren in zu kurzer Zeit, sinkt die Effizienz der Methanproduktion. Es wird noch weniger Säure abgebaut und der Prozess kommt zum Erliegen.

Die Betreiber können der Übersäuerung durch Zugabe geeigneter Biomasse – beispielsweise von schwer abbaubarem Holz – entgegensteuern. Gleichzeitig aber arbeitet die Anlage am effizientesten nahe der Belastungsgrenze. Weil sie den aktuellen Säuregehalt im Fermenter nicht kennen, halten viele Betreiber sicheren Abstand zu einem möglichen Ausfall und nehmen dabei Verluste von bis zu hunderttausenden Euro in Kauf.

Infrarot-Spektroskopie kann dieses Problem lösen. Moleküle emittieren charakteristische Lichtspektren, wenn sie mit infrarotem Licht bestrahlt werden. Diese Spektren liefern Informationen über chemische Bindungen, woraus auf bestimmte Elemente oder Stoffgruppen geschlossen werden kann. Das von Siemens entwickelte Gerät strahlt infrarotes Licht durch ein Glasfenster in den Fermenter und misst so den Säuregehalt.

Die Forscher entwickeln auch einen Test für die Güte von Biomasse, damit eine Anlage gezielter gefüttert werden kann.

Techniken zur Anlagensteuerung sind ein wichtiger Beitrag, um Biostrom wirtschaftlich konkurrenzfähig zu machen. Heute produzieren mehr als 5000 Biogasanlagen über vier Prozent des deutschen Stroms. Experten erwarten, dass sich ihre Zahl bis 2020 verdoppelt. (IN 2011.07.01)