Biopolymere wie Cellulose, Hemicellulose und Lignin stellen in Energiepflanzen die mengenmäßig stärkste Fraktion der organischen Substanz dar. Diese organische Substanz wird im Biogasprozess von unterschiedlichsten Mikroorganismen bis zu einem bestimmten Grad abgebaut. Der Abbaugrad limitiert sich vorrangig durch die genannten, schwer abbaubaren Biopolymere, welche in einer komplexartigen Struktur vorliegen, daher war es Inhalt und Ziel des BCN-Projektes (TP 1) die Effizienz der Biogasgewinnung durch den Einsatz von Enzympräparaten zur Vorbehandlung von Energiepflanzen, Mais und Roggen, während verschiedener Prozessstufen zu steigern. Dabei wurde ebenfalls der Einfluss der Konservierung (Silierung) sowie der Einfluss verschiedener Häcksellängen, 4 und 8 mm, auf die Methanausbeute untersucht. Zur Auswahl einer Cellulase, Pektinase und Laccase für den Einsatz während der Silierung, direkt vor der Silierung und während des Biogasprozesses kamen Enzymaktivitätsbestimmungen zum Einsatz. Die Rohstoff-, Silage- und Gärproduktqualitäten, stofflichen Umsetzungen während der Silierung und Biogaspotenzialbestimmungen wurden durch weitreichende Inhaltsstoffanalysen ermittelt. Bewertet wurde der Erfolg der enzymatischen Behandlung durch Batch-Gärtests.
Mindererträge oder geringe Enzymwirkungen bezogen auf die Methanausbeute waren unter Anwendung der Häcksellänge von 4 mm zu messen. Eine enzymatische Behandlung während der Silierung zeigte Erfolge hinsichtlich des Einsatzes von Enzymen bei den Varianten mit einer Häcksellänge von 8 mm, beispielhaft für Roggen in der aufgeführten Abbildung dargestellt (C = Cellulase, P = Pektinase, L = Laccase, RS = Roggensilage).
Eine signifikante Steigerung der Methanausbeute wurde durch den Einsatz eines Enzymcocktails aus Cellulase, Pektinase und Laccase erzielt. Bei der Vorbehandlung von Roggensilage mittels Wasser direkt vor dem Biogasprozess konnten hohe Mehrerträge gegenüber der Kontrollvariante und der Variante mit Enzymzusatz erzielt werden.
Werden die Enzympräparate während des Biogasprozesses einzeln oder in Mischung zugesetzt, können die Methanausbeuten bei den Varianten mit einer Häcksellänge von 8 mm ebenfalls wirtschaftlich relevant gesteigert werden. Es wird eine Dosierung von Enzympräparaten bei sehr faserreichen und langfasrigen Substraten mit hohen Trockensubstanzgehalten wie Roggen empfohlen. Auch begründet durch einen geringen Massenverlust während der Silierung bei der Anwendung von 8 mm Häckseln.
Als einflussnehmend auf die Methanausbeuten erwiesen sich die Parameter: Trockensubstanz, organische Trockensubstanz, Lignin, Cellulose, Hemicellulose, das Säurespektrum, der Massenverlust während der Silierung sowie in geringerem Maße der Gehalt an wasserlöslichen Kohlenhydraten (starke Korrelationen mit der Methanausbeute bei der Vorbehandlung mit Wasser).
Projektträger Jülich (PTJ), Forschungszentrum Jülich GmbH
Dr. Stefan Köhler
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