Gepostet am: 06.12.2015 14:49:24
Grundlagen der Entstehung von Biogas
Die Entstehung von Methan basiert auf einem natürlichen biologischen Zersetzungsprozess der in sauerstofffreien Systemen stattfindet. Methan entsteht beispielsweise im Verdauungstrakt von Wiederkäuern, in Sümpfen, Ozeanen, Seen und Reisfeldern oder auch in Wirtschaftsdüngern. Wenn Methan unkontrolliert entweicht, trägt es als klimarelevantes Gas (25 x schädlicher als Kohlendioxid) zum Treibhauseffekt bei. Methan wird in der Atmosphäre nur sehr langsam abgebaut. Durch kontrollierte Gärprozesse lässt sich die Methanentstehung aber auch technisch nutzen. Dies geschieht heutzutage in kommunalen Kläranlagen (Klärschlammfaulung), Deponien oder Biogasanlagen. Je nach Herkunft des gases spricht man dann von Klärgas, Deponiegas oder Biogas. Aber auch Industrie und Gewerbe des agroindustriellen Bereiches wird der anaerobe Prozess zum Abbau der organischen Substanz von Abwässern eingesetzt.
Der anaeobe Abbauprozess
Anaerobe Fermentation bedeutet, dass unter Ausschluss von Sauerstoff organische Stoffe durch mikrobiologische Aktivität abgebaut werden. Das Endprodukt dieses Prozesses ist ein brennbares Gas, welches im Wesentlichen aus Methan und Kohlendioxid besteht. Im Gegensatz zu aeroben Zersetzungsprozessen, wie z.B. der Kompostierung, wird beim anaeroben Abbau kaum Wärme erzeugt. Die Energie bleibt in Form von Methan im Gas erhalten. Dieses Gas wird in der Regel zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt. Der Prozess der Biogasentstehung ist eine Folge von verketteten Teilschritten, bei denen das abbaubare Ausgangsmaterial fortlaufend zu kleineren Einheiten bis hin zum Methan und Kohlendioxid, den Hauptkomponenten des Biogases, abgebaut wird. An den einzelnen Phasen des Abbaus sind jeweils verschiedene Gruppen von Mikroorganismen beteiligt. Diese Organismen verwerten jeweils die Produkte der vorangegangenen Schritte.
Hydrolyse Der anaerobe Abbau von organischem Material beginnt bei der Hydrolyse. In dieser Phase werden ungelöste biogene Polymere biochemisch unter Anlagerung von Wasser in niedermolekulare Verbindungen gespalten. Die wesentliche Stoffumsetzung erfolgt durch die in den Substraten enthaltenen Kohlenhydraten, Fetten und Proteine durch Mikroorganismen wie Clostridium spp., Bacillus spp., Pseudomonas spp. als Produkte wie Monosacharide, Aminosäuren, kurzkettige Peptide, langkettige Fettsäuren und Glyzerin. An dem Prozess der Hydrolyse sind eine Vielzahl von Bakteriengruppen beteiligt. Die Hydrolyse erfolgt mittels von Bakterien abgesonderten Exoenzymen, welche das ungelöste, partikuläre Material angreifen können.
Methanogenese: In der letzten Phase des anaeroben Abbaus erzeugen methanogene Bakterien schließlich das Methan. Die Methanbildung basiert zu 70% auf der Verwertung von Acetat durch acetoge-notrophe Methanbakterien auf dem Wege der Decarboxilierung. Etwa 30% des erzeugten Methans entstammt der Methanisierung von Kohlendioxid und Wasserstoff durch hydrogenotrophe Organismen.
(CO2 + 4H2 → CH4 + 2 H2O) wie z.B. Methanobacterium bryanti.