Einführung zur Gärbiologie

Was ist eigentlich Biogas?

Das Biogas Methan ist brennbar und entsteht seit Urzeiten in der Natur, wenn sich organische Verbindungen (z.B. tierische oder pflanzliche Stoffe) in feuchter Umgebung unter Luftabschluss zersetzen. Der Zersetzungsprozess wird von sog.

anaeroben Bakterien vollzogen. Diese Bakterien können ohne Sauerstoff leben. In der Natur findet man solche, meist in mehreren Stufen ablaufenden Zersetzungsprozesse z.B. in bäuerlichen Misthaufen und Jauchegruben, in Sumpf- und Moorgebieten, auf Müllkippen sowie im Dickdarm von Tieren und Menschen und hier vor allem in den Mägen der Wiederkäuer, z.B. der Kuh.

Wie kommt die Energie ins Biogas?

Lebende Organismen brauchen Energie. Pflanzen nehmen diese Energie direkt aus dem Sonnenlicht auf und wandeln damit über die Wurzeln aufgenommene Nährstoffe und Wasser in speicherfähige Kohlenwasserstoffe (Zucker, Stärke) um. Den Vorgang der Umwandlung mit Hilfe von Sonnenenergie nennt man Photosynthese. Die Folge dieser Speicherung von Energie: Die Pflanzen wachsen.

Schema der Photosynthese (Quelle: http://downloadschule.de)

Tiere, wie z.B. die Kuh, fressen energiehaltige Pflanzen, um daraus Energie für ihren körpereigenen Stoffwechsel zu gewinnen. Kühe fressen also Gras, trinken Wasser und speichern den nicht durch Herumlaufen, Wiederkäuen, Muhen, Milchproduktion usw. verbrauchten Teil der Energie in Muskelmasse und Fett – sie wachsen.

Darüber hinaus geben Kühe Wasser (H₂O, Schweiß, Atemfeuchtigkeit), Verdauungsgase, wie gasförmiges Kohlendioxid (CO₂) und gasförmiges Methan (CH₄, Biogas (!)) sowie flüssige und feste Gärreste in Form von Urin und Kuhfladen an die Umwelt ab.

Methan ist ein energiereiches Gas und daher brennbar. Wir Menschen bezeichnen es als Biogas. Eine Kuh wandelt jedoch den größten Teil der aufgenommenen Kohlenwasserstoffe in Muskeln, Fett und Milch um und gibt an Verdauungsgasen eben kaum Methan, sondern hauptsächlich Kohlendioxid an die Umwelt ab. Eine Kuh kann es eben nicht besser.

Allerdings gibt es Mikroorganismen, die das viel besser können und unter Luftabschluss einen Großteil der in ihrer Nahrung dargebotenen Kohlenwasserstoffe zu energiereichem Methan umwandeln bzw. vergären können. Wir Menschen bezeichnen sie als Methan bildende Bakterien und setzen sie innerhalb unserer Biogasanlage nutzbringend ein.

Wie entsteht in einer Biogasanlage Methan?

Die Methan bildenden Bakterien ernähren sich letztendlich von Energiepflanzen (z.B. Mais, Getreide, Ganzpflanzen, Sonnenblumen, Gräsern usw.) sowie von tierischer Gülle – allerdings erst, nachdem diese Nahrung von anderen (und deshalb ebenso wichtigen) Bakterienarten in mehreren Stufen - sozusagen mundgerecht - vorverdaut wurde.

Die vier parallel ablaufenden Teilschritte dieses Verdauungs- bzw. Gärprozesses im Fermenter sind 1. Hydrolyse (Verflüssigung durch Wasserabspaltung), 2. Acidogenese (Versäuerung),3. Acetogenese (Essigsäurebildung) und 4. Methanogenese (Methanbildung).

Dabei produziert jede Bakteriensorte ziemlich genau das Zwischenerzeugnis, das der nächsten als Nahrung dient – bis die Reihe eben an die Methan bildenden Archaeen kommt. Diese scheiden dann bei der Verdauung - anders als bei der Kuh - viel Methan und wenig Kohlendioxid aus. Es entsteht Biogas!

Teilschritte der Biogasentstehung
Quelle: http://www.landwirtschaftskammer.de/landwirtschaft/technik/biogas/grundlagen/gaerprozess.htm

Wer sich detaillierter oder umfangreicher informieren will, kann aus den nachfolgenden pdf-Dateien und den aufgeführten Links viel Wissenswertes zum Thema Gärbiologie nachlesen.

Linkliste

Kurz, knapp und treffend werden hier ein Vergleich der tierischen Biogasanlage "Kuh" mit der auch Nahwärme liefernden Biogasanlage eines Zusammenschlusses von 8 Landwirten aus Bad Windsheim sowie die Teilschritte des Gärprozesses erläutert (nachzulesen unter "biogas").

http://www.bio-energie-badwindsheim.de/biogas.html

Ausführliche Informationen sind auf den Seiten der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. zu finden:

http://www.biogasportal.info/was-ist-biogas/

Umfassende Publikationen mit erhöhter Wissenstiefe zum Thema Gärbiologie und zu den bei der Vergärung ablaufenden Prozessen bieten folgende Links zur KWS Mais GmbH Einbeck (dort unter "Energiepflanzen") und zum Biogas-Forum Bayern (dort unter "Publikationen - Prozessbiologie, -bewertung und. Analytik"). Die darin enthaltenen Publikationen"Biogas - Grundlagen der Gärbiologie" (KWS) und "Prozessmodel Biogas" (Biogas-Forum Bayern) finden Sie außerdem auf dieser Seite unten als pdf-Anhang:

http://www.kws.de/aw/KWS/germany/Service_Presse/~gxr/Broschuerendownloads/

http://www.biogas-forum-bayern.de/publikationen

Das Vernetzungsportal des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz für Bioenergiedörfer aus Deutschland enthält u.a. eine umfassende Literatur-Suchroutine und die Möglichkeit, kostenlose Broschüren als pdf herunterzuladen. Hier lassen sich ebenfalls zahlreiche Literaturstellen zum Thema Gärbiologie, wie auch zu allen anderen Themen der Bioenergie finden:

http://www.wege-zum-bioenergiedorf.de/literatur/

awiso

02.02.2011

Anlage Grundlagen der Gärbiologie (KWS) zum Download (4117 KB, PDF)

Anlage Prozessmodell Biogas (Biogas-Forum Bayern) zum Download (1405 KB, PDF)