IKTS-Forscher erhalten Biogas-Innovationspreis für die Entwicklung von Biogaspellets

Stroh als Einsatzmaterial für Biogasanlagen gehört neben klassischen Wirtschaftsdüngern potenziell zu den nachhaltigsten, preiswertesten und mit jährlich mindestens 8 bis 9 Mio. t umfangreich verfügbaren Biomassen.

Stroh könnte durchaus in Biogasanlagen energetisch genutzt werden – und das viel wirkungsvoller und umweltfreundlicher als vergleichsweise bei Verbrennungsprozessen. Allerdings neigt Stroh in den Fermentern der Biogasanlage zur Bildung von störenden Schwimmschichten, was den Biogasprozess behindert. Erschwerend für den Transport des Strohs vom Feld bis zur Anlage ist zudem das ungünstige Masse-Raum-Verhältnis der voluminösen Strohballen.

Die am Fraunhofer IKTS in Dresden entwickelten Biogaspellets aus Stroh lösen diese Probleme. Sie stellen künftig ein alternatives Inputsubstrat für Biogasanlagen dar. Für diese erfolgreiche Entwicklungsarbeit im Rahmen des Forschungsprojekts »EFFIGEST« erhielt Björn Schwarz vom Fraunhofer IKTS den diesjährigen mit 10.000 € dotierten Biogas-Innovationspreis in der Kategorie Wissenschaft 2016.

Stroh wird beim Pelletieren Natronlauge zugesetzt

Biogas wird in Deutschland vorwiegend in sogenannten Nassfermentern von Biogasanlagen erzeugt. Beim Einsatz von unbehandeltem Stroh kommt es dabei sehr leicht zur Bildung von Schwimmschichten, welche Betriebsprobleme nach sich ziehen. Zusätzlich bewirken pflanzliche Bestandteile wie Lignin, dass energiereiche Stoffkomponenten wie Zellulose und Hemizellulose nur schwer von Mikroorganismen in Biogasanlagen aufgespaltet werden können.

Um diese Hemmnisse zu vermeiden, untersuchten die Dresdner Fraunhofer-Wissenschaftler um Björn Schwarz verschiedene biologische, physikalische und chemische Behandlungsverfahren. Eine effektive Vergärung ist nur durch eine entsprechende Aufbereitung des Strohs und die somit erreichbare Auflösung der Lignozellulose-Strukturen zu erlangen.

Bei dem neu entwickelten Verfahren wird das Stroh zunächst in einer Hammermühle zerkleinert. Natürliche Wachs- und Schutzschichten können so angegriffen und teilweise aufgelöst werden. Gleichzeitig wird verdünnte Natronlauge zugesetzt, die in der Biogasanlage einen »verdauungsfördernden Effekt« und somit eine Erhöhung der Gasausbeute um bis zu 20 % bewirkt. Beim anschließenden Pressen des Strohs zu Pellets wird nahezu die gesamte in den Poren enthaltene Luft entfernt.

Transportstabilität bei gleichzeitiger Erhöhung der Biogasausbeute

Die so erzeugten Biogaspellets sind mechanisch robust und damit sehr gut zu verarbeiten, zu lagern und zu dosieren. Außerdem sind sie transportstabil und mit einer Schüttdichte von 500 bis 700 kg/m³ etwa dreimal so dicht wie herkömmliche Strohballen. Da die einzelnen Pellets zudem dichter als Wasser sind, kommt es beim Eintrag in den Biogas-Fermenter zu keinerlei Bildung von Schwimmschichten.

Die Pellets gehen sofort unter und lösen sich innerhalb von etwa 60 min vollständig auf. Damit liegen im Fermenter gut zerkleinerte und chemisch teilaufgeschlossene Strohpartikel vor. Die kombinierte mechanisch-chemische Behandlung führt letztlich zu einer Steigerung der Gasausbeute gegenüber unbehandeltem Stroh von bis zu 40 %.

Mit diesem Lösungsansatz steht ein Produkt für Biogasanlagen zur Verfügung, welches zentral erzeugt, kostengünstig geliefert und ohne weitere Ausrüstung in bestehenden Anlagen eingesetzt werden kann. Durch die anschließende Rückführung der Gärreste auf die landwirtschaftlichen Flächen bleibt bei dieser energetischen Nutzung zudem der Humuskreislauf geschlossen.

»Wir würden uns sehr freuen, wenn seitens der Politik eine Art Nachhaltigkeitsbonus für Stroh und Wirtschaftsdünger im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eingeführt wird, um Bestandsanlagen künftig eine nachhaltige Perspektive zu geben«, erklärt der diesjährige Gewinner des Biogas-Innovationspreises Björn Schwarz.

Das Projekt »EFFIGEST« wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Grundlegende Untersuchungen zur Vergärung von Stroh sind zudem vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) in Verbindung mit Mitteln des Freistaates Sachsen finanziell unterstützt worden.

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