Mono-Fermentation

Die anaerobe Vergärung ist ein Prozess, bei dem Mikroorganismen organisches Material unter Ausschluss von Sauerstoff zersetzen, wodurch Biogas entsteht. Der anaerobe Behandlungsprozess besteht aus vier anaeroben Vergärungsstufen: Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese.

Bei der Hydrolyse werden komplexe organische Moleküle durch von Mikroorganismen produzierte Enzyme in einfachere organische Moleküle zerlegt. Die einfacheren organischen Moleküle werden dann in der Acidogenese-Phase weiter zu flüchtigen Fettsäuren abgebaut, wobei acidogene Bakterien eine entscheidende Rolle spielen.

Im Stadium der Acetogenese werden die flüchtigen Fettsäuren von acetogenen Bakterien in Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. In der Methanogenese schließlich wandeln die Methanbakterien die Essigsäure, den Wasserstoff und das Kohlendioxid in Methan und Kohlendioxid um, die das Biogas bilden.

Der Erfolg der anaeroben Behandlung hängt von der Konzentration der Mikroorganismen und ihrer Fähigkeit ab, flüchtige Feststoffe in Biogas umzuwandeln. Die Konzentration von Mikroorganismen in anaeroben Vergärungssystemen wird durch die Art des Ausgangsmaterials, einschließlich seines Energiegehalts an biologisch abbaubaren Stoffen, und die Umgebungsbedingungen in den Faulbehältern beeinflusst.

Thermophile Vergärungssysteme, die bei höheren Temperaturen arbeiten, werden für die Vergärung von Schweinegülle bevorzugt, während mesophile Vergärungssysteme für stabile Vergärungsprozesse und die Vergärung in landwirtschaftlichen Betrieben verwendet werden. Ein interessanter Teil des anaeroben Behandlungsprozesses ist die Produktion von Methan.

Die durchschnittliche Methanproduktion eines bestimmten Ausgangsmaterials kann von mehreren Faktoren abhängen, darunter die Art des Materials, der Grad der Vorbehandlung, der Energiegehalt und die Umweltbedingungen. Die Methananteile im Biogas und andere Methanausbeuten können auch je nach Art des Ausgangsmaterials und dem Grad der Vorbehandlung variieren.

Die Methanbildung kann optimiert werden, indem die Reaktoren für die Vergärung durch ein besseres Rohstoffmanagement, ein verbessertes Reaktordesign und die Optimierung der Umweltbedingungen verbessert werden.

Die Mono-Fermentation bietet mehrere Vorteile, unter anderem:

• Erzeugung von erneuerbarer Energie: Die Monovergärung ermöglicht die Umwandlung in Biogas, das zur Erzeugung erneuerbarer Energie genutzt werden kann, wodurch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Treibhausgasemissionen verringert wird.
• Verringerung der Abfallmenge: Durch die Monovergärung wird die Menge an organischen Abfällen, die auf Deponien verbracht werden, reduziert, wodurch die Methanemissionen aus Deponien verringert werden.
• Produktion von wertvollem Dünger: Die Monovergärung erzeugt eine nährstoffreiche Vergärung von Lebensmittelabfällen, die als Düngemittel verwendet werden kann, wodurch die Bodengesundheit verbessert und der Bedarf an synthetischen Düngemitteln verringert wird.
• Vielfältiges Ausgangsmaterial: Die Monovergärung kann eine breite Palette von Rohstoffen verarbeiten, was die Abfallmenge reduziert und das Potenzial für die Erzeugung erneuerbarer Energie erhöht.
• Niedrigere Kapital- und Betriebskosten: Einstufige Vergärungssysteme haben niedrigere Kapital- und Betriebskosten als mehrstufige anaerobe Vergärungssysteme, wodurch sie für kleine Betreiber leichter zugänglich sind.

Die Monovergärung bietet zwar einige Vorteile, aber auch einige Herausforderungen und Beschränkungen, die mit dem Verfahren verbunden sind.

Eine der Herausforderungen ist die Hemmung der Acidogenese durch Ammoniak und andere schädliche Verbindungen, die im Ausgangsmaterial vorhanden sind. Die Hemmung der Ammoniakbildung kann zu einem Rückgang der Umwandlung in Biogas und zu einem Anstieg der Produktion von organischen Säuren wie Propionsäure führen, die sich anreichern und die Methanogenese hemmen können.

Eine weitere Herausforderung ist der Grad der Vorbehandlung, der für bestimmte Ausgangsstoffe wie Lebensmittelabfälle und Klärschlamm erforderlich ist. Diese Materialien erfordern möglicherweise eine zusätzliche Vorbehandlung, um komplexe organische Moleküle abzubauen und die Bioverfügbarkeit des Materials für die mikrobielle Gemeinschaft zu erhöhen.

Schließlich kann die Verwendung von Mono-Vergasung durch den Grad der Verrottbarkeit des Ausgangsmaterials begrenzt sein. Hochgradig verrottbare Materialien wie Lebensmittelabfälle und Schlachtabfälle eignen sich möglicherweise besser für andere anaerobe Vergärungsverfahren wie die Trockenvergärung oder die Nassvergärung unter mesophilen oder thermophilen Bedingungen.

Mehrere Faktoren können die Effizienz des Mono-Fermentationsprozesses beeinflussen, darunter:

1. Ausgangsmaterial: Die Zusammensetzung der Gülle und die Eigenschaften des Ausgangsmaterials, wie z. B. der Grad der Fäulnis, beeinflussen die Verdauungsgeschwindigkeit und den Methanertrag.
2. Grad der Vorbehandlung: Der Grad der Vorbehandlung des Ausgangsmaterials, z. B. Zerkleinern und Mischen, wirkt sich auf die Zugänglichkeit der Mikroorganismen zum organischen Material aus, wodurch die Aufschlussgeschwindigkeit und der Methanertrag erhöht werden.
3. Umweltbedingungen: Umweltbedingungen wie Temperatur, Wärmebedarf, pH-Wert, Feuchtigkeit und Energiegehalt wirken sich auf das Wachstum und die Aktivität der Mikroorganismen aus und beeinflussen die Verdauungsgeschwindigkeit und den Methanertrag.
4. Hemmung: Der anaerobe Behandlungsprozess kann durch verschiedene Faktoren gehemmt werden, z. B. durch hohe Konzentrationen von Ammoniak, flüchtigen Fettsäuren und Schwefelwasserstoff sowie durch das Vorhandensein von schädlichen Bakterien.

Industrielle Rührwerke spielen eine entscheidende Rolle für die Effizienz von Mono-Fermentationsanlagen. Rührwerke sorgen dafür, dass das Ausgangsmaterial gründlich mit der mikrobiellen Gemeinschaft vermischt wird, was den Abbauprozess verbessert und die Biogasproduktion erhöht.

Rührwerke verhindern auch die Anreicherung von flüchtigen Feststoffen mit Propionsäure im Reaktor und stellen sicher, dass die mikrobielle Gemeinschaft Zugang zum Ausgangsmaterial hat. Außerdem können Rührwerke die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen und die für den vollständigen Abbau des Ausgangsmaterials erforderliche Verweilzeit verkürzen.

Industrielle Rührwerke verbessern nicht nur die Effizienz des Mono-Fermentationsprozesses, sondern können auch dazu beitragen, Energieverluste zu verringern. Rührwerke können Abwärme und Energie aus anderen Prozessen in den Monovergärungsreaktor leiten und so den Energieaufwand für den stabilen Vergärungsprozess verringern.

In Europa, insbesondere in Ländern wie Deutschland, den Niederlanden und Dänemark, wo der Schwerpunkt auf der Erzeugung erneuerbarer Energien und der Abfallverringerung liegt, hat sich die Monovergiftung durchgesetzt.

In den Vereinigten Staaten hat sich die Einführung der Mono-Vergasung aufgrund von Faktoren wie niedrigeren Energiepreisen und der Verfügbarkeit anderer erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Sonnenenergie langsamer vollzogen. Das Interesse an der Monovergiftung hat jedoch zugenommen, insbesondere in der Landwirtschaft, wo das Verfahren dazu beitragen kann, die Umweltauswirkungen der Tierhaltung zu verringern.