Protokoll des BMP-Tests Schritt für Schritt: von der Probe zur Methanausbeutekurve

Der BMP-Test wird in sieben Schritten durchgeführt: Bestimmung von TS und oTS der Probe, Vorbereitung und Ausgasung des Inokulums, Berechnung der Einwaagen mit vorgegebenem I/S, Befüllen und Verschließen der Flaschen, Inkubation bei konstanter Temperatur, Messung von Volumen und Zusammensetzung des Gases sowie Beendigung des Tests und Berechnung des BMP nach Abzug der Blindprobe. Jede Stufe beeinflusst die Unsicherheit des Endergebnisses, daher sollte das Protokoll schriftlich festgehalten und für alle Serien identisch angewendet werden.

1. Probe

• Entnehmen Sie eine repräsentative Probe (oft um ein Mehrfaches größer als benötigt) und homogenisieren Sie sie; faserige Materialien werden auf eine Größe zerkleinert, die reproduzierbare Einwaagen erlaubt (Größenordnung Millimeter).
• Bestimmen Sie TS (Trocknung bei ca. 105 °C) und oTS (Glühen bei ca. 550 °C) in mindestens zwei Wiederholungen. Bei silierten oder flüchtige Verbindungen (Alkohole, Säuren) enthaltenden Substraten unterschätzt die Trocknung bei 105 °C TS und oTS; dann werden Korrekturen oder Bestimmungen unter Berücksichtigung der flüchtigen Verbindungen angewendet.
• Lagern Sie die Probe so, dass Veränderungen begrenzt werden (Kühlung, Einfrieren), und dokumentieren Sie die Bedingungen.

2. Inokulum

Das Inokulum aus einer laufenden Anlage oder einem Laborreaktor wird ausgegast (einige Tage bei Testtemperatur), um die endogene Produktion zu senken. Bestimmt werden TS, oTS, pH und Alkalinität, oft auch flüchtige Fettsäuren und Ammoniumstickstoff. Einzelheiten im Beitrag über das Inokulum.

3. Einwaagen und I/S

Die Substratmasse wird so gewählt, dass das Verhältnis von Inokulum zu Substrat (I/S, auf oTS-Basis) den Richtlinien entspricht (siehe den gesonderten Beitrag); beachten Sie dabei, dass das Gesamtflüssigkeitsvolumen und der freie Raum über der Flüssigkeit das Gas aufnehmen und die Messung ermöglichen müssen.

4. Befüllen

1. Wiegen Sie Inokulum und Substrat in die Flaschen ein (meist aus Glas, mit einem Volumen von einigen Hundert mL).
2. Füllen Sie mit Wasser oder Nährmedium auf ein konstantes Volumen auf.
3. Korrigieren Sie den pH-Wert, falls das Verfahren dies verlangt.
4. Spülen Sie den Gasraum mit Inertgas (N₂ oder N₂/CO₂), um den Sauerstoff zu entfernen.
5. Verschließen Sie die Flaschen dicht (Septumstopfen, Schraubverschlüsse).
6. Bereiten Sie vor: Testproben in dreifacher Wiederholung, Blindproben (nur Inokulum), Positivkontrolle (Cellulose), gegebenenfalls einen Ansatz mit Referenzsubstrat.

5. Inkubation

Konstante Temperatur (mesophil z. B. 35–38 °C oder thermophil ca. 52–55 °C), sanftes manuelles oder mechanisches Mischen, stabile Bedingungen. Temperaturschwankungen und fehlendes Mischen erhöhen die Streuung.

6. Gasmessung

Das Volumen wird auf Normbedingungen, auf trockenes Gas, unter Berücksichtigung des Wasserdampfdrucks und der Temperatur umgerechnet. Standardisierte Berechnungsmethoden (Sammlung „Standard BMP Methods“, DBFZ) und die Erkenntnisse aus der Studie von Hafner u. a. (2020) behandelt ein gesonderter Beitrag.

7. Beendigung und Berechnungen

Nach den aktuellen Richtlinien gilt der Test als beendet, wenn die tägliche Methanproduktion einer einzelnen Flasche an 3 aufeinanderfolgenden Tagen unter 1,0% des kumulierten Netto-Methanzuwachses aus dem Substrat liegt. Anschließend:

BMP = (V_CH₄,Probe − V_CH₄,blind·m_Inok,Probe/m_Inok,blind) / m_oTS,Substrat

In der einfachsten Form wird, wenn in der Probe und in der Blindprobe dieselbe Inokulummasse vorliegt, einfach der Mittelwert der Blindproben abgezogen. Bei drei Wiederholungen werden Mittelwert und Standardabweichung (oder relative Standardabweichung) angegeben.

Beispiel

Einwaage: 1,5 g oTS; V_CH₄ der Proben nach 28 Tagen: 560, 575, 590 NmL (Mittelwert 575); Blindprobe: 140 NmL. BMP = (575 − 140) / 1,5 = 290 NmL CH₄/g oTS. Standardabweichung der Proben: 15 NmL → RSD des Nettoergebnisses ≈ 15 / 435 ≈ 3,4%.

Checkliste vor dem Start

• [ ] Waagen, Pipetten, Manometer, GC kalibriert.
• [ ] Inokulum ausgegast und untersucht.
• [ ] I/S-Protokoll rechnerisch überprüft.
• [ ] Blindproben und Cellulose in derselben Serie.
• [ ] Flaschen auf Dichtheit geprüft.
• [ ] Temperatur, Zeit, Messmethode dokumentiert.

Typische Fehler

1. Zu große Einwaage — Versauerung, Inhibition, Verzögerung.
2. Fehlende Ausgasung des Inokulums — hoher Hintergrund.
3. Vernachlässigung der Löslichkeit von CO₂ bei Druckmessungen.
4. Undichtigkeit — Gasverluste, zu niedriges Ergebnis.
5. Berechnung auf TS statt oTS ohne Angabe.
6. Übersehen der Verzögerung (Lag) — falsche Interpretation der Kinetik.

Dokumentation und Probenverfolgung

Jede Flasche sollte eine eindeutige Nummer haben, und im Testprotokoll werden Massen, Daten, Uhrzeiten der Messungen, Inkubatortemperatur, Druckablesungen, GC-Ergebnisse und die Unterschrift des Durchführenden festgehalten. Die Rohdaten werden zusammen mit der Berechnungstabelle archiviert, damit ein Auditor das Ergebnis nachvollziehen kann. Hilfreich ist es auch, Rückstellproben von Substrat und Inokulum für eine eventuelle Wiederholung aufzubewahren.

Dauer

Bei leicht abbaubaren Substraten endet der Test nach 2–3 Wochen; bei faserigen oder schwierigen kann er mehr als einen Monat dauern. Die Beendigung nach dem Kriterium der Tagesproduktion ist fairer als eine feste Dauer, da sie die langsame Fraktion nicht abschneidet.

Umgang mit inhomogenen Proben

Kommunale Abfälle, Silagen mit Zusätzen, Gemische mit Steinen oder Kunststoffen erfordern besondere Vorsicht. Die Probe wird durch Vierteln geteilt, nicht abbaubare Fraktionen werden entfernt (unter Dokumentation ihrer Masse), und für den Test wird eine größere Zahl von Wiederholungen verwendet. Soll die Zerkleinerung die in der Biogasanlage eingesetzte Technik (z. B. Zerkleinerer, Mühle) abbilden, ist dies zu beschreiben, da es die Kinetik beeinflusst.