BMP und Ausbeute der Biogasanlage: warum Labor- und technische Ergebnisse voneinander abweichen

Die Methanausbeute einer Biogasanlage ist in der Regel niedriger als die aus dem BMP der Substrate berechnete Summe, weil der Labortest optimale Bedingungen und Zeit bis zur Erschöpfung der Produktion bietet, der Fermenter aber eine begrenzte Verweilzeit, unvollkommene Durchmischung und Verluste hat. Andererseits ist ein Teil der Abweichung keine Biologie, sondern Datenfehler: ungenaue Waagen, schwankende TS und oTS der Substrate sowie die Unsicherheit der Gasmessung. Ein belastbarer Vergleich erfordert eine Bilanz mit offen ausgewiesenen Unsicherheiten.

Faktoren, die die Ausbeute im technischen Maßstab senken

Faktoren auf Seiten der Daten

1. TS und oTS der Substrate – zeitlich veränderlich; Verwendung von Katalogwerten statt Chargenanalysen.
2. Dosierte Massen – Fehler der Waagen, nicht ausgewiesene Zusätze, Änderungen der Feuchte.
3. Gasmessung – Kalibrierung des Durchflussmessers, Feuchte, Temperatur, Normbedingungen.
4. Gaszusammensetzung – der Analysator erfordert Kalibrierung; ein Fehler von 1–2 Prozentpunkten CH₄ überträgt sich unmittelbar auf den Methanfehler.
5. Mittelungszeitraum – eine Bilanz, die kürzer ist als einige HRT, wird durch Änderungen des Fermenterinhalts verzerrt.

Rechenbeispiel

Annahmen (zur Veranschaulichung): Im Monat wurden 600 t Silage (TS 33%, oTS 95% der TS, BMP 340 NmL/g oTS) und 1.200 t Gülle (TS 8%, oTS 80% der TS, BMP 200 NmL/g oTS) dosiert. Gemessenes Methan: 92.000 m³.

• oTS der Silage: 600.000 kg × 0,33 × 0,95 ≈ 188.100 kg; CH₄ = 188.100 × 0,340 ≈ 63.950 m³,
• oTS der Gülle: 1.200.000 × 0,08 × 0,80 = 76.800 kg; CH₄ = 76.800 × 0,200 ≈ 15.360 m³,
• Summe aus dem BMP: ≈ 79.300 Nm³ (der BMP wurde in NmL/g oTS angegeben, also unter Normbedingungen); gemessen 92.000 m³ (unter der Annahme der Umrechnung auf dieselben Normbedingungen) → 116% des Wertes aus dem BMP.

Ein Ergebnis über 100% ist ein Signal dafür, dass in den Daten ein Fehler liegt oder Substrate fehlen (z. B. ein nicht erfasster Fettzusatz, eine überhöhte Gasmessung, unterschätzte oTS). Wären 70.000 m³ gemessen worden (88% des BMP), wäre das Ergebnis typisch für eine gut geführte Anlage. Das zeigt, dass die Bilanz als Plausibilitätskontrolle zu behandeln ist und nicht als Beleg für die Leistung des Prozesses allein.

Abbaugrad als Maß

Das Verhältnis von gemessenem Methan zu dem aus dem BMP berechneten wird als relative Leistung bezeichnet. Ein höherer Wert bedeutet eine bessere Ausnutzung des Potenzials. Daneben wird das Restpotenzial des Gärrests bewertet (BMP-Test einer Probe vom Auslauf). Ist das Restpotenzial hoch und sind die Verluste gering, liegt die Reserve im Prozess: HRT, Durchmischung, Vorbehandlung. Ist es niedrig und geht die Bilanz nicht auf, suchen Sie nach Datenfehlern oder Verlusten.

Wie man die Übereinstimmung der Bilanz verbessert

• Analysieren Sie TS und oTS jeder Lieferung (oder bei Silage zumindest alle paar Tage).
• Wiegen Sie alles, was eingeht (geeichte, kalibrierte Waagen).
• Kalibrieren Sie den Biogas-Durchflussmesser und den CH₄-Analysator.
• Vereinheitlichen Sie die Normbedingungen in den Dokumenten.
• Rechnen Sie die Bilanz über Zeiträume von mindestens einigen HRT ab.
• Ergänzen Sie Unsicherheiten: ±5% bei Massen, ±5% bei oTS, ±5% beim Gas ergibt insgesamt ein Intervall von mehr als zehn Prozent.

Schlussfolgerungen für den Nutzer von BMP-Ergebnissen

Der BMP ist ein nützlicher Bezugspunkt für die Planung und die Bewertung von Substraten, aber kein Ausbeuteversprechen. Bei der Auslegung werden aus Erfahrung abgeleitete Korrekturfaktoren angewendet, bei der Abrechnung mit dem Substratlieferanten — Daten der eigenen Anlage. Man sollte auch bedenken, dass manche Substrate (Fette, faserige Materialien) eine größere Abweichung zeigen als Silagen.

Im Jahr 2017 veröffentlichten Holliger, Fruteau de Laclos und Hack eine Analyse, die die aus dem BMP der Substrate berechnete Methanproduktion mit der vor Ort in großtechnischen Anlagen gemessenen verglich; der Titel der Arbeit fasst ihre Schlussfolgerung zusammen — Berechnungen aus dem BMP stimmen gut mit den Messungen überein, sofern die Daten zu Substraten und Produktion verlässlich sind. Abweichungen sollten daher zuerst mit der Datenqualität und den Prozessbedingungen erklärt werden.

Checkliste für den Vergleich des BMP mit der Anlage

1. Wählen Sie einen Zeitraum von mindestens einigen HRT ohne größere Störungen.
2. Sammeln Sie die Substratmassen sowie TS und oTS aus Analysen.
3. Berechnen Sie die CH₄-Summe aus dem BMP (Σ Masse·TS·oTS·BMP).
4. Messen oder lesen Sie das tatsächliche Methan am Gaszähler und am Analysator ab.
5. Schätzen Sie die Unsicherheit jeder Komponente ab.
6. Berechnen Sie das Verhältnis und sein Intervall.
7. Liegt das Ergebnis über ca. 100%, prüfen Sie zuerst die Daten, dann den Prozess.

Eine einmal pro Quartal durchgeführte Übung zeigt schnell, ob die Anlage im Verhältnis zu ihrer eigenen Historie stabil arbeitet.

Rolle der Vorbehandlung

Zerkleinerung, thermische Hydrolyse oder enzymatische Zusätze beeinflussen vor allem die Geschwindigkeit und den Grad des Abbaus schwieriger Fraktionen. Ein BMP-Test der Probe vor und nach der Behandlung, mit demselben Protokoll, ist ein verlässlicher Weg, den Effekt vor dem Kauf einer Anlage zu überprüfen.