CH₄ sinkt, CO₂ steigt: Was das bedeutet und wie man die Ursache sucht

Ein Rückgang des Methangehalts bei steigendem CO₂ im Biogas ist ein Signal zur Überprüfung, aber keine Diagnose. Die häufigste biologische Ursache ist ein Ungleichgewicht zwischen den Gärstufen: Säurebildende Bakterien produzieren flüchtige Fettsäuren (FFS) schneller, als methanogene Archaeen sie verbrauchen, was den pH-Wert und den Methananteil senkt. Genauso gut kann es aber ein Messfehler, ein Substratwechsel oder angesaugte Luft sein. Deshalb geht man immer in dieser Reihenfolge vor: Messung, Trend, Prozessparameter, Ursache.

Schritt eins: Ist die Anzeige verlässlich?

Bevor man die Dosierung ändert, müssen Artefakte ausgeschlossen werden:

• Kalibrierung des Analysators. Sensordrift, ein verbrauchter elektrochemischer Sensor oder fehlende Kalibrierung können zu niedrigen CH₄-Werten führen.
• Kondensat und Feuchtigkeit in der Messleitung. Das Gas kann durch Kondenswasser verdünnt oder gestört sein.
• Vorhandensein von O₂ und N₂. Entspricht der Anstieg von CO₂ nicht dem Rückgang von CH₄ (die Summe CH₄+CO₂ sinkt) und treten Sauerstoff und Stickstoff auf, dringt Luft ein (z. B. aus der biologischen Entschwefelung, durch Undichtigkeiten oder durch den Betrieb des Gebläses). Siehe Biologische Entschwefelung.
• Ort der Probenahme. Die Gaszusammensetzung unterscheidet sich zwischen Fermenter, Speicher und Zulauf zum CHP.

Schritt zwei: Trend und Kontext

Ein Messwert aus einem einzelnen Moment reicht nicht aus. Man muss den CH₄- und CO₂-Gehalt mit der Gasmenge, der Dosierung, Substratwechseln, der Temperatur und dem Druck zusammenstellen. Eine gute Praxis ist der Vergleich mit der typischen Schwankung der Zusammensetzung, die im Text Schwankungen von Zusammensetzung und Menge des Biogases beschrieben wird: Die Zusammensetzung hängt naturgemäß vom Substrat ab, sodass eine neue Charge Silage oder eines Abfalls mit hohem Kohlenhydratgehalt die Biogaszusammensetzung (einschließlich des CO₂-Anteils) vorübergehend verschieben kann.

Schritt drei: Prozessparameter

Die Werte für FFS und Alkalinität sollte man als Trend interpretieren und nicht als einzelnen Schwellenwert; die Schwellenwerte hängen von Anlage und Substrat ab (siehe FFS in der Biogasanlage). Die Messung des pH-Werts und seine Pufferrolle beschreibt der Text pH-Wert im Fermenter.

Mögliche biologische Ursachen

1. Überlastung mit organischer Fracht. Eine zu schnelle Erhöhung der Dosis leicht vergärbarer Substrate.
2. Änderung der Substratzusammensetzung. Ein höherer Anteil an Kohlenhydraten oder Fetten.
3. Hemmstoffe. Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Desinfektionsmittel, Antibiotika in der Gülle.
4. Mangel an Mikronährstoffen. Siehe Spurenelemente.
5. Störungen von Temperatur oder Durchmischung. Im Winter besonders nach einem Heizungsausfall; siehe Wärmebilanz der Biogasanlage im Winter.
6. Verkürzte Verweilzeit. Zu intensive Dosierung oder zu schneller Abfluss.

Was zu tun ist

Die Reaktion hängt von der Diagnose ab. Ein typisches Maßnahmenpaket besteht in der Begrenzung oder zeitweiligen Aussetzung der Dosierung der reaktivsten Substrate, der Wiederherstellung stabiler Parameter (Temperatur, Durchmischung), häufigerer Probenahme und Untersuchung sowie, bei Versauerung, den im Text zur Versauerung des Fermenters beschriebenen Maßnahmen. Mittel, die dem Fermenter zugegeben werden (Puffer, Zusätze), wählt man anhand von Analysen und Empfehlungen des Labors und nicht „nach Gefühl“. Abrupte Änderungen der Dosierung in beide Richtungen verschlechtern die Lage.

Wie man das Risiko begrenzt

• Änderungen von Dosen und Substraten schrittweise einführen.
• Einen regelmäßigen Analysenplan für FFS, Alkalinität, pH-Wert und Ammoniumstickstoff einhalten.
• Den Analysator planmäßig kalibrieren und ein Änderungsprotokoll führen.
• Alarmschwellen für Gaszusammensetzung und Gasmenge sowie ein Eskalationsverfahren festlegen.
• BMP-Daten für neue Substrate nutzen, bevor ihr Anteil erhöht wird; siehe Was ist BMP.

Wie man ein einfaches Reaktionsverfahren aufbaut

Der Betrieb kann ein kurzes internes Verfahren einführen: eine Alarmschwelle für den CH₄-Rückgang (z. B. Abweichung vom Mittelwert der letzten Tage), die Reihenfolge der Kontrollen (Messung, Gasmenge, Dosierung, Laborparameter), die Entscheidungsträger und die Bedingungen für die Hinzuziehung eines Labors oder Prozessberaters. Dadurch hängt die Reaktion nicht davon ab, wer gerade Schicht hat. Das Verfahren sollte auch festlegen, wie lange man den Trend beobachtet, bevor man die Dosierung ändert, um übermäßige Reaktionen auf einen einzelnen Messwert zu vermeiden.

Was man nicht tun sollte

• Die Dosierung nicht erhöhen, um den Rückgang der Gasproduktion auszugleichen. Bei Überlastung verschärft das das Problem.
• Dem Fermenter keine Chemikalien ohne Analyse und Empfehlung zugeben.
• Den Trend nicht mit der Annahme ignorieren, dass sich der Analysator geirrt hat, ohne die Kalibrierung zu prüfen.
• Nicht mehrere Änderungen gleichzeitig vornehmen, denn dann weiß man nicht, welche gewirkt hat.