Reisstroh und Schweinegülle: Biologische Vorbehandlung mit zellulolytischer Mikroflora ergibt 342 mL CH₄/g oTS

Ein Team der Jiangxi Agricultural University (Nanchang, China) zeigte, dass eine kurze biologische Vorbehandlung eines Gemischs aus Reisstroh und Schweinegülle mit zellulolytischer Mikroflora die Methanausbeute um etwa 45 % steigert. In der vorbehandelten Probe betrug die kumulierte Ausbeute 342,35 mL CH₄/g oTS, in der Kontrolle 236,03 mL/g oTS. Die Arbeit erschien in Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (Band 8, 2020; Online-Veröffentlichung am 4. Februar 2021).

Versuchsaufbau

Das Gemisch aus Reisstroh (51,15 g) und Schweinegülle (47,85 g) wurde so gewählt, dass ein C/N-Verhältnis von 30:1 erreicht wurde, das als günstig für die Vergärung gilt. Die biologische Vorbehandlung erfolgte mit 10 % (v/v) zellulolytischer Mikroflora bei einer Temperatur von 55 °C, ohne Rühren, über 30 Stunden bei einem pH-Wert von 7,6. Anschließend wurde die anaerobe Vergärung in neun Reaktoren mit einem Volumen von 9 L durchgeführt (je drei für die vorbehandelte Probe, die Kontrolle und die Blindprobe nur mit Impfschlamm), unter mesophilen Bedingungen (35 ± 0,5 °C) über 15–20 Tage, mit Rühren bei 30 U/min. Die maximale Belastung betrug 2,5 kg CSB/(m³·d). Methan wurde mit dem Wasserverdrängungsverfahren gemessen, nachdem CO₂ und H₂S mit NaOH-Lösung entfernt worden waren.

Ergebnisse

Neben der kumulierten Ausbeute passten die Autoren kinetische Modelle an: Das modifizierte Gompertz-Modell ergab M_max 350,79 mL/g oTS für die vorbehandelte Probe und 241,82 für die Kontrolle; das Modell erster Ordnung entsprechend 321,78 und 231,13. Die maximale Methanproduktionsrate stieg von 24,60 auf 45,36 mL/(g oTS·d), und die Verzögerungsphase verkürzte sich von 2,43 auf 1,79 Tage. Die Hydrolysekonstante (k) stieg von 0,26 auf 0,46 d⁻¹, und die Zeit bis zum Erreichen von 90 % der Ausbeute verkürzte sich von 10,7 auf 8,92 Tage. Die Anpassung des Gompertz-Modells betrug R² 0,996–0,997, die des Modells erster Ordnung 0,966–0,973.

Warum das für den BMP wichtig ist

Das Ergebnis von 342 mL CH₄/g oTS betrifft das Gemisch aus Stroh und Gülle nach der Vorbehandlung und nicht reines Stroh. Es eignet sich daher nicht als BMP von Reisstroh; es ist ein Wert für eine konkrete Zusammensetzung. Gleichzeitig sind die kinetischen Konstanten für Planer wertvoll, denn sie zeigen, dass die Vorbehandlung die Verweilzeit verkürzt und nicht nur den Endertrag erhöht.

Einschränkungen

Der Test wurde im Labormaßstab mit einer einzigen Art von Inokulum (300 g anaerober Schlamm) durchgeführt. Die Übertragung der Ergebnisse in den industriellen Maßstab erfordert eine energetische Überprüfung (Beheizung auf 55 °C über 30 Stunden) und der Kosten für die Pflege der Mikroorganismenkulturen; die Autoren legten eine eigene Energiebilanz vor, deren Werte im Quellentext nicht konsistent sind, daher führen wir sie nicht an.

Was das für Polen/Europa bedeutet

Die Kofermentation von Stroh mit Schweinegülle ist auch unter polnischen Bedingungen machbar, aber die meisten Untersuchungen zeigen, dass einfachere Methoden – Zerkleinerung, stabile Beschickung und Anpassung der Verweilzeit – bei geringeren Kosten eine gute Wirkung erzielen. Die chinesische Arbeit ist ein Beispiel für eine Forschungsrichtung zu biologischen Hydrolysetechniken.