Flüchtige Fettsäuren (FFS) in der Biogasanlage: Profil, Schwellenwerte und die Bedeutung von Propionat

FFS, also flüchtige Fettsäuren (Essig-, Propion-, Butter-, Valeriansäure und andere), sind ein Zwischenprodukt des Abbaus organischer Substanz. Im gesunden Prozess werden sie nahezu sofort verbraucht, ihre Konzentration ist daher niedrig; die Anreicherung von FFS bedeutet, dass die Geschwindigkeit der Säurebildung die Fähigkeit der Methanogenen zu ihrem Verbrauch übersteigt. Der beste Indikator ist nicht die Summe, sondern das Profil: der Anteil von Acetat, Propionat und höheren Säuren sowie die Richtung der Veränderungen im Zeitverlauf.

Was gemessen wird und wie

Standard ist die chromatographische Bestimmung (GC mit FID-Detektor oder HPLC) im Filtrat einer Suspensionsprobe nach Ansäuern und Zentrifugieren. Das Ergebnis wird für die einzelnen Säuren in mg/l oder g/l angegeben. Die FOS/TAC-Titration liefert eine als Essigsäureäquivalent ausgedrückte Summe, unterscheidet aber nicht zwischen den Säuren. Die Proben sind vor weiterem Abbau zu schützen: rasches Abkühlen, Zentrifugieren, Einfrieren, wenn die Analyse nicht am selben Tag erfolgt.

Rolle der einzelnen Säuren

Orientierungswerte

In der Literatur und der Praxis der Betreiber geht man davon aus, dass stabile landwirtschaftliche Anlagen Gesamt-FFS in der Größenordnung unterhalb von ca. 1–3 g/l (abhängig vom Substrat) aufweisen, mit Dominanz von Acetat. Als Warnsignal gelten:

• Propionat oberhalb von ca. 1 g/l (in einigen Quellen 0,8–1,5 g/l),
• ein Verhältnis Propionat/Acetat oberhalb von ca. 1–1,4 (der Schwellenwert nach Hill u. a. wird oft angeführt, sollte aber nicht mechanisch angewendet werden),
• ein schneller Anstieg der FFS-Summe um mehrere Zehnerprozent innerhalb eines Tages.

Anlagen, die bei höheren Konzentrationen stabil laufen (z. B. mit hohem Ammoniak und syntropher Acetatoxidation (SAO)), zeigen, dass der Absolutwert von der Adaptation abhängt, und dass es auf die Abweichung von der eigenen Norm ankommt.

Warum der Trend wichtiger ist als die Zahl

Beispiel: Eine Anlage hat einen konstanten Acetatspiegel von ca. 0,4 g/l und Propionat von 0,1 g/l. Nach einer Erhöhung der Silagedosis steigt innerhalb von vier Tagen das Acetat auf 1,1 g/l und das Propionat auf 0,5 g/l. Keiner dieser Werte überschreitet den „Lehrbuch“-Schwellenwert, dennoch hat sich das Profil deutlich verändert. Eine Reaktion (Rücknahme der Dosis) verhindert in diesem Moment die Versauerung, die sich nach weiteren Tagen einstellen würde.

Was einen FFS-Anstieg verursacht

1. Eine zu schnelle Erhöhung der Dosis oder eine Änderung der Mischung hin zu leichter abbaubaren Substraten.
2. Temperaturabfall, Ausfall der Heizung oder der Durchmischung.
3. Hemmstoffe: Ammoniak, H₂S, Antibiotika, Desinfektionsmittel, Sauerstoff.
4. Mangel an Spurenelementen.
5. Verkürzte HRT oder Auswaschen von Biomasse.

Vorgehen

Gute Praxis

• Bestimmen Sie die FFS regelmäßig (z. B. einmal pro Woche, häufiger beim Anfahren und bei Mischungsänderungen).
• Halten Sie die Ergebnisse in einer Tabelle gemeinsam mit pH-Wert, FOS/TAC, Dosis und Gasproduktion fest.
• Sorgen Sie für eine einheitliche Methodik, einschließlich der Probenvorbereitung.
• Nutzen Sie das Profil als Beleg bei der Beurteilung der Ursache, z. B. eines Rückgangs der Gasproduktion.

Die FFS sind ein auf das Problem abgestimmter Indikator: Sie erlauben es, Überlastung von Hemmung zu unterscheiden und zu beantworten, ob nur die Dosierung verlangsamt oder die Mischung geändert bzw. Zusätze ergänzt werden müssen.

So werden Ergebnisse umgerechnet

Die Ergebnisse der Chromatographie werden in mg/l der einzelnen Säuren angegeben. Für Vergleiche mit der Titration wird die Summe unter Berücksichtigung der Molmassen (Essigsäure 60, Propionsäure 74, Buttersäure 88 g/mol) in Essigsäureäquivalent umgerechnet. Beispiel: 800 mg/l Acetat und 300 mg/l Propionat ergeben umgerechnet in Essigsäureäquivalent 800 + 300 × 60/74 ≈ 1.043 mg/l. Die so umgerechneten Werte können dem FOS-Ergebnis der Titration gegenübergestellt werden, um die Übereinstimmung der Methoden zu prüfen; eine Abweichung in der Größenordnung von einigen Zehnerprozent ist normal, da die Titration auch andere Verbindungen mit saurem Charakter erfasst.

Messhäufigkeit und Risiko

In einer stabilen Anlage genügt eine Messung einmal pro Woche oder alle zwei Wochen. Beim Anfahren, nach einer Mischungsänderung, bei der Einführung neuer Substrate oder in einer Krise lohnt es sich, 2–3 Mal pro Woche zu messen, bei abrupten Veränderungen — täglich. Die Kosten der Analysen sind gering im Vergleich zu den Verlusten durch einige Tage gestörter Gasproduktion; deshalb schließen viele Anlagen Verträge mit Laboren über zyklische Bestimmungen von FFS, TAN, pH-Wert und FOS/TAC ab und sammeln die Ergebnisse gemeinsam mit den Substratdosen in einer Datenbank.