Gärrest: geschlossene Behälter und Restmethanpotenzial – wie sich Emissionen begrenzen lassen

Der den Fermenter verlassende Gärrest enthält weiterhin organische Substanz, die bei der Lagerung Methan freisetzen kann. Die Menge dieses Methans beschreibt das Restmethanpotenzial (RMP), das in Laboruntersuchungen als Verhältnis des unter kontrollierten Bedingungen aus einer Gärrestprobe gebildeten Methans zum im gesamten Prozess gebildeten Methan bestimmt wird. In offenen Behältern entweicht das Methan in die Atmosphäre und verringert damit den Klimanutzen der Anlage. Lösungen sind geschlossene Behälter mit Gasrückgewinnung sowie eine längere Verweilzeit und ein stabiler Betrieb der Fermenter.

Woher das RMP stammt

Substrate werden im Fermenter unterschiedlich schnell abgebaut. Leicht verwertbare Fraktionen (Zucker, Fette) werden innerhalb weniger Tage in Biogas umgewandelt, faserhaltige Fraktionen (Cellulose und Hemicellulose in pflanzlichen Reststoffen, oft von Lignin umhüllt, das unter anaeroben Bedingungen praktisch nicht abgebaut wird) werden jedoch langsam abgebaut, und ein Teil davon verlässt den Fermenter unumgesetzt. Zusätzlich erhöhen eine kurze Verweilzeit, unzureichende Durchmischung, Prozessstörungen (Ammoniakhemmung, flüchtige Säuren) und niedrige Temperatur das RMP. Im Sommer bei Umgebungstemperatur in der Größenordnung von 20°C und mehr gelagerter Gärrest kann schneller Methan bilden als im Winter.

Wie das RMP gemessen wird

Standard ist ein Batch-Test: Eine Gärrestprobe wird bei konstanter Temperatur (häufig 20°C oder 37°C) mehrere Dutzend Tage inkubiert, und das gebildete Methan wird gemessen. Das Ergebnis wird als Methanmenge je Masse oder je Volumen Gärrest oder als Prozent der gesamten Methanproduktion der Anlage ausgedrückt. In der Literatur reichen die RMP-Werte von Bruchteilen eines Prozents bis zu über zehn Prozent der Produktion, je nach Anlage und Bedingungen, daher ist eine eigene Untersuchung besser als allgemeine Werte.

Geschlossener Behälter

Die dichte Abdeckung des Gärrestbehälters (gasdichte Membran, Dach) wird mit dem Gassystem verbunden, und das Biogas aus dem Speicher gelangt in die Anlage. In RED II unterscheiden die Standardwerte für Biogasketten zwischen offenem und geschlossenem Gärrest, was zeigt, dass der Emissionsunterschied erheblich ist. Ein geschlossener Behälter begrenzt nicht nur die Emissionen, sondern erhöht auch die Biogasproduktion – das Gas aus dem RMP geht nicht verloren.

Berechnungsbeispiel

Annahmen: Die Biogasanlage erzeugt 2,2 Mio. m³ Methan jährlich, das RMP des Gärrests bei 20°C beträgt 4% der Produktion (88.000 m³ CH₄). Im offenen Behälter, unter der Annahme, dass 60% des RMP während der Lagerung freigesetzt werden, beträgt der Verlust 52.800 m³ CH₄ (m³ unter Normbedingungen), also ca. 37,9 t (bei einer Methandichte von 0,718 kg/m³). Bei GWP₁₀₀ = 28 sind das ca. 1060 t CO₂e jährlich und 528 MWh Energie (bei 10 kWh/m³), also ca. 106.000 PLN bei einem Preis von 200 PLN/MWh. Eine Abdeckung mit Gasrückgewinnung fängt den Großteil dieser Menge ein; die Kosten der Abdeckung (z. B. einige hunderttausend PLN für einen Behälter mittlerer Größe – Richtwert) können sich in einigen bis über zehn Jahren amortisieren und verbessern zusätzlich den Treibhausgas-Fußabdruck des Gases.

Betriebsmaßnahmen

1. Verlängerung der Verweilzeit in den Fermentern oder Hinzufügen einer zweiten Gärstufe (Nachgärer) bei Prozesstemperatur.
2. Prozessstabilität: Vermeidung von Überlastungen mit Substraten, Kontrolle flüchtiger Säuren und Ammoniak.
3. Gründliche Durchmischung und Temperatur: Beseitigung von Totzonen.
4. Zerkleinerung faserhaltiger Substrate zur Erhöhung des Abbaugrads.
5. Geschlossene oder abgedeckte Behälter und Gasrückgewinnungssystem.
6. Schnelle Ausbringung des Gärrests auf dem Feld in der Vegetationsperiode, um die Lagerzeit zu verkürzen.
7. Regelmäßige RMP-Untersuchungen und Verfolgung der Trends.

Rechtliche und Umweltaspekte

Die Vorschriften zur Lagerung von Gärrest umfassen das Fassungsvermögen der Behälter (entsprechend der Sperrfrist für die Ausbringung von Düngemitteln), den Schutz von Wasser und Luft sowie Geruchsanforderungen. Konkrete Pflichten hängen von Genehmigungen und nationalen Vorschriften ab, die man mit der Umweltbehörde abstimmen sollte.

RMP-Messung Schritt für Schritt

Entnehmen Sie eine repräsentative Gärrestprobe am Auslauf des Fermenters (nicht von der Oberfläche des Behälters), verschließen Sie sie in einem dichten Behälter, transportieren Sie sie gekühlt ins Labor und führen Sie einen Batch-Test bei festgelegter Temperatur durch. Wiederholen Sie die Untersuchung saisonal und nach wesentlichen Änderungen der Substratrezeptur. Halten Sie die Ergebnisse zusammen mit den Daten zur Raumbelastung der Fermenter (OLR), Verweilzeit und Temperatur fest, um das RMP mit den Prozessbedingungen korrelieren und die Ursachen von Verschlechterungen benennen zu können.

Zusammenfassung

Gärrest ist nicht nur ein Abfall nach der Vergärung, sondern auch eine potenzielle Methanquelle. Ein geschlossener Behälter mit Gasrückgewinnung erhöht die Produktion, verbessert die THG-Bilanz und verringert das Geruchsrisiko, und die Investitionskosten sind üblicherweise gerechtfertigt.