Reisstroh und Mist in japanischen Untersuchungen: BMP, Kofermentation und Inokulum

Reisstroh ist in Japan einer der wichtigsten landwirtschaftlichen Abfälle, und seine energetische Nutzung wird seit Jahren untersucht. Nachfolgend drei Arbeiten aus verschiedenen Jahrzehnten: Messungen des Methanpotenzials aus dem Jahr 1999, eine Untersuchung zur Kofermentation von Futterreis aus dem Jahr 2012 und eine thermophile Feststoff-Kofermentation aus dem Jahr 2022.

BMP aus dem Jahr 1999: Mist, Stroh und Schlachtabfälle

Katou und Noike (Journal of the Japan Society of Waste Management Experts, 1999) untersuchten die anaerobe Vergärung landwirtschaftlicher Abfälle und Abfälle aus der Tierhaltung. Die Methanausbeute (NmL CH₄/g oTS) betrug: Schweinemist 236, Rindermist 158, Geflügelmist 320, Innereien von Schweinen 705, Reisstroh 264 und Orangentrester 536. Die Autoren stellten fest, dass Reisstroh und Orangentrester für die Energiegewinnung im Winter besonders geeignet sind. In einer Fallstudie zu einer Anlage, die Schweinemist (ab 35.000 Tieren; im Abstract „35,000 heads/d“), Rindermist (ab 1.500 Tieren; „1,500 heads/d“), Innereien von Schweinen (4,2 t pro Tag) und Orangentrester (30 t pro Tag) verarbeitet, betrug die gesamte Methanproduktion 8400 Nm³ pro Tag, davon 6400 Nm³ pro Tag als Überschuss, der ohne Beheizung des Prozesses nutzbar war. Rückstände waren das Überstandswasser (300 m³ pro Tag) und der entwässerte Gärrest (60 t pro Tag); das Wasser erforderte wegen der hohen Ammoniakkonzentration eine weitere Reinigung (Nitrifikation und Denitrifikation), erwies sich aber nach teilweiser Verwendung als wirksamer Flüssigdünger, und auch der Gärrest als geeigneter Dünger.

Mit Kot gedüngter Futterreis (2012)

Zhou, Iino, Nakashimada und Hosomi (Water Science & Technology 66(2), 2012) untersuchten auf Reisfeldern in Japan drei Futterreissorten, die mit flüssiger Rindergülle gedüngt wurden; die Düngung mit Kot kann den Bedarf an Mineraldünger verringern, und das Stroh eignet sich für die Biogaserzeugung. Das Gesamtmethanpotenzial der Sorte Leafstar war höher als das der übrigen, und ihre Lag-Phase deutlich kürzer. Die Kofermentation des Rückstands der Ethanolgärung mit Leafstar-Stroh zeigte, dass die N-NH₄⁺-Konzentration mit steigendem C/N-Verhältnis sinkt und das Methanpotenzial des Gemischs höher war als das des Ethanolrückstands oder des Strohs, die jeweils allein verwendet wurden. Die Autoren hielten Leafstar für eine vielversprechende Sorte für Systeme des Recyclings landwirtschaftlicher Ressourcen.

Lebensmittelabfälle, Reisstroh und Reishülsen (2022)

Shimizu und Koautoren (Journal of Material Cycles and Waste Management 24(6), 2022) führten eine Feststoff-Kofermentation von Lebensmittelabfällen (FW) in thermophilen Fermentern durch. Die Ammoniakhemmung wurde durch Zugabe von saisonalem Reisstroh (RS) und ganzjährig verfügbaren Reishülsen (RH) begrenzt, und der Abbau der lignozellulosehaltigen Biomasse wurde durch Zugabe von Pansensaft von Rindern als Mikroorganismenquelle beschleunigt. Bei reinen Restaurantabfällen (mittleres C/N = 13) verringerte die Ansammlung von Ammoniak die Methanproduktion. Methan entstand stabil, wenn RS und RH mit FW gemischt wurden, bei einem Verhältnis der Trockenmasse von RS und RH zu FW von 2,0 (30–40 % TS, Belastung 5,08 kg oTS/m³·d). Die Methanausbeuten betrugen: FW 0,573 m³/kg oTS, RS 0,259 m³/kg oTS (ähnlich dem BMP dieser Substrate) und RH 0,115 m³/kg oTS (mehr als der BMP). Im Schlamm dominierten die hydrogenotrophen Methanogenen Methanoculleus und Methanothermobacter.

Wie man die Zahlen vorsichtig liest

• Die Werte aus verschiedenen Arbeiten unterscheiden sich in der Methode (BMP vs. Tests im Reaktor), im Inokulum, in der Temperatur und in der Einheit (mL/g oTS vs. m³/kg oTS).
• Umrechnungen: 0,259 m³/kg oTS sind 259 mL/g oTS, also sehr nahe am Ergebnis 264 aus der Arbeit von 1999 für Reisstroh.
• Die niedrige Ausbeute von Rindermist (158) im Vergleich zu Stroh (264) und Lebensmittelabfällen (573 im Reaktor) legt nahe, dass der Mist in einer Mischung eher einen mäßigen Methananteil liefert, als dessen Hauptquelle zu sein; seine mögliche stabilisierende Rolle und die als Mikroflora-Quelle müssen gesondert bestätigt werden.

Schlussfolgerungen für die Praxis

1. Reisstroh ist ein Substrat mit mäßigem BMP (ca. 260 mL/g oTS in beiden Arbeiten), das sich gut mit stickstoffreichen Substraten kombinieren lässt.
2. Die Kofermentation verbessert die C/N-Bilanz und begrenzt die Ammoniakhemmung (2012 und 2022).
3. Bei der Investitionsplanung sollte man sich auf eigene BMP-Untersuchungen von Proben des jeweiligen Betriebs stützen, und die Literatur dient dazu, den Bereich festzulegen.