Kofermentation von Substraten: wie man Stabilität und Leistung der Biogasanlage steigert

Kofermentation, also die gleichzeitige anaerobe Vergärung von zwei oder mehr Substraten, ist in Biogasanlagen praktisch Standard, weil sie die Prozessstabilität und die Nährstoffbilanz und häufig auch die Wirtschaftlichkeit verbessert. Die Mischung kann Mängel eines Substrats (z. B. niedriges C:N oder fehlende Spurenelemente) durch Eigenschaften des anderen ausgleichen. Die Wirksamkeit ist jedoch nicht automatisch: Man muss die Anteile wählen und im Labor prüfen.

Warum Substrate mischen

Jedes Substrat hat andere Eigenschaften. Die einen liefern viel Energie, versäuern aber den Fermenter, andere haben ein niedriges Methanpotenzial, stabilisieren aber den pH-Wert dank hoher Pufferkapazität. Das Mischen erlaubt es:

• das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff (C:N) zu verbessern,
• potenziell hemmende Stoffe (z. B. Ammoniak) zu verdünnen,
• saisonale Schwankungen der Verfügbarkeit auszugleichen,
• die rheologischen Eigenschaften der Mischung zu verbessern,
• die mikrobiologische Vielfalt zu erhöhen.

C:N-Verhältnis

Als Optimum wird häufig ein C:N im Bereich von ca. 20–30:1 angenommen. Ein zu niedriges (unter ca. 15:1) begünstigt die übermäßige Freisetzung von Ammoniak, der Methanogene hemmt, und ein zu hohes (über ca. 35:1) bedeutet Stickstoffmangel für die Biomasse der Mikroorganismen. Geflügel- und Schweinegülle haben ein niedriges C:N (einige bis einige Dutzend), Maissilage ca. 40 und Stroh ein deutlich höheres (einige Dutzend). Das C:N allein reicht zur Beurteilung nicht aus; man muss die Verfügbarkeit des Kohlenstoffs, den pH-Wert und Ammoniak berücksichtigen (C:N-Verhältnis im Substratmix).

Bewährte Kombinationen

• Gülle + Lebensmittelabfälle: Die Gülle sorgt für Puffer und eine Population von Mikroorganismen, die Abfälle bringen Energie; der Schlüssel ist eine schrittweise gesteigerte Dosis, um Versauerung zu vermeiden.
• Maissilage + Schlachtabfälle: Die Silage liefert einen stabilen Einsatzstoff, Schlachtabfälle erhöhen die Ausbeute; Risiken sind Schaumbildung, Ammoniak und langkettige Fettsäuren, daher wird der Anteil solcher Abfälle begrenzt und vorsichtig eingeführt. Zusätzlich gelten Hygieneanforderungen.
• Mist + Obst- und Gemüseabfälle: Der Mist stabilisiert den pH-Wert und liefert Spurenelemente, und die Abfälle bringen leicht vergärbare Zucker ein; besonders vorteilhaft in Regionen mit Agrar- und Lebensmittelverarbeitung.

Die einzelnen Substrate beschreiben die Beiträge Gülle als Basissubstrat sowie Maissilage für Biogas.

Synergie: was sie ist und wann sie auftritt

Von Synergie sprechen wir, wenn die Methanausbeute aus der Mischung höher ist als die Summe der Ergebnisse aus den einzeln vergorenen Substraten. Die Mechanismen sind eine bessere Ausbalancierung von Makro- und Spurenelementen, die Verdünnung von Inhibitoren, die Verbesserung der Schlammstruktur und eine größere mikrobiologische Vielfalt. Der Effekt ist jedoch keine Regel: Bei einem Teil der Mischungen tritt er auf, bei einem Teil nicht, und bei manchen ist er negativ. Deshalb wird empfohlen, vor einer Änderung der Rezeptur im technischen Maßstab einen BMP-Test der Mischung in den Anteilen durchzuführen, die angewendet werden sollen (Kofermentation: Planung des Substratmixes).

Praktische Regeln zur Einführung

1. Führen Sie neue Substrate schrittweise ein; erhöhen Sie den Anteil um einen kleinen Prozentsatz pro Woche und beobachten Sie den Prozess.
2. Überwachen Sie FOS/TAC und pH regelmäßig (FOS/TAC: wie man misst).
3. Homogenisieren Sie die Mischung vor der Zugabe in den Fermenter, um lokale Versauerungszonen zu vermeiden.
4. Dokumentieren Sie Rezepturen und Korrelationen mit der Leistung.
5. Prüfen Sie die rechtlichen Anforderungen: Substratliste für landwirtschaftliches Biogas, Vorschriften zu Abfällen und tierischen Nebenprodukten.

Die Planung der Jahresbilanz der Substrate und der Reserven behandelt der Beitrag Planung des Substratbedarfs.

Risiken und Grenzen

Die Kofermentation ist keine Universallösung. Die Zugabe eines Substrats mit hohem Protein- oder Fettgehalt kann das Risiko von Schaumbildung und Hemmung erhöhen, und die Änderung der Mischung beeinflusst die rheologischen Eigenschaften, was sich auf den Betrieb von Rührwerken und Pumpen auswirkt. Es ändern sich auch die Zusammensetzung des Gärrests und sein rechtlicher Status, wenn Abfälle von außerhalb der Substratliste für landwirtschaftliches Biogas in den Einsatzstoff gelangen. Aus diesen Gründen muss jede neue Rezeptur unter technologischen, wirtschaftlichen und rechtlichen Gesichtspunkten bewertet werden und nicht nur anhand des BMP-Ergebnisses.

Die Rolle des Labors

BMP-Untersuchungen von Mischungen, die Analyse von TS und oTS, die Bestimmung von Ammoniak, FOS/TAC und der Biogaszusammensetzung bilden einen Satz von Werkzeugen, mit denen sich die Annahmen überprüfen lassen. Es lohnt sich auch, eine eigene Ergebnisdatenbank zu führen: Die Verknüpfung der Rezeptur mit der tatsächlichen Ausbeute der Anlage erlaubt es, die Laborergebnisse im Laufe der Zeit auf den technischen Maßstab zu kalibrieren.