OLR: Raumbelastung des Fermenters mit organischer Fracht — Berechnung und Auswahl

Die OLR (organic loading rate) ist die tägliche Masse an organischer Trockensubstanz (oTS, engl. volatile solids), die in den Fermenter eingebracht wird, bezogen auf sein aktives Volumen: OLR = ΣmoTS / V, ausgedrückt in kg oTS/(m³·d). In landwirtschaftlichen Biogasanlagen liegt sie in der Regel im Bereich von etwa 2–4 kg oTS/(m³·d), und die Grenzen hängen von der Zusammensetzung des Mixes, der Temperatur, der Qualität des Rührens und der Pufferkapazität ab; Werte über ca. 4–5 erfordern in der Regel besondere Kontrolle.

Formel und Eingangsdaten

OLR = (Σ mᵢ · TSᵢ · oTSᵢ) / V, wobei mᵢ die Frischmasse des Substrats i pro Tag (kg) ist, TSᵢ — der Anteil der Trockensubstanz (Bruchteil), oTSᵢ — der Anteil der organischen Trockensubstanz an der Trockensubstanz, V — das aktive Volumen des Fermenters (m³). Die TS- und oTS-Daten stammen aus Laboranalysen jeder Charge (Trocknung bei ca. 105 °C und Glühen bei ca. 550 °C); Katalogwerte sind nur eine erste Näherung.

Rechenbeispiel

Annahmen (vereinfacht, zur Veranschaulichung): Fermenter mit einem aktiven Volumen von 3.000 m³, tägliche Gabe:

OLR = 10.398 / 3.000 ≈ 3,5 kg oTS/(m³·d). Bei zwei Fermentern zu je 3.000 m³ und derselben Gabe läge die Belastung bei ca. 1,7. Beachten Sie, dass Gülle viel Volumen, aber wenig oTS beisteuert: Deshalb senkt ein hoher Gülleanteil die OLR und verkürzt die HRT (bei konstantem Fermentervolumen bedeutet ein größerer Durchfluss eine kürzere Verweilzeit).

Zusammenhang mit der Leistung

Die Methanproduktion steigt mit der OLR bis zu einem gewissen Punkt, aber der Ertrag je oTS-Einheit sinkt bei zu kurzer Reaktionszeit: Ein Teil der Materie verlässt den Fermenter unabgebaut. Eine zu niedrige Belastung wiederum bedeutet, dass der Fermenter im Verhältnis zur Gabe überdimensioniert ist.

Folgen einer Überlastung

• Anreicherung von FFS, Anstieg des FOS/TAC, Absinken des pH-Werts,
• Schaumbildung,
• Rückgang des CH₄-Gehalts, Anstieg des CO₂,
• unzureichende Durchmischung (erhöhte Viskosität bei hoher TS),
• höherer Gehalt an Restpotenzial im Gärrest und größere Methanemission aus dem Lager.

Praktische Grundsätze

1. Erhöhen Sie die Gabe schrittweise (z. B. um 0,2–0,5 kg oTS/(m³·d) pro Woche, je nach Anlage) und beobachten Sie pH-Wert, FOS/TAC und Gas.
2. Berechnen Sie die OLR für die gesamte Anlage und für einzelne Fermenter, falls es mehrere gibt, insbesondere bei Reihenschaltung.
3. Berücksichtigen Sie das aktive Volumen, nicht das geometrische — Schaum, Sedimente und Gaszone verringern das nutzbare Volumen.
4. Variieren Sie die Gabe im Tagesverlauf, um Spitzen zu vermeiden (zeitgesteuerte Eintragssysteme, nicht eine große Dosierung).
5. Nutzen Sie TS/oTS-Analysen: Silage mit schwankender Trockensubstanz kann die OLR um mehr als zehn Prozent verändern, ohne dass sich die Frischmasse ändert.

OLR und andere Parameter

Bei der Beurteilung einer Biogasanlage sollte man alle vier Zahlen zusammen betrachten; eine hohe volumetrische Leistung, die auf Kosten einer niedrigen Ausbeute aus oTS erreicht wird, ist oft unwirtschaftlich, weil sie mehr Substrat verbraucht.

Ausbeute und Belastung — Fortsetzung des Beispiels

Nehmen wir für den Fermenter aus dem Beispiel (3.000 m³, Gabe 10.398 kg oTS/d) eine Ausbeute von 0,30 m³ CH₄ je kg dosierter oTS an. Die Produktion beträgt dann ca. 3.120 m³ CH₄/d, also eine volumetrische Leistung von ca. 1,04 m³ CH₄/(m³·d). Eine solche Rechnung ist zugleich eine Datenkontrolle: Liegt das Ergebnis über dem theoretischen Potenzial der Substrate, steckt in den Daten ein Fehler (z. B. eine zu hohe Gasmessung oder eine zu niedrige oTS).

Wann die OLR in die Irre führt

Dieselbe OLR, berechnet aus Silage mit hoher Trockensubstanz und aus Küchenabfällen, bedeutet nicht dasselbe: Abfälle werden deutlich schneller abgebaut und führen schneller zur Versauerung. Deshalb empfiehlt es sich, die OLR um den Anteil leicht abbaubarer Fraktionen (Fette, Zucker) an der Gabe zu ergänzen.

Änderung der OLR beim Jahreszeitenwechsel

Im Frühjahr und Sommer steigt die Umgebungstemperatur, und im Winter verbraucht die Anlage mehr Wärme. Daher kann dieselbe OLR je nach Jahreszeit unterschiedlich stabil sein. Gute Praxis ist es, die Grenzwerte der OLR festzuhalten, bei denen die Anlage im Winter und im Sommer stabil lief, und bei Mixwechseln oder Rührwerksausfällen ein niedrigeres, konservatives Niveau anzuwenden.