Wie wählt man das optimale Substrat für eine Biogasanlage? Parameter, Fehler und Kostenrechnung

Das beste Substrat hat nicht immer den höchsten BMP, sondern die niedrigsten Kosten pro angeliefertem Kubikmeter Methan bei Erhalt der Prozessstabilität. Deshalb erfordert die Bewertung eines Substrats die Zusammenstellung mehrerer Parameter, belastbare Labordaten und eine einfache wirtschaftliche Rechnung.

Schlüsselparameter

BMP

Das biochemische Methanpotenzial (meist in NmL CH₄/g oTS) zeigt, wie viel Methan sich aus einer Einheit organischer Substanz maximal gewinnen lässt. Der BMP allein reicht für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit nicht aus: Er muss mit Preis, Logistik und Einfluss auf die Prozessstabilität zusammen betrachtet werden (Was ist der BMP).

TS und oTS

Die Trockensubstanz (TS) gibt an, welcher Teil des Substrats Feststoff und welcher Wasser ist. Eine niedrige TS (z. B. Gülle mit einigen Prozent TS) bedeutet den Transport großer Wassermengen, was die Transportkosten erhöht, während eine sehr hohe TS ein geeignetes Eintrags- und Verdünnungssystem erfordert. Die oTS ist die organische Fraktion der Trockensubstanz (Glühverlust); nur ein Teil davon ist biologisch abbaubar. Ein hoher oTS/TS-Anteil bedeutet in der Regel ein größeres Energiepotenzial, aber über den tatsächlichen Ertrag entscheidet die biologische Abbaubarkeit (BMP) (Trockensubstanz und organische Trockensubstanz).

C:N und pH-Wert

Das optimale C:N-Verhältnis für die Vergärung liegt orientierend bei 20–30:1. Eiweißreiche Substrate (Schlachtabfälle, Hefe) haben ein niedriges C:N und können eine Ammoniakhemmung verursachen, lignocellulosehaltige (Stroh) ein hohes und vergären langsam (C:N-Verhältnis im Substratmix). Saure Substrate (z. B. silierte Obstabfälle mit pH 3–4) können bei zu schneller Dosierung lokale Versauerung verursachen; der pH-Wert im Fermenter wird in der Regel im Bereich von ca. 6,8–7,5 gehalten.

Wie man die Substratqualität beurteilt

1. Eine repräsentative Probe entnehmen: mehrere Proben aus verschiedenen Chargen, vermischt.
2. Eine Grundanalyse beauftragen: TS, oTS, pH-Wert, Stickstoff und Kohlenstoff.
3. Einen BMP-Test durchführen: nur die Laboruntersuchung liefert ein verlässliches Potenzial der jeweiligen Charge.
4. Verunreinigungen prüfen: Schwermetalle, Antibiotika, Kunststoffe, die den Prozess hemmen oder die Qualität des Gärrests verschlechtern können.
5. Die Mischung testen, wenn ein neues Substrat zu einer bestehenden Rezeptur hinzugefügt werden soll.

Kostenrechnung: Beispiel mit Annahmen

Die folgenden Zahlen sind illustrative Annahmen.

Der Ertrag wurde als TS × oTS × BMP berechnet (z. B. 0,33 × 0,96 × 340 ≈ 108 m³ CH₄/t). Die negativen Kosten der Abfälle ergeben sich aus der Annahmegebühr, berücksichtigen aber weder die Kosten für Hygienisierung, Entpackung, das Versauerungsrisiko noch rechtliche Pflichten. Sie zeigen jedoch, warum Abfälle wirtschaftlich attraktiv sind, wenn der Prozess nicht überlastet wird.

Häufigste Fehler

• Allein am Tonnenpreis orientieren, ohne Umrechnung auf Methan.
• Transportkosten vernachlässigen, insbesondere bei Substraten mit niedriger TS.
• Fehlende Laboruntersuchungen und Verlass auf Katalogdaten.
• Zu schnelle Einführung eines neuen Substrats, ohne Kontrolle des FOS/TAC (FOS/TAC).
• Logistik und Lagerung vernachlässigen: Verfügbarkeit, Liefersicherheit und Lagerbedingungen haben einen realen Einfluss auf die Kosten.

Die Ganzjahresbilanz unter Berücksichtigung der Saisonalität beschreibt der Beitrag Planung des Substratbedarfs. Zusammenstellungen von BMP-Ergebnissen aus der Literatur finden Sie unter BMP-Untersuchungen.

Wann die Entscheidung zusätzliche Daten erfordert

Bei der Wahl eines Substrats mit unsicherer Zusammensetzung (Abfälle aus der Verarbeitung, Schlämme, kommunale Abfälle) empfiehlt es sich, die Bewertung um zusätzliche Analysen zu ergänzen: Gehalt an Schwermetallen, Ammoniak, Schwefel, Fetten und hemmenden Stoffen. Soll das Substrat einen großen Anteil an der Rezeptur ausmachen, empfiehlt sich außerdem ein Versuch im Labormaßstab in einem kontinuierlichen Reaktor, nicht nur ein BMP-Test. Erst ein solcher Datensatz erlaubt es, das Risiko für den Prozess und für die Qualität des Gärrests zu beurteilen. Das Ergebnis einer solchen Bewertung sollte zusammen mit dem Lieferdatum und der Chargennummer festgehalten werden, um bei Problemen leicht den Bezug zu einer bestimmten Quelle herstellen zu können.