Validierungskriterien des BMP-Tests nach Holliger u. a. (2016) und ihre Weiterentwicklung

Die Veröffentlichung von Holliger u. a. (2016) ist die Zusammenfassung der Arbeit einer internationalen Forschergruppe zur Vereinheitlichung von BMP-Tests. Sie definiert die obligatorischen Validierungselemente: die Mindestzahl an Wiederholungen, die Blindprobe und die Positivkontrolle (Cellulose), das Kriterium für die Testdauer, die Art der BMP-Berechnung sowie die Kriterien für die Ablehnung eines Tests; darüber hinaus empfiehlt sie u. a. ein I/S von mindestens 2 auf oTS-Basis und die vollständige Berichterstattung der Bedingungen. Die numerischen Validierungskriterien wurden anschließend auf Grundlage von zwei internationalen Ringstudien zwischen Laboren (Hafner u. a. 2020) präzisiert und in die aktualisierten Richtlinien aufgenommen (Holliger u. a. 2021) — diesen aktuellen Stand beschreiben wir unten. Es handelt sich nicht um einen Rechtsakt, sondern um einen Bezugspunkt für Labore und Kunden.

Umfang der Empfehlungen

Ergebnisse, die alle Kriterien erfüllen, können als „validiert“ bezeichnet werden; andernfalls ist der Test zu wiederholen. Die aktuellen, offen zugänglichen Fassungen der Dokumente (u. a. das Dokument 100 „Requirements for measurement and validation of BMP“) pflegt die Autorengruppe auf der Seite des DBFZ (dbfz.de/en/BMP).

Abbruchkriterium

Der Test endet, wenn die tägliche Methanproduktion einer einzelnen Flasche an drei aufeinanderfolgenden Tagen unter 1,0% des kumulierten Netto-Methanzuwachses aus dem Substrat liegt (Ansatz mit Substrat minus Mittelwert der Blindproben). Bei Messungen, die seltener als täglich erfolgen, kann der Test nach dem ersten Messabstand beendet werden (insgesamt mindestens 3 Tage), in dem die Geschwindigkeit unter diesen Schwellenwert gefallen ist. In der Praxis bedeutet das für die meisten Substrate etwa zehn bis einige Dutzend Tage, für lignocellulosehaltige länger. Manche Labore legen eine feste Dauer fest, z. B. 28 oder 30 Tage, doch eine solche Wahl kann das Ergebnis bei langsam abbaubaren Materialien zu niedrig ausfallen lassen. Im Bericht werden die tatsächliche Dauer und die Endgeschwindigkeit der Produktion angegeben.

Wiederholbarkeit und Ausschluss von Ergebnissen

Die Abweichung der Wiederholungen ist der grundlegende Qualitätsindikator; für Cellulose lautet das aktuelle Kriterium RSD nicht größer als 6%. Weicht eine Flasche deutlich ab (Undichtigkeit, Einwaagefehler), kann sie ausgeschlossen werden, jedoch nur mit dokumentierter Ursache. Das beliebige Entfernen „unbequemer“ Ergebnisse verzerrt die Unsicherheit. Bei geringer Zahl von Wiederholungen ist die Unsicherheit schlecht abgeschätzt.

Berichterstattung

Ein korrekter Bericht enthält:

1. Beschreibung des Substrats: Herkunft, Vorbereitung, TS, oTS.
2. Inokulum: Quelle, TS, oTS, pH, Ausgasung.
3. I/S und Einwaagen.
4. Temperatur, Dauer, Methode der Gasmessung und Formeln.
5. Ergebnisse der Blindproben und der Cellulose-Kontrolle.
6. Ergebnisse des Substrats: Mittelwert, Abweichung, Anzahl der Wiederholungen, kumulierte Kurven.
7. Angaben zu Abweichungen vom Protokoll.

Von 2016 bis 2021: Präzisierung der Kriterien

Nach den Workshops in Leysin (Juni 2015) und der Veröffentlichung der Richtlinien im Jahr 2016 wurden zwei internationale Ringstudien zwischen Laboren durchgeführt, und 2018 fand ein weiterer Workshop statt (Freising). Hafner u. a. (2020) analysierten mehr als 400 BMP-Werte von mehr als dreißig Laboren aus vierzehn Ländern. Die relative Standardabweichung zwischen den Laboren betrug 7,5–24%, und nach Anwendung der Validierungskriterien sank sie bei allen vier untersuchten Substraten unter 8%. Die empfohlenen Validierungskriterien sind: Testdauer (Ende, wenn die Tagesproduktion an 3 aufeinanderfolgenden Tagen unter 1% des kumulierten Netto-Zuwachses liegt), RSD der Cellulose nicht größer als 6% und mittlerer BMP der Cellulose im Bereich von 340–395 NmL CH₄/g oTS. Die Autoren wiesen darauf hin, dass sich das Kriterium für Cellulose als besonders wichtig erwiesen hat. Die aktualisierten Richtlinien wurden im Kommentar von Holliger u. a. (2021, online 2020) vorgestellt und werden als offenes Dokument „Requirements for measurement and validation of BMP“ gepflegt.

Eine gesonderte Frage ist die Art der Berechnung der Methanproduktion aus den Messungen (trockenes Gas, Normbedingungen, Volumen des Gasraums) — sie wird in den Dokumenten der 200er-Reihe derselben Methodensammlung beschrieben; in der Arbeit von Hafner u. a. (2020) wurde darauf hingewiesen, dass Fehler bei der Datenverarbeitung und Dateneingabe zu den wesentlichen Quellen der Streuung gehörten.

Beispiel für die Anwendung der Kriterien durch den Auftraggeber

Sie beauftragen einen Test einer Silage und erhalten ein Ergebnis von 340 NmL/g oTS. Prüfen Sie im Bericht: ob das I/S angegeben ist (empfohlen ≥ 2), ob der mittlere BMP der Cellulose im Bereich von 340–395 NmL/g oTS mit RSD ≤ 6% liegt, die Zahl der Wiederholungen (mindestens 3) und das Abbruchkriterium. Das Fehlen eines dieser Elemente macht das Ergebnis nicht automatisch ungültig, verringert aber seine Nützlichkeit — bitten Sie um Ergänzung.

Grenzen

• Die Empfehlungen betreffen periodische (Batch-)BMP-Tests; sie umfassen keine kontinuierlichen Tests.
• Manche Substrate (Fette, stark hemmende Materialien) erfordern eine Anpassung des Protokolls.
• Die Einhaltung der Richtlinien beseitigt nicht die Streuung, die sich aus der Inhomogenität der Probe ergibt.

Hinweise für Labore

1. Führen Sie ein internes Verfahren auf Grundlage der aktuellen Richtlinien ein.
2. Nehmen Sie an Ringstudien zwischen Laboren teil, wenn sie verfügbar sind.
3. Archivieren Sie Kontrollkarten der Celluloseergebnisse.
4. Aktualisieren Sie die Verfahren nach der Lektüre neuerer Arbeiten.

Wie man die Richtlinien im Vertrag mit dem Labor nutzt

Tragen Sie bei der Beauftragung von BMP-Untersuchungen in den Auftrag ein: das Protokoll (z. B. gemäß den Empfehlungen von Holliger u. a. 2016 in der 2021 aktualisierten Fassung), die Mindestzahl der Wiederholungen, das geforderte I/S, das Abbruchkriterium, die Anforderung einer Cellulose-Kontrolle sowie das Berichtsformat mit Rohdaten. Das erlaubt später den Vergleich von Ergebnissen aus verschiedenen Serien und Laboren und vermeidet Streit über die Interpretation.

Was sich nach 2016 geändert hat

Die Zahl der Ringstudien zwischen Laboren und der Arbeiten zu Berechnungen sowie zu Tests mit automatischen Messsystemen wächst. Die Richtlinien von 2016 bleiben jedoch der am häufigsten genannte Bezugspunkt. Die Empfehlungen werden auf Grundlage neuer Ringstudien aktualisiert, daher lohnt es sich, die aktuelle Fassung der Dokumente zu prüfen und in Berichten anzugeben, nach welcher Fassung der Test durchgeführt wurde.

Beispiel einer Checkliste zur Abnahme des Berichts

• [ ] Die Richtlinien, nach denen der Test durchgeführt wurde, sind angegeben.
• [ ] Anzahl der Wiederholungen und Abweichung sind angegeben.
• [ ] Das Ergebnis der Cellulose und der Blindprobe ist dargestellt.
• [ ] I/S und Temperatur sind angegeben.
• [ ] Das Abbruchkriterium und die Dauer sind erläutert.
• [ ] Die Bezugsbedingungen des Gasvolumens sind angegeben.
• [ ] Kumulierte Kurven sind beigefügt.