Was ist BMP? Methanpotenzial: Definition, Anwendungen und Grenzen

BMP (engl. biochemical methane potential) ist die Methanmenge, die aus einer Einheit Substrat in einem anaeroben Batchtest mit aktivem Impfschlamm (Inokulum) bis zum Erliegen der Gasproduktion gewonnen werden kann. Das Ergebnis wird meist in NmL CH₄ pro Gramm organischer Trockensubstanz (VS) angegeben; es ist ein Referenzwert für Substratvergleiche, keine Prognose des Ertrags in einer Biogasanlage, da im technischen Maßstab Faktoren wirken, die der Test nicht abbildet.

Grundprinzip des Tests

Eine Substratprobe wird in einem gasdichten Gefäß mit Impfschlamm (Inokulum) gemischt, üblicherweise Gärrest aus einer laufenden Anlage, mit Nährmedium und Wasser ergänzt und anschließend bei konstanter Temperatur inkubiert (mesophil oder thermophil). Parallel werden Blindansätze (nur Impfschlamm (Inokulum)) und eine Positivkontrolle (Cellulose) angesetzt. Das erzeugte Methan wird während der gesamten Testdauer gemessen, und vom Ergebnis des untersuchten Ansatzes wird die endogene Produktion des Impfschlamms (Inokulums) abgezogen. Die Division dieser Menge durch die Masse der eingesetzten VS ergibt den BMP-Wert.

Einheiten und Bezugsbedingungen

Es muss angegeben werden, ob sich das Ergebnis auf trockenes Gas bezieht und welche Normbedingungen verwendet wurden, da unterschiedliche Konventionen (0 °C oder 20 °C, 25 °C) den Zahlenwert um einige bis über zehn Prozent verändern.

Wozu BMP dient

1. Vergleich und Rangfolge von Substraten.
2. Abschätzung der Produktion in einer Biogasanlage bei geplanter Substratmischung (mit Korrektur für den technischen Maßstab).
3. Bewertung der Wirkung einer Vorbehandlung, z. B. Zerkleinerung oder Hydrolyse.
4. Bewertung des Restpotenzials von Gärrest.
5. Erkennung einer Hemmung oder Toxizität des Substrats (Ertrag unter den Erwartungen).
6. Wissenschaftliche Untersuchungen zur Kinetik, z. B. Anpassung eines Modells erster Ordnung.

Was BMP nicht aussagt

• Geschwindigkeit im technischen Maßstab. Der Test dauert viele Wochen, während der Fermenter eine HRT von mehreren Dutzend Tagen aufweist und kontinuierlich betrieben wird.
• Prozessstabilität. In einem Batchtest können Sie weder Überlastung noch Schaumbildung oder Biomasseauswaschung nachbilden.
• Synergieeffekte in der Mischung. Der Wert eines einzelnen Substrats lässt sich nicht linear aufsummieren, wenn in der Mischung die Hemmung oder die Pufferkapazität zunimmt.
• Logistische Effekte. Verluste im Silo oder die Zerkleinerung im technischen Maßstab sind nicht Bestandteil des Tests.

Woher die Streuung kommt

Das Ergebnis wird durch die Herkunft und Vorbereitung der Probe, den Impfschlamm (Inokulum), das Verhältnis von Impfschlamm (Inokulum) zu Substrat, die Temperatur, die Gasmessmethode und das Berechnungsverfahren beeinflusst. Ringversuche zeigen selbst bei gemeinsamen Prüfmaterialien eine Streuung; deshalb wurden Leitlinien (Angelidaki et al., 2009; Holliger et al., 2016) und Kriterien zur Validierung des Tests entwickelt (Cellulosekontrolle, Wiederholbarkeit von Dreifachansätzen). Weitere Artikel dieser Reihe beschreiben diese Elemente der Reihe nach.

Vereinfachtes Beispiel

Angenommen: In eine Flasche wurden 2,0 g VS des untersuchten Substrats eingebracht; die Methanproduktion der Flasche mit Substrat betrug nach 30 Tagen 1.050 NmL, die der Blindansätze durchschnittlich 250 NmL. BMP = (1.050 − 250) / 2,0 = 400 NmL CH₄/g VS. Würde der Blindansatz 400 NmL ergeben, sänke das Ergebnis auf 325 — daran zeigt sich, dass die endogene Aktivität des Impfschlamms (Inokulums) (Gasproduktion im Blindansatz) für den Fehler von Bedeutung ist.

Wie sich BMP von anderen Kennwerten unterscheidet

• Das theoretische Potenzial (Buswell, Boyle) ergibt sich aus der elementaren Zusammensetzung und setzt einen vollständigen biologischen Abbau voraus.
• Der Ertrag im technischen Maßstab ist das Ergebnis sämtlicher Verluste und der Kinetik.
• Kontinuierliche Tests (in Laborreaktoren) bilden die Prozessstabilität besser ab.

Zur guten Praxis gehört es, zusammen mit dem BMP-Ergebnis stets die Untersuchungsmethode, die Temperatur, die Dauer, den Impfschlamm (Inokulum), I/S und die Anzahl der Wiederholungen anzugeben. Erst mit diesem Kontext hat die Zahl einen Vergleichswert.

Typische Fragen von Laborkunden

Kann ich den BMP-Wert aus dem Labor direkt in m³ Biogas pro Tonne umrechnen? Nicht direkt. Das Ergebnis in NmL CH₄/g VS muss anhand der Trockensubstanz (TS) und der VS des Substrats umgerechnet und anschließend um den tatsächlichen Abbaugrad im Fermenter korrigiert werden, der üblicherweise niedriger ist als im Test. Deshalb werden für die Planung Sicherheitsfaktoren oder Daten aus der eigenen Anlage verwendet.

Reicht ein einziges Ergebnis aus? Bei variablen Substraten (Silagen, Abfälle) beschreibt eine Probe eine Charge. Ein besseres Bild liefert eine Probenserie von verschiedenen Zeitpunkten und Standorten.

Wird ein anderes Labor dasselbe Ergebnis liefern? In der Regel ein ähnliches, jedoch mit einer Streuung; je strenger das Prüfprotokoll und je besser die Cellulosekontrolle, desto geringer die Streuung. Deshalb sollten Vergleiche möglichst innerhalb eines Labors und mit einer einzigen Methode durchgeführt werden.

BMP, BMP₂₈ und Werte „nach einer bestimmten Zeit“

In der Literatur finden sich Bezeichnungen wie BMP₂₈ oder BMP₃₀, die den Ertrag nach einer festgelegten Testdauer angeben, sowie der „asymptotische BMP“, also der Wert nach dem Erliegen der Produktion oder ein aus einem Modell extrapolierter Wert. Bei leicht abbaubaren Substraten ist der Unterschied gering, bei faserreichen kann er über zehn Prozent betragen. Prüfen Sie stets, um welche Variante es sich handelt, bevor Sie zwei Zahlen vergleichen.