Was ist der BMP-Test und warum ist er für Biogasanlagen entscheidend?

Der BMP-Test (Biochemical Methane Potential) ist eine Laboruntersuchung, die bestimmt, wie viel Methan sich aus einem Substrat unter den Bedingungen der anaeroben Vergärung maximal gewinnen lässt. Für Betreiber von Biogasanlagen und Investoren ist das BMP-Ergebnis die Grundlage für energetische und wirtschaftliche Kalkulationen, da es den Energiewert des Substrats zeigt, bevor es in den Fermenter gelangt. Es ist jedoch ein Ausgangspunkt und keine Garantie: Die Ausbeute in der Anlage hängt von vielen zusätzlichen Faktoren ab.

Wie der Test abläuft

Die Substratprobe wird in einem dichten Reaktor (meist einer Flasche mit einem Fassungsvermögen von einigen Hundert Millilitern bis zu einigen Litern) zusammen mit Inokulum platziert, also aktiver Biomasse von Mikroorganismen, meist aus einer laufenden Biogasanlage entnommen. Der Reaktor wird bei konstanter Temperatur inkubiert, in der Regel mesophil (37–38 °C), und das Gas wird kontinuierlich oder periodisch gesammelt und gemessen. Die Zusammensetzung des Biogases, einschließlich des Methangehalts, wird mit einem Gaschromatografen oder einem Infrarotanalysator analysiert. Der Test endet, wenn der tägliche Methanzuwachs auf einen kleinen Wert gesunken ist; die Dauer hängt vom Substrat und den gewählten Kriterien ab (von etwa zehn bis zu einigen Dutzend Tagen), was wir im Beitrag Protokoll des BMP-Tests Schritt für Schritt behandeln.

Damit das Ergebnis verlässlich ist, werden in jeder Serie berücksichtigt:

• die Blindprobe (nur Inokulum), um das aus dem Inokulum stammende Gas abzuziehen,
• die Positivkontrolle (z. B. Cellulose), die die Aktivität des Inokulums bestätigt,
• Wiederholungen, da die Streuung zwischen den Flaschen erheblich sein kann,
• ein geeignetes Verhältnis von Inokulum zu Substrat (I/S), damit eine Überlastung vermieden wird.

Die Validierungskriterien der Untersuchung beschreiben die Empfehlungen von Holliger u. a. (2016) und in Deutschland die Richtlinie VDI 4630. Einzelheiten: Validierungskriterien des BMP-Tests nach Holliger (2016).

Einheiten und Berechnungen

Das Ergebnis wird meist als NmL CH₄ je Gramm organischer Trockensubstanz (oTS) angegeben, was Normlitern Methan je Kilogramm oTS entspricht. Anzutreffen ist auch die Angabe je Tonne Frischmasse, die den Gehalt an Trockensubstanz (TS) und oTS des Substrats berücksichtigt; solche Werte sind kleiner und dürfen nicht mit Werten je oTS verglichen werden (Trockensubstanz und organische Trockensubstanz). Das Gasvolumen wird auf Normbedingungen (0 °C, 1013 hPa) umgerechnet, gemäß der u. a. im Beitrag Berechnung der Methanproduktion im BMP-Test (Hafner 2020) beschriebenen Methode.

Orientierende Bereiche aus der Literatur (konkrete Datensätze mit Veröffentlichungen sind in den BMP-Untersuchungen zusammengestellt): Rindergülle hat ein niedriges Potenzial, in der Größenordnung von einigen Hundert NmL CH₄/g oTS ab einer unteren Grenze von gut hundert; Maissilage in der Regel um 300–370; Lebensmittelabfälle und Fette deutlich mehr. Die Streuung ergibt sich aus Sorte, Erntezeitpunkt, Zusammensetzung und Probenvorbereitung.

Kinetik und Interpretation der Kurve

Die Endausbeute allein beschreibt nicht die Abbaugeschwindigkeit. Ein Substrat mit hohem BMP, aber langsamem Abbau (z. B. lignocellulosehaltiges Material) erfordert eine längere Verweilzeit im Fermenter, was den Durchsatz der Anlage senkt. Die kumulative Methankurve zeigt: einen schnellen anfänglichen Anstieg (leicht abbaubare Substanz), gegebenenfalls eine Lag-Phase (ein verzögerter Start kann auf Inhibition hindeuten) sowie einen langen Ausläufer (schwerer abbaubare Fraktionen). Wir beschreiben das in den Beiträgen zur Kinetik erster Ordnung und zum Gompertz-Modell.

Warum sich eine Untersuchung vor der Investition lohnt

Literaturdaten sind in der Anfangsphase hilfreich, doch das tatsächliche Potenzial einer konkreten Substratcharge kann sich erheblich von ihnen unterscheiden: Die Zusammensetzung ändert sich saisonal und hängt von der Produktionstechnologie und den Lagerbedingungen ab. Das BMP-Ergebnis erlaubt es, den Fermenter richtig zu dimensionieren, die Logistik zu planen und die Erlöse zu bewerten. BMP-Untersuchungen sind auch bei der Bewertung neuer Substrate, von Gemischen (Kofermentation) und von Substraten mit schwankender Zusammensetzung nützlich, z. B. Abfällen aus der Lebensmittelverarbeitung.

Grenzen

• Das Ergebnis betrifft die Probe und nicht die gesamte Charge; die repräsentative Probenahme ist entscheidend.
• Der Test bildet den langfristigen Betrieb des Fermenters nicht ab (Adaptation, Ammoniakhemmung, Mangel an Spurenelementen).
• Ergebnisse aus verschiedenen Laboren können sich unterscheiden; siehe Streuung der BMP-Ergebnisse zwischen Laboren sowie BMP und Ausbeute im technischen Maßstab.

Die Grundregeln für das Lesen eines Berichts sind in der Checkliste zusammengefasst: Wie man einen Bericht zur BMP-Untersuchung liest. Definition und Anwendungen behandelt auch der Beitrag Was ist BMP.