Wie funktioniert eigentlich Biogas?

Dieser Post erschien ursprünglich in meinem alten Blog: http://wp.me/p2MNiR-15

Als „Biogas“ wird ein brennbares Gemisch verschiedener Gase bezeichnet, das durch anaerobe Vergärung (d.h. sie findet unter Abschluss von Sauerstoff statt) von Biomasse gewonnen werden kann. Für die energetische Verwertung ist das Methan (chemische Formel: CH4) am wichtigsten, welches sich im Biogas befindet.

Abbildung 1: Durchschnittliche Zusammensetzung von Biogas

Abbildung 1: Durchschnittliche Zusammensetzung von Biogas

Tabelle 1: Durchschnittliche Zusammensetzung von Biogas je nach Quelle

Tabelle 1: Durchschnittliche Zusammensetzung von Biogas je nach Quelle

Das Methan kann entweder von den restlichen Komponenten des Biogases abgetrennt und ins Erdgasnetz eingespeist werden, oder man gewinnt über die direkte Verbrennung des Biogases in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) Strom und Wärme.

Biogas zur kommerziellen Verwertung wird in Biogasanlagen gewonnen. Doch was genau geschieht in solchen Anlagen?

Biologie der Biogasproduktion

Abbildung 2: Darstellung der Biogasbildung [schematisch]

Abbildung 2: Darstellung der Biogasbildung [schematisch]

Biomasse wird in einen Gärbehälter, den sogenannten Fermenter gegeben und bei einer bestimmten Temperatur (je nach Konzept 32-42° C oder 50-58° C) unter Sauerstoffabschluss innerhalb mehrerer Wochen zu Biogas umgesetzt. Diese Umsetzung erfolgt durch verschiedene Mikroorganismen, die den Bakterien bzw. den Archaeen zugeordnet werden.

Man unterteilt die Fermentation zu Biogas in drei verschiedene Schritte: Die Primäre Gärung, die Sekundäre Gärung und die Anaerobe Atmung.

Der erste Schritt ist die Hydrolyse, auch als Verflüssigung bezeichnet. Hierbei sondern sogenannte hydrolytische Bakterien Enzyme ab, welche die Biomasse biochemisch in kleinere, niedermolekulare „Bruchstücke“ abbauen, die Monomere.Die Hydrolyseprodukte, also die Monomere, werden nun von fermentativen Bakterien weiter zu Carbonsäuren, Alkoholen und CO2 und Wasserstoff abgebaut. Diese Phase wird als Acidogenese, als „Versäuerung“, bezeichnet.
Im dritten Schritt der Biogasproduktion, der Acetogenese d.h. der Essigsäurebildung werden die Produkte der Versäuerung durch acetogene Bakterien in Essigsäure, CO2 und Wasserstoff umgesetzt.
Abschließend erfolgt während der Anaeroben Atmung die Methanogenese, also die Methanbildung, durch verschiedene methanogene Archaeen (auch als Methanogene bezeichnet).

Man unterscheidet in der Biogasproduktion zwischen den Wasserstoff-oxidierenden Methanogenen und den Essigsäure-disproportionierenden Methanogenen. Die Wasserstoff-oxidierenden Methanogenen bilden nach folgender Formel aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid Methan:
4 H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O.
Die Disproportionierung von Essigsäure erfolgt folgendermaßen:
H3CCOO+ H+ → CH4 + CO2.

Bislang war man der Annahme, dass etwa 30% des entstehenden Methans aus der Wasserstoffoxidation stammen und ca. 70% aus der Disproportionierung der Essigsäure. Es konnten jedoch gerade die Methanogenen, die für die direkte Bildung von Methan aus Essigsäure verantwortlich sind, oftmals nur in geringem Ausmaß oder auch gar nicht in den Biogasfermentern empirisch nachgewiesen werden. Daher geht man heute von einem weiteren Zwischenschritt aus, bei dem Essigsäure in Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid abgebaut wird.
Dieser Abbau erfolgt durch essigsäureoxidierende Bakterien.

An dieser Stelle sei noch verwiesen auf folgende Literatur:

1 Kommentar zu “Wie funktioniert eigentlich Biogas?

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *