Bio-Fermenter- System

In der Geschichte des menschlichen Erfindungsreichtums sind viele Erfindungen und Technologien von natürlich vorkommenden Phänomenen inspiriert. Die schnellsten und effizientesten Züge der Welt – die Shinkansen-Züge Japans – fahren mit über 300 Kilometern pro Stunde. Um die bei dieser Geschwindigkeit entstehenden Überschallknalle zu eliminieren, gestalteten die Designer die Züge so, dass sie dem länglichen Schnabel des Eisvogels ähneln, da dieser Vogel mit sehr wenig Spritzwasser fliegt und schwimmt. Ähnlich verwenden Designer von Windturbinen des 21. Jahrhunderts Walflossen als Modelle: Die ungeschickten Säugetiere sind dennoch die anmutigsten Schwimmer, Springer und Taucher in den Meeren, da ihre Flossen eine gezackte Struktur aufweisen. Die Zersetzung von organischem Material findet in der Natur ständig statt. Immer wenn tote Flora, Fauna, abgefallenes Laub, weggeworfener Rasenschnitt, Viehmist, Lebensmittelabfälle und Abwasser von Sauerstoff abgeschlossen werden – wie bei einer Deponie oder einem Komposthaufen –, unterliegen diese Substanzen der anaeroben Vergärung. Durch bakterielle Formationen zersetzt, setzt dieses zerfallene Material Methangas (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂) frei. Wissenschaftler erkannten den wirtschaftlichen und ökologischen Wert der Methannutzung zur Energiegewinnung und entwickelten Maschinen, um die anaerobe Vergärung zu replizieren und zu beschleunigen. Diese werden manchmal als Bio-Fermenter bezeichnet.

Was passiert während der anaeroben Vergärung?

Die anaerobe Vergärung durchläuft vier Stufen, um Methan zu erzeugen. • HYDROLYSE — das organische Material besteht aus Polymeren, deren chemische Bindungen von den Bakterien aufgebrochen werden, um einfache Zucker, Aminosäuren und Fettsäuren zu bilden. • ACIDOGENESE — die Nebenprodukte der Hydrolyse werden durch fermentierende Bakterien weiter zerlegt. Die Endprodukte der Acidogenese sind flüchtige Fettsäuren, Ammoniak, CO₂ und Schwefelwasserstoff. • ACETOGENESE — die Verbindungen werden weiter zerlegt, um Essigsäure sowie CO₂ und Wasserstoff freizusetzen. • METHANOGENESE — die Reste der vorhergehenden Reaktionen werden in Methan, Kohlendioxid und Wasser umgewandelt. Zusammen bilden sie das, was als Biogas bekannt ist. Biogas wird oft nach der Produktion aufbereitet, um Verunreinigungen und andere Chemikalien zu entfernen, die seine Leistung beeinträchtigen würden.

Wie erzeugen Bio-Fermenter anaerobe Vergärung?

Ein Bio-Fermenter, oder Öko-Fermenter, ist ein Tank, der keinen Sauerstoff (O₂) hereinlässt. Er macht das, was die Natur mit Mist, Kompost usw. tut, nur dass diese Materialien – oder Substrate – einer sofortigen O₂-Entziehung unterzogen werden, was die chemischen Reaktionen im Bio-Fermenter anregt. Zuerst wird das Substrat empfangen und gesammelt, wonach es möglicherweise einer Vorbehandlung unterzogen wird, um den Prozess zu erleichtern. Sobald es im Fermenter selbst gesichert ist, durchläuft das organische Material dann die oben genannten vier Stufen. Wenn die Mikroorganismen ihre Arbeit getan haben, wird das Biogas vom Gärrest, d.h. der verbleibenden festen Materie, getrennt.

Sind alle Bio-Fermenter gleich konzipiert?

Da Biogas einerseits zur Stromerzeugung und andererseits als Fahrzeugkraftstoff und zum Heizen verwendet wird, gibt es unterschiedliche Schemata für seine anaerobe Produktion. • Überdachte Anaerob-Lagunenfermenter — die organische Substanz setzt sich in einem großen, umschlossenen Becken ab, das mit einer flexiblen Abdeckung versehen ist. • Pfropfenstromfermenter — eignen sich am besten, wenn das Substrat, z.B. Kuhmist, von Bodenrosten abgekratzt wird, wie in einer Milchviehanlage. • Vollständig durchmischte Fermenter — oft ein oberirdischer Tank, umschlossen und beheizt mit einem hydraulischen System zur Gasmischung, auf einem Betonfundament platziert. • Induzierte Deckelreaktoren — funktionieren nach dem Prinzip der Schlammfaulung. Eine Sedimentschicht bildet sich, die die für die anaerobe Vergärung notwendigen Bakterien aufrechterhält.

Was geschieht mit dem übrig gebliebenen organischen Material?

Die anaerobe Vergärung trennt Biogas vom Substrat und hinterlässt etwas, das als Gärrest bezeichnet wird. Dieser kann eher faserig sein oder eher einer Gülle ähneln – wie viel landwirtschaftlicher Gärrest. Meistens wird dieser als Dünger, als Bodenverbesserer, mit guten Ergebnissen eingesetzt. Gärrest ist auch ein Bestandteil bestimmter Kunststoffverbundwerkstoffe sowie Einstreu für Rinder. Sie müssen nicht groß sein – kleine Bio-Fermenter-Systeme versorgen Haushalte, Restaurants und kleine landwirtschaftliche Betriebe und zeigen, dass die Vorteile der anaeroben Vergärung in jedem Maßstab zugänglich sind.