Magnetische Biokohle lässt Biogas-Produktion steigen

Berlin – Berliner Wissenschaftler haben ein einfaches Verfahren zur Herstellung magnetischer Kohlenstoff-Komposite entwickelt, mit der die Biogaserzeugung gesteigert werden kann.

An den Partikeln des neuen Stoffes können sich Mikroorganismen festsetzen und so im Reaktor zurückgehalten werden. Auch lassen sich damit unerwünschte Schad- oder Störstoffe aus Bioprozessen, Abwässern oder der Umwelt entfernen.

Biokohle für mehr Leistung im Biogasreaktor

Anaerobe biologische Prozesse wie die Biogaserzeugung sind in ihrer Leistung und Anwendbarkeit begrenzt. Einerseits wegen des sehr langsamen Wachstums der beteiligten Mikroorganismen und andererseits durch die hemmende Wirkung verschiedener Stoffe wie Ammonium auf das mikrobielle System. Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Agrartechnik in Potsdam und der Berliner Humboldt-Universität setzen bei ihrem Ansatz zur Leistungssteigerung im Biogasreaktor auf Biokohle – genauer: auf magnetische Kohlenstoff-Komposite.

Flexible Biokohle-Herstellung durch hydrothermale Karbonisierung

Biokohle ist ein kohlenstoff- und oberflächenreiches Material, das ähnlich der Holzkohle durch thermische Umwandlung von Biomasse entsteht. Biokohle kann auf verschiedenen Wegen hergestellt werden. Besonders flexibel ist nach Angaben der Forscher das Verfahren der sogenannten hydrothermalen Karbonisierung (HTC). Hier findet der Prozess in Anwesenheit von Wasser statt und die Biomasse kann über mehrere Zwischenstufen gezielt zu Kohleprodukten mit bestimmten Eigenschaften umgewandelt werden.

Die Vorteile des neuen kohlebasierten Verfahrens sind die einfache Herstellung bei relativ geringen Temperaturen, die Nutzung gut verfügbarer organischer Ausgangsstoffe (auch Abfall-Biomasse) und die hohe Variabilität der Komposite bezüglich ihrer Funktionalität und Morphologie.

Neue Komposite als Träger von funktionellen Mikroorganismen

In ihrem in der Fachzeitschrift „Bioresource Technology“ erschienenen Artikel berichten die Forscher aus Potsdam und Berlin über die Herstellung magnetischer Kohle mittels HTC und die erfolgreiche Besiedelung durch Biogas-Mikroorganismen in Labortests.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich mit Hilfe der HTC stabile magnetische Kohlepartikel herstellen lassen, die zum Beispiel als Träger von funktionellen Mikroorganismen Verwendung finden. Diese Träger lassen sich durch magnetische Kräfte dauerhaft im Biogasreaktor zurückhalten“, beschreibt APECS-Projektleiter Dr. Jan Mumme den Nutzen dieser Entwicklung. „Anaerobe Mikroorganismen sind, wenn sie in Biofilmen leben, stabiler gegenüber Umwelteinflüssen und können durch gegenseitige Unterstützung eine höhere Umsatzleistung erzielen als freilebende Organismen“, ergänzt Patrice Ramm, der sich in seiner Doktorarbeit mit der magnetischen Rückhaltung mikrobieller Biomasse in Biogasreaktoren beschäftigt.

Höchste Methan-Ausbeute mit HTC-Kohle

Die neuen Komposite wurden in Laborversuchen über insgesamt 158 Tage auf ihre Wirkung im Biogasprozess untersucht. Als Ausgangsmaterial für die Biogasbildung diente Rübensilage. Zu Vergleichszwecken wurden auch eine nicht-magnetische HTC-Kohle, Zeolith als bekanntes Biogas-Additiv sowie eine gänzlich partikelfreie Variante untersucht. Die zu Beginn des Versuchs hemmende Wirkung von Kompositen und HTC-Kohle auf den Biogasprozess ließ schnell nach. Zum Ende zeigten die Komposite die höchste Methanausbeute aller Varianten. Das war statistisch jedoch noch nicht belegbar war. Die gewünschte Anlagerung von Mikroorganismen auf den magnetischen Kohlen war in den mikroskopischen Aufnahmen deutlich sichtbar.

Quelle: IWR Online
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