April 9, 2015: Over almost four years, scientists together with practice partners examined the effect of enzyme additives in agricultural biogas production facilities. Their approach included a systematic upscaling from lab to practice reactors. The final report of the research project 'BiogasEnzyms' carried out under the auspice of ATB is now published. As a main result, the efficiency enhancing effects of enzyme preparations detected in laboratory tests before could not be clearly confirmed for practice biogas reactors.

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Enzympräparate werden seit Jahren von vielen Anlagenbetreibern eingesetzt. Erste Ergebnisse aus Labortests ließen eine katalysierende Wirkung von Enzymzusätzen im Biogasprozess vermuten: Sie sollen für einen schnelleren Aufschluss des Substrats sorgen, die Reaktion im Fermenter beschleunigen, die Viskosität des Gärsubstrats verbessern und damit die Bildung von Schwimmdecken verhindern helfen. 

Im Verbund des Projekts ‚BiogasEnzyme‘ haben Wissenschaftler gemeinsam mit Praxispartnern erstmals in einem systematischen Ansatz die Wirkung von Enzymen in verschiedenen Substrat-Enzym-Kombinationen unter variierenden Einsatzbedingungen im Labor-, Technikums- und Praxismaßstab untersucht. Zum Einsatz kamen Enzympräparate wie Cellulasen, Proteasen und Pektinasen, und unterschiedliche Substrate wie Grassilage, Hirsen und Hühnertrockenkot. 

„Wichtig war uns das systematische Upscaling vom Labor bis zur Praxisanlage mit einem einheitlichen Methodenkatalog, um eine Übertragbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Bisher lagen zur Wirkung von Enzymen nur eher punktuelle und kaum übertragbare wissenschaftliche Erkenntnisse vor“, erläutert Projektleiterin Dr. Monika Heiermann vom Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartetchnik. 

Im Ergebnis führte eine kombinierte Applikation von cellulolytischen und proteolytischen Enzympräparaten in Technikums- und Praxisanlagen zu einem, wenn auch geringen Anstieg der Biogasausbeute bei einem geringeren Bedarf an Rührleistung. „Die Ergebnisse aus den Praxisanlagen waren immer schwer zu werten, da trotz intensiver Planung und Beratung es sich als schwierig erwies, eine Biogasanlage über einen längeren Zeitraum konstant zu betreiben“, kommentiert Monika Heiermann die jetzt vorliegenden Ergebnisse.

Das ATB hat im Verbundvorhaben eine umfassende Bewertung des Enzymeinsatzes sowie für die zehn untersuchten Praxis-Biogasanlagen eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt. Die Wissenschaftler verglichen die Stoffflüsse vor, während und z.T. auch nach der Enzymapplikation und bilanzierten den Input an chemischer Energie durch die Einsatzstoffe mit dem Biomasse-Umsatz zu Biogas und der elektrischen Leistung der Rührwerke. 

„Wir konnten tendenziell positive Effekte einer Enzymzugabe auf die Energiebilanz erkennen. Aus ökonomischer Sicht stehen den positiven Effekten durch eine höhere Gasproduktion und verringerte Substrat- und Betriebskosten aber die relativ hohen Kosten für den Enzymeinsatz entgegen“, so Monika Heiermann.

Die erworbenen wissenschaftlichen Erkenntnisse sollen nun als Grundlage für weitere Forschungen zur Prozessmikrobiologie, für die Weiterentwicklung von Analysemethoden zur Prozessdynamik und für die Entwicklung von neuen Enzympräparaten dienen.

Das Verbundvorhaben ‚BiogasEnzyme‘ (Untersuchungen und Bewertung zum Einsatz von Enzymen in Biogasanlagen auf deren Wirksamkeit und deren Wirkungsweise sowie zur Ver-änderung des Verfahrensablaufs im Labor-, Technikum- und Praxisanlagen-Maßstab) wurde über einen  Zeitraum von annähernd vier Jahren vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert. Partner im Verbund waren die Firmen Archea Service GmbH Hes-sisch Oldendorf, ASA Spezialenzyme GmbH Wolfenbüttel, Biogas Nord Anlagenbau GmbH Bielefeld sowie das Deutsches BiomasseForschungsZentrum gGmbH (DBFZ) Leipzig und das Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. Die Koordination hatte das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB).

Literature: 

Final Report of the project 'BiogasEnzyme' (in German) is available from the FNR data base online under: http://www.fnr-server.de/ftp/pdf/berichte/22027707.pdf

Contact:  

Dr. Monika Heiermann –  Head of the project 'BiogasEnzyms'
Helene Foltan  –  Public Relatins

Das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e. V. (ATB) ist ein europäisches Zentrum agrartechnischer Forschung an der Schnittstelle von biologischen und technischen Systemen. Unsere Forschung zielt auf eine wissensbasierte Bioökonomie. Hierfür entwickeln wir hochinnovative und effiziente Technologien zur Nutzung natürlicher Ressourcen in landwirtschaftlichen Produktionssystemen - von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung.