Bei der Biogasgewinnung besteht permanent die Gefahr der Übersäuerung des Biogasreaktors durch eine Überfrachtung mit organischem Material. Um dies zu vermeiden, werden viele Anlagen deutlich unterhalb der möglichen Leistungsgrenze betrieben. Das Gesamtziel des Entwicklungsvorhabens besteht daher in der Verbesserung der Effizienz und Betriebssicherheit von Biogasanlagen durch den Einsatz eines neuartigen Wasserstoffsensors.
Die Grundidee, die permanente Online-Überwachung der Konzentration des in der Flüssigphase von Biogasreaktoren gelösten Wasserstoffs c(H2gel), die die aktuelle Belastung des Reaktors mit hoher Sensitivität beschreibt, wurde schon in dem vorherigen Projekt "Verfahrensoptimierung der Biogasgewinnung aus flüssigen biogenen Medien durch anwendungsorientierte Grundlagenforschung mit dem Ziel einer schnellen Markteinführung" bearbeitet. In dem Projekt wurde ein membranbedeckter amperometrischer Gelöstgas-Sensor bis zum Stadium eines in der Biogas-Laboranlage einsetzbaren Versuchsmusters entwickelt.
Die wichtigsten Arbeitsziele dieses Folgeprojekts waren die Weiterentwicklung und Anpassung des Wasserstoffsensors an die Praxis, die Optimierung der vorhandenen Biogas-Laboranlage und die Durchführung von Erprobungen des Sensors. Während der Projektpartner sich mit der technischen Entwicklung des Sensors befasste, bestand die Aufgabe des IASP darin, den entwickelten Sensor in der Biogas-Laboranlage sowie in der Praxisbiogasanlage zu erproben.
Während der Projektlaufzeit hat sich herausgestellt, dass aufgrund der Beeinflussung der Elektrodenstandzeit durch Störstoffe im Biogasmedium sowie durch Biofilmbildung auf den Membranen umfangreiche Maßnahmen erforderlich sind, um eine Steigerung der Langzeitstabilität dieses Sensors zu erreichen. Von daher ist ein neues Konzept verfolgt worden, bei dem aus einem definierten Volumen des Biogasmediums die gelösten Gase extrahiert werden und dann der in dieser Gasphase enthaltene Wasserstoff mit Hilfe hochempfindlicher Sensoren detektiert werden kann. Die Ergebnisse haben wiederholt gezeigt, dass die Wasserstoffkonzentration als Parameter zur Indikation vorhandener kritischer Zustände des Biogassystems geeignet ist. Störungen des Biogasprozesses beispielsweise durch Substratzufuhr führten innerhalb weniger Minuten zum Ansteigen des H2-Partialdruckes im Gärmedium. Das neue Konzept der Wasserstoffkonzentrationsmessung wurde in der Laboranlage sowie in einer Praxisanlage erfolgreich getestet.
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Gülzow
Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e. V., Meinsberg
Dipl.-Ing. Emma Ritzi
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