Biogaserzeugung aus Energiepflanzen: Wirkung von Enzymen auf den Biogasertrag und die Abbaugeschwindigkeit

Das Projekt sollte klären, ob es eine Möglichkeit gibt, durch den Einsatz von Enzymen die Biogasproduktion zu steigern und die Abbaugeschwindigkeit zu erhöhen. Die Arbeiten konzentrierten sich zunächst auf die Frage: "Gibt es einen Effekt oder nicht?". Wenn die Ergebnisse erfolgversprechend sind, sollen detailliertere Untersuchungen folgen. Das Institut für Landtechnik (ILT) im Department für Nachhaltige Agrarsysteme führte Versuche zum Stoff- und Energiewechsel der anaeroben Vergärung von Energiepflanzen in 1-Liter-Batch Fermentern durch. Grundlage des Versuchsaufbaues ist die DIN 38414. Novozymes A/S stellte folgende Enzyme zur Verfügung: Alcalase (Protease), Novozym 51008 L (Cellulase), Novozym 342 (Mischung aus of Cellulase und Hemicellulase) und Resinase A2X (Lipase). Die Wirkung einer Mischung dieser Enzyme wurde ebenfalls untersucht. Das Projekt konzentrierte sich zunächst auf zwei Typen von Energiepflanzen: - stärkereiche Energiepflanzen: Maissilage; - proteinreiche Energiepflanzen: Kleegrassilage; Die Enzyme wurden am Beginn der Vergärung zugesetzt. Als Nullvariante dienen Maissilage und Kleegrassilage ohne Enzymzusatz. Jede Behandlung wurde in dreifacher Wiederholung untersucht. Abbauzeit, spezifischer Biogasertrag, Methangehalt im Biogas, und der spezifische Methanertrag werden ermittelt. Auch die Zusammensetzung der Silagen wurde analysiert. Das Biogas bestand zu 50 – 80 % aus CH4 und zu 20 – 50 % aus CO2. Die Biogasqualität wurde während der 6wöchigen Versuche elfmal untersucht. Die Biogasproduktion wird in Nl CH4 je kg oTS angegeben. Die Versuche zeigten eine Steigerung der Methanbildung durch den Enzymzusatz. Die Wirkung war bei Mais und Kleegras unterschiedlich. Auch Unterschiede in der Biogasqualität wurden gemessen, diese waren jedoch statistisch nicht signifikant. Der höchste spezifische Methanertrag bei der Vergärung von Mais wurde nach Zusatz von Resinase A2X (18 %) und Novozym 342 (12 %) gemessen. Alcalase verminderte den Ertrag um 3%. Die Unterschiede waren signifikant (p ≤ 0.05). Bei Kleegrassilage wurde die größte Ertragssteigerung nach Zugabe von Novozym 342 (67 %), Resinase (40 %) und Novozym 51008 L (38 %) gemessen. Mais und Kleegras unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung. Kleegras hat einen deutlich höheren Cellulose- (27,3 %) und Proteingehalt (20,1 %) als Mais (19,4 % Cellulose, 6;7% Protein). Mais hat einen hohen Stärkegehalt (44,6 %). Der gesteigerte Biogasertrag bringt auch höhere Gewinne durch zusätzlich produzierten Strom und Wärme. Der zusätzliche Gewinn wurde für Kleegrassilage berechnet. Ohne Enzymzusatz wurden hier 910 kWh Strom und 1380 kWh Wärme produziert, was einen Erlös von 128 € (Strom) und 28 € (Wärme) ergibt. Der größte Zusatzgewinn wurde bei Zugabe von Novozym 342 erreicht: 103 € pro kg oTS. Der Versuch zeigte vielversprechende Potentiale der Enzymzugabe bei der Biogaserzeugung. Weitere Versuche mit zusätzlichen Enzymen und optimierten Enzymmischungen sollten durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollten auf praktischen Biogasanalagen validiert werden.