Mikrobieller Abbau organischer Substrate in Biogasanlagen und Faultürmen
Mikrobieller Abbau organischer Substrate in Biogasanlagen und Faultürmen

Bakterien und Biogas

Der Vergärungsprozess in seinen Phasen


Im ersten Schritt, der Hydrolyse, werden hochmolekulare organische Stoffe (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) mit Hilfe von Exo-Enzymen in niedermolekulare Bausteine (Dimere und Monomere) gespalten.

 

Bei diesem Schritt spricht man von Hydrolyse. Die Hydrolyse ist die Reaktion, die am langsamsten abläuft und somit die Geschwindigkeit des Abbauprozesses bestimmt.

Die Monomere und Dimere können nun im zweiten Schritt, der Fermentation, von Bakterien aufgenommen und abgebaut werden. Bei der Fermentation, auch Versäuerung genannt, werden hauptsächlich Carboxylsäuren (FOS) und Alkohole, aber auch in kleinen Mengen Kohlendioxid und Wasserstoff, gebildet.

Im dritten Schritt bauen obligat Protonen reduzierende Bakterien die Karboxylsäuren (Butter- und Propionsäure) in Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid ab. Diese stark endotherme Reaktion kann nur ablaufen, wenn der Wasserstoffpartialdruck auf unter 10-5 Bar sinkt.

Dies geschieht durch die eigentlichen Methanbakterien, die den vierten und letzten Schritt ermöglichen. Obwohl das aus H2 und CO2 gebildete Methan nur 28 % ausmacht (der größere Teil wird aus Essigsäure gebildet), stellt diese Reaktion den Motor des Vergärungsprozesses dar.

 

Die Zusammensetzung der Substrate hinsichtlich der Bestandteile Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette beeinflusst die Art der freiwerdenden Zwischenprodukte und die Geschwindigkeit der Hydrolyse. Große Bedeutung für den Gesamtprozess hat der Wasserstoffgehalt im System. Wird der Wasserstoff nicht in ausreichendem Maße abgeführt, kommt es zu ungünstigen thermodynamischen Verhältnissen und schwer abbaubare Zwischenprodukte werden gebildet (Kap. Hemmung).

 

Aus dem Zusammenspiel der verschiedenen Bakterien lässt sich erkennen, dass die Methanvergärung ein recht empfindlicher Prozess ist, anfällig für Störungen, wenn nicht alle chemischen Randbedingungen erfüllt sind.

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Mikrobiologische Prozesse in landwirtschaftlichen Biogasanlagen, LfL - Informationen 12/2009