Bei der Behandlung organische Abfälle werden zunehmend Feststoff-Vergärungsverfahren mit Perkolation eingesetzt. Sie werden bevorzugt, wenn eine Vorab-Zerstörung der Feststoffstruktur nachteilig für die Gärrest-Verwendung oder sich daraus keine ökonomischen Vorteile ergeben. Das trifft auch bei strohartiger Biomasse zu. Zur satzweisen Vergärung wurden zahlreiche Erkenntnisse publiziert. Zeitgleich wurde das Sauter-Verfahren für den kontinuierlichen Betrieb zur Anwendungsreife entwickelt sowie am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) Forschungen einer zweistufigen Variante publiziert. Erstmalig erfolgt unter Verwendung von Silagen ein Vergleich der Varianten. Einflüsse der Perkolationsintensität auf Zusammensetzung und Eigenschaften der Feststoffe und der Prozessflüssigkeit sowie auf die Kinetik der Gasbildung werden untersucht. Die Perkolatzusammensetzung variiert variantenabhängig. OTS-Belastungs-Grenzen lassen sich in erster Näherung bestimmen. Geeignete Vergleichsparameter werden dargestellt. Betreiberbefragungen und messtechnische Begleitung einer Sauter-Anlage ergänzen die Arbeit. Eine differenzierte Beurteilung der Perkolationsverfahren ist nun möglich. Betrachtet werden die Feststoffdichte im Fermenter, die TS-Gehalte im Gärstock sowie der Schwimmschicht. Die Verweilzeit der partikulären Biomasse im Fermenter ist erheblich kürzer als bisher angenommen. Das beeinflusst direkt die Hydrolyserate und mittelbar die Mikroflora im Fermenter. Nähere Untersuchungen sind erforderlich. Auch bei Perkolationsverfahren beeinflusse Substratzusammensetzung und Mahlgrad die Kinetik der Gasbildung. Die Methanausbeuten unterscheiden sich nur unwesentlich von Rührkessel-Systemen. Die Erweiterung der perkolierten Vergärung durch eine Perkolat-Methanisierungsstufe sind höhere Raum-Zeit-Ausbeuten möglich. Das erlaubt eine zeitlich gesteuerte Methanerzeugung, wobei Ausmaß und Leistungsgradient weiterer Forschung bedürfen. / Numerous research findings and experience on the batchwise fermentation of stacked biomass are available. At the same time, the percolated and continuously operated Sauter-process was developed to market maturity. Research on a two-stage variant has been carried out and published by the Leibnitz Institute for Agricultural Engineering and Bioeconomics e.V. (ATB). This paper provides for the first time a direct comparison of the above-mentioned percolated process variants using maize and sedge silages. The effects of percolation intensity on composition and properties of the solids and the process fluid as well as on the gas formation kinetics are investigated in particular. Furthermore, suitable benchmarks of the variants are identified and evaluated. The link to practice is a operators questioning and a one year lasting monitoring of a Sauter plant. The findings allow a differentiated assessment of percolation processes. Findings on solid matter density as well as on dry matter content in the fermenting stock or floating layer are presented in detail. During continuous operation, particulate biomass retention time is considerably shorter than would result from usual calculation of hydraulic retention time. It is indicated that the microflora in the fermenter is also indirectly affected. This requires further research work. It is shown that in percolation processes substrate composition and extent of grinding also dominate the gas formation kinetics, albeit to different extents. Methane yields differ under comparable load and operating parameters only marginally from yields of stirred tank systems. Composition of percolate also varies variant-specific. Findings can be used to define in a first approximation limits of volatile solid load. It has been proven that percolated solid-state fermentation with an additional percolate methanization stage allows higher space-time yields. This extra stage suits also for controlled flexible methane production.

Im Laborversuch konnte der positive Einfluss einer thermobarischen Vorbehandlung auf die Hydrolysier- und Vergärbarkeit von Rinderfestmist und Rindergülle nachgewiesen werden. Die Laborergebnisse wurden innerhalb eines theoretischen Modells in den Praxismaßstab übertragen, um den Einfluss auf Treibhausgasemissionen, Energiebilanz und Ökonomie zu bewerten. Die Vorbehandlungstemperaturen im Labor lagen zwischen 140 und 220°C in Schritten von 20 K und einer Vorbehandlungszeit von jeweils 5 Minuten. Die höchste Methanmehr¬ausbeute von 58 % konnte bei einer Temperatur von 180°C ermittelt werden. Das Auftreten von Inhibitoren und nicht vergärbaren Bestandteilen führte bei einer Aufbereitungstemperatur von 220°C zu Methanausbeuten, die geringer waren als die des unaufbereiteten Einsatzstoffes. In einer erweiterten Analyse konnte ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Methanausbeute nach 30 Tagen und der Methanbildungsrate und -ausbeute während der Beschleunigungsphase gezeigt werden. Mittels einer Regressionsanalyse der so ermittelten Werte wurde nachgewiesen, dass die optimale Aufbereitungstemperatur 164°C ist und die minimale größer als 115°C zu sein hat. Treibhausgasemissionen und Energiebilanz wurden im Rahmen einer Ökobilanz nach ISO 14044 (2006) ermittelt, sowie eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt. Dazu wurde eine Anlage zur thermobarischen Vorbehandlung entwickelt und innerhalb eines Modells in eine Biogasanlage integriert. Weiterhin wurde in diesem Modell Maissilage durch Rinderfestmist und / oder Rindergülle als Einsatzstoff ersetzt. Rinderfestmist, ein Einsatzstoff mit hohem organischen Trockenmassegehalt, der ohne Vorbehandlung nicht einsetzbar wäre, erreichte eine energetische Amortisationszeit von 9 Monaten, eine Vermeidung in Höhe der während der Herstellung emittierten Treibhausgase innerhalb von 3 Monaten und eine ökonomische Amortisationszeit von 3 Jahren 3 Monaten, wohingegen Rindergülle keine positiven Effekte zeigte. / Hydrolysis and digestibility of cattle waste as feedstock for anaerobic digestion were improved by thermobarical treatment in lab-scale experiments. The effects of this improvement on greenhouse gas emissions, energy balance and economic benefit was assessed in a full-scale model application. Thermobarical treatment temperatures in lab-scale experiments were 140 to 220°C in 20 K steps for a 5-minute duration. Methane yields could be increased by up to 58 % at a treatment temperature of 180°C. At 220°C, the abundance of inhibitors and other non-digestible substances led to lower methane yields than those obtained from untreated material. In an extended analysis, it could be demonstrated that there is a functional correlation between the methane yields after 30 days and the formation rate and methane yield in the acceleration phase. It could be proved in a regression of these correlation values that the optimum treatment temperature is 164°C and that the minimum treatment temperature should be above 115°C. The theoretical application of a full-scale model was used for assessing energy balance and greenhouse gas emissions following an LCA approach according to ISO 14044 (2006) as well as economy. A model device for thermobarical treatment has been suggested for and theoretically integrated in a biogas plant. The assessment considered the replacement of maize silage as feedstock with liquid and / or solid cattle waste. The integration of thermobarical pretreatment is beneficial for raw material with high organic dry matter content that needs pretreatment to be suitable for anaerobic digestion: Solid cattle waste revealed very short payback times, e.g. 9 months for energy, 3 months for greenhouse gases, and 3 years 3 months for economic amortization, whereas, in contrast, liquid cattle waste did not perform positive replacement effects in this analysis.

Biogas im Rahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft zu erzeugen bedeutet u. a., die anfallenden Gärprodukte als Dünger zu verwenden, um die Verluste im Nährstoffkreislauf zu minimieren. Die vorliegende Arbeit geht der Frage nach, welche Wirkungen Gärprodukte aus der Biogasproduktion bei der Verwendung als Dünger auf Boden und Pflanzen haben. Die Ergebnisse von Parzellenfeld- und Praxisversuchen, in denen Gärprodukte aus der Mono- und Kofermentation von Energiepflanzen im Vergleich zu N-Mineraldünger untersucht wurden, werden vorgestellt und diskutiert. Zur Beurteilung der Wirkungen auf den Boden wurden bodenchemische und bodenbiologische Parameter herangezogen sowie die Abbaustabilität der organischen Substanz der Gärprodukte gemessen. Zur Untersuchung der Wirkungen auf die Pflanzen wurden verschiedene Wachstums-, Entwicklungs-, Ertrags- und Qualitätsparameter erfasst und ausgewertet. Die Gärprodukte zeichnen sich durch relativ hohe Ammoniumgehalte sowie durch hohe pH-Werte aus. Das Pflanzenwachstum und die Erträge werden durch die Düngung mit Gärprodukten gesteigert, wobei die Wirkung trotz der hohen Ammoniumgehalte deutlich hinter denen des N-Mineraldüngers zurückbleibt. Die berechneten Nährstoffbilanzen weisen auf deutliche Unterschiede zwischen den untersuchten Gärprodukten und Kulturarten, aber auch zwischen den beiden Versuchsjahren hin. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass durch die Verwendung von Gärprodukten als Dünger wichtige Pflanzennährstoffe rezykliert werden können, wodurch der Einsatz von Mineraldüngern reduziert werden kann. Hinsichtlich der Wirkungen von Gärprodukten auf den Boden zeichnen die umfangreichen Analysen ein differenziertes Bild. Die mikrobiologischen Umsetzungsprozesse im Boden werden insbesondere in den ersten Tagen nach der Ausbringung gefördert. Weiterer Forschungsbedarf wird insbesondere hinsichtlich der Wirkungen auf die Bodenmakrofauna aufgezeigt. / Producing biogas in a sustainable agricultural system means using digestates as fertilizers, in order to minimize leaks in nutrient cycles. The aim of this work is to investigate effects on soil and plants after field application of digestates. In this respect, results from plot- and practical fieldexperiments are analyzed to compare digestates from mono- and from co-fermentation of energy crops in comparison to mineral N-fertilizer. Soil chemical and biological effects were assessed on the basis of selected parameters, one of which was the stability of the organic matter applied. Effects on crops have been evaluated by measuring growth, development, yields, and quality of the crops. The digestates have been analyzed and showed especially high amounts of ammonium and a high pH-value. Plant growth and yields increased as a result of fertilization. However, despite high amounts of ammonia present in digestates, fertilizing effects have been much lower compared to mineral N-fertilization. The calculated nutrient balances showed obvious differences between the digestates analyzed, crops, and also between the two experimental years. Generally, the results demonstrate that nutrients can be recycled by using digestates as fertilizers and thus the use of mineral fertilizers can be reduced. The extensive soil analyses presented in this work show diverse results. Microbial metabolic processes in the soil are increased especially during the first few days after digestate application. More research is needed with respect to effects on macro fauna.