Strohpellets zur Biogaserzeugung

Die Strohpellets für deren Entwicklung Björn Schwarz den Biogas-Innovationspreis in der Kategorie Wissenschaft gewonnen hat. (Foto: Fraunhofer IKTS)
Die Strohpellets für deren Entwicklung Björn Schwarz den Biogas-Innovationspreis in der Kategorie Wissenschaft gewonnen hat. (Foto: Fraunhofer IKTS)
11.05.2016

Das Fraunhofer IKTS hat Pellets aus Stroh entwickelt, die gleichzeitig den Transport des Materials erleichtern, die Biogasausbeute erhöhen und bei der Fermentation keine störenden Schwimmschichten bilden. Für diese Strohpellets hat Björn Schwarz vom IKTS nun den Biogas-Innovationspreis 2016 erhalten.

Potenziell könnte Stroh eine der nachhaltigsten, preiswertesten und ergiebigsten Quellen für die Produktion von Biogas sein. Da Stroh gleichzeitig mit dem eigentlich erwünschten Teil des Getreides entsteht, würde es als Biomasselieferant keinen Platz verbrauchen, der ansonsten zur Nahrungsmittelproduktion verwendet werden könnte. Jährlich stünden rund 8 bis 9 Millionen Tonnen Stroh für die Vergärung zur Verfügung – wenn es nicht so unpraktisch zu fermentieren wäre. Die Halme bilden in Fermentern oft Schwimmschichten, die die Fermentation behindern. Außerdem hat Stroh im Verhältnis zur eigentlichen Masse ein sehr hohes Volumen, wodurch wiederum der Transport komplizierter wird.

Bei der Monovergärung von Stroh kommt es außerdem zu einem Stickstoffmangel, weshalb im Forschungsprojekt EFFIGEST* nicht nur an der Verbesserung des Masse-Volumen-Verhältnisses geforscht wurde, sondern auch an der Co-Fermentation mit z.B. stickstoffhaltigem Geflügelmist. Björn Schwarz vom Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden erhielt für seine Arbeit zu den Strohpellets nun den diesjährigen mit 10.000 € dotierten Biogas-Innovationspreis in der Kategorie Wissenschaft 2016.

(*=Die Abkürzung EFFIGEST steht dabei für die „Entwicklung einer energetisch hocheffizienten Prozesskette zur EFFIzienzsteigerung bei der Vergärung von GEflügelmist unter Nutzung modifizierter STrohfraktionen und mit prozessintegrierter Gewinnung marktfähiger Dünger“.)

Zweifach-Behandlung für bessere Pellets

Neben der Tatsache, dass Stroh oft in Nassfermentern durch seine Schwimmeigenschaften für Probleme sorgt, ist es für Mikroorganismen außerdem im Vergleich zu anderen Substraten nur schwierig abzubauen. Das liegt daran, dass es andersaufgebaut ist als beispielsweise Mais. In den verholzten Anteilen des Strohs werden Mikroorganismen daran gehindert, energiereichere Bestandteile der Pflanze (wie Zellulose oder Hemizellulose) aufzuspalten, weil diese mit Lignin verknüpft sind. Um diese Ligninkomplexe aufzulösen können die Pflanzenteile zerkleinert oder chemisch behandelt werden.

Die Forscher um Björn Schwarz haben dazu ein neues Verfahren entwickelt, bei dem das Stroh zunächst zerkleinert wird, um die Wachs- und Schutzschichten des Strohs teilweise aufzulösen. Zusätzlich wird verdünnte Natronlauge beigemischt. Durch letzteres wird die Abbaubarkeit des Substrats erhöht und entspricht eher der von Maissilage, wodurch die Gasausbeute bei der Strohvergärung um bis zu 20 % erhöht werden kann. Anschließend wird das Stroh zu Pellets gepresst, wobei fast die gesamte in den Poren enthaltene Luft aus dem Stroh entfernt wird.

Mehr Ertrag und Nachhaltigkeit

Fertig sind die Strohpellets, die sich wesentlich einfacher transportieren und lagern lassen als herkömmliche Strohballen: mit einer Schüttdichte von 500 bis 700 kg/m³ sind sie etwa dreimal so dicht wie Strohballen. Auch das Schwimmproblem wird durch die höhere Dichte gelöst. Die Pellets sinken im Fermenter nach unten und lösen sich innerhalb von ungefähr einer Stunde vollständig auf. Durch die Kombination von mechanischem und chemischem Verfahren befinden sich somit zerkleinerte und chemisch teilaufgeschlossene Stroh-Partikel im Biogas-Fermenter, die wesentlich einfacher fermentiert werden können. Insgesamt kann so die Gasausbeute aus Stroh um bis zu 40 % gesteigert werden. Nach der Vergärung können die Gärreste außerdem auf die landwirtschaftlichen Flächen rückgeführt werden, wodurch der Humuskreislauf geschlossen bleibt.

„Wir würden uns sehr freuen, wenn seitens der Politik eine Art Nachhaltigkeitsbonus für Stroh und Wirtschaftsdünger im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eingeführt wird, um Bestandsanlagen künftig eine nachhaltige Perspektive zu geben“, so Schwarz.

Das Projekt EFFIGEST wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Grundlegende Untersuchungen zur Vergärung von Stroh sind zudem vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung in Verbindung mit Mitteln des Freistaates Sachsen finanziell unterstützt worden.

Tanja Peschel