Ohne Fermenter keine Vergärung und ohne Vergärung kein Biogas. Wer also Biogas produzieren möchte, muss zwangsläufig einen Fermenter haben. Mit anderen Worten: Er spielt für jede Biogasanlage eine wirklich entscheidende Rolle. Doch ganz so einfach ist es nicht. Denn das Angebot auf dem Markt ist groß und nicht jeder Fermenter eignet sich für jeden Zweck.

Warum das so ist, wie Sie den passenden Fermenter für Ihre Biogasanlage finden und wie dieser überhaupt funktioniert, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Wie funktioniert der Fermenter in einer Biogasanlage?

Im Fermenter einer Biogasanlage findet die sogenannte Fermentation statt. Als Nass- oder Trockenfermentation ist sie ein Prozess der Vergärung bzw. des anaeroben Abbaus von Biomasse, wie zum Beispiel Gülle, Energiepflanzen, Klärschlamm-Granulat, Bioabfall aus dem Haus- bzw. Restmüll oder Grünschnitt. Bei der Nassfermentation vergären diese Ausgangsstoffe als nasse oder feuchte Biomasse unter stetigem Durchmischen, bei der Trockenfermentation ist die Biomasse eher trocken und faserig. Im Unterschied zur Nassfermentation bietet die Trockenfermentation die Möglichkeit, Bioabfälle energetisch zu verwerten.

In beiden Fällen ist die Fermentation ein biologischer Abbau von organischen Stoffen unter Ausschluss von Sauerstoff. Verschiedene Bakterienstämme arbeiten dabei an der Zersetzung der Biomasse. Diese wird im Fermenter unter Ausschluss von Luft und Licht zersetzt – und Biogas entsteht. In einem nächsten Schritt lässt sich dann dieses entstandene Biogas zur Produktion thermischer und elektrischer Energie nutzen. Zudem fallen im Prozess der Vergärung Gärreste an, die sich wiederum zur Ausbringung auf landwirtschaftlichen Flächen eignen. Allein schon an diesen zwei Aspekten zeigt sich, dass der Fermenter ein absolut wichtiger Bestandteil einer jeden Biogasanlage ist.

Diese Arten von Fermenter gibt es für eine Biogasanlage

Fermenter ist jedoch nicht gleich Fermenter. Der Markt ist groß und groß ist auch das Angebot. Deswegen ist es sinnvoll, sich bereits bei der Planung einer Biogasanlage über die verschiedenen Möglichkeiten zu informieren. Die folgende Auflistung gibt Ihnen eine Übersicht über die fünf wichtigsten Auswahlkriterien und Unterscheidungsmerkmale.

1. Aufstellung – stehender oder liegender Fermenter

Generell unterscheidet man zwischen zwei Arten – dem stehenden und dem liegenden Fermenter einer Biogasanlage:

  • Liegender Fermenter: Diese auch Pfropfenstrom-Fermenter genannte Variante kann sowohl aus Stahl als auch aus Beton bestehen. Vor allem ältere Biogasanlagen sind mit einem liegenden Fermenter ausgestattet. Beschickung und Überlauf befinden sich in diesem Fall an den jeweils gegenüberliegenden Enden. Dadurch entsteht im Inneren ein langsamer Substratstrom in Richtung Überlauf. Gerührt wird das Substrat mit einer Rührwelle, die eine leichte Vorwärtsbewegung des Substrats einleitet. Dadurch werden neben dem Substrat selbst auch Sinkschichten mitbefördert. Im Fall, dass die Beheizung des Fermenters nicht über dessen Außenwand läuft, übernimmt die Rührwelle zusätzlich die Heizfunktion. Die Vorteile der liegenden Variante sind zum einen der Sinkschichtaustrag, zum anderen die schonende Rührtätigkeit. Ein Nachteil sind die oftmals doch sehr großen Abmessungen, die schnell zu einem Platzproblem führen können.
  • Stehender Fermenter: Auch stehende Fermenter einer Biogasanlage können aus Beton oder Stahl bestehen und sind in der Regel rund.

Verschiedene Arten stehender Fermenter

Der Vorteil von stehenden Betonbehältern liegt in der Statik und dem damit in engem Zusammenhang stehenden geringen Materialbedarf. Die Beheizung eines stehenden Fermenters läuft entweder über eine Fußboden- oder über eine Wandheizung mit Edelstahlrohren, die an der Innenseite angebracht sind. Eine entsprechende Isolierung an der Außenseite hilft dabei, zu große Temperaturspannungen zu vermeiden. Wichtig ist, dass die Isolierung zuverlässig gegen äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Witterung oder Grundwasser, geschützt ist. Zudem sollte es keine Luftzirkulation zwischen Isolierung und Behälterwand geben. Empfehlenswert ist eine Isolierstärke von acht bis zehn Zentimetern.

Eine Variante des stehenden Betonfermenters ist das Ring-in-Ring-System, auch „Pott in Pott“ genannt. Hierbei setzt sich der Fermenter einer Biogasanlage aus einem Außenring sowie einem kleineren Innenring zusammen. Im Innenring findet die Vergärung des Substrats statt und gelangt danach über einen Überlauf in den Außenring. Dieser dient dann als Gärrestelager. Beide Ringe sind gemeinsam mit einer gasdichten Betondecke überspannt. Die Vorteile des „Pott in Pott“-Systems sind seine kompakte Anordnung, die dadurch bedingten kürzeren Pumpwege und als Folge dessen die geringeren Betriebskosten.

Stehende Stahlfermenter funktionieren auf ähnliche Weise wie die Betonvariante – mit dem Unterschied, dass sie aus speziell gefalzten Blechen bestehen. Dadurch ist eine beständige Dichtigkeit garantiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Stahlfermenter einer Biogasanlage besonders schnell errichten lassen.

Zudem können stehende Fermenter einer Biogasanlage auch sogenannte Batch-Fermenter sein. Diese werden zu Beginn des Verfahrens einmal auf ein Sollstands-Niveau gefüllt, später in diesem Vorgang gibt es keine weiteren Füllungen mit Biomasse. So kann das Material „in Ruhe“ ausfaulen. Danach wird der Behälter bis auf fünf bis zehn Prozent geleert. Die verbleibende Restmenge dient als Impfmaterial für die danach neu aufgefüllte Biomasse. Wichtig ist, dass der Batch-Fermenter vor jedem Fäulnisvorgang komplett gefüllt sein muss. Zudem braucht eine Vergärung hier gleichbleibende Gasmengen, was nur realisierbar ist, wenn mehrere Fermenter einer Biogasanlage nebeneinander eingerichtet sind und abwechselnd genutzt werden.

2. Nachfermenter

Zusätzlich lässt sich auch ein Nachfermenter nutzen. Dieser sollte immer die gleiche Ausführung wie der Hauptfermenter haben. Wichtig ist, dass Nachfermenter, in denen Ausgangssubstrate mit Fremdanteilen wie Sand verarbeitet werden, über eine Sinkschichtaustragung verfügen. Diese kann sowohl eine Vertiefung im Boden sein als auch ein radial angeordneter Schneckenkanal oder ein radial angelegter Spülkanal im Hauptfermenter. Ihre Aufgabe ist es, einen Rückfluss des Substrats in den Hauptteil zu verhindern.

3. Art der Durchmischung

Beim Fermenter einer Biogasanlage gibt es drei Arten der Durchmischung:

  • Vollständig durchmischt
  • Horizontal vermischt
  • Vertikal vermischt

4. Anzahl der Gärkammern

Der Fermenter einer Biogasanlage kann sowohl über nur eine als auch über mehrere Gärkammern verfügen. Ist nur eine Gärkammer vorhanden, so finden alle Prozessphasen der Fermentation, also Hydrolyse, Versäuerung, Essigsäurebildung sowie die Entstehung von Methan, im selben Behälter statt. Gibt es mehrere Gärkammern, laufen die Prozessphasen in verschiedenen Behältern ab. Das hat den Vorteil, dass sich die Prozessbedingungen besser an die unterschiedlichen Bakteriengruppen und deren Bedürfnisse anpassen lassen. Das ermöglicht eine stabilere Methanbildungsphase und dadurch bedingt höhere Biogaserträge.

5. Der Prozessflow

Der Prozessflow bei der Fermentation kann sowohl statisch als auch kontinuierlich sein oder aber durch eine vorgeschaltete Hydrolyse stattfinden. Letztere gilt dabei als besonders kritischer Vergärungsprozess, da die versäuernden Bakterien sowie die Essigsäure- und Methanbildner unterschiedliche Anforderungen an ihre Umgebung haben. Um diesen gerecht zu werden, lässt sich die Hydrolyse abtrennen und in einem separaten Behälter bereits vor der Vergärung im Fermenter einer Biogasanlage durchführen. Danach lässt sich die Biomasse wesentlich besser weiterverarbeiten.

Fermenterwartung und Fermenterrevision – das sollten Sie wissen

Mit der Zeit setzen sich am Boden Feststoffe ab, sodass die Anlage irgendwann nicht mehr pump- und rührfähig ist. Damit der Fermenter einer Biogasanlage jedoch lange zuverlässig und reibungslos läuft, sind eine regelmäßige Wartung und Revision unumgänglich. Da das im Biogas enthaltene Methan und Kohlenstoffdioxid in Verbindung mit Luft explodieren und schwere Unfälle verursachen kann, sollte die Reinigung immer durch eine erfahrene Fachkraft erfolgen. Fachsichere Ausrüstungsgegenstände, wie zum Beispiel Gaswarnmessgerät, Anseilschutz, Sicherheitsgeschirr und Schlauchatmungsgerät, sind ein absolutes Muss bei jeder Fermenterwartung.