DE102012008518A1

DE102012008518A1 - Generating biogas from biomass, comprises providing biomass in a biogas plant and adding methanogenic microorganism to biomass, where methanogenic microorganism is of order Methanosarcinales

Info

Publication number: DE102012008518A1
Application number: DE201210008518
Authority: DE
Inventors: Christine Widmann; August Obermeier
Original assignee: OBERMEIER WIDMANN GbR; Obermeier- Widmann GbR
Current assignee: OBERMEIER WIDMANN GbR; Obermeier- Widmann GbR
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse wird an einer Biogasanlage Biomasse bereitgestellt und zur Biomasse mindestens ein methanogener Mikroorganismus zugegeben, wobei der mindestens eine methanogene Mikroorganismus aus der Ordnung Methanosarcinales gewählt wird.In a method for producing biogas from biomass biomass is provided to a biogas plant and added to the biomass at least one methanogenic microorganism, wherein the at least one methanogenic microorganism selected from the order Methanosarcinales.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse, bei dem an einer Biogasanlage Biomasse bereitgestellt und zu der Biomasse mindestens ein methanogener Mikroorganismus zugegeben wird.The invention relates to a method for producing biogas from biomass, in which biomass is provided at a biogas plant and at least one methanogenic microorganism is added to the biomass.

In bekannten Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse wird Biomasse in einen Gärbehälter, dem sogenannten Hauptreaktor oder Hauptfermenter gegeben. Dort werden Bedingungen geschaffen, die in einem fermentativen Abbau bzw. einer Vergärung mittels entsprechender Mikroorganismen letztendlich zur Bildung von Biogas führen. Das derart gebildete Biogas enthält Methan bzw. Methangas, aber auch einen hohen Anteil an Kohlendioxid. Nur beim Verbrennen von Methan wird Energie frei, die insbesondere zum Erzeugen von Strom genutzt werden kann. Deswegen ist ein hoher Anteil an Methan im Biogas erstrebenswert.In known methods for producing biogas from biomass biomass is placed in a fermentation tank, the so-called main reactor or main fermenter. There conditions are created, which ultimately lead to the formation of biogas in a fermentative degradation or fermentation by means of appropriate microorganisms. The biogas thus formed contains methane or methane gas, but also a high proportion of carbon dioxide. Only when burning methane does energy become available, which can be used in particular to generate electricity. Therefore, a high proportion of methane in biogas is desirable.

Als Biomasse werden Biogasrohstoffe bzw. Substrate, insbesondere Pflanzen oder Pflanzenteile verwendet, wie beispielsweise nachwachsende Rohstoffe, in Form von Maissilage, Grassilage, Zuckerrüben und Getreide, die größtenteils als Energiepflanzen zur Biogasproduktion angebaut werden. Ferner dienen Pflanzenreststoffe als Biomasse, die außer zur Biogasgewinnung in der Regel nicht verwertet werden können. Des Weiteren zählen zur Biomasse insbesondere auch vergärbare, organische Abfallstoffe, wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste und Wirtschaftsdünger, wie Gülle und Stallmist. Stroh und Holz sind wegen des hohen Anteils an Faserstoffen, insbesondere Cellulose (Stroh) und Lignocellulose (Holz) in bisherigen Verfahren schlecht abbaubar und damit schlecht verwertbar.Biogas raw materials or substrates, in particular plants or plant parts are used as biomass, such as renewable raw materials, in the form of maize silage, grass silage, sugar beets and cereals, which are largely grown as energy crops for biogas production. Furthermore, plant residues serve as biomass, which can not be recycled except for biogas production in the rule. In addition, biomass includes, in particular, fermentable organic waste, such as sewage sludge, biowaste or leftovers, and organic fertilizers, such as manure and manure. Straw and wood are due to the high proportion of fiber materials, especially cellulose (straw) and lignocellulose (wood) poorly degradable in previous methods and thus poorly recyclable.

Die Biomasse wird durch entsprechende Mikroorganismen fermentativ abgebaut. Der fermentative Abbau wird herkömmlicherweise in vier Schritte unterteilt, wie sie auch in DE 10 2008 007 423 A1 beschrieben sind: In eine Hydrolyse, eine Acidogenese, eine Acetogenese und eine Methanogenese. Während der Hydrolyse werden polymere Makromoleküle aus der Biomasse, vor allem Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße hydrolysiert, das heißt aufgespalten. Das Aufspalten erfolgt durch Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, die zunächst verschiedene Arten von Exoenzymen bzw. extrazellulären Enzymen, wie Amylasen, Proteasen und Lipasen ausscheiden. Diese Exoenzyme spalten zumindest einen Teil der polymeren Makromoleküle in Bruchstücke und lösliche Polymere, Oligomere und Monomere auf, wie beispielsweise in Oligo- und Monosaccharide (Mehrfach- und Einfachzucker), Peptide, Aminosäuren, langkettige Fettsäuren und Glycerin. In dem daran anschließenden zweiten Schritt, der Acidogenese oder Versäuerungsphase, werden die Produkte der Hydrolyse, durch bakterielle Mikroorganismen, die teilweise identisch mit den hydrolysierenden Bakterien sind, verstoffwechselt. Es entstehen neben Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid insbesondere kurzkettige, sogenannte niedere Fett- und andere Carbonsäuren, wie Valerian-, Butter- und Propionsäure sowie kurzkettige Alkohole, wie beispielsweise Methanol und Ethanol. Diese niederen Fett- und Carbonsäuren sowie die kurzkettigen Alkohole werden während des dritten Schritts, der sogenannten Acetogenese oder dem essigbildenden Schritt durch acetogene Mikroorganismen ebenfalls zumindest weitgehend in Essigsäure bzw. Acetat sowie Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Aus der gebildeten Essigsäure und aus dem gebildeten Kohlendioxid und Wasserstoff werden in dem vierten Schritt, der Methanogenese oder dem methanbildenden Schritt mittels methanogener bzw. methanbildender Mikroorganismen Methan gebildet.The biomass is fermentatively degraded by appropriate microorganisms. The fermentative degradation is conventionally divided into four steps, as well as in DE 10 2008 007 423 A1 In hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis. During the hydrolysis, polymeric macromolecules from the biomass, especially carbohydrates, fats and proteins are hydrolyzed, that is split. The splitting is carried out by microorganisms, in particular bacteria, which excrete various types of exoenzymes or extracellular enzymes, such as amylases, proteases and lipases. These exoenzymes break down at least some of the polymeric macromolecules into fragments and soluble polymers, oligomers and monomers, such as oligosaccharides and monosaccharides (poly- and monosaccharides), peptides, amino acids, long-chain fatty acids and glycerol. In the subsequent second step, the acidogenesis or acidification phase, the products of hydrolysis are metabolized by bacterial microorganisms which are partly identical to the hydrolyzing bacteria. In addition to acetic acid, hydrogen and carbon dioxide, in particular short-chain, so-called lower fatty and other carboxylic acids, such as valeric, butyric and propionic acids and short-chain alcohols, such as, for example, methanol and ethanol, are formed. These lower fatty and carboxylic acids and the short-chain alcohols are also at least largely converted into acetic acid or acetate as well as carbon dioxide and hydrogen during the third step, the so-called acetogenesis or the acetogenic step by acetogenic microorganisms. From the acetic acid formed and from the carbon dioxide and hydrogen formed, methane is formed in the fourth step, the methanogenesis or the methane-forming step by means of methanogenic or methane-forming microorganisms.

Nur die methanogenen Mikroorganismen sind mittels ihres Stoffwechsels in der Lage, aus Abbauprodukten der Biomasse Methan zu bilden. Diese Methanbildner zählen nach dem heutigen Stand der Wissenschaft taxonomisch zur Domäne Archaea bzw. zu den Archaeen. Archaeen sind weitgehend nur unter anaeroben Bedingungen stoffwechselaktiv, sind also sogenannte Anaerobier. In der Natur kommen die methanogenen Mikroorganismen besonders häufig unter anoxischen, das heißt sauerstofffreien Bedingungen in Sümpfen, Gewässersedimenten und Reisfeldern vor. Ferner finden sich die methanogenen Mikroorganismen in tierischen Verdauungsorganen, wie zum Beispiel dem Pansen von Wiederkäuern sowie in Mist und Gülle.Only the methanogenic microorganisms are able by means of their metabolism to form methane from degradation products of the biomass. According to the current state of science, these methanogens taxonomically belong to the domain Archaea or to the archaea. Archaea are largely metabolically active only under anaerobic conditions, so they are called anaerobes. In nature, the methanogenic microorganisms are particularly common under anoxic, ie oxygen-free conditions in swamps, water sediments and rice fields. Furthermore, the methanogenic microorganisms found in animal digestive organs, such as the rumen of ruminants and in manure and manure.

Derartige methanogene Mikroorganismen sind in herkömmlichen Biogasverfahren bei Mist und/oder Gülle als Biomasse bereits in der Biomasse vorhanden. Teilweise werden sie zusammen mit bereits gärender Biomasse als Impfsubstrat bzw. Impfschlamm aus einem laufenden Biogasverfahren entnommen und zum Starten einem neuen Prozess zugefügt. Während des Biogasverfahrens vermehren sich die methanogenen Mikroorganismen mittels der dabei ablaufenden Abbauprozesse in der Biomasse, die sozusagen „Nahrung” für die methanogenen Mikroorganismen schaffen.Such methanogenic microorganisms are already present in biomass in conventional biogas processes for manure and / or liquid manure as biomass. Partly they are taken together with already fermenting biomass as a seed substrate or seed sludge from a running biogas process and added to start a new process. During the biogas process, the methanogenic microorganisms multiply by means of the resulting degradation processes in the biomass, which, so to speak, create "food" for the methanogenic microorganisms.

Ein Problem bei herkömmlichen Biogasverfahren ist der oft unbefriedigende Anteil an Methan im Biogas. Ferner kann es bei einer Störung der Verhältnisse der Mikroorganismen im Gärbehälter zu einer so genannten „Stockbildung” der Biomasse im Gärbehälter kommen, wobei die Biomasse sich unerwünscht verfestigt oder sich eine feste Schwimmdecke bildet. A problem with conventional biogas processes is the often unsatisfactory content of methane in biogas. Furthermore, in the event of a disturbance of the conditions of the microorganisms in the fermentation tank, a so-called "stick formation" of the biomass in the fermentation tank may occur, wherein the biomass solidifies undesirably or forms a solid floating blanket.

Zugrundeliegende AufgabeUnderlying task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse zu optimieren, insbesondere derart, dass Biogas mit einem besonders hohen Anteil an Methan gewonnen wird.The invention has for its object to optimize a method for generating biogas from biomass, in particular such that biogas is obtained with a particularly high proportion of methane.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse gelöst, bei dem an einer Biogasanlage Biomasse bereitgestellt und zur Biomasse mindestens ein methanogener Mikroorganismus zugegeben wird. Dabei wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus aus der Ordnung Methanosarcinales gewählt.This object is achieved according to the invention by a method for producing biogas from biomass, in which biomass is provided at a biogas plant and at least one methanogenic microorganism is added to the biomass. In this case, the at least one methanogenic microorganism selected from the order Methanosarcinales.

Methanogenen Mikroorganismen werden taxonomisch in absteigender Reihenfolge wie folgt eingeteilt: Lebewesen, Domäne bzw. „Superkingdom”, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art (Klassifikation des NCBI (National Center for Biotechnology Information), Website EOL „Encyclopedia of Life”, http://eol.org/pages/11660866/entries/38500412/overview , 12.04.2012). Dabei werden die zellulären Lebewesen eingeteilt in drei Domänen Archaea, Bacteria und Eukaroyta. Zur Domäne Eukaroyta bzw. Eukaryoten zählen Lebewesen mit Zellkern, während zur Domäne Bacteria bzw. Bakterien und zur Domäne Archaea bzw. Archaeen Prokaryoten, das heißt Lebewesen ohne Zellkern gehören.Methanogenic microorganisms are classified taxonomically in descending order as follows: living thing, domain or "superkingdom", strain, class, order, family, genus and species (National Biotechnology Information (NCBI)), EOL website "Encyclopedia of Life" . http://eol.org/pages/11660866/entries/38500412/overview , 12.04.2012). The cellular creatures are divided into three domains Archaea, Bacteria and Eukaroyta. The Eukaroyta or eukaryotic domain includes organisms with a cell nucleus, while the domain Bacteria or bacteria and the archaea or archaea domain include prokaryotes, that is, non-cell living organisms.

Die methanogenen Mikroorganismen gehören zur Domäne Archaea und zum Stamm Euryarchaeota, der die drei Klassen Methanobacteria, Methanococci und Methanomicrobia umfasst. Diesen drei Klassen werden verschiedene Ordnungen von methanogenen Mikroorganismen zugewiesen, wobei der Klasse Methanomicrobia die Ordnungen Methanocellales, Methanomicrobiales und Methanosarcinales zugeteilt werden ( http://eol.org/pages/7921/entries/38709769/overview und http://eol.org/pages/7933/entries/38712678/overview , 12.04.2012).The methanogenic microorganisms belong to the domain Archaea and to the strain Euryarchaeota, which includes the three classes Methanobacteria, Methanococci and Methanomicrobia. Different orders of methanogenic microorganisms are assigned to these three classes, with the class Methanomicrobia being assigned the orders Methanocellales, Methanomicrobiales and Methanosarcinales ( http://eol.org/pages/7921/entries/38709769/overview and http://eol.org/pages/7933/entries/38712678/overview , 12.04.2012).

Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz von mindestens einem methanogenen Mikroorganismus aus der Ordnung Methanosarcinales wird ein methanogener Mikroorganismus eingesetzt, der besonders gut dazu geeignet ist, aus fermentativen Abbauprodukten der Biomasse Methan herzustellen. Methanogene Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales sind in der Lage, eine Reihe unterschiedlicher Substrate abzubauen und zu deren Energiegewinnung zu nutzen. Derartige Substrate sind erstens Kohlendioxid (CO₂), das in Anwesenheit von Wasserstoff (H₂) zu Methan (CH₄) reduziert wird, zweitens Methylverbindungen (Methanol (CH₃OH), Methylamine, wie Trimethylamin ((CH₃)₃NH⁺), Methylsulfide), die zu Methan und Kohlendioxid disproportioniert werden und drittens Acetat (CH₃COO^–), das in Methan und Kohlendioxid aufgespalten wird. Die Methanbildung bzw. Methanogenese liefert dabei Energie, das heißt die freie Standardenthalpie ΔG⁰ ist negativ. 1.) CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O ΔG⁰ = –130 kJ/mol CH₄ 2.) CH₃OH → 3CH₄ + CO₂ + 2H₂O ΔG⁰ = –106 kJ/mol CH₄ 4(CH₃)₃NH⁺ + 6H₂O → 9CH₄ + 3CO₂ + 4N₄H⁺ ΔG⁰ = –76 kJ/mol CH₄ 3.) CH₃COO^– + H⁺ → CH₄ + CO₂ ΔG⁰ = –32 kJ/mol CH₄ With the inventive use of at least one methanogenic microorganism of the order Methanosarcinales a methanogenic microorganism is used, which is particularly well suited to produce from fermentative degradation products of biomass methane. Methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales are able to break down a number of different substrates and to use them for their energy production. Such substrates are firstly carbon dioxide (CO ₂ ), which is reduced in the presence of hydrogen (H ₂ ) to methane (CH ₄ ), secondly methyl compounds (methanol (CH ₃ OH), methylamines, such as trimethylamine ((CH ₃ ) ₃ NH ⁺ ), Methyl sulfides), which are disproportionated to methane and carbon dioxide, and third, acetate (CH ₃ COO ^- ), which is split into methane and carbon dioxide. The methane generation or methanogenesis provides energy, that is, the free standard enthalpy ΔG ⁰ is negative. 1.) CO ₂ + 4H ₂ → CH ₄ + 2H ₂ O ΔG ⁰ = -130 kJ / mol CH ₄ 2.) CH ₃ OH → 3CH ₄ + CO ₂ + 2H ₂ O ΔG ⁰ = -106 kJ / mol CH ₄ 4 (CH ₃ ) ₃ NH ⁺ + 6H ₂ O → 9CH ₄ + 3CO ₂ + 4N ₄ H ⁺ ΔG ⁰ = -76 kJ / mol CH ₄ 3.) CH ₃ COO ^- + H ⁺ → CH ₄ + CO ₂ ΔG ⁰ = -32 kJ / mol CH ₄

Mit einem derartig breiten Substratspektrum werden die Abbauprodukte der Biomasse sowohl besonders umfassend verwertet und insbesondere zu Methan reduziert.With such a broad substrate spectrum, the decomposition products of the biomass are both extensively utilized and in particular reduced to methane.

Eine Besonderheit der methanogenen Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales ist, dass Acetat als Abbauprodukt direkt zu Methan verstoffwechselt wird. Die Verstoffwechselung führt über verschiedene Stoffwechselschritte unter Beteiligung von dazu angepassten Coenzymen und Enzymen letztendlich zur genannten Spaltung von Acetat in Methan und Kohlendioxid.A peculiarity of methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales is that acetate is metabolized as a degradation product directly to methane. The metabolism finally leads to the mentioned cleavage of acetate into methane and carbon dioxide through various metabolic steps involving coenzymes and enzymes.

Acetat (CH₃COO^–) bezeichnet die deprotonierte Form der Essigsäure (CH₃COOH). Die Essigsäure ist eine Carbonsäure, bestehend aus einem Kohlenstoffgrundgerüst mit zwei Kohlenstoffatomen (C-2-Verbindung) mit der chemischen Summenformel C₂H₄O₂, die nach IUPAC-Regelung als Ethansäure benannt wird (IUPAC bedeutet ”International Union of Pure and Applied Chemistry”). Die Essigsäure CH₃COOH steht, insbesondere in wässriger Lösung, im Dissoziationsgleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form CH₃COO^–, dem Acetat: CH₃COOH → CH₃COO^– + H⁺ Acetate (CH ₃ COO ^- ) refers to the deprotonated form of acetic acid (CH ₃ COOH). The acetic acid is a carboxylic acid consisting of a carbon skeleton having two carbon atoms (C-2 compound) with the chemical formula C ₂ H ₄ O ₂ , which is named as ethanoic acid according to IUPAC regulation (IUPAC means "International Union of Pure and Applied Chemistry "). The acetic acid CH ₃ COOH is especially in aqueous solution, in dissociation equilibrium with its deprotonated form CH ₃ COO ^- , the acetate: CH ₃ COOH → CH ₃ COO ^- + H ⁺

Das Dissoziationsgleichgewicht ist in wässriger Lösung abhängig vom pH-Wert. Je höher der pH-Wert einer wässrigen Lösung ist, desto niedriger ist die Protononenkonzentration (H⁺), was bedeutet, dass sich bei zunehmendem pH-Wert das Dissoziationsgleichgewicht auf die Seite der Produkte verschiebt und mehr Acetat gebildet wird.The dissociation equilibrium is dependent on the pH in aqueous solution. The higher the pH of an aqueous solution, the lower the protonone concentration (H ⁺ ), which means that as the pH increases, the dissociation equilibrium shifts to the side of the products and more acetate is formed.

In biochemischen Prozessen wird das Acetat in der Regel in Form einer Acetylgruppe an Enzyme gebunden. Als Acetyl-Coenzym A ist die Acetylgruppe sozusagen „aktiviert” und wird über weitere Stoffwechselschritte letztendlich in Methan und Kohlendioxid umgesetzt. Diese Stoffwechselschritte können nur methanogene Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales ausüben, da nur diese Mikroorganismen mit den dazu benötigten Coenzymen ausgestattet sind. Dies bedeutet, dass nur diese methanogenen Mikroorganismen dazu in der Lage sind, direkt aus Acetat Methan zu gewinnen. Man bezeichnet sie als acetogenotrophe oder acetoklastische Methanogene.In biochemical processes, the acetate is usually bound to enzymes in the form of an acetyl group. As acetyl coenzyme A, the acetyl group is "activated", so to speak, and is finally converted into methane and carbon dioxide via further metabolic steps. These metabolic steps can only methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales exert, since only these microorganisms are equipped with the necessary coenzymes. This means that only these methanogenic microorganisms are able to extract methane directly from acetate. They are referred to as acetogenotrophic or acetoclastic methanogens.

Durch die erfindungsgemäße Zugabe von methanogenen Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales wird vorteilhaft ein besonders hoher Anteil des Methans im Biogas von 70 bis 90 Volumenprozent erzielt.The addition according to the invention of methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales advantageously results in a particularly high proportion of methane in the biogas of 70 to 90% by volume.

Demgegenüber werden in herkömmlichen Biogasverfahren Anteile an Methan im Biogas von im Durchschnitt 52 bis 54 Volumenprozent erreicht. Zudem werden in herkömmlichen Biogasverfahren, insbesondere in der dortigen Prozessflüssigkeit, größtenteils methanogene Mikroorganismen der Ordnung Methanomicrobiales festgestellt. Diese methanogenen Mikroorganismen sind streng hydrogenotrophe Methanogene bzw. Methanbildner, das heißt, dass sie Methan nur durch die Reduktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff und/oder Formiat bilden.In contrast, in conventional biogas methane proportions in biogas of on average 52 to 54 volume percent can be achieved. In addition, conventional methane microorganisms of the order Methanomicrobiales are mostly found in conventional biogas processes, in particular in the local process liquid. These methanogenic microorganisms are strictly hydrogenotrophic methanogens or methanogens, ie they form methane only by the reduction of carbon dioxide with hydrogen and / or formate.

Ein weiterer Vorteil der methanogenen Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales ist deren Tendenz zur Bildung von Granulaten. Als Granulat sind sie wenig empfindlich gegenüber Sauerstoff, das heißt sauerstofftolerant. Diese Sauerstofftoleranz erleichtert den praktischen Umgang mit den methanogenen Mikroorganismen. Sie können damit auch an Luft gehandhabt und ferner als Granulat mittels eines Absetzvorgangs besser rückgehalten werden.Another advantage of methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales is their tendency to form granules. As granules, they are less sensitive to oxygen, that is oxygen tolerant. This oxygen tolerance facilitates the practical handling of the methanogenic microorganisms. They can thus also be handled in air and also be better retained as granules by means of a settling process.

Erfindungsgemäß wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus der Ordnung Methanosarcinales unabhängig vom zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit unabhängig vom Stadium eines Biomasse-Abbauprozesses zur Biomasse gegeben.According to the invention, the at least one methanogenic microorganism of the order Methanosarcinales is given regardless of the timing of the method according to the invention and thus independent of the stage of a biomass degradation process to biomass.

Bevorzugt wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus der Ordnung Methanosarcinales zur Biomasse in ein laufendes Biogasverfahren gegeben, besonders bevorzugt dann, wenn der Biomasse-Abbauprozess gestört ist. Auf diese Weise wird der Biomasse-Abbauprozess besonders einfach stabilisiert und die Ausbeute an Biogas, insbesondere Biomethan bzw. Methan erhöht.Preferably, the at least one methanogenic microorganism of the order Methanosarcinales is added to the biomass in an ongoing biogas process, particularly preferred when the biomass degradation process is disturbed. In this way, the biomass degradation process is particularly easily stabilized and increases the yield of biogas, especially biomethane or methane.

Besonders bevorzugt wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus der Ordnung Methanosarcinales zumindest erst nach dem Start der Acetogenese zur dann gebildeten essigsaurer fermentierten Biomasse gegeben, ganz besonders bevorzugt nach Beendigung der Acetogenese. Dies ist besonders vorteilhaft, da bei der Acetogenese aus den Abbauprodukten der Acidogenese vor allem Essigsäure gebildet wird und somit eine besonders hohe Konzentration an Essigsäure bzw. Acetat vorliegt. Der mindestens eine methanogene Mikroorganismus erhält also sofort ausreichend Nahrung, vermehrt sich und setzt das vorhandene Acetat um.The at least one methanogenic microorganism of the order Methanosarcinales is particularly preferably added at least only after the start of the acetogenesis to the acetic acid fermented biomass then formed, very particularly preferably after completion of the acetogenesis. This is particularly advantageous since in the acetogenesis of the degradation products of acidogenesis especially acetic acid is formed and thus a particularly high concentration of acetic acid or acetate is present. The at least one methanogenic microorganism thus immediately receives sufficient food, multiplies and converts the existing acetate.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus aus der Familie Methanosaetaceae gewählt, die zur Ordnung Methanosarcinales gehört. Methanogene Mikroorganismen aus der Familie Methanosaetaceae, insbesondere aus der Gattung Methanosaeta, verstoffwechseln nur Acetat und weisen eine besonders hohe Affinität zu Acetat auf, was die Umsetzung von Acetat zu Methan fördert.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one methanogenic microorganism selected from the family Methanosaetaceae, which belongs to the order Methanosarcinales. Methanogenic microorganisms from the family Methanosaetaceae, in particular from the genus Methanosaeta, metabolize only acetate and have a particularly high affinity for acetate, which promotes the conversion of acetate to methane.

Ferner ist der mindestens eine methanogene Mikroorganismus vorteilhaft von der Art Methanosaeta concilii. Methanosaeta concilii ist besonders affin gegenüber Acetat. Ferner arbeitet Methanosaeta concilii bereits bei einer Temperatur ab 10°C und hat darüber hinaus ein für das erfindungsgemäße Verfahren günstiges Temperaturoptimum von 35 bis 40°C sowie ein dafür günstiges pH-Optimum von 7,1 bis 7,4.Furthermore, the at least one methanogenic microorganism is advantageous of the species Methanosaeta concilii. Methanosaeta concilii is particularly affine to acetate. Furthermore Methanosaeta concilii works even at a temperature of 10 ° C and beyond has a favorable for the inventive method optimum temperature of 35 to 40 ° C and a favorable pH optimum of 7.1 to 7.4.

Des Weiteren umfassen die methanogenen Mikroorganismen der Familie Methanosaetaceae vorzugsweise mindestens 60 Prozent, bevorzugt mindestens 70 Prozent und besonders bevorzugt mindestens 80 Prozent der insgesamt zugegebenen methanogenen Mikroorganismen. Mit diesem Anteil an methanogenen Mikroorganismen der Familie Methanosaetaceae wird ein für diese Organismen vorteilhaftes Mikromilieu geschaffen, so dass sich eine lokal ausbreitende, hohe Vermehrungsrate ergibt.Furthermore, the methanogenic microorganisms of the family Methanosaetaceae preferably comprise at least 60 percent, preferably at least 70 percent and more preferably at least 80 percent of the total added methanogenic microorganisms. With this proportion of methanogenic microorganisms of the family Methanosaetaceae a microenvironment advantageous for these organisms is created so that a locally propagating, high propagation rate results.

Des Weiteren wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus erfindungsgemäß vorteilhaft aus der Familie Methanosarcinaceae gewählt. Vertreter der Familie Methanosarcinaceae verwerten sowohl Kohlendioxid mit Wasserstoff, als auch Methylverbindungen, wie Methanol und Methylamine sowie Acetat. Die Familie Methanosarcinaceae ist also für das genannte breite Substratspektrum der Methanosarcinales verantwortlich. Die Abbauprodukte der Biomasse werden besonders umfassend zu Methan umgesetzt. Ferner bilden Vertreter der Methanosarcinaceae besonders gerne Aggregate bzw. Granulate.Furthermore, the at least one methanogenic microorganism according to the invention is advantageously selected from the family Methanosarcinaceae. Representatives of the family Methanosarcinaceae utilize both carbon dioxide with hydrogen, as well as methyl compounds, such as methanol and methylamine, as well as acetate. The family Methanosarcinaceae is therefore responsible for the mentioned broad substrate spectrum of Methanosarcinales. The decomposition products of biomass are particularly comprehensively converted to methane. Furthermore, representatives of Methanosarcinaceae are particularly happy to aggregates or granules.

Vorzugsweise wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus aus der Gattung Methanosarcina gewählt, da innerhalb der Methanosarcinaceae Insbesondere Vertreter der Gattung Methanosarcina Acetat zu Methan verwerten. Im Vergleich zu Methanosaeta spp. weisen Methanosarcina spp. eine geringere Affinität zu Acetat auf, haben dafür aber eine höhere maximale Wachstumsrate, sodass sie sich besonders schnell vermehren. „Spp.” steht für „species pluralis” und bedeutet eine nicht im Einzelnen zu nennende Art einer Gattung als Zusatz hinter dem Namen der Art.Preferably, the at least one methanogenic microorganism selected from the genus Methanosarcina, as used in the Methanosarcinaceae particular representatives of the genus Methanosarcina acetate to methane. Compared to Methanosaeta spp. have Methanosarcina spp. have a lower affinity for acetate, but have a higher maximum growth rate, so they multiply very fast. "Spp." Stands for "species pluralis" and means a species not to be named in detail as a suffix behind the name of the species.

Ferner ist der mindestens eine methanogene Mikroorganismus vorteilhaft die Art Methanosarcina mazeii. Methanosarcina mazeii vermehrt sich besonders schnell, und setzt damit Kohlendioxid und Wasserstoff, Methylverbindungen und Acetat, besonders schnell zu Methan um.Furthermore, the at least one methanogenic microorganism is advantageously the species Methanosarcina mazeii. Methanosarcina mazeii proliferates very fast, converting carbon dioxide and hydrogen, methyl compounds and acetate, into methane very quickly.

Erfindungsgemäß umfassen die methanogenen Mikroorganismen aus der Familie Methanosarcinaceae vorzugsweise maximal 40 Prozent, bevorzugt maximal 30 Prozent und besonders bevorzugt maximal 20 Prozent der zugegebenen methanogenen Mikroorganismen. Der maximale Anteil an methanogenen Mikroorganismen der Familie Methanosarcinaceae ist von Vorteil, da sich diese Mikroorganismen aufgrund ihrer höheren Wachstumsraten schneller vermehren als Vertreter der Methanosaetaceae.According to the invention, the methanogenic microorganisms from the family Methanosarcinaceae preferably comprise not more than 40 percent, preferably not more than 30 percent and more preferably not more than 20 percent of the added methanogenic microorganisms. The maximum proportion of methanogenic microorganisms of the family Methanosarcinaceae is advantageous because these microorganisms multiply faster than representatives of Methanosaetaceae due to their higher growth rates.

Besonders vorteilhaft wird eine Kombination aus mindestens einem methanogenen Mikroorganismus der Familie Methanosaetaceae mit mindestens einem methanogenen Mikroorganismus der Familie Methanosarcinaceae zur Biomasse gegeben. Derart kombiniert ergänzen sich die Eigenschaften der Vertreter der beiden Familien in synergistischer Weise. Die höhere Affinität zu Acetat von methanogenen Mikroorganismen der Familie Methanosaetaceae wird mit der höheren Wachstumsrate von methanogenen Mikroorganismen der Familie Methanosarcinaceae ausgeglichen.Particularly advantageously, a combination of at least one methanogenic microorganism belonging to the family Methanosaetaceae with at least one methanogenic microorganism of the family Methanosarcinaceae is added to the biomass. Combined, the properties of the representatives of both families complement each other in a synergistic way. The higher affinity for acetate of methanogenic microorganisms of the family Methanosaetaceae is compensated by the higher growth rate of methanogenic microorganisms of the family Methanosarcinaceae.

Weiterhin wird der mindestens eine methanogene Mikroorganismus erfindungsgemäß vorteilhaft in Form eines Granulats zugegeben. Ein Granulat ist gut handhabbar, das heißt, problemlos zu transportieren und zu lagern sowie einfach der Biomasse zuzugeben. Ferner sind die methanogenen Mikroorganismen aufgrund der Granulatform zumindest nur wenig sauerstoffempfindlich.Furthermore, the at least one methanogenic microorganism according to the invention is advantageously added in the form of granules. A granulate is easy to handle, which means that it can be easily transported and stored and simply added to the biomass. Furthermore, the methanogenic microorganisms are due to the granular form at least only slightly sensitive to oxygen.

Besonders bevorzugt ist das Granulat porös gestaltet. Derart gestaltet, besteht im Inneren des einzelnen Granulates eine große Oberfläche, an der die in der Biomasse vorhandenen Abbauprodukte der Biomasse, insbesondere das Acetat, mit den methanogenen Mikroorganismen in Kontakt treten. Je größer die Oberfläche, desto mehr Abbauprodukte, insbesondere Acetat, können umgesetzt werden und desto mehr Biogas, insbesondere pro Zeiteinheit, wird gebildet.Particularly preferably, the granules are porous. In this way, inside the individual granules there is a large surface area at which the decomposition products of the biomass present in the biomass, in particular the acetate, come into contact with the methanogenic microorganisms. The larger the surface area, the more decomposition products, in particular acetate, can be converted and the more biogas, in particular per unit of time, is formed.

Des Weiteren wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise eine Temperatur in der Biomasse von 25°C bis 50°C, bevorzugt von 30°C bis 45°C, besonders bevorzugt von 35°C bis 40°C eingestellt. Die erfindungsgemäß eingesetzten methanogenen Mikroorganismen sind bereits ab einer Temperatur von 10°C aktiv, was gerade bei winterlichen Witterungsverhältnissen an einer Biogasanlage von großem Vorteil ist. Ein Leistungsmaximum der methanogenen Mikroorganismen wird bei der erfindungsgemäß eingestellten Temperatur erreicht. Dort arbeiten die eingesetzten methanogenen Mikroorganismen in optimaler Geschwindigkeit und mit optimalen Wachstumsraten.Furthermore, a temperature in the biomass of 25 ° C to 50 ° C, preferably from 30 ° C to 45 ° C, more preferably adjusted from 35 ° C to 40 ° C in an advantageous manner according to the invention. The methanogenic microorganisms used according to the invention are already active above a temperature of 10.degree. C., which is of great advantage especially in wintry weather conditions on a biogas plant. A maximum performance of the methanogenic microorganisms is achieved at the temperature set according to the invention. There, the used methanogenic microorganisms work at optimal speed and with optimal growth rates.

Weiterhin ist vorteilhaft ein pH-Wert von 6,8 bis 7,4, bevorzugt von 6,9 bis 7,3 und besonders bevorzugt von 7,0 bis 7,2 in der Biomasse eingestellt. Dieser pH-Wert-Bereich ermöglicht ein optimales Arbeiten der erfindungsgemäß zugegebenen methanogenen Mikroorganismen. Methanosaeta concilii hat beispielsweise ein pH-Optimum bei 7,1 bis 7,4 und Methanosarcina mazeii ein pH-Optimum bei 6,8 bis 7,2. Furthermore, a pH of from 6.8 to 7.4, preferably from 6.9 to 7.3, and more preferably from 7.0 to 7.2, is advantageously set in the biomass. This pH range allows optimal working of the invention added methanogenic microorganisms. For example, Methanosaeta concilii has a pH optimum at 7.1 to 7.4 and Methanosarcina mazeii has a pH optimum at 6.8 to 7.2.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse, bei dem an einer Biogasanlage Biomasse bereitgestellt und zu der Biomasse mindestens ein methanogener Mikroorganismus zugegeben wird, geschaffen, Dabei wird außer dem mindestens einen methanogenen Mikroorganismus mindestens ein acetogener Mikroorganismus der Familie Acetobacteraceae zur bereitgestellten Biomasse zugegeben.The invention further provides a method for producing biogas from biomass, in which biomass is provided at a biogas plant and at least one methanogenic microorganism is added to the biomass. In addition to the at least one methanogenic microorganism, at least one acetogenic microorganism of the family Acetobacteraceae becomes the biomass provided added.

Die Familie Acetobacteraceae zählt in aufsteigender Reihenfolge zur Ordnung Rhodospirillales, zur Klasse Alphaproteobacteria, zum Stamm Proteobacteria und zur Domäne Bacteria ( NCBI: http://eol.org/pages/7697/entries/38573328/overview , 16.04.2012). Es handelt sich dabei um gramnegative, obligat aerobe, stäbchenförmige und meist bewegliche Bakterien, die größtenteils Ethanol (CH₃CH₂OH) zu Essigsäure (CH₃COOH) umsetzen und oxidieren. Mit der Bildung von Essigsäure und damit von Acetat wird der Ausgangsstoff für ein Umsetzen von Acetat zu Methan geliefert. Insbesondere werden die acetogenen Mikroorganismen der Familie Acetobacteraceae mit den methanogenen Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales kombiniert. Derart kombiniert wird mit dem gebildeten Acetat die Nahrung für die erfindungsgemäß zugegebenen methanogenen Mikroorganismen geliefert. Je mehr Acetat bzw. Essigsäure gebildet wird, desto mehr Methan wird erzeugt.The family Acetobacteraceae counts in order of order Rhodospirillales, the class Alphaproteobacteria, the strain Proteobacteria and the domain Bacteria ( NCBI: http://eol.org/pages/7697/entries/38573328/overview , 16.04.2012). These are Gram-negative, obligate aerobic, rod-shaped and usually motile bacteria, most of which convert ethanol (CH ₃ CH ₂ OH) to acetic acid (CH ₃ COOH) and oxidize it. With the formation of acetic acid and thus of acetate, the starting material for converting acetate to methane is supplied. In particular, the acetogenic microorganisms of the family Acetobacteraceae are combined with the methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales. In such a combination, the diet for the methanogenic microorganisms added according to the invention is supplied with the acetate formed. The more acetate or acetic acid is formed, the more methane is produced.

Vorzugsweise wird der mindestens eine acetogene Mikroorganismus aus der Gattung Acetobacter gewählt. Alle Arten der Gattung Acetobacter bilden aus Ethanol Essigsäure und liefern in besonders großer Ausbeute den Ausgangsstoff zum Umsetzen von Acetat zu Methan. Insbesondere ist der mindestens eine acetogene Mikroorganismus die Art Acetobacter aceti. Acetobacter aceti ist ein sehr weit verbreiteter Mikroorganismus, der technisch in der Produktion von Essigsäure aus Alkohol, insbesondere aus Ethanol, bereits seit langem und in großem Maßstab eingesetzt wird. Deswegen ist Acetobacter aceti gut bekannt und problemlos in größeren Mengen kostengünstig verfügbar. Ferner ist Acetobacter aceti nicht schädlich für den menschlichen Organismus. Deswegen ist gerade der Einsatz von Acetobacter aceti besonders vorteilhaft zum Erhöhen der Gesamtausbeute an Methan.Preferably, the at least one acetogenic microorganism is selected from the genus Acetobacter. All species of the genus Acetobacter form acetic acid from ethanol and provide in a particularly high yield the starting material for the conversion of acetate to methane. In particular, the at least one acetogenic microorganism is the species Acetobacter aceti. Acetobacter aceti is a very widespread microorganism which has been used industrially in the production of acetic acid from alcohol, especially from ethanol, for a long time and on a large scale. Therefore Acetobacter aceti is well known and easily available in larger quantities at low cost. Furthermore, Acetobacter aceti is not harmful to the human organism. Therefore, the use of Acetobacter aceti is particularly advantageous for increasing the overall yield of methane.

Ferner werden die acetogenen Mikroorganismen vorteilhaft erfindungsgemäß mit einem Gewichtsanteil von 0,1% bis 6,0%, bevorzugt von 0,3% bis 3,0%, besonders bevorzugt von 0,5% bis 1,5% bezogen auf das Gewicht an bereitgestellter Biomasse zugegeben. Damit wird aus der bereits biochemisch in kurzkettige Bestandteile aufgespaltenen Biomasse vorteilhaft besonders schnell und umfassend Essigsäure gebildet.Furthermore, the acetogenic microorganisms advantageously according to the invention with a weight fraction of 0.1% to 6.0%, preferably from 0.3% to 3.0%, particularly preferably from 0.5% to 1.5% by weight added biomass added. Thus, it is advantageous to form acetic acid from the biomass, which has already been split biochemically into short-chain constituents, particularly rapidly and comprehensively.

Insbesondere werden die acetogenen Mikroorganismen in einer Suspension mit einer Konzentration von 5 × 10⁶ bis 90 × 10⁶, bevorzugt von 15 × 10⁶ bis 50 × 10⁶ und besonders bevorzugt von 18 × 10⁶ bis 22 × 10⁶ acetogenen Mikroorganismen pro Milliliter eingestellt. Derart eingestellt, ist eine stark aufkonzentrierte und dennoch vitale Suspension an acetogenen Mikroorganismen geschaffen, mit der besonders schnell und viel Essigsäure aus aufgespaltener Biomasse gebildet wird.In particular, the acetogenic microorganisms are suspended in a concentration of from 5 × 10 ⁶ to 90 × 10 ⁶ , preferably from 15 × 10 ⁶ to 50 × 10 ⁶ and more preferably from 18 × 10 ⁶ to 22 × 10 ⁶ acetogenic microorganisms per milliliter set. Thus adjusted, a strongly concentrated, yet vital suspension of acetogenic microorganisms is created, with which particularly fast and much acetic acid from split biomass is formed.

Gemäß der Erfindung werden ferner vorzugsweise an der Biogasanlage ein erster Behälterraum mit Biomasse und ein davon räumlich getrennter zweiter Behälterraum bereitgestellt. Dabei wird zur Biomasse im ersten Behälterraum zunächst mindestens ein erfindungsgemäß genannter acetogener Mikroorganismus zugegeben, die Biomasse in zeitlichem Abstand aus dem ersten Behälterraum in den zweiten Behälterraum überführt und dort mindestens ein erfindungsgemäß genannter methanogener Mikroorganismus zur überführten Biomasse zugegeben.According to the invention, a first container space with biomass and a spatially separated second container space are also preferably provided at the biogas plant. Initially, at least one acetogenic microorganism according to the invention is added to the biomass in the first container space, the biomass is transferred from the first container space to the second container space at intervals and there is added at least one methanogenic microorganism according to the invention to the transferred biomass.

Mit der Zugabe des erfindungsgemäß genannten, mindestens einen acetogenen Mikroorganismus zur Biomasse in einem ersten Behälterraum wird zunächst die Bildung von Essigsäure bzw. Acetat aus Abbauprodukten der Biomasse, insbesondere aus Ethanol forciert. Anschließend wird die Biomasse, bevorzugt nur deren flüssige Phase, in den zweiten Behälterraum überführt. Die Biomasse wird dann überführt, wenn ausreichend Essigsäure gebildet ist. Insbesondere wird im ersten Behälterraum ein pH-Wert von 2,5 bis 4,0, bevorzugt von 2,8 bis 3,8, besonders bevorzugt von 3,0 bis 3,5 eingestellt. Mit dem Einstellen des vergleichsweise niedrigen pH-Wertes wird insbesondere eine nahezu ausschließliche Bildung von Essigsäure aus der Biomasse gefördert. Darüber hinaus wird ein saures Milieu erreicht, in dem auch die in bekannten Verfahren schwer aufzuspaltenden Substrate mit einem hohen Anteil an Faserstoffen leichter zu hydrolysieren sind. Es handelt sich hier beispielsweise um die in der Regel schwer aufspaltbare Cellulose und Hemicellulose, die sich als Gerüstsubstanzen in pflanzlichen Zellwänden befinden und die sich im sauren Milieu biochemisch leichter in lösliche Bruchstücke zerlegen lassen. Auf diese Weise ist eine weitergehende Aufspaltung der Biomasse geschaffen. Des Weiteren ist durch das geschaffene saure Milieu vorteilhaft eine gewisse Hygienisierung der Biomasse erreicht, indem schädliche Mikroorganismen abgetötet werden. Ferner werden beispielsweise beim Einsatz von Klärschlamm als Biomasse, die dort in der Regel vorhandenen Hormone im geschaffenen sauren Milieu zersetzt.With the addition of the inventively mentioned, at least one acetogenic microorganism to biomass in a first container space, the formation of acetic acid or acetate from degradation products of biomass, in particular from ethanol is first forced. Subsequently, the biomass, preferably only the liquid phase, is transferred into the second container space. The biomass is then transferred when sufficient acetic acid is formed. In particular, a pH of from 2.5 to 4.0, preferably from 2.8 to 3.8, particularly preferably from 3.0 to 3.5, is set in the first container space. With the setting of the comparatively low pH, in particular a nearly exclusive formation of acetic acid from the biomass is promoted. In addition, an acidic environment is achieved, in which the difficult to split in known methods substrates with a high proportion of fiber materials are easier to hydrolyze. These are, for example, the generally difficult to split cellulose and hemicellulose, which are As builders in plant cell walls are located and can be decomposed in an acidic environment biochemically more easily into soluble fragments. In this way, a further splitting of the biomass is created. Furthermore, due to the created acidic environment, a certain sanitation of the biomass is advantageously achieved by killing harmful microorganisms. Furthermore, for example, when sewage sludge is used as biomass, the hormones that are usually present there are decomposed in the created acidic environment.

Bevorzugt wird der erste Behälterraum geheizt, das heißt auf eine Temperatur von 40°C bis 60°C, bevorzugt von 45°C bis 55°C und besonders bevorzugt von 49°C bis 51°C eingestellt. Auf diese Weise wird für die Bildung der Essigsäure die dazu notwendige Energie in Form von Wärme zur Verfügung gestellt.Preferably, the first container space is heated, that is set to a temperature of 40 ° C to 60 ° C, preferably from 45 ° C to 55 ° C and more preferably from 49 ° C to 51 ° C. In this way, the necessary energy is provided in the form of heat for the formation of acetic acid.

In dem ersten Behälterraum kann wegen der räumlichen Trennung vom zweiten Behälterraum der fermentative Abbau der Biomasse bis einschließlich des Schrittes der Acetogenese erfolgen.In the first container space, because of the spatial separation from the second container space, the fermentative degradation of the biomass up to and including the step of acetogenesis can take place.

Nach der Acetogenese, das heißt der zumindest weitgehenden Bildung von Essigsäure wird die Biomasse, insbesondere deren flüssige Phase, in den zweiten Behälterraum überführt. In dem zweiten Behälterraum können durch die räumliche Trennung der beiden Behälterräume komplett andere Bedingungen geschaffen werden, wie im ersten Behälterraum. Bevorzugt werden dort anaerobe Bedingungen geschaffen und wird der erfindungsgemäß genannte, mindestens eine methanogene Mikroorganismus zugegeben. Für diesen mindestens einen methanogene Mikroorganismus werden bevorzugt optimale Lebensbedingungen in der Biomasse im zweiten Behälterraum eingestellt. Insbesondere Temperatur und pH-Wert werden wie bereits genannt optimiert auf die methanogenen Mikroorganismen eingestellt. Dazu wird bevorzugt immer genau die Menge an flüssiger Biomasse von dem ersten in den zweiten Behälterraum überführt, die von den methanogenen Mikroorganismen auch verwertet werden kann. Zudem werden mit dem Weiterleiten nur der flüssigen Phase der Biomasse die darin enthaltenen flüssigen Abbauprodukte besonders gründlich umgesetzt, da weitgehend keine die methanogenen Mikroorganismen störenden Feststoffe in der umzusetzenden Biomasse vorhanden sind. Insgesamt wird ein besonders hoher Methananteil im Biogas erreicht.After the acetogenesis, that is the at least extensive formation of acetic acid, the biomass, in particular its liquid phase, is transferred into the second container space. In the second container space completely different conditions can be created by the spatial separation of the two container spaces, as in the first container space. Anaerobic conditions are preferably created there, and the at least one methanogenic microorganism mentioned according to the invention is added. Optimal living conditions in the biomass in the second container space are preferably set for this at least one methanogenic microorganism. In particular, temperature and pH, as already mentioned, are optimized for the methanogenic microorganisms. For this purpose, it is preferred to always transfer exactly the amount of liquid biomass from the first into the second container space, which can also be utilized by the methanogenic microorganisms. In addition, with the forwarding only the liquid phase of the biomass, the liquid degradation products contained therein are particularly thoroughly implemented, since there are largely no disturbing the methanogenic microorganisms solids present in the biomass to be reacted. Overall, a particularly high proportion of methane is achieved in biogas.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a schematic representation of a first embodiment of the method according to the invention,

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und 2 a schematic representation of a second embodiment of the method according to the invention and

3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a schematic representation of a third embodiment of the method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments

1 zeigt ein Verfahren 10 zum Erzeugen von Biogas 12 aus Biomasse 14, bei dem Biomasse 14 in einem Behälterraum 15 bereitgestellt wird. Dieser Behälterraum 15 ist ein Hauptfermenter in einer weiter nicht näher dargestellten Biogasanlage, in der als Biomasse 14 bzw. Substrat eine weitgehend homogen und fließfähig aufbereitete Mischung aus Maissilage, Grassilage und Wasser verwendet wird. Mittels eines weiter nicht dargestellten Rührwerkes wird in Intervallen, bei Bedarf auch ständig, zum gleichmäßigen Durchmischen des Substrates gerührt. 1 shows a method 10 for generating biogas 12 from biomass 14 in which biomass 14 in a container room 15 provided. This container room 15 is a main fermenter in a biogas plant, not further illustrated, in which biomass 14 or substrate a largely homogeneous and flowable treated mixture of corn silage, grass silage and water is used. By means of a further agitator, not shown, is stirred at intervals, if necessary, constantly, for uniform mixing of the substrate.

Zur Biomasse 14 werden methanogene Mikroorganismen als Granulat mit einer Teilchengröße von 50 bis 500 Mikrometern gegeben. Das Granulat umfasst methanogene Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales 16 mit einem Anteil der Art Methanosaeta concilii 18 von etwa 75% bis 95% und einem Anteil der Art Methanosarcina mazeii 20 von etwa 5% bis 25%. Ferner ist ein geringer Anteil der weiter nicht näher dargestellten Art Methanospirillum hungatei, der Ordnung Methanomicrobiales, von bis zu 5% vorhanden. Insgesamt wird das Granulat in einer Menge von 0,2 bis 2,0 Litern pro Kubikmeter Biomasse zur Biomasse gegeben.To biomass 14 Methanogenic microorganisms are given as granules with a particle size of 50 to 500 micrometers. The granules include methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales 16 with a portion of the species Methanosaeta concilii 18 from about 75% to 95% and one part of the species Methanosarcina mazeii 20 from about 5% to 25%. Furthermore, a small proportion of the further unspecified species Methanospirillum hungatei, of the order Methanomicrobiales, of up to 5% is present. Overall, the granules are added to the biomass in an amount of 0.2 to 2.0 liters per cubic meter of biomass.

Methanosaeta concilii 18 gehört zur Gattung Methanosaeta 22 und zur Familie Methanosaetaceae 24, während Methanosarcina mazeii 20 zur Gattung Methanosarcina 26 und zur Familie Methanosarcinaceae 28 zählt. Die Familien Methanosarcinaceae 28 als auch Methanosaetaceae 24 und gehören zur Ordnung Methanosarcinales 16.Methanosaeta concilii 18 belongs to the genus Methanosaeta 22 and to the family Methanosaetaceae 24 while Methanosarcina mazeii 20 to the genus Methanosarcina 26 and to the family Methanosarcinaceae 28 counts. The families Methanosarcinaceae 28 as well as Methanosaetaceae 24 and belong to the order Methanosarcinales 16 ,

Ferner werden anaerobe Bedingungen 30 im Behälterraum 15 geschaffen, indem der Fermenter mit seinen Ein- und Ausgängen weitgehend luftdicht verschlossen gestaltet ist. Des Weiteren wird die Temperatur 32 auf etwa 38°C bis 39°C und der pH-Wert 34 auf etwa 7,1 eingestellt.Furthermore, anaerobic conditions 30 in the container room 15 created by the fermenter is designed with its inputs and outputs largely hermetically sealed. Furthermore, the temperature 32 at about 38 ° C to 39 ° C and the pH 34 set to about 7.1.

Mittels Zugabe der methanogenen Mikroorganismen im ersten Ausführungsbeispiel wird nach einer Zeitspanne von 2 bis 48 Stunden ein Methananteil im Biogas von 55 bis 95 Prozent erreicht.By adding the methanogenic microorganisms in the first embodiment, a methane content in the biogas of 55 to 95 percent is achieved after a period of 2 to 48 hours.

In 2 ist ein Verfahren 10 dargestellt, das analog zum Verfahren im ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Der Unterschied ist, dass zusätzlich zu den methanogenen Mikroorganismen, die bereits im ersten Ausführungsbeispiel zur Biomasse 14 zugegeben werden, acetogene Mikroorganismen der Art Acetobacter aceti 36 zugeführt werden. Acetobacter aceti 36 gehört zur Gattung Acetobacter 38 und zur Familie Acetobacteraceae 40. Acetobacter aceti 36 wird vorliegend in Form einer wässrigen Suspension von 18 × 10⁶ bis 22 × 10⁶ aktiven Mikroorganismen pro Milliliter mit einer Menge 0,2 bis 1,5 Litern pro Kubikmeter Biomasse 14 zugegeben. Dabei wird nach einer Zeitspanne von 0,5 bis 48,0 Stunden besonders vorteilhaft eine Ausbeute an Methan im Biogas von über 55% erreicht.In 2 is a procedure 10 represented, which is carried out analogously to the method in the first embodiment. The difference is that in addition to the methanogenic microorganisms that already in the first embodiment to biomass 14 be added, acetogenic microorganisms of the species Acetobacter aceti 36 be supplied. Acetobacter aceti 36 belongs to the genus Acetobacter 38 and the family Acetobacteraceae 40 , Acetobacter aceti 36 is present in the form of an aqueous suspension of 18 × 10 ⁶ to 22 × 10 ⁶ active microorganisms per milliliter with an amount of 0.2 to 1.5 liters per cubic meter of biomass 14 added. In this case, a yield of methane in the biogas of more than 55% is achieved particularly advantageously after a period of 0.5 to 48.0 hours.

In 3 ist ein Verfahren 10 skizziert, bei dem an der Biogasanlage ein erster Behälterraum 42 und ein räumlich davon getrennter zweiter Behälterraum 44 vorgesehen sind. Zunächst wird die Biomasse 14 mit Flüssigkeit in Form von Wasser und/oder Gülle in den ersten Behälterraum 42 gegeben. Im ersten Behälterraum 42 werden aerobe Bedingungen 46 geschaffen, das heißt der Behälterraum 42 sollte nicht luftdicht verschlossen sein. Zudem wird die Temperatur 48 auf 49°C bis 51°C eingestellt. Zur derart vorbereiteten Biomasse 14 werden acetogene Mikroorganismen der Art Acetobacter aceti 36 gegeben und zumindest in Intervallen gerührt. Während des Rührens und Stehenlassens laufen in der Biomasse natürlich ablaufende biochemische Zersetzungsvorgänge mit Hilfe von vorhandenen Verstoffwechselungen von sich vermehrenden hydrolytischen Bakterien ab. Es bilden sich kurzkettige Stoffwechselprodukte, insbesondere Ethanol, das von den acetogenen Mikroorganismen Acetobacter aceti 36 zu Essigsäure umgesetzt wird. Nach einer Zeitspanne von 2 bis 72 Stunden wurde von den acetogenen Mikroorganismen so viel Essigsäure gebildet, dass sich ein pH-Wert 50 von etwa 3,5 einstellt.In 3 is a procedure 10 sketched, in which at the biogas plant a first container space 42 and a spatially separated second container space 44 are provided. First, the biomass 14 with liquid in the form of water and / or manure in the first container space 42 given. In the first container room 42 become aerobic conditions 46 created, that is the container space 42 should not be hermetically sealed. In addition, the temperature is 48 set to 49 ° C to 51 ° C. For such prepared biomass 14 are acetogenic microorganisms of the species Acetobacter aceti 36 given and stirred at least at intervals. During stirring and standing, naturally occurring biochemical decomposition processes take place in the biomass with the aid of existing metabolizations of proliferating hydrolytic bacteria. Short-chain metabolic products, in particular ethanol, which form the acetogenic microorganisms Acetobacter aceti 36 is converted to acetic acid. After a period of 2 to 72 hours, so much acetic acid was formed by the acetogenic microorganisms that a pH value 50 of about 3.5.

Nach dem Erreichen des pH-Wertes 50 von etwa 3,5 wird zumindest ein Teil der flüssigen Phase aus dem ersten Behälterraum 42 in den zweiten Behälterraum 44 überführt. Zur flüssigen Phase im zweiten Behälterraum 44 werden die methanogenen Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales 16 zugegeben, wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Diese methanogenen Mikroorganismen der Ordnung Methanosarcinales 16 finden nun im zweiten Behälterraum 44 eine besonders hohe Konzentration an Essigsäure bzw. Acetat, die diese zu Methan und Kohlendioxid spalten können. Das gebildete Kohlendioxid wird mit dem bei vorhergehenden Abbauprozessen der Biomasse gebildeten Wasserstoff von den Methanosarcinales 16, insbesondere den methanogenen Mikroorganismen der Familie Methanosarcinaceae 28 wiederum zu Methan umgesetzt. Derart umgesetzt wird ein besonders hoher Methananteil im Biogas von etwa 90% erreicht.After reaching the pH 50 of about 3.5, at least part of the liquid phase from the first container space 42 in the second container space 44 transferred. To the liquid phase in the second container space 44 become the methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales 16 added, as already described in the first embodiment. These methanogenic microorganisms of the order Methanosarcinales 16 now find in the second container space 44 a particularly high concentration of acetic acid or acetate, which can split them to methane and carbon dioxide. The carbon dioxide formed is combined with the hydrogen produced by the preceding decomposition processes of the biomass from the Methanosarcinales 16 , in particular the methanogenic microorganisms of the family Methanosarcinaceae 28 again converted to methane. In this way, a particularly high proportion of methane in the biogas of about 90% is achieved.

Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz dem vorgenommenen formalen Rückbezug auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche, auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.Finally, it should be noted that all the features that are mentioned in the application documents and in particular in the dependent claims, in spite of the formal reference back to one or more specific claims, even individually or in any combination should receive independent protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Verfahrenmethod
1212: Biogasbiogas
1414: Biomassebiomass
1515: Behälterraumcontainer space
1616: MethanosarcinalesMethanosarcinales
1818: Methanosaeta conciliiMethanosaeta concilii
2020: Methanosarcina mazeiiMethanosarcina mazeii
2222: MethanosaetaMethanosaeta
2424: MethanosaetaceaeMethanosaetaceae
2626: Methanosarcinamethanosarcina
2828: MethanosarcinaceaeMethanosarcinaceae
30 30: anaerobe Bedingungenanaerobic conditions
3232: Temperaturtemperature
3434: pH-WertPH value
3636: Acetobacter acetiAcetobacter aceti
3838: AcetobacterAcetobacter
4040: AcetobacteraceaeAcetobacteraceae
4242: erster Behälterraumfirst container space
4444: zweiter Behälterraumsecond container space
4646: aerobe Bedingungenaerobic conditions
4848: Temperaturtemperature
5050: pH-WertPH value

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008007423 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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http://eol.org/pages/7921/entries/38709769/overview [0011]
http://eol.org/pages/7933/entries/38712678/overview [0011]
NCBI: http://eol.org/pages/7697/entries/38573328/overview [0037]

Claims

Procedure ( 10 ) for producing biogas ( 12 ) from biomass ( 14 ), in which biomass ( 14 ) and biomass ( 14 ) at least one methanogenic microorganism is added, wherein the at least one methanogenic microorganism of the order Methanosarcinales ( 16 ) is selected.

The method of claim 1, wherein the at least one methanogenic microorganism of the family Methanosaetaceae ( 24 ), in particular from the genus Methanosaeta ( 22 ) is selected.

The method of claim 2, wherein the at least one methanogenic microorganism is the species Methanosaeta concilii ( 18 ).

Process according to claim 2 or 3, in which the methanogenic microorganisms of the family Methanosaetaceae ( 24 ) comprise at least 60 percent, preferably at least 70 percent and most preferably at least 80 percent of the added methanogenic microorganisms.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one methanogenic microorganism from the family Methanosarcinaceae ( 28 ), preferably of the genus Methanosarcina ( 26 ) and in particular the species Methanosarcina mazeii ( 20 ) is selected.

Process according to Claim 5, in which the methanogenic microorganisms belonging to the family Methanosarcinaceae ( 28 ) comprise a maximum of 40 percent, preferably not more than 30 percent and more preferably not more than 20 percent of the added methanogenic microorganisms.

Method, in particular according to one of claims 1 to 6, for producing biogas ( 12 ) from biomass ( 14 ), in which biomass ( 14 ) and to the biomass ( 14 ) at least one methanogenic microorganism is added, wherein in addition to the at least one methanogenic microorganism at least one acetogenic microorganism from the family Acetobacteraceae ( 40 ) to the biomass provided ( 14 ) is added.

A method according to claim 7, wherein the at least one acetogenic microorganism of the genus Acetobacter ( 38 ), in particular of the species Acetobacter aceti ( 36 ) is selected.

Method according to one of claims 7 to 8, wherein the acetogenic microorganisms in a weight fraction of 0.1% to 6.0%, preferably from 0.3% to 3.0%, particularly preferably from 0.5% to 1, 5% based on the weight of biomass provided ( 14 ) are added.

Method according to one of claims 1 to 9, wherein at the biogas plant a first container space ( 42 ) with biomass ( 14 ) and a spatially separated second container space ( 44 ), whereby biomass ( 14 ) in the first container space ( 42 ) at least one acetogenic microorganism according to claim 7 to 9 is added, the biomass ( 14 ) from the first container space ( 42 ) into the second container space ( 44 ) and at least one methanogenic microorganism according to claims 1 to 6 is added there.