Dr. Roland Becker
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31.12.2009

Im Rahmen des Verbundvorhabens mit den Projektpartnern Leibniz–Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB), Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) und Airsense Analytics GmbH (Airsense) ist ein Messgerät zur Erfassung der Karbonsäuren in Fermentern von Biogasanlagen entwickelt worden, das kritische Belastungszustände erfassen kann. Hierzu wurden Langzeitversuche im Labormaßstab mit häufig in der Praxis eingesetzten Substraten durchgeführt. Hierbei konnte der Zusammenhang zwischen der Akkumulation der Propionsäure und Belastung des Fermenters eindeutig nachgewiesen werden. Die Bildung der prozesshemmenden Propionsäure ist sehr komplex. Mögliche Ursachen sind die Verfügbarkeit von Mikronährstoffen und zu hohe Ammoniakgehalte. Für die Kalibrierung Gas-Sensor-Arrays wurden umfangreiche Labortests hinsichtlich Probenvorbereitung, Pufferungssystem und signalaktiver Begleitstoffe durchgeführt. Das neu entwickelte autarke Gerät verfügt über eine Heizvorrichtung (Headspace) zum Erwärmen der flüssigen Proben aus dem Fermenter, eine beheizte Gasleitung zum Einlass eines kurzen Gaschromatographen und ein Gas-Sensor-Array. Das Gas-Sensor-Array besteht aus drei unterschiedlichen Metalloxidsensoren und einem Photoionisationsdetektor. Die Bedienerführung, Steuerung, Auswertung der Messsignale und Darstellung der Ergebnisse erfolgt über einen integrierten Mikrokontroller. Mit dem Gerät kann die Essigsäure- und Propionsäurekonzentration ermittelt werden. Die Quantifizierung erfolgt mit einem Standard, welcher vor der Analyse der Fermenter-Probe zu vermessen ist. Die Ergebnisse werden nach ca. 15 Minuten auf dem Display in g/l angezeigt.

Ziel des Verbundvorhabens ist die Erhöhung der Stabilität und Leistungsfähigkeit des Prozesses der Biogasbildung durch die Entwicklung einer dynamischen Regelstrategie auf Basis des Einsatzes eines Gassensor-Arrays zur einfachen und kostengünstigen Ermittlung des Propionsäuregehalts in Biogasreaktoren. Die BAM entwickelt dabei ein Kalibrierverfahren einschließlich eines Kalibrierstandards. Folgende Meilensteine sind geplant: Ermittlung signalaktiver Begleitstoffe (neben der Propionsäure) mittels gaschromatographischer Methoden (z. B. GC-MS). Erprobung neuer Sensoren und Sensorkombinationen der Fa. Airsense (Partner) anhand von Fermenterproben des ATB hinsichtlich der Selektivität der Propionsäurebestimmung. Entwicklung eines praxisgerechten Kalibrierverfahrens für das Gassensor-Array einschließlich eines geeigneten Kalibrierstandards. Ermittlung der Messunsicherheit des gesamten Gassensor-Arrays einschließlich des Beitrages der Kalibrierung. Erprobung des Verfahren in der Praxis. Das entwickelte Kalibrierset soll im Rahmen des Referenzmaterialprogramms der BAM (www.webshop.bam.de) oder durch autorisierte Anbieter (z.B. in Kombination mit dem Gassensor-Array) vertrieben werden.