Die biologische Methanoxidation: Simulation und Validierung eines thermodynamisch konsistenten Modells

Die Möglichkeiten den Prozess der biologischen Methanoxidation für eine passive Behandlung von Deponiegas in Deponieabdeckschichten zu nutzen, ist zwingend an die Zuverlässigkeit und Prognostizierbarkeit dieser Methode gekoppelt. Das im Rahmen eines DFG-Projektes gemeinsam mit der TU Dortmund und der Universität Duisburg-Essen entwickelte Modell „Methasim“ soll eine Prognose des biologischen Abbaugrades ermöglichen. Zur Modellentwicklung, sowie zur Validierung wurde die Methode der thermografischen Untersuchung von Bodenschnittkörpern entwickelt. Diese Methode stellt eine Erweiterung des Lysimeterversuches dar und ermöglicht eine zweidimensionale in situ Betrachtung der Aktivität methanotropher Bakterien in einem Bodenkörper. Die gewonnen Daten können sowohl zur Validierung des Modells als auch zur Datenerhebung über das Verhalten methanotropher Schichten genutzt werden.

Bei der anaeroben biologischen Umsetzung von organischen Materialien innerhalb eines Deponiekörpers wird neben Kohlendioxid auch Methan gebildet. Um die Emission dieses Gases zu verhindern wird das Deponiegas abgesaugt und behandelt. In den frühen Phasen der Deponieentgasung kann das Deponiegas, aufgrund seines hohen Methangehaltes einer energetischen Verwertung zugeführt werden. Im Laufe der Zeit sinken der Methananteil und die Produktionsrate von Methan. Die Bildung von Methan kommt jedoch über lange Zeiträume nicht zum Erliegen. Der Zeitraum einer energetischen Nutzung ist somit endlich, während der Bedarf für die Behandlung des Gases weitherhin besteht. Die Notwendigkeit zur Oxidation von Methan wird bei der Betrachtung seines Klimapotentials deutlich. Dieses übersteigt das von Kohlendioxid um das 23-fache.

Als mögliche Behandlungsmethoden haben sich neben Fackeln und Hochtemperaturfackeln auch biologische Filtersystem etabliert. Ihnen allen gemein, ist ein hoher monitärer Aufwand. Im Gegensatz zu einem Biofilter, der eine eigenständige technische Einrichtung darstellt, könnte eine verlässliche biologische Oxidation von Methan im Bodenkörper der Abdeckschicht die langfristigen Kosten einer Deponie deutlich senken. Die Oxidationskapazität einer realen Deponieabdecksschicht wird jedoch stark von Umgebungsparametern beeinflusst. Hierzu zählen neben der Witterung auch die Gestaltung, Behandlung und Art des eingesetzten Bodenkörpers. Nach bisherigen Messungen liegt die Methan-Oxidationskapazität von Böden deutlicher über den Emissionsraten vieler Deponiekörper. Somit ist eine rein passive Entgasung und Gasbehandlung denkbar. Einzig der Nachweis dieser vollständigen Behandlung ist durch Messungen auf der Deponie kaum zu erbringen. Sinnvoller und wirtschaftlicher erscheint es daher die Prozesse von Gasbildung und Oxidation zunächst zu simulieren und im Anschluss durch eine diskrete Anzahl von Messungen zu validieren. Ziel des Forschungsprojektes ist es, eine Simulation der Methanoxidation in Deponieabdeckschichten zu ermöglichen. Hierzu wurde das Modell „Methasim“ geschaffen.



Copyright: © DGAW - Deutsche Gesellschaft für Abfallwirtschaft e.V.
Quelle: 4. Wissenschaftskongress März 2014 - Münster (März 2014)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 2,50
Autor: Tobias Gehrke
PD Dr. rer. nat. Dr.-Ing. habil. Martin Denecke
Andrea Sindern

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