[发明专利]在痕量元素浓度受控情况下生产生物气的方法

说明书

本发明涉及一种在生物气反应器(以下也称为发酵罐)中从有机材料生产生物气的方法。

通过植物光合作用将太阳能固定于生物材料中是一种最重要的自我可再生的能量来源(Maurer，M.和Winkler，J.-P；Biogas.Theoretische Grundlagen，Bau und Betrieb von Anlagen；1982；Springer-Verlag)。基于通过光合作用获得能量时，作为新陈代谢结果，由植物来合成大分子。这些大分子在生物气设备中厌氧性降解时，能以很高的效率转化为甲烷和二氧化碳，使得高达82％的贮存于植物中的能量转入甲烷中。

生产生物气的方法可以分为四个阶段。在第一步骤，即水解中，生物材料的复杂结构分解为其单体(糖、脂肪、蛋白质)。随后，所述单体降解为短链脂肪酸(产酸)。在第三步骤(产乙酸)和第四步骤(产甲烷)中，首先形成乙酸，接着形成甲烷。尤其是二氧化碳和其他气体作为生物气工艺中的副产物以低浓度产生。在各步骤中，最佳环境条件部分地明显不同。(SAHM：Biologie der Methanbildung，Chem.-Ing.Tech.53(1981)Nr.11，S.854-863)。

根据现有技术，有机物质的厌氧性降解发生在干物质含量通常低于30％的含水环境中。

生物气的产生依赖于参与该工艺的微生物，在25至57℃范围的不同最佳温度下进行。

对于水解和产酸而言，最佳的碳∶氮∶磷∶硫之比为500∶15∶5∶3，或者对于产乙酸和产甲烷而言，为600∶15∶5∶3。

水解和产酸的最佳pH值在pH 5.2至6.3范围内，产乙酸和产甲烷的最佳pH值在pH 6.7至7.5范围内。

固体和液体底物用作发酵底物。来自工业、原材料加工业、农业和家庭的生物废料以及为生产甲烷之目的栽培的能源作物都用于生物气设备中。在农业生物气设备中常常将动物排泄物额外供给至该工艺中，以额外充分利用它们的潜能。通常，在开始生物气生产的工艺时，将粪料与收获的能源作物一起供入生物气反应器中，之后向生物气反应器中只供给收获的能源作物。本发明涉及生产生物气的所有变化方案。

最后的降解步骤，甲烷生成，通过产甲烷的微生物实现，该微生物属于古菌(古细菌)组。它们与嗜盐细菌和一些超嗜热菌发酵细菌一起形成Euryarcheota的分枝(-Schlegel，H.-G.；AllgemeineMikrobiologie；第8版，2007，Georg Thieme Verlag)。在所有的生物中，产甲烷生物占据特殊的位置。它们的代谢过程很多都能仅借助在其他微生物的情况下只是很偶然起作用的辅酶来进行。目前7个已知的辅酶之一是辅酶F430，带有镍中心离子的辅助因子。另一实例是带有钼辅助因子的甲酰基-甲烷(Mehthano)呋喃-脱氢酶(SCHLEGEL，a.a.O.2007)。由于这种独特的物质代谢过程，产甲烷生物对痕量元素的浓度有特别要求。

已经知道的是，向生物气设备的发酵罐中供给含有痕量元素的添加剂。EP 1 577 269 A1公开了荷载痕量元素的沸石添加剂，用于补偿对于甲烷气体细菌而言是重要的痕量元素的缺乏。发酵底物例如是猪粪便和玉米青贮料的混合物。当添加含有痕量元素的已知添加剂时，只能暂时地、稍微地或者根本不能改善生物气生产。

由此出发，本发明的目的在于，提供一种生产生物气的方法，该方法改善含有痕量元素的微生物的供给。

该目的是通过具有权利要求1的特征的方法而实现的。所述方法有利的方案记载于从属权利要求中。

用来在生物气反应器中从生物材料生产生物气的本发明方法包括以下步骤：

-提供在用于有效生产生物气的生物气反应器中至少一种痕量元素的浓度的至少一个标准值，

-在生物气反应器中从生物材料生产生物气，

-检测生物气反应器中生物材料中的至少一种痕量元素的浓度，和

-在检测出的痕量元素的浓度低于痕量元素的标准值的情况下，向生物气反应器中添加该痕量元素。