Biogasbildungspotenzial von ausgewählten Nutzpflanzen aus der Familie der Brassicaceae

Abstract

Um Alternativen zum Mais (Zea mays) als Co-Substrat für die Biogas-Produktion zu finden, wurden Nutzpflanzen aus der Familie der Brassicaceae auf ihr Biogaspotential untersucht. Von besonderem Interesse waren dabei die Glucosinolate und ihre antimikrobiell wirkenden Spaltprodukte (Isothiocyanate), die charakteristisch für diese Pflanzenfamilie sind. Dazu wurden Feldversuche und Biogas-Versuche mit acht Zwischenfrucht- und fünf Gemüsearten aus der Familie der Brassicaceae durchgeführt. Außerdem wurden Vorkommen und Zusammensetzung der Isothiocyanate (ITC) mittels GC/MS analysiert. Die Ergebnisse der Biogasversuche wurden mit dem Biogasbildungspotential (berechnet) der jeweiligen Art bzw. Sorte verglichen.In den vier Feldversuchen mit kruziferen Zwischenfrüchten konnten für die Prüfmerkmale Frischmasse-Ertrag, Trockenmassegehalt und Trockenmasseertrag signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten der Stickstoff-Düngungsstufen und den Mittelwerten der acht Arten (bzw. sechzehn Sorten) festgestellt werden.Die ITC-Gehalte der Zwischenfrucht-Arten wurden durch die Art und Dauer der Probenlagerung, aber auch durch die Stickstoffverfügbarkeit und Frosteinwirkung während der Vegetationszeit beeinflusst. Aufgrund natürlicher Abbauprozesse verringerten sich die ITC-Gehalte in silierten Proben auf annähernd 0,0 µmol 100 g-1 Trockenmasse (TM). In einem von vier Batchversuchen zeigte Mais eine höhere Biogasbildung als die kruziferen Substrate, während er in den anderen Versuchen eine vergleichsweise geringere Biogasbildung aufwies. Die Biogasausbeute der kruziferen Zwischen-früchte war somit vergleichbar mit jener der Maisvariante. Die meisten Arten erreichten das für sie berechnete Methanbildungspotential innerhalb der Versuche. Es wurden keine inhibierenden Effekte durch ITC-Verbindungen oder hohe Schwefelwasserstoffkonzentrationen auf die Gasbildung im Fermenter nachge-wiesen. Das Entwicklungsstadium und somit der Rohfasergehalt der Arten spielen hingegen eine entscheidende Rolle. Infolge des geringen TM-Gehaltes ist es empfehlenswert, diese Arten gemischt mit TM-reichem Pflanzenmaterial (z. B. Stroh) zu verwenden. To find another alternative to maize (Zea mays) as biogas co-substrate, selected crops from the family Brassicaceae were investigated on their biogas potential. Of mainly interest were the secondary ingredients (glucosinolates) and their antimicrobial-acting degradation products (isothiocyanates), which are characteristic for this plant family. Therefore field trials and biogas experiments were carried out with eight catch crops and five vegetable species of the family Brassicaceae. In addition, the isothiocyanates were analyzed by gas chromatography using GC/MS. The results of the biogas tests were compared with the calculated biogas potential of the species or varieties. In the field trial with catch crops significant differences could be ascertained for the test factor fresh mass, dry mass content and dry mass yield in all N-fertilization levels between the middle values of sixteen varieties (or eight species). The isothiocyanate (ITC) levels of cover crop species were affected by the type and duration of sample storage, but also by the availability of nitrogen and frost during the growing season. Due to natural degradation processes, the ITC-levels decreased in ensiled samples to approximately 0.0 µmol 100 g-1 dry matter (DM). In one of four batch experiments maize was superior to the cruciferous substrates in biogas formation while it produced lower biogas amounts in the other experiments. The biogas yield of cruciferous catch crops was thus comparable to the biogas yield of the maize variant. Most species reached the calculated methanogenic potential for them within the experiments. No inhibitory effects were detected by isothiocyanates or high hydrogen sulfide concentrations in the gas production. The stage of development, and thus the fiber content of the species on the other hand play a crucial role. Due to the low DM-content, it is advisable to use substrates mixed with ones types with higher dry matter content.