Biogasanlagen sind komplexe Ökosysteme, in denen Mikroorganismen organische Substrate in wertvolles Methan umwandeln. Doch während Betreiber oft Kohlenstoff- und Stickstoffverhältnisse im Blick haben, bleibt ein Schlüsselelement häufig unbeachtet: Molybdän (Mo). Dieses Spurenelement spielt eine zentrale Rolle in enzymatischen Prozessen – ein Mangel kann Gaserträge drastisch mindern, ein Überschuss toxisch wirken. In diesem Beitrag tauchen wir tief in die Biochemie von Molybdän ein und zeigen, wie Sie es gezielt zur Optimierung Ihrer Anlage nutzen.

1. Die Biochemie des Molybdäns: Warum das Spurenelement unverzichtbar ist

1.1 Molybdän als Kofaktor in Enzymen

Molybdän ist ein essenzieller Bestandteil von Molybdän-Cofaktoren (MoCo), die in über 50 Enzyme höherer Organismen und Mikroben eingebunden sind. In anaeroben Vergärungsprozessen sind vor allem drei Enzymklassen relevant:

• Nitrogenasen: Verantwortlich für die Fixierung von atmosphärischem Stickstoff (N₂) in Ammoniak (NH₃).
  Reaktion: N₂ + 8H⁺ + 8e⁻ + 16 ATP → 2NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 Pi
  Ohne Mo können methanogene Archaeen Stickstoff nicht assimilieren – ein Engpass im Zellwachstum.

• Formiat-Dehydrogenasen: Katalysieren die Oxidation von Ameisensäure (HCOO⁻) zu CO₂ und H₂, entscheidend im syntrophen Stoffwechsel zwischen acidogenen und methanogenen Bakterien.

• Aldehyd-Oxidasen: Beteiligt am Abbau von Aldehyden, die bei der Zersetzung lignocellulosehaltiger Substrate (z. B. Stroh) entstehen.

1.2 Molybdän im Stickstoffkreislauf der Biogasanlage

In Substraten wie Gülle oder Maissilage liegt Stickstoff oft in organisch gebundener Form vor (Proteine, Harnstoff). Molybdänabhängige Enzyme steuern hier Schlüsselprozesse:

• Nitratreduktion: Mo-haltige Nitratreduktasen reduzieren NO₃⁻ zu NO₂⁻, was die Stickstoffverfügbarkeit für Mikroben erhöht.

• Entgiftung von Sulfid: Bei hohen Schwefelkonzentrationen fördert Mo die Bildung sulfidresistenter Enzymvarianten.

Praxis-Tipp: Ein optimaler Mo-Gehalt (0,1–1,5 mg/kg TS) unterstützt die Stickstoffhomöostase und verhindert NH₃-Hemmungen.

2. Molybdänmangel erkennen: Symptome und analytische Nachweismethoden

2.1 Indikatoren für einen Molybdänmangel

• Sinkende Gasausbeute: Vor allem bei sulfidreichen Substraten (z. B. Zuckerrübenschnitzel).

• Anstieg flüchtiger Fettsäuren (VFA): Durch gestörten Syntrophismus zwischen Acidogenen und Methanogenen.

• Erhöhter ungenutzter Stickstoff: NH₃-Konzentrationen > 500 mg/L bei gleichzeitigem Mo-Mangel.

2.2 Analytik: Wie Sie Mo-Gehalte präzise bestimmen

• ICP-MS (Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie): Goldstandard für Spurenelementanalysen in Gärresten (Nachweisgrenze: 0,01 mg/kg).

• Photometrische Tests: Schnellmethoden für den Betriebsalltag, z. B. mit Thioharnstoff als Komplexbildner (Messbereich: 0,1–5 mg/L).

Fallstrick: Probenahme-Fehler! Da Mo oft inhomogen in Substraten verteilt ist, müssen repräsentative Mischproben aus allen Chargen gezogen werden.