Bauanleitung für eine sehr kostengünstige CO2-Düngeanlage

Lesezeit: ca. 8 Minuten

Warum Rumpelstilzchen völlig daneben liegt…

… und was das mit der Aquaristik zu tun hat:

„Heute back‘ ich,
morgen brau‘ ich und
übermorgen klaue ich der Königin ihr Kind!“

Abgesehen davon, dass Hausbrauerei nur bis 200 l im Jahr steuerfrei ist und Rumpelstilzchen ein Verbrechen nach § 235 StGB ankündigt, macht es auch technisch keinen Sinn:
Bevor man Hefe als Kulturhefe verwenden konnte, nutzte man zum Brauen die Spontangärung wilder Hefen, die an den Zutaten des Bieres (oder noch eher an allen möglichen Oberflächen des Gärkellers) siedelten. Diese vermehrten sich während des 1 bis 2 Tage dauernden Gärprozesses so stark, dass sie an dessen Ende im Gärtank gesammelt und an den Bäcker verkauft werden konnten. Der konnte dann erst Hefeteig herstellen.
Also: erst brauen, dann backen, liebes Rumpelstilzchen. Von der Entziehung Minderjähriger rate ich generell ab.

 

Was hat das mit Aquaristik zu tun?

Pflanzenaquarium
Ein solches Pflanzenaquarium ist ohne CO2-Düngung kaum dauerhaft erfolgreich zu pflegen.

 

Auf Wunsch einer einzelnen Dame stelle ich unten eine besonders kostengünstige CO2-Anlage vor. Hierbei setze ich natürlich auf die CO2-Produktion aus der Hefegärung.
Im Vorfeld der Bastelei wollte ich wissen, wieviel Zucker ich verwenden kann/muss, um optimal arbeiten zu können. Ergebnis: nicht das Ausgangsprodukt Zucker beschränkt das Ergebnis, sondern es kommt zu einer klassischen Endprodukte-Hemmung: normale Hefe stellt bei etwa 12%vol Alkohol die Gärung ein.
Jetzt geht´s nur noch darum, auszurechnen, welche Zuckerkonzentration am Ende für einen Alkokolgehalt von 12%vol ergibt.

Stöchiometrische Berechnung:

  • 12%vol EtOH entspricht 12 ml reinem Ethanol pro 100 ml Lösung. Die Volumenreduktion bei Alkohol-Wassergemischen vernachlässige ich, sie führt hier nur zu pseudoexakten Ergebnissen. Ethanol hat eine Dichte von etwa 0,79g/ml, also wiegen 12 ml 9,48 g.
  • Ethanol hat eine Molmasse von 46g/mol. 9,48 g Ethanol sind rund 0,2 mol.
  • Bei der alkoholischen Gärung entstehen aus einem Molekül Saccharose (Haushaltszucker) 4 Moleküle Ethanol (und CO2).
  • Ich benötige also eine Menge von 1/4 x 0,2 mol Saccharose, das sind 0,05 mol.
  • Ein Mol Saccharose wiegt 342,3 g.
  • 0,05 mol sind also 17,1 g Saccharose.

Wenn 17,1 g Saccharose in 100 ml Wasser gelöst waren und die Hefen sie komplett vergoren haben, habe ich 12%vol Ethanol erreicht, der Punkt, an dem die Hefen ihre Arbeit einstellen.
Es macht also keinen Sinn, höhere Konzentrationen als 18 g Zucker pro 100 ml zu verwenden, weil die Hefen mehr nicht verarbeiten können. Hierbei entstehen 4,53 g oder knapp 2,5 l CO2. Will ich mehr CO2 produzieren, brauche ich einen größeren Gärbehälter.

Mit diesem Wissen geht’s nun an die praktische Umsetzung.Bauanleitung für eine sehr günstige CO2-Düngeanlage.

Benötigt werden:

  • Würfelzucker
  • Trockenhefe
  • Tortenguss
  • Eine größere, möglichst undurchsichtige Flasche mit Schraubdeckel (hier: Sportgetränk)
  • Eine kleine Flasche mit möglichst großem Schraubdeckel (hier: Apfelsaft)
  • 4 Reduzierstücke 4/6 mm und 2/4 mm (Zoobedarf)
  • CO2-dichter Schlauch
  • Teflon-Dichtband
  • Etwas Speiseöl
  • (fakultativ: eine kleine Kreiselpumpe)

Werkzeug:

  • Kochtopf
  • Kochlöffel
  • Akkuschrauber
  • Bohrer für Holz oder Metall, 4 mm
  • Trichter

So wird’s gemacht:

  1. Beide Flaschen leeren, Flaschen und Deckel spülen.
  2. Für 200 ml Nährmedium mischt man 50 ml Wasser, 12 Stücke Würfelzucker (entsprechen 36 g Zucker) und eine Messerspitze Tortenguss, gibt dies in einen Kochtopf und kocht es entsprechend der Anleitung auf dem Tortenguss auf.
  3. Während das Nährmedium aufkocht, kann man die Deckel der Flaschen behandeln: in den kleinen Deckel ein, in den großen Deckel zwei Löcher bohren und in jedes Loch ein Reduzierstück stecken.
    Ich dichte standardmäßig mit Teflonband ab.
  4. Wenn das Nährmedium fertig ist, wird es in die abgedunkelte Flasche gefüllt. Diese soll aufrecht stehen, bis es hart wird. Das geht schneller, wenn die Flasche in kaltem Wasser steht.
  5. Ist das Nährmedium fest, gibt man eine dünne Schicht Speiseöl drauf. Das Öl hat mehrere Funktionen: es deckt das Ganze luftdicht ab, dadurch wird Schimmelbildung vermieden. Außerdem unterdrückt es in einem gewissen Rahmen die Schaumbildung bei der Gärung und macht das Ganze sicherer. So kann die Flasche einige Wochen bis Monate (aufrecht!) im Kühlschrank gelagert werden. Eine Vorratsproduktion ist also möglich.
  6. Jetzt werden die Deckel mit dem CO2-Schlauch verbunden (siehe Bild)
  7. Wenn die Gärung beginnen soll, rührt man die gewünschte Menge Trockenhefe in 150 ml kaltem bis handwarmem Wasser ein und gießt sie in die Gärflasche.
  8. Die Flaschen in die Deckel schrauben (hier bietet sich die „ostfriesische“ Methode an: Deckel festhalten, Flaschen von unten reinschrauben).
  9. Warten. Nach einer guten Stunde sollte die Gärung beginnen, nach etwas mehr Zeit ist der Druck so hoch, dass Kohlendioxid ins Aquarium geleitet wird.

Fakultativ:

Verteilung des Kohlendioxids durch die Pumpe: Mittels des letzten Reduzierstückes wird der CO2-Schlauch so an der Pumpe befestigt, dass das Gas in den Wasserstrahl gerät. Optimal ist, wenn die Blasen auf der Saugseite des Motors angesaugt und im Pumpenrad zerschlagen werden. Ist das nicht möglich (z.B. bei Innenfiltern), kann man die Blasen auch auf der Druckseite in den Wasserstrahl leiten. Dazu kann man das Reduzierstück noch anfeilen, so dass eine besondere Form vorliegt, die das Wasser besonders verwirbelt und damit die Verteilung verbessert.

Anmerkung:

  • Hier wird Kohlensäure auf biologische Art produziert. Wie viel CO2 eine solche Anlage produziert, hängt von der Menge des eingesetzten Nährmediums ab.
  • Die Geschwindigkeit der Gärung hängt von der eingesetzten Hefemenge ab. Je mehr Hefe, desto schneller wird der Zucker vergoren. Die optimale Menge kann man nur durch Ausprobieren ermitteln.
  • Will man mehr Kohlensäure produzieren, ist ein größerer Behälter notwendig. Die größten brauchbaren Behälter, die ich kenne, sind Kanister für die Seife aus Autowaschanlagen. Einfach bei der Tankstelle des Vertrauens nachfragen, die schmeißen sie sonst weg.
  • Nach der fakultativen Pumpe ist der CO2-Schlauch das teuerste Bauteil. Leider ist er notwendig, da die „normalen“ Luftschläuche aus durchsichtigem PVC eine kleine Menge CO2 durchlassen. Silikonschläuche sind da noch schlechter, hier diffundiert noch mehr nach draußen.
  • Vermutlich produziert das System mehr Kohlendioxid, als das Aquarium braucht. Kein Problem, das CO2 kostet ja fast nichts und ineffektive Lösungstechniken sorgen dafür, dass kein Überfluss im Aquarium entsteht. Für Anfänger bietet sich doch ein Dauertest an.
  • Es gibt effektivere Methoden, das Gas ins Aquarium zu bringen. Bei kleinen Tanks würde ich hier die Paffrath’sche Schale / Becher vorschlagen. So etwas ist eigentlich nichts anderes als ein Becher, der mit der Öffnung nach unten im Aquarium befestigt wird. Das Gas wird von oben oder unten eingeleitet und sammelt sich im Becher. An der Grenzfläche Gas/Wasser wird es im Wasser gelöst und abtransportiert. Je nach Kohlendioxid-Bedarf wählt man einen größeren oder kleineren Durchmesser (= größere Grenzfläche = mehr Gas geht in Lösung). Zuviel CO2 blubbert ungenutzt nach oben weg.
  • Im Optimalfall kann diese Anlage pro 200 ml Nährmedium 4,8 l CO2 erzeugen. Fängt man nun an zu rechnen: mein Raum hat 3 x 4 m Grundfläche und 2,5 m Höhe, also 30 m³ Inhalt. Eine Kohlendioxid-Konzentration von 1,5% bewirkt eine Zunahme des Atemvolumens, der Mensch reagiert. Hierfür müssten 450 Liter CO2 in der Luft vorliegen. Hierfür müsste man 9,4 l Nährmedium vergären, ohne dass sich Kohlendioxid in Aquarien lösen konnte oder durch Lüften (auch durch den Türschlitz) entfernt wurde. Eine Giftwirkung setzt später ein, dennoch sollte man sich der Gefahr in Aquarienkellern bewusst sein!
  • Billige Einweg-Pfandflaschen sind nicht hitzestabil. Beim Einfüllen des heißen Nährmediums muss das beachtet werden, immer nur schluckweise einfüllen und schnell runterkühlen. Meine Flasche hat eine … interessante Form angenommen.
  • Die Steckverbindungen der Reduzierstücke in den Flaschendeckeln sind nicht 100%ig dicht. Mit ein wenig Teflonband kann man sie abdichten.
  • Wenn die Waschflasche zu leicht ist und nicht stehen bleibt, kann man sie mit etwas Sand oder einigen Kieseln beschweren.

Nun wird’s spannend: Was die Anlage kostet:

  • Waschflasche (Apfelsaft, Aldi Nord) 99 c für den Saft, 25 c Pfand
  • Gärflasche (Isodrink Aldi Nord) 24 c für den Drink, 25 c Pfand
  • 12 Stücke Würfelzucker: ca. 40 c
  • 1 Päckchen Tortenguss (6 Päckchen kosteten 99 c): 17 c
  • Trockenhefe: 10 x 7 g: 99 c, ein Päckchen: 10 c
  • CO2-Schlauch: 4,99 €
  • 2 x 2 Reduzierstücke: 2 x 1,19 € = 2,38 €

Summe: 9,77 €,

inklusive Drink… und 50 c gibt’s zurück, wenn man die Gär- und Waschflasche zurückbringt.

 

Was die Industrie bietet:

Der Handel bietet verschiedene Arten von CO2-Düngeanlagen an, unterschiedliche Systeme für nahezu jeden Geldbeutel.

Es beginnt bei einfachen Gäranlagen, die analog zum beschriebenen Selbstbau-System stehen.

Die nächste Stufe stellen Druckgasanlagen für Einwegflaschen dar, bei denen Armaturen den Druck der Vorratsflasche reduzieren und das Gas ins Aquarium leiten. Meist werden hier umgekehrte Becher mit und ohne Membran oder Spiralen angeboten, um das CO2 in Lösung zu bringen.

Am bequemsten sind Systeme mit Mehrweg-Druckflaschen. Auch hier reduzieren Armaturen den Druck der Vorratsflasche und leiten das Gas ins Aquarium. Sie sind vielfältig zu erweitern, es gibt Nachtabschaltungen mit Magnetventil. Ein besonders bequemes Bauteil ist ein Steuercomputer. Er misst permanent den pH-Wert im Aquarium und gleicht diesen mit einem Sollwert ab. Hieraus kann er den Kohlendioxidbedarf des Aquariums berechnen und eine entsprechende Menge Gas zuleiten. Leere Druckflaschen tauscht ein gut ausgerüsteter Händler gegen Volle aus, einige Händler füllen sie auch bei Bedarf sofort wieder auf.

 

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