Batch- Verfahren in Anlagensystemen mit Mischtechnik

Batch-Verfahren wurden bisher ausschließlich in sogenannten „Trocken-Fermentationsanlagen“ ohne Durchmischung angewandt.

Biogas aus Kuhmist


In konventionellen Biogasanlagen ist das Batch-Verfahren aufgrund der Zwischenspeicherkapazitäten unrentabel, außerdem im Hinblick höherer TS – Einträge mit üblicher Mischtechnik kaum durchführbar.

Im bepeg-Mehrkammer-Reaktor erfolgt die Beschickung der Vorstufe/Homogenisierung porti-oniert und diskontinuierlich Batch im prozessabhängigen Rhythmus.

Dieser ergibt sich aus den Verweilzeiten in den Fermentern.

.Der Kaskadenstrom erfolgt somit zeitversetzt, getaktet nach dem Austrag der jeweils nach geschalteten Kammer.

Zur Unterstützung der Bakterien-entwicklung/-produktion in den Prozessabschnitten verbleibt ein Teil des bereits mit den erforder-lichen Bakterienstämmen angereicherten Substrates in den Kammern als Impfmaterial.

Damit wird einerseits eine gleichbleibende Abbaurate angestrebt und andererseits bereits frühzeitig der Gasbildungsprozess in Gang gesetzt.

Die Durchmischung des Substrats erfolgt im bepeg-2-Stufen Verfahren im Mehrkammerreaktor mit speziellen Vertikal-Mischern.

Biogas aus Mais


Durch die im Batch-Verfahren übliche komplette Entleerung der einzelnen Kessel ist eine exakte Prozesssteuerung mit auf die jeweilige Generationszeit abgestimmte Verweildauer möglich.

Der direkte Durchfluss frischen unvergorenen Substrates wird durch das Batch-Verfahren ausgeschlossen.

Bei eventuellen Prozessstörungen kann ein eventuell erforderlicher Eingriff zielgerichtet erfolgen.

Fachverband Biogas erwartet 5.000 Anlagen bis Ende 2010

Pressebericht (Auszug):
vom 24.12.2009 agrarheute.com

Man rechne 2010 mit dem Zubau von etwa 500 bis 600 Anlagen mit einer Leistung von insgesamt 250 MW. Für das Jahresende 2009 veranschlagt der Fachverband Biogas (FvB) den Anlagenbestand auf etwa 4.500, bei einer Gesamtleistung von 1.650 MW.

Strom aus Biogas


Besonders in Süddeutschland wird eine verstärkte Nutzung des im novellierten Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verankerten Güllebonus in Höhe von 4 Cent/kWh und damit einhergend der vermehrte Bau von kleineren Biogasanlagen mit einer Leistung bis zu 250 kW erwartet.

Der Grund dafür besteht darin, dass für den Erhalt des Güllebonus der Anteil der Exkremente an den Substraten im Vergärer mengenmäßig mindestens 30 Prozent betragen muss.

Mit dem für das Jahr 2009 veranschlagten Zubau an Biogasanlagen geht der FvB davon aus, dass Biogasstrom rund 9,4 Millionen Tonnen Kohlendioxyd pro Jahr vermeidet, die bei der Verbrennung von Kohle oder Öl entstanden wären.

Aufbereitung der Gärrreste
Bild: Aufbereitung der Gärrreste


Biogas-Info: Verfahrensstufen

Bei landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen kommen sowohl ein- als auch zweistufige Verfahren zur Anwendung.

Bei einstufigen Anlagen findet keine räumliche Trennung der verschiedenen Prozessphasen der Vergärung (Hydrolyse, Versäuerung, Essigsäurebildung und Methanbildung) statt.

Alle Prozessphasen werden in einem Behälter durchgeführt.

Bei zwei- bzw. mehrstufigen Verfahren wird eine räumliche Trennung der Phasen auf verschiedene Behälter/Kammern vorgenommen. Bei den zweistufigen Verfahren werden beispielsweise die Hydrolyse und die Versäuerungsphase in externen Behältern durchgeführt.

Biogas in der Landwirtschaft

Mehrstufen-Wechselkammer-Reaktoren mit vertikaler Substrat- Durchmischung

bepeg-Mehrstufen-Wechselkammer-Reaktoren mit vertikaler Substrat- Durchmischung eignen sich besonders zur Mono-Vergärung von Hähnchenmist, Hühnertrockenkot, fein strukturierten Silagen und anderen landwirtschaftlichen Erzeugnissen, aufbereiteten Substraten aus der Lebensmittelproduktion und zerkleinertem, sortiertem reinem biogenem Hausmüll!


Anlieferung ( Ergänzungsmodul )

Die zu verarbeitende Biomasse wird direkt nach Anlieferung in das geschlossene Substratlager verbracht. Das Substratlager verfügt über eine Unterdruckanlage mit Abluftreinigung. Hausabfälle sind verarbeitungsfähig vorzubehandeln. Beim Einsatz von landwirtschaftlich produzierten Rohstoffen kann auf ein geschlossenes Vorlager verzichtet werden.


Substrateintrag

Zur Auflösung von Verklumpungen und erforderlicher Feindosierung wird das Substrat mittel Teleskoplader in die Mischanlage gefüllt und nach intensiver Durchmischung und Portionierung chargenweise über Reiß- und Transportschnecken in den Maischebehälter verbracht.


Maische

Das eingetragene Substrat wird unter Beimischung von temperiertem Rezyklat mittels Vertikalmischer homogenisiert und nach 2 Tagen mit einer Dickstoffpumpe in die nächste Kammer des Biogas-Reaktors zur Hydrolyse weitergeleitet.


Hydrolyse / Acidogenese

Bereits in der 1. Reaktorkammer beginnt zum Ende der Maische die Hydrolyse. Nach der zweitägigen Vorbehandlung wird der komplette Kesselinhalt – Batch – in die 2. Kaskade gepumpt. In dieser befindet sich Restsubstrat aus vorherigen Durchgängen als Impfmaterial zur Prozessbeschleunigung, welches schonend mit dem Frischsubstrat vermischt wird. Unter Berücksichtigung der Generationszeiten für Kohlehydrate und Proteine ist in dieser Stufe eine Verweilzeit einschließlich Be- und Entleerung von 48 Stunden bei einer Betriebstemperatur von 26 – 36°C kalkuliert.


Reaktorstufen- Batch-Beschickung


Acetogenese / Methanogenese

Die Prozessabschnitte Acetogenese / Methanogenese finden in vier separaten, parallel geschalteten Kaskaden statt. Die Befüllung erfolgt in Abständen von zwei Tagen in Abhängigkeit von der Taktung der Hydrolyse/Acidogenese.

Aus der Hydrolyse wird der gesamte Inhalt, bis auf das verbleibende Impfmaterial – Batch – mittels Dickstoffpumpe zur Acetogenese / Methanogenese gefördert. In diesen Kammern befindet sich ebenfalls Impfsubstrat zur Prozessbeschleunigung und Stabilisation.

Beide Prozessschritte laufen in gegenseitiger Abhängigkeit und parallel voneinander ab.

Die Generationszeiten betragen bei getakteter Durchmischung für die Acetogenese 96h, für die Methanogenese 72h. Der Prozess wird zur Vermeidung erhöhter NH3-Ausgasung mesophil geführt.

Das austretende Bio-Gas wird über eine Gassammelleitung oberhalb der Reaktordecke in die Gasspeicher oberhalb der Nachgärer geführt.

Die Entleerung der jeweiligen Methanogenese-Kaskade erfolgt nach acht Tagen Verweildauer, Beschickung und Entleerung inclusive, in einen der Nachgärkessel.


Nachgärung

Zur Optimierung der Gasausbeute und als verfahrenstechnische Voraussetzung bei einer erforderlichen Gärrestenachbehandlung sind dem Reaktor dieser BGA`s zwei Nachgärkessel in Reihenschaltung zugeordnet.


Gärresteaufbereitung ( Ergänzungsmodule )


Hygienisierung

Da bei Gärresten aus Abfall-Substraten und Geflügelmist grundsätzlich von möglichen Belastungen pathogener Bakterienstämme und Keime ausgegangen wird, verlangt der Gesetzgeber eine Hygienisierung der Gärreste vor Ausbringung als Düngemittel. Die entsprechenden Hygienebestimmungen werden zukünftig deutlich verschärft und sind dann EU-weit verbindlich.

Die von bepeg angebotene Gärreste-Hygienisierung erfolgt im isolierten Edelstahlkessel mit Mantel- und Tauscherplattenbeheizung. Betriebsmittel für den Tauscher ist 90 – 98 °C Heißwasser, welches im BHKW anfällt. Das zu pasteurisierende Substrat wird aus den Nachgärkesseln in den Hygienisierungsbehälter gepumpt und durch das umströmende Heizmedium für 60 Minuten auf mind. 70°C erhitzt und gleichzeitig mittels Umwälzpumpe durchmischt.

Nach Beendigung des Prozesses erfolgt der Austrag des behandelten Substrates wahlweise in einen Gärrestespeicher oder zur fest/flüssig Separation.


NH3-Stripping

Während der Erhitzung des Gärrestes tritt ein NH3/CO2 gesättigtes Gasgemisch, welches zur Weiterverarbeitung (Adsorption) aus dem Gasdom des Wärmetauschers durch leichten Unterdruck abgezogen wird. Das im Gasgemisch enthaltene Ammoniak kann wahlweise in reinem Wasser gelöst und als biochemisch produzierter Grundstoff Ammoniumhydroxid NH4OH (Ammoniakwasser oder Salmiakgeist) der Industrie zur Verfügung gestellt werden, wobei allerdings der Gefahrenklassifizierung entsprechende Sicherheitsvorkehrungen zu treffen sind.

Andererseits bietet sich die die Möglichkeit, Ammoniak – NH3 - in einer REA-Gips-Suspension zu absorbieren und damit als Nebenprodukt hochwertigen Mineraldünger, wie konzentrierte Düngemittellösung Ammoniumsulfat – (NH4)2SO4 - und hochwertiger Feststoffdünger Calciumcarbonat – CaCO3  für die Landwirtschaft zu produzieren.


Prozesswasseraufbereitung

Im anaeroben Fermentationsprozess ist die Anwesenheit von ausreichender Prozessflüssigkeit unabdingbar. Zur Einsparung von Frischwasser und Verzicht auf den Einsatz von Gülle wird ein Teil des flüssigen Gärrestes aufbereitet. Das NH3-Sripping ist bereits ein wesentlicher Schritt in dieser Richtung. Unbehandelt würde das Rezyklat zu einer unkalkulierbaren Stickstoff-Aufkonzentration im Reaktor führen.

Das zur Maische eingebrachte Prozesswasser besteht zu 90% aus separiertem Rezyklat beinhaltend ca. 2-3% TS und 10% Frischwasser.

Die jeweils anfallende relativ geringe Menge überschüssigen fluiden Gärrestes, errechnet aus dem Volumen des jeweils frisch zugeführten Prozesswassers plus des im Geflügelmist enthaltenen anteiligen Wassergehaltes, werden den Erfordernissen entsprechend soweit nachbehandelt, dass sie schadstofffrei „einleitfähig“ entsorgt werden können.

In dem Zusammenhang erfolgt zur Vermeidung von Eutrophierung öffentlicher Gewässer aber auch zur Gewinnung von Calciumphosphat - Ca3(PO4)2 – eine chemische P-Fällung.

Bei im Zuge der Prozesswasseraufbereitung durchzuführenden Separation werden die noch im Gärrest enthaltenen Feststoffe abgetrennt.

Die anfallende Menge stapelbarer Gärreste ist jeweils abhängig vom Anteil schwer lösbarer Stoffe. (Lignin/Zellstoff).