AT14738U1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Biomassezubereitung, insbesondere aus Einsatzstoffen mit hohem Lignin-Gehalt - Google Patents

Abstract

Um bei der Zerkleinerung von ligninhaltigen Einsatzstoffen eine bessere Vergärung zu erreichen, haben die verwendeten Systeme einen hohen Eigenenergieverbrauch, insbesondere Stromverbrauch für den mechanischen Antrieb. Folglich ist die so erreichbare Effizienzsteigerung gering bzw. oft sogar fraglich. Zudem gelingt es auch damit nicht in ausreichendem Maße, den Ligninanteil aufzuschließen. Um dieses Problem zu lösen, wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Biomassezubreitung bereitgestellt, die eine Einrichtung zum Einbringen eines schwer aufschließbaren biologischen Edukts (50), wobei das schwer aufschließbare biologische Edukt ligninhaltig ist, einen Aktivator (42, 70) zum Aufschließen des Edukts, der bei Überschreiten einer Temperatur TA aktivierbar ist, mit TA > 55 °C, wobei der Aktivator thermophile Mikroben in einer Konzentration von mehr als 1 Million pro Milliliter umfasst, die ab der Temperatur TA aktiviert werden, und eine Einrichtung (21) zur thermischen Aktivierung einer Kombination aus Edukt und Aktivator umfasst.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft

VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINER BIOMASSEZUBEREITUNG, INSBESONDEREAUS EINSATZSTOFFEN MIT HOHEM LIGNIN-GEHALT

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Biomasse¬zubereitung (Biomassezusammensetzung), insbesondere einer fermentierbaren Biomassezube¬reitung, durch eine Kombination biologischer, mechanischer und / oder thermischer Aktivierungvon mikrobiologischen Aktivatoren, die in der Lage sind, schwer aufschließbare biologischeEdukte, insbesondere den Ligninanteil von Biomasse, aufzuschließen und vergärbar zu ma¬chen.

[0002] Herkömmliche Biogasanlagen arbeiten mit hydrolysierenden und methanisierendenBakterien, die zuckerhaltige Stoffe und andere leicht zu vergärende Kohlenstoffverbindungen zuMethan verstoffwechseln können. Solche Biogas-Systeme haben aber den Nachteil, dass sieinsbesondere ligninhaltige Einsatzstoffe wie z. B. Stroh nicht oder fast nicht bzw. nur sehr lang¬sam vergären. Angesichts der aus wirtschaftlichen Gründen endlichen Verweilzeit der Biomas¬sen im Fermenter bleiben folglich bei herkömmlichen Biogasanlagen bis zu mehr als 50 % derBiomassen unvergoren. Dies bedeutet eine erhebliche Ineffizienz und führt zu hohem Einsatz¬stoffverbrauch. In Zeiten hoher Einsatzstoffpreise ist dies wirtschaftlich sehr nachteilig undgefährdet die Rentabilität der herkömmlichen Biogasanlagen.

[0003] Es wurden auch thermophile Biogas-Reaktoren entwickelt, die bei höheren Temperatu¬ren vergären. Dadurch werden der Aufschluss und die Methanisierung der schlechter vergärba¬ren Stoffanteile etwas besser. Doch immer noch bleiben erhebliche Anteile der Biomassenunvergoren. Insbesondere strohige Biomassen führen zur Ausbildung von Schwimmschichtenim Endlager, auch wenn die Gesamtausbeute bereits über 50 % des Kohlenstoffeintrags be¬trägt. Pflanzliche Biomasse besteht insbesondere aus Cellulose, Hemizellulose und Lignin.Lignozellulose ist durch eine Ligninschicht geschützt und kann deshalb ohne weitere Vorbe¬handlung nicht oder nur sehr langsam fermentiert werden.

[0004] In den vergangenen Jahren wurden zahlreiche Systeme entwickelt, um durch eine Zer¬kleinerung der Einsatzstoffe eine bessere Vergärung zu erreichen. Diese Systeme haben je¬doch einen hohen Eigenenergieverbrauch, insbesondere Stromverbrauch für den mechani¬schen Antrieb. Folglich ist die so erreichbare Effizienzsteigerung gering bzw. oft sogar fraglich.Zudem gelingt es auch damit nicht in ausreichendem Maße, den Ligninanteil aufzuschließen.

[0005] Ebenfalls wurden biologisch und biochemische Substanzen und Verfahren zur Optimie¬rung des Gärungs-Stoffwechsels in den Biogasanlagen entwickelt. Diese Methoden schaffenAbhilfe bei Mangelerscheinungen im Stoffwechsel der Mikroben und können die Ausbeutesteigern. Doch ändert auch dies nicht viel an der grundsätzlich schlechten Vergärbarkeit derholzigen und / oder ligninhaltigen Einsatzstoffanteile. Diese Problematik der kaum möglichenStrohvergärung ist umso schwerwiegender, als bis zu 50 % und mehr der Einsatzstoffe wieMaissilage aus strohartiger Biomasse bestehen. Mit herkömmlicher Technik bleibt also typischca. 50 % der wertvollen eingesetzten Biomasse unvergoren. Bei Einsatz von stark strohhaltigerBiomasse wie Pferdemist ist eine Vergärung oft sehr schwierig und ineffizient.

[0006] Deshalb wurden in den letzten Jahren Aktivierungsverfahren entwickelt, die mit Dampfarbeiten. Das Problem hierbei ist aber, dass Dampf direkt an der Biogasanlage erzeugt werdenmuss, was einen hohen Aufwand bedeutet. Dabei hat sich herausgestellt, dass auch nachDampfaufschluss die Gesamteffzienz der Methanisierung nicht ausreichend erhöht werdenkann.

[0007] Bislang unbefriedigend gelöst ist der möglichst vollständige Aufschluss ligninhaltigerBiomassen wie z. B. Strohanteilen, um auf diese Weise eine sehr viel vollständigere Vergärungder eingesetzten Biomassen zu erreichen. Dabei soll das Verfahren außerdem effizient, sicher und kostensparend sein.

[0008] Lignin besteht, aus festen Biopolymeren, die in die pflanzliche Zellwand eingelagertwerden und dadurch die Verholzung der Pflanzenzelle bewirken. Lignin ist insbesondere für dieDruckfestigkeit von Pflanzenbestandteilen verantwortlich, man findet es also im Halm oder Stielund / oder in den Schalen.

[0009] Der natürliche biologische Abbau von Lignin erfolgt nur sehr langsam und ist biologischkomplex. Der Ligninabbau findet dabei immer unter aeroben Bedingungen statt und ist sehrenergieintensiv. Er kann entsprechend nicht als alleinige Kohlenstoff- und Energiequelle dienen.Der natürliche Abbau von Lignin kann also nicht für Biomasse-Energieanlagen genutzt werden.

[0010] Der technische Ligninabbau spielt vor allem bei der Zellstoffherstellung eine wichtigeRolle. Zur Produktion von Zellstoff muss das Lignin aus der Lignocellulose gelöst und aus demProzess entfernt werden. Dabei existieren unterschiedliche Verfahren für den Celluloseauf¬schluss sowie für die nachfolgende Zellstoffbleiche. In etwa 80 % aller Zellstoffanlagen erfolgtder Aufschluss über das so genannte Sulfatverfahren, auch bekannt als Kraft-Prozess. EineAlternative stellt der Celluloseaufschluss im Sulfitverfahren dar, bei dem der Ligninabbau durcheine Sulfinierung erfolgt.

[0011] Die DE 10 2005 030 895 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Aufschluss von in Disper¬sion gehaltenem biologischem Material mit einem Gefäß zur Durchleitung des Materials, in demeine Gruppe von diskreten Schallerzeugern eingebracht ist. Insbesondere mit Ultraschall. DieVorrichtung soll zur Zerkleinerung der Stücke dienen. Der thermische Energieeintrag durch dieUltraschallerzeuger reicht dabei aus, um die nachgeschaltete Fermentation bei der geeignetenTemperatur erfolgen zu lassen. Die Vorrichtung wird im Zusammenhang mit einem Fermenterund einer Biogasnutzung im Blockheizkraftwerk (BHKW) beschrieben. Die Beschreibung nennteine Einbringung der vorbereiteten Masse von unten unter hohem Druck eingespritzt, wegengewollter intensiver Vermischung im Fermenter.

[0012] Die DE 10 2011 113 646 B3 beschreibt einen Aufschlussbehälter zur Ballenaufnahmeund Zuführung eines vorgeheizten Säure/Wassergemisches über Injektionseinrichtungen sowieSiebelemente im Bodenbereich zur Abtrennung des flüssigen Hydrolysats von der festen Bio¬masse. Die Aktivierung findet vorzugsweise bei 140-160 °C statt. Verwendet werden minerali¬sche oder organische Säuren. Gelöst werden 50 % des Lignins. Hemicellulose wird zu mehr als75 in Monosacharide umgewandelt.

[0013] Die DE 31 38 309 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aufschluss von Holz und anderenligninhaltigen Substanzen, wobei die im Darmtrakt lebenden Tierchen verwendet werden, wiesie vor allem bei Termiten in Symbiose gefunden werden. Ferner wird genannt, dass die Urtier¬chen und Bakterien nach ihrer Separierung und Vermehrung tiefgefroren oder gefriergetrocknetwerden.

[0014] Die DE 10 2011 118 067 A1 beschreibt einen Aktivierungsprozess, wobei Essigsäure¬bildner zugegeben werden. Der Aktivator setzt Bildung von Essigsäure in Gang, fördert sie undhält die Essigsäurebildung aufrecht. Unter dem Begriff Essigsäure sind auch Acetate zu verste¬hen, die Salze der Essigsäure. Denn in biochemischen Prozessen liegt größtenteils das AnionCH3COO" vor. Es bildet sich der sogenannte Essigsäure Acetat Puffer. Es wird mit lebendenEssigsäurebakterien gearbeitet und eine Suspension hergestellt aus Zucker Alkohol und Was¬ser, die typisch mit 1 Liter pro Kubikmeter Biomasse zugegeben wird. Alternativ wird lebendeHefe zugegeben. Die Umsetzung erfolgt bei pH Wert unter 4. Die Vorrichtung nutzt spiralförmi¬ge Rührwerke.

[0015] Die DE 198 58 187 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierungder organischen Anteile eines ausfaulbaren Substrats. Dabei wird eine erste anaerobe Faulstu¬fe mit einer thermischen Desintegration kombiniert sowie mit einer nachfolgenden zweitenanaeroben Faulstufe. Trotz des Aufwandes der thermischen Desintegration gelingt jedoch nurder Aufschluss der Hemicellulosen, die Ligninanteile bleiben jedoch unaufgeschlossen. DieAusbeute an Energie steigt dadurch nur um ca. 10 %.

[0016] Alle diese bekannten Verfahren geben zwar an, auch Lignin aufschließen zu können,schaffen dies aber nur in einem sehr geringen und wirtschaftlich nicht gewinnbringenden Um¬fang. Dies macht einen Ligninabbau in Fermentierungsanlagen bisher technisch und wirtschaft¬lich ineffizient. Folglich bleiben die ligninhaltigen Pflanzenteile unverwertet und landen bislangim Gärrest (in Biogasanlagen bis zu 50 % der Biomasse).

[0017] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erzeugung einerBiomassezubereitung bereitzustellen, wobei auch Biomassen mit sehr hohem Ligninanteil wiez. B. Getreidestroh, Pferdemist, Grünschnitt von Gehölzen, Gärreste und oder Chinaschilf bzw.C4-Gräser als Einsatzstoffe (Edukte) verwendet werden können und dabei der im Edukt enthal¬tene organische Kohlenstoff möglichst vollständig in energiereiche Kohlenwasserstoffe (z. B.Methan) umwandelt wird.

[0018] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Biomassezube¬reitung, umfassend: [0019] - eine Einrichtung zum Einbringen eines schwer aufschließbaren biologischen Edukts (Einsatzstoffs), [0020] - einen Aktivator zum Aufschließen des Edukts, der bei Überschreiten einer Tempera¬ tur TA aktivierbar ist, mit TA > 55 °C, und [0021] - eine Einrichtung zur thermischen Aktivierung einer Kombination aus Edukt und Akti¬ vator.

[0022] Die Einrichtung zum Einbringen kann das schwer aufschließbare biologischen Eduktbeispielsweise in flüssiger, breiförmiger und / oder fester Form einbringen.

[0023] Die Vorrichtung kann weiterhin umfassen: [0024] - eine Einrichtung zur Druckerhöhung oder Volumenförderung.

[0025] Die Einrichtung zur Druckerhöhung und / oder Volumenförderung kann beispielsweiseeine Pumpe und / oder einen Kompressor umfassen.

[0026] In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Er¬zeugung einer Biomassezubereitung: [0027] a) eine Vorrichtung zum Einbringen von schwer aufschließbaren biologischen Edukt/en insbesondere mit hohem Ligninanteil, [0028] b) eine Vorrichtung zur Zugabe und Untermischung eines Aktivators / Aktivierungsmit¬ tels zum Aufschließen des/der Edukte, wobei das Aktivierungsmittel bei Überschrei¬ten einer Temperatur TA aktivierbar ist, mit TA > 55 °C, optional mit der zusätzlichenBedingung Druck P>PA mit PA > 1,3 bar, [0029] c) eine Vorrichtung zur Aktivierung einer Kombination / Mischung aus Edukt/en und

Aktivator durch Temperaturerhöhung auf T>TA bei Druck P>PA, [0030] d) eine Vorrichtung zur Druckerhöhung- und Volumenförderung, insbesondere eine

Pumpe oder ein Kompressor, bevorzugt in Flussrichtung vor der Vorrichtung zur Akti¬vierung angeordnet.

[0031] Die erfindungsgemäße Vorrichtung verarbeitet schwer aufschließbare, insbesondereligninhaltige, Einsatzstoffe und ermöglicht die Erzeugung einer hochwertigen Biomassezuberei¬tung, in der auch das Lignin zu einem großen Teil aufgeschlossen ist. Sie ist bestens geeignetfür den Einsatz in Bio-Raffinerien oder Biogasanlagen.

[0032] Das Aktivator umfasst eine Mischung von mikrobiologischen Komponenten, bevorzugteingebracht in einer Flüssigkeit und optional ergänzt durch Nährstoffe und Vitalstoffe.

[0033] Der erfindungsgemäße mikrobiologischen Aktivator / das Aktivierungsmittel enthältgroße Mengen (mehr als 108 Teilchen / Mikroben pro Milliliter, bevorzugt 101° bis 1012 pro Millili¬ter) an thermophilen druckliebenden Mikroorganismen. Besonders bevorzugte Aktivierungsbe¬ dingungen sind Temperaturen zwischen 65 und 85 °C und Drücke zwischen 2 bar und 6 bar.Der Aktivator besteht aus einer Mischung von mikrobiologischen Komponenten, bevorzugteingebracht in einer Flüssigkeit.

[0034] Der Aktivator ist beispielsweis eine Suspension, die mehr als 1 Mio. Teilchen je Milliliterenthält, bevorzugt mehr als 1 Mrd. Teilchen je Milliliter. Sie enthält bevorzugt sowohl aerobe, alsauch anaerobe als auch thermophile Mikroorganismen. Ein Anteil dieser Mikroorganismen istLösemittelbildner, d. h. die Organismen erzeugen lokal auf der Oberfläche der Einsatzstoffparti¬kel Lösemittel, die die vorher schwer aufschließbaren Schichten angreifen und die Ligninschichtablösen. Die Anwesenheit des Lösemittelbildners ist zwingend erforderlich.

[0035] Bevorzugt ist der Lösemittelbildner der thermisch aktivierbare mikrobiologische Bestand¬teil. Zu unterscheiden ist die aktivierbare Lösemittelbildung von einer hier nicht stattfindendendirekten Zugabe von Lösemitteln. Die aktivierbare Bildung der Lösemittel erfolgt erfindungsge¬mäß mikrobiologisch, also durch Urtierchen (Archaea), Bakterien und / oder Pilze. Zu unter¬scheiden ist auch zwischen dem nach Aktivierung an den Grenzflächen der Biomasse gebilde¬ten Lösemittel und den bei anderen Technologien verwendeten Lösungsmitteln. Die nach Akti¬vierung mikrobiologisch produzierten Lösemittel führen z. B. zunächst nur zur Ablösung derLigninschicht, jedoch noch nicht zur Auflösung des Lignins. Erst nach der Ablösung werden dieLigninschicht-Fragmente durch Mikroben in kurzkettige Kohlenstoffverbindungen aufgelöst bzw.aufgeschlossen.

[0036] Das Edukt kann in fester, breiförmiger oder flüssiger Form eingesetzt werden, sodassnahezu alle möglichen Biomassen, wie z. B. Stroh, Pflanzenstengel, Holzspäne, tierische Ex¬kremente, Schlachtabfälle etc. aufgeschlossen werden können.

[0037] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum In-Kontakt-Bringen des/der Edukt(e) mit dem Aktivator beispielswiese eine Mischkammer umfassen, jedoch ist in einerweiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Edukt bereits vor der Einbringung in die ei¬gentliche erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Aktivator in Kontakt gebracht wird, z. B. mit¬tels Besprühen des Edukts mit einem flüssigen Aktivator.

[0038] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Aktivierung umfasst eine Vorrich¬tung zur Temperierung der Edukte bzw. der Biomassezubereitung auf eine Temperatur ober¬halb der Aktivierungstemperatur T>TA. Bevorzugt werden dazu Wärmetauscher verwendet, diez. B. durch Motorabwärme eines nahe stehenden Blockheizkraftwerks beheizt werden. DieAufheizung der mit Aktivator vermischten Edukte bewirkt den Start der Aktivierung. Bevorzugtwird die Aktivierung durch die Anwendung eines erhöhten Druckniveaus unterstützt, wobei derDruck höher ist als der Aktivierungsdruck P>PA- Die Temperaturerhöhung kann in besonderenAusführungen auch durch interne chemische Wärmequellen hervorgerufen werden, z. B. durchablaufende exotherme Reaktionen oder durch elektrische Heizung oder durch Einstrahlung vonelektromagnetischen Wellen oder Schall. Weitere Alternativen sind weiter unten anhand derFiguren näher erläutert.

[0039] Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen weiterhineine Mischvorrichtung für Edukte, die so ausgestaltet ist, dass verschiedene Einsatzstoffe mitverschiedenen Aggregatzuständen, fest, breiförmig oder flüssig, vorgemischt werden können,wie z. B. eine reine Feststoff-Vormischeinrichtung oder ein Fest-Flüssig-Einsatzstoffmischer.

[0040] Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist in einigen Ausführungsformen eine Vorrichtungzur Wärmerückgewinnung auf, sodass die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders energieef¬fizient betrieben werden kann. Dabei wird bevorzugt thermische Energie aus dem aufgeschlos¬senen Produkt auf mindestens einen der Einsatzstoffe übertragen, um dessen Temperatur zuerhöhen.

[0041] Die verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sichals eine Kombination aus einer biologischen, mechanisch und / oder thermischen wirkendenVorrichtung beschreiben: [0042] - Eine biologische wirkende Vorrichtung zur Zudosierung von mikrobiologischen

Aktivierungssubstanzen (des Aktivators), die ab einer bestimmten Mindesttempera¬tur ligninhaltige Schichten angreifen können, [0043] - eine mechanisch wirkende Vorrichtung für die Zuführung von schwer aufschließba¬ ren Einsatzstoffen (Edukten) und Vermischung mit dem Aktivator, wobei ein be¬stimmtes Druckniveau erreicht wird, [0044] - sowie eine thermisch wirkende Vorrichtung zur Einstellung einer Temperatur ober¬ halb der Aktivierungstemperatur, wodurch die Aktivierung des Aktivators erreichtund der mikrobiologische Aufschluss des Lignins gestartet wird.

[0045] In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung folgendeKomponenten umfassen: [0046] - eine Vorrichtung zur Zubereitung einer Biomassemischung, z. B. fest-flüssig Ein¬ tragssystem, Vorfermenter, Hydrolysestufe oder Desintegrationsstufe, wobei amAusgang ein Massestrom von ligninhaltiger Biomasse zur Verfügung gestellt wird, [0047] - eine Vorrichtung zur dosierten Zufuhr eines Aktivierungsmittels, das erst durch

Erreichen bzw. Vorliegend eines aktivierenden Bereichs in Druck, Temperatur undNährstoffkonzentration sowie Zeit aktiviert wird.

[0048] - eine Vorrichtung zur Einstellung eines Druckes z. B. 4 bar und zur Förderung, z. B.

Pumpe oder Kompressor, [0049] - eine Vorrichtung zur Einstellung einer Medientemperatur, z. B. Wärmetauscher oder

Heizung oder interne biochemische Wärmefreisetzung.

[0050] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Weiterbildung zwei Erhitzersystemeumfassen, nämlich einen Vorerhitzer und einen Nacherhitzer. Dabei erwärmt der Vorerhitzerflüssigen Einsatzstoff auf eine Vormischtemperatur Tv. Der vorerhitzte flüssige Einsatzstoff wirdgemischt mit einer festen Einsatzstoffzubereitung, die bevorzugt kleinstückig ist, z. B. gehäck-seltes oder gemahlenes Stroh. Die entstehende Mischtemperatur ist TM. Der gemischte Ein¬satzstoff wird vor oder nach der Mischung mit Aktivierungsmittel versetzt und anschließenddurch einen Nacherhitzer auf T>TA erwärmt. Dadurch kommt es zur Aktivierung des Aktivatorsund folglich zur mikrobiologischen Ablösung des Lignins und im weiteren zum mikrobiologi¬schen Aufschluss des Lignins.

[0051] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Weiterbildung zwei Pumpensysteme,die der Druckerhöhung und Volumenförderung dienen, umfassen, nämlich ein erstes Systemzum Aufbau eines Arbeitsdruckes und ein zweites Pumpensystem zur Erzeugung einer Zirkula¬tionsströmung. Die Zirkulationsströmung wird bevorzugt benutzt, um den Vorerhitzer mit flüssi¬gem Einsatzstoff zu durchströmen.

[0052] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Weiterbildung drei Wärmetauschersys¬teme, mindestens zwei Pumpen, einem Separator zur Bereitstellung von Separatorfluid sowieeinem Eintragssystem für feste Biomasse unter Zumischung von fluider oder flüssiger Biomasseumfassen.

[0053] Die drei Wärmetauschersysteme sind vorzugsweise so ausgelegt, dass sie je bis zu 50Kilowatt Wärmeleistung übertragen können, bezogen auf eine Feuerungswärmeleistung von500 Kilowatt. Der erste Wärmetauscher fungiert als Vorerhitzer, der die vom Rekuperator aufca. 50 °C vorgewärmte Separatorfluid auf bis zu 80 °C im Zirkulationsbetrieb erhitzt. Das Fluiddurchströmt eine Zirkulationspumpe auf hohem Druckniveau von ca. 4 bis 10 bar. Der zweiteWärmetauscher fungiert als Nacherhitzer, der Mischung aus Biomasse / Aktivator nochmals aufTemperaturen von mehr als 75 °C, bevorzugt 80 °C erhitzt, um den Ligninaufschluss zu starten.Der dritte Wärmetauscher fungiert als Rekuperator zur Rückgewinnung von Wärme und über¬trägt z. B. im Gegenstrom die Wärme von der erfindungsgemäß aufgeschlossenen Biomasse¬zubereitung auf das bereit gestellte Separatorfluid, den flüssigen Einsatzstoffanteil. Das istwichtig, um den Wärmeeintrag in den Fermenter zu begrenzen. Die Wärmetauscher sind bevor¬ zugt als Rohrmantelwärmetauscher ausgestaltet. Im durchgehenden Innenrohr fließt jeweils dashöher viskose Fluid. Das Außenrohr ist bevorzugt gewendelt und hat zwei Flansche für Zu- undAblauf. Der gesamte Wärmeaufwand liegt bei etwa 6 % bis 20 % der Feuerungswärmeleistung.Die Wärme kann z. B. über das Motorkühlwasser eines BHKW regenerativ bereit gestellt wer¬den.

[0054] Die Druckerzeugung und Förderung von Einsatzstoffen mit hohem Trockensubstanzge¬halt ist technologisch schwierig, insbesondere bei hoher Temperatur über 60 °C. Folglich arbei¬tet eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einerDruckerzeugungspumpe, die kühlen fluiden Einsatzstoff mit T<50 °C komprimiert auf einenVordruck Pv von z. B. 4 bar bis 6 bar. Dann erst erfolgt die Erwärmung des fluiden Einsatzstof¬fes. Durch den erhöhten Arbeitsdruck wird die Gasfreisetzung unterbunden. Der Arbeitsdruckwird im Weiteren als vorwiegende Antriebskraft benutzt, um die Masse durch Rohre, Mischer,Ventile und Wärmetauscher etc. zu bewegen.

[0055] Die Vorwärmung des Einsatzstoff-Fluids wird ergänzt durch einen weiteren Wärmetau¬scher, der die Möglichkeit hat, auch ohne Einmischungsförderung von Fluid in den Einsatz¬stoffmischer das Fluid zur Wärmeaufnahme zu bringen. Besonders bevorzugt ist ein Umwälz-Heizkreislauf, angetrieben von einer zusätzlichen Umwälzpumpe, der sich auf Kreislaufdruck Pkbefindet. Die Pumpe fördert von Druck Pkr auf Pkv. Der Druckabfall im Heizkreislauf erfolgt überRohre, Verteiler, Ventile Wärmetauscher etc.

[0056] Der Zugang zum Fluideintrag in den Einsatzstoffmischer ist durch mindestens ein VentilVe abgeschlossen, das in seiner Öffnung variiert werden kann. Der Umwälzkreislauf hat eben¬falls ein Ventil Vk, das den Kreislauf frei gibt oder absperrt. Die erste Position ist die Befüllungdes Kreislaufs mit geschlossenem Kreislauf-Ventil Vk und geöffnetem Eintragsventil Ve. Diezweite Position ist die Umwälzposition mit geöffnetem Kreislauf-Ventil Vk und geschlossenemEintragsventil Ve. Mischpositionen dazwischen sind möglich und manchmal vorteilhaft.

[0057] Eine Weiterbildung der Erfindung umfasst weiter einen Einsatzstoffmischer für feste Ein¬tragsstoffe, optional versehen mit Aktivator, und fluide Eintragsstoffe, bevorzugt vorgeheizt. DerEinsatzstoffmischer umfasst eine Verdichtungsstrecke mit Motorantrieb, die einen flüssigkeits¬dichten Stopfen aus Einsatzstoff bildet und laufend nachbildet, in dem Maße wie im Einsatz¬stoffmischer fester Einsatzstoff zugemischt wird. Der kontinuierlich gebildete und verbrauchteStopfen bewirkt eine druckfeste Abdichtung gegen den unter Druck zugeführten flüssigen Ein¬satzstoff und gegen den Aktivierungsbereiche, in dem der gemischte Einsatzstoff thermischaktiviert wird.

[0058] In einer speziellen Weiterbildung wird die Dichtheit des Stopfens durch eine neuartigeRegeltechnik sichergestellt. Die bisher übliche Regeltechnik regelt die Drehzahl der Drucker¬zeugungspumpe. Überraschend stellten wir aber fest, dass dies nicht die gewünschte Sicher¬heit gegen Durchschlag der Flüssigkeit gegen die Förderrichtung liefert. Erfindungsgemäß wirdnun ein Regelventil im Einsatzstofffluidzulauf geregelt und optional zur Sicherheit eine Absperr¬schieber in Serie geschaltet, womit der Durchfluss schnell reduziert wird, falls die Dichtheit amEinsatzstoffmischer nicht mehr vorhanden ist. Der Einsatzstoffmischer erzeugt selbsttätig durchseine Aktion einen fortlaufend verbrauchten Einsatzstoffstopfen, der abdichtende Eigenschaftenbesitzt. Diese Abdichtungseigenschaften sind umso besser, je besser sich die Masse kompak-tieren lässt, so dass keine Fluidkanäle verbleiben.

[0059] In einer Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Zuführung vongelbildenden Mitteln zum trockenen Einsatzstoff. Denn in einer Testsituation mit schlecht ab¬dichtenden Einsatzstoffen stellten wir überraschend fest, dass eine Zugabe von gelbildendenMitteln in den Vormischer in die Mischung der festen Einsatzstoffe oder aber in den Einsatz¬stoffmischer selbst zur Wirkung hat, dass sich besonders druckdichte Stopfen bilden. DieseAusführung umfasst also einen Einsatzstoffmischer mit Zuführungsvorrichtung für Gelbildner.Geeignete Gelbildner sind z. B. Chitin- oder Chitosan-Zubereitungen oder Öle oder geleeartigeZubereitungen, insbesondere solche, die bei erhöhten Temperaturen flüssig werden und beiTemperaturen unter 60 °C geleeartig sind. Die zugegebenen Mengen führen dazu, dass die

Fluidkanäle im Stopfen verschlossen werden. Der Stopfen indes wird in Betrieb stets verbrauchtund das Material wird zugemischt. Man muss also ständig neue Gelbildner zumischen.

[0060] In der erfindungsgemäßen Vorrichtung läuft bevorzugt ein Verfahren zur Erzeugungeiner Biomassezubereitung ab, umfassend die Schritte: [0061] a) Bereitstellen eines schwer aufschließbaren biologischen Edukts, [0062] b) Bereitstellen eines Aktivators zum Aufschließen des Edukts, der bei Überschreiten einer Temperatur TA aktivierbar ist, mit TA > 55 °C, und [0063] c) Aktivieren einer Kombination aus Edukt und Aktivator mittels einer Einrichtung zur thermischen Aktivierung.

[0064] Das Verfahren kann weiterhin umfassen: [0065] d) Bereitstellen einer Einrichtung zur Druckerhöhung oder Volumenförderung.

[0066] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiter gelöst durch ein Verfahren zurErzeugung einer Biomassezusammensetzung umfassend: [0067] a) Bereitstellen von schwer aufschließbaren biologischen Edukten bzw. Einsatzstoff in flüssiger und / oder fester Form, [0068] b) In-Kontakt-Bringen der Edukte / des Einsatzstoffes mit einem Aktivator / Aktivie¬ rungsmittel, [0069] c) Aktivieren des Aktivators durch Erhitzen der Kombination Aktivator & Edukt auf eine

Temperatur TA mittels einer Vorrichtung zum thermischen Aktivieren des Aktivators, [0070] d) Optional ergänzt durch Druckerzeugung auf einen Druck P > PA mittels Druckerhö¬ hungsvorrichtung, z. B. Pumpe oder Kompressor, z. B. vor oder nach der thermi¬schen Vorrichtung [0071] Das Verfahren ermöglich vorteilhafterweise die besonders effiziente Erzeugung vonfermentierbaren Biomassezusammensetzungen, insbesondere den Aufschluß von ligninhaltigenEdukten, wenn auch nicht darauf beschränkt.

[0072] Das Verfahren basiert auf der vorwiegend thermisch aktivierbaren Wirkung eines mikro¬biologischen Aktivators, die zudem durch Anwendung erhöhter Drücke verstärkt werden kann.Dieser Aktivator unterscheidet sich ganz wesentlich von allen bisher eingesetzten Mitteln.

[0073] Der erfindungsgemäß verwendete mikrobiologische Aktivator enthält große Mengen vonca. 100 Mrd. Teilchen pro Milliliter an thermophilen druckliebenden Mikroorganismen. Beson¬ders bevorzugte Aktivierungsbedingungen sind Temperaturen zwischen 65 °C und 85 °C undDrücke zwischen 2 bar und 6 bar.

[0074] Der Aktivator wird optional bereits im Vormischer den festen Einsatzstoffen zugegeben.Alternativ ist der Aktivator bereits vorab Bestandteil eines der Einsatzstoffe, die im Einsatzstoff¬mischer gemischt werden. Der Aktivator wird z. B. dem festen Einsatzstoff wie z. B. Stroh zuge¬geben, z. B. durch Besprühen aus einer Düsenvorrichtung. Dabei kommt der Aktivator in Kon¬takt mit der Oberfläche der Einsatzstoffpartikel.

[0075] Eine weitere Alternative ist es, den Aktivator direkt in die Rohrleitung in den gemischtenEinsatzstoff einzufördern.

[0076] Es werden bevorzugt zwei unterschiedliche Mikroorganismen verwendet: [0077] - Anaerobe oder aerobe Mikroben, die Biomoleküle (z. B. Proteine, Zucker, Fette, Zellu¬ lose, Nukleinsäuren) aufbrechen und abbauen, die also z. B. die langkettigen Zellulo¬sen verdauen und in kürzerkettige Moleküle umwandeln können.

[0078] - Thermophile Mikroben, die oberhalb einer Aktivierungstemperatur Ablösemittel erzeu¬ gen, die z. B. die Ligninschichten von den Biomassepartikeln ablösen.

[0079] In besonders bevorzugten Aktivierungsmitteln werden mehr als drei unterschiedlicheArten von Mikroorganismen verwendet.

[0080] - Anaerobe Mikroben, die Biomoleküle aufbrechen und abbauen, die also z. B. die lang- kettigen Zellulosen verdauen und in kürzerkettige Moleküle umwandeln können.

[0081] - Aerobe Mikroben, die mit Hilfe von Sauerstoff und oder Oxidationsmitteln Stoffwechsel treiben.

[0082] - Thermophile Mikroben, die oberhalb einer Aktivierungstemperatur Ablösemittel erzeu¬ gen, die z. B. die Ligninschichten von den Biomassepartikeln ablösen.

[0083] E ine Ausführungsform des Aktivierungsmittels kombiniert die vorstehend aufgeführtenMischungen von Mikroben mit Spurenelementen.

[0084] E ine besondere Ausführungsform des Aktivierungsmittels kombiniert die vorstehenderwähnten Mischungen von Mikroben mit Gelbildnern.

[0085] E ine weitere besondere Ausführungsform des Aktivierungsmittels kombiniert die vorste¬hend erwähnten Mischungen von Mikroben mit Hilfsmitteln für verstärkte exotherme Reaktio¬nen, die anschließend zur Erwärmung der Einsatzstoffmischung beitragen.

[0086] Die thermische Aktivierung erfolgt durch überschreiten einer Aktivierungstemperatur Tafür mindestens den Aktivierungszeitraum Za. Dabei ist die tatsächlich erreichte Temperatut Ttausschlagegebend dafür wie lange die Aktivierungszeit Za mindestens sein muss, um dieschwer aufschließbaren Einsatzstoffanteile aufzuschließen. Biologisch bedingt ist aktuell dieniedrigste Temperatur Ta = 63 °C, dann aber benötigt man noch Stunden Aktivierungszeit.Technisch notwendig sind also tatsächliche Temperaturen von Tt = 70 °C bis 75 °C, um beiangemessen kurzer Zeit die Aktivierung zu erreichen. Entgegen erster Annahmen ist die Akti¬vierungstemperatur nicht scharf begrenzt, sondern gleitend. Es herrscht eine Beziehung, wo¬nach die doppelte Übertemperatur Tt-Ta mindestens zur Halbierung der Aktivierungszeit Zaführt. Technisch wird man auch die tatsächliche Zeit Zt der Überschreitung von Ta länger ma¬chen als Za. Nebeneffekt der thermischen Aktivierung ist meist auch eine Hygienisierung desEinsatzstoffes.

[0087] Das festes Edukt, z. B. Stroh, wird vorteilhafterweise vor der fest-flüssig Mischung me¬chanisch zerkleinert. Die mechanische Zerkleinerung des Einsatzstoffes und die nachfolgendeMischung mit dem zugegebenen Aktivierungsmittel wird erfindungsgemäß durchgeführt. Optio¬nal wird ein Arbeitsdruck von mehr als 1 bar erzeugt, bevorzugt mehr als 2 bar oder mehr als 3bar, um die Gasbildung zu unterdrücken und die Gaslöslichkeit zu erhöhen.

[0088] Die Druckerhöhung ist nicht zwingend nötig, bei Atmosphärendruck entstehen und ent¬weichen aber oftmals C02 und NH3. Kennzeichen der Erfindung ist also im Besonderen diedruckfest ausgeführte geschlossene Anlage im Bereich der Erwärmung. Der Feststoffeintrag istnatürlich offen. Hier wird wie technisch üblich z. B. Stroh über einen Trichter in einen Feststoffe¬intragsapparat eingeschüttet. Der Feststoffeintrag ist aber Flüssigkeitsdicht und Druckdichtabgedichtet gegen den Erwärmungsbereich oder die Erwärmungsbereiche. Die Druckentspan¬nung erfolgt erst nach der thermischen Aktivierung, insbesondere nach Druckabbau durchReibungsverluste im Rohr beim Verlassen des Rohrendes im Fermenter.

[0089] Das Verfahren wird in einer weiteren Ausführungsform wie folgt durchgeführt: [0090] Die Zubereitung beginnt mit der Bereitstellung einer Mischung aus ligninhaltiger vorwie¬gend organischer Trockensubstanz - Biomasse. Diese wird bevorzugt auf ca. 20 °C bis 30 °Ctemperiert und optional bereits zuvor mit der Aktivierungssubstanz in Kontakt gebracht, z. B.durch Berieseln etc.

[0091] Die gemischte Trockensubstanz wird in einer Feststoffzuführung komprimiert und miteinem zugeführten Fluidstrom vermischt. Dies gelingt z. B. mit dem EnergyJet der Fa. Vogel¬sang oder mit anderen, dem Fachmann an sich bekannten Mischern.

[0092] Der zugeführte Fluidstrom wird auf ca. 80 °C vortemperiert. Dies erfolgt durch stufen¬ weises aufheizen bevorzugt mit Wärmerückgewinnung und in Umlaufsystemen.

[0093] In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens in der Vorrichtung mit Zirkulation kanndas Verfahren getaktet durchgeführt werden (siehe Figur 5).

[0094] In Takt A wird flüssiger Einsatzstoff in den Kreislauf gefördert, wobei das Zirkulations¬ventil geschlossen ist und das Einlaufventil (43) und das Dosierventil (42) offen sind. Zudemsind die Druckerhöhungspumpe und die Zirkulationspumpe gleichzeitig aktiv. Die vorgeheizteEinsatzstoff strömt zum Einsatzstoffmischer (9), um dort mit dem festen Einsatzstoff vermengtzu werden. Der gleiche hydrostatische Schub fördert Takt für Takt den angemischten Einsatz¬stoff durch den thermisch aktivierend wirkenden Wärmetauscher (23) und weiter durch denRekuperator (21) bis zum Fermenter. Dabei können optional weitere Förderanlagen eingebautwerden, wenn der Druckabfall dies erfordert.

[0095] In Takt B ist das Einlaufventil (43) geschlossen, das Zirkulationsventil (41) ist geöffnetund das Dosierventil (42) ist geschlossen. Folglich steht die gesamte Zirkulationsleitung untereinem Arbeitsdruck und der flüssige Einsatzstoff wird durch die Zirkulationspumpe im Umlaufgefördert, bis eine gewünschte Vorheiztemperatur erreicht ist. Dann erfolgt wieder Takt A.

[0096] Das im Einsatzstoffmischer erzeugte Gemisch hat bereits teilweise die Mischtemperaturüber 70 °C erreicht. Es wird weiter erhitzt auf Temperaturen bis zu 80 °C, um möglichst in allenVolumenelementen der Biomassezubereitung die Aktivierungstemperatur möglichst lange zuüberschreiten. Dies kann z. B. mittels des von Motorkühlwasser beheizten Nacherhitzerwärme¬tauscher erfolgen, wie vorstehend beschrieben.

[0097] Optional kann anschließend eine Abkühlung der Biomasse Zubereitung erfolgen. Umeine Überhitzung der Fermenter zu vermeiden, erfolgt üblicherweise eine Abkühlung, z. B. ineinem Rekuperator.

[0098] Die so aus ligninhaltiger Biomasse erzeugte Biomasse-Zusammensetzung kann an¬schließend in Bioraffinerien und Biogasanlagen als sehr hochwertiger Einsatzstoff verwendetwerden.

[0099] Die mikrobiologische Aktivierung findet Im Nacherhitzerwärmetauscher und danachstatt. Die erfindungsgemäße Aktivierung führt zunächst zur mikrobiologischen Ablösung vonLignin und anschließend zum mikrobiologischen Aufschluss von Lignin. Die Aufschlussreaktionläuft dabei auch bei wieder fallender Temperatur und auch bei wieder fallendem Druck weiterab, bis in die Verweilzeit im nachfolgenden Fermenter. Die Aktivierung muss also nur über eineMindestdauer von bevorzugt einigen Sekunden erfolgt sein, damit der mikrobiologische Auf¬schluss des Lignins nachfolgend ablaufen kann. Infolge des Aufschlusses des Lignins wird eineentsprechende Mehrmenge an nutzbaren Bioenergiestoffen, z. B. Biomethan erzeugt.

[00100] Weiterhin wird durch die erfindungsmäßige Zerkleinerung und Aktivierung der Einsatz¬stoffe der elektrische Energieaufwand für Rührwerke, Separatoren und andere Hilfsgerätedeutlich reduziert. Insgesamt betrachtet kann also unter günstigen Bedingungen der Aufschlussdes Lignins mit sehr wenig zusätzlicher elektrischer Energie erfolgen. Dies ist wirtschaftlich undökologisch von großem Vorteil.

[00101] Figuren und Ausführungsbeispiele [00102] Der Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren nähererläutert ohne dass dies als auf eine bestimmte Ausführungsform als beschränkend verstandenwerden soll.

[00103] Es zeigen: [00104] Figur 1: ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung, [00105] Figur 2: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ein¬ satzstoffmischer für feste Einsatzstoffe, [00106] Figur 3: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ein¬ satzstoffmischer für feste und flüssige Einsatzstoffe, [00107] Figur 4: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Vorrich¬ tung zur Wärmerückgewinnung, und [00108] Figur 5: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in sche¬ matischer Ansicht.

[00109] In Figur 1 werden verschiedene Einsatzstoffe (50, 51... 55), die in einer Vorbereitungs¬vorrichtung 61-62 einsatzfähig gemacht. Diese Vorbereitungsvorrichtung 61-62 können bei¬spielsweise Fest-Flüssig Einsatzstoffmischern wie EnergyJet, flüssig-flüssig-Einsatzstoffmi-scher, Vorfermenter, Hydrolysestufen oder thermische Desintegratoren oder Separationsvor¬richtungen sein. Allgemein wird so der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein pumpbares fließfä¬higes und wärmeleitendes Biomasse-Material (1) zur Verfügung gestellt, das einen wirtschaft¬lich interessanten Gehalt an schwer aufschließbarer ligninhaltiger Biomasse aufweist (bei Strohals Einsatzstoff sind bei herkömmlichen Systemen bis zu 60% und mehr nicht in den für wirt¬schaftliche Anlagen relevanten Verweilzeiten aufschließbar). Typisch für das Biomassematerial(1) sind 30 % bis 80 % der organischen Substanz als ligninhaltige Biomasse. Um den bishernicht möglichen Aufschluss von Lignin und damit die weitere Freisetzung von Energieträgernwie CH4 (Methan) zu ermöglichen wird ein Aktivator zugegeben und anschließend aktiviert. DieZugabe kann im Grunde bereits in der Vorbereitungsstufe (61-62) erfolgen, sie muss spätes¬tens vor der Aktivierungsstufe (21) erfolgen. Die gesamte Aktivierungsvorrichtung besteht ausmehreren Elementen (41, 31,21 etc.) und stellt die geeigneten Aktivierungsbedingungen her.Die Zugabe von Aktivator erzeugt dabei die biologischen Voraussetzungen her (durch Zugabevon thermophilen aktivierend wirkenden Mikroorganismen, die lokal an der Lignin-Biomasseablösend wirkende Biochemikalien erzeugen können, ergänzt bei Bedarf durch Hilfsstoffe wieSpurenelemente). Die Zugabe des Aktivators erfolgt mittels Dosiersystem in Mengen von ty¬pisch 0,1 bis 10 Liter pro Tonne gesamte Biomasse. Das Dosiersystem (41) ist optional soausgelegt, dass es auch auf das erhöhte Aktivierungsdruckniveau (z. B. 4 bar) eindosierenkann. Nach der Eindosierung wird Biomasse und Aktivator vermischt und kontaktiert, z. B. durchdie Mischwirkung eines fest-flüssig Eintragssystems (z. B. EnergyJet) oder die Mischwirkungeiner Fluid-Pumpe (z. B. Kreiselpumpe). Zusätzlich zur Mischung wird in diesem Förderelement(31) auch eine Druckerhöhung auf Aktivierungsdruck größer Pa vorgenommen. Zudem wirdeine Temperaturerhöhung auf Aktivierungstemperatur größer Ta vorgenommen. Für die Tempe¬raturerhöhung wird ein Erhitzungselement (21) eingesetzt ausgewählt aus (Wärmetauscher,Heizpatrone, interne reaktive Wärmequelle, z. B. exotherm reagierende Zusätze). Nach derAktivierung (spätestens einsetzend in Aktivierungsvorrichtung 21) erfolgt zunächst die Ablösungder Ligninhaltigen Biomasse und danach schrittweise die Auflösung der ligninhaltigen Biomas¬se, wobei die sonst schwer aufschließbare Biomasse in eine vergärbare Substanzmischungumgewandelt wird, die insbesondere kurzkettige Kohlenstoffverbindungen enthält.

[00110] In Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Einsatzstoffmischer, hier be¬zeichnet als (9). Der Mischer (9) erzeugt den Einsatzstoff (1) für das eigentliche Aktivierungs-System. Man sieht auch, dass die Position der Pumpe (31) in den Fluidkreis gesetzt ist. Ent¬scheidend ist der Druck nach dem Mischer (9) und in der thermisch Aktivierungsvorrichtung (21)für den gelten muss P>Pa sowie T>Ta. Der danach aktivierte Einsatzstoff ist hier mit (58) be¬zeichnet.

[00111] Dem Einsatzstoffstrom wird der Aktivator (42) zugegeben, wahlweise in die Einsatz¬stoff-Mischung (50,... , 55) oder in den daraus erzeugten Einsatzstoff-Mix (1). Zudem wird derEinsatzstoff (1) auf Druck P>Pa und auf Temperatur T>Ta gebracht. Dadurch wird die Aktivie¬rung erreicht und die mikrobiologischen Komponenten des Aktivators (42) beginnen aktiv zuwerden. Nach der Aktivierung erfolgt eine Reaktionsstrecke, wobei hier die Temperatur bereitswieder abgesenkt werden kann, aber nicht muss. Temperaturabsenkung durch z.B. Rekupera¬tor wird optional benutzt, im bei mesophilen Fermentern eine Temperaturerhöhung im nachfol¬genden Fermenter zu begrenzen. Bei Thermophilen Fermentern kann man z. B. auf die Abküh- lung nach Aktivierung verzichten. Eine besonders bevorzugte Ausführung benutzt zur Erzeu¬gung des Einsatzstoff-Mix (1) einen Anteil von festen Gärresten, bevorzugt aus dem Endlager.Diese werden z. B. durch eine Separationsvorrichtung (Filter, Separator, etc.) abgetrennt undzum Einsatzstoff-Mischer gebracht und dort mit Stroh vermengt. Eine weitere besonders bevor¬zugte Ausführungsform nutzt einen Anteil flüssiger Gärreste oder Fermenterinhalte mit org.Trockensubstanzgehalt typisch unter 10 %, bevorzugt unter 6 %, besonders unter 4 %, umdiesen fluiden Anteil separat aufzuwärmen, zu komprimieren und mit Aktivator zu versehen.Anschließend erfolgt die Vermischung mit den trocken-festen Einsatzstoffen in einer dafürgeeigneten Mischvorrichtung wie z. B. EnergyJet von Vogelsang. Die so entstehende Einsatz¬stoff Mischung ist durch die Zugabe des Aktivators und durch die Mischung bereits aktivierungs¬fähig. Auch der Vordruck kann genutzt werden, um den Aktivierungsdruck zumindest teilweiseaufzubauen. Auch die nach Mischung erhaltene Vorlauftemperatur Tv ist eine gute Ausgangs¬position für die weitere Erwärmung über die Aktivierungstemperatur Ta hinaus. Im Sonderfallreicht die Mischer-Vorlauftemperatur Tv sogar aus, um die Aktivierungstemperatur Ta zu errei¬chen. Im Regelfall aber wird eine weitere Erwärmungsstrecke nachgeschaltet, um Ta zu über¬schreiten.

[00112] Erwärmung entweder durch Wärmetausch z. B. mit Motorkühlwasser oder durch Elekt-roheizer mit Überschussstrom oder durch enthaltene exotherme Reagenzien.

[00113] Besonders bevorzugt ist weiterhin die Führung des Fluids mit geringem Gehalt anOrganische Trockensubstanz (OTS) in einer Vorerhitzungsvorrichtung, z. B. Wärmetauscher¬kreislauf, auf einem erhöhten Druckniveau Pv, das oberhalb des Aktivierungsdruckes Pa liegt.Dazu wird eine Druckerhöhungsstufe (31) verwendet und optional eine weitere Umwälzvorrich¬tung (32). Die Zugabe des Aktivators (42) erfolgt wahlweise vor dem Einsatzstoffmischer (fluid¬seitig oder feststoffseitig, nutzt die Mischwirkung aus) oder nach dem Einsatzstoffmischer (dannaber kombiniert mit nachfolgendem Aktivator-Mischer als Teil von (41)), in jedem Fall aber vorder thermisch wirkenden Aktivierungsvorrichtung (21). Den Aktivator (42 bzw. 70) kann auchnach dem Mischer (9) zugegeben werden, was aber nicht vorteilhaft ist, weil dann ein zusätzli¬cher Aktivator-Mischer (41) nötig wäre. Bevorzugt ist die Zugabe des Aktivators (42) vor demEinsatzstoff-Mischer (9) bzw. in das System (61-62) in Figur 2, weil dann die Mischwirkung desEinsatzstoffmischers für die innige Vermengung mit dem Aktivator (42 bzw. 70) genutzt wird.

[00114] Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung miteiner Vorrichtung für die Mischung von festen und flüssigen Einsatzstoffen. Nach dem Mischer9) ist der Einsatzstoff (1) für die Aktivierung verfügbar. Die Vorheizung der fluiden Einsatzstoffe(53) befolgt über eine thermische Strecke (22), z. B. einen Wärmetauscher oder ein Heizele¬ment, optional erweitert durch Umlaufkreis mit Fördereinrichtung 32. Der Aktivierungsdruck wirdbevorzugt aufgebaut durch eine Druckerhöhungsstufe bzw. Fördereinrichtung (31). Die Erwär¬mungsstrecke (21) stellt sicher, dass im Einsatzstoff überall mindestens T>Ta erreicht wird. DerAktivierte Einsatzstoff (58 bzw. 2) kommt in die Reaktionsstrecke, in der das abgelöste Ligninmikrobiologisch aufgelöst bzw. aufgeschlossen wird. Optional wird dabei oder danach die Tem¬peratur des aktivierten Einsatzstoffes reduziert. Figur 3 zeigt weitere besondere Pumpenanord¬nung. Dabei erzeugt die Fördereinrichtung (31) bereits den hohen Arbeitsdruck. Fördereinrich¬tung 32 dient der Zirkulation des fluiden Einsatzstoffes (53) im Vorheizkreis inkl. ThermischerStrecke (22) die insbesondere als Wärmetauscher ausgeführt werden kann, beheizt z. B. durchMotorabwärme.

[00115] Anstelle eines Wärmetauschers als Ausführungsform für die Erwärmungsstrecke (21und oder 22) könne ebenso elektrische Erhitzer oder biochemische Reaktionskomponenten, diezur Erwärmung führen verwendet werden. Wesentlich ist lediglich, dass in diesen Erwärmungs¬strecken ein thermischer Zustand T>Ta erreicht und über Zeit Z>Za gehalten wird.

[00116] Auf die Verwendung eines Wärmetauschers kann verzichtet werden, wenn nach derZumischung des Aktivators die Einsatzstoffmischung auf eine förderfähige Konsistenz gebrachtwird, z. B. durch Mischen mit Fluiden, und davor und oder danach infolge von besonderer Wär¬mefreisetzung auf eine tatsächliche Temperatur Tt oberhalb der Aktivierungstemperatur Ta gebracht und mindestens die Zeit Za auf mindestens dieser Temperatur gehalten wird. Diebesondere Wärmefreisetzung kann z. B. durch exotherme Reaktionen erfolgen, wie sie z. B.unter Nutzung von eingebrachtem Oxidationsmitteln und oder anderen Reaktionsmitteln erfol¬gen können. Die Einbringung von Sauerstoff z. B. geschieht bei der Feststoffzufuhr aus dematmosphärischen Raum und es können zusätzliche Reaktionsfähige Mittel zugegeben werden.

[00117] In Figur 4 ist eine weitere Variante der in Figur 3 näher beschriebenen Vorrichtunggezeigt. Diese weist nun zusätzlich eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung auf (Rekupera¬tor). Die Einsatzstoffmischung hat nach der Aktivierung zunächst eine hohe Temperatur größerTa und transportiert somit viel spezifische Wärme. Diese Wärme kann z. B. abgegeben werden,um das Einsatzstofffluid vorzuwärmen. Es handelt sich also um eine Wärmerückgewinnung, dieden Wärmeverbrauch der Anlage reduziert. Zudem reduziert sich der Wärmeeintrag in denFermenter. Bevorzugte Temperaturen nach dem Rekuperator sind z. B. 55 °C. Verglichen mitder in Figur 3 gezeigten Ausführungsform weist die Vorrichtung gemäß Figur 4 also einen Re¬kuperator (23) zur Wiedergewinnung der Wärme aus dem aktivierten Einsatzstoff (58) auf. Diewieder gewonnene Wärme kann z. B. zur Vorwärmung des fluiden Einsatzstoffes (53) verwen¬det werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Rekuperator (53) auch einen einfa¬chen Kühler beheizen.

[00118] In Figur 5 ist ein schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.In dieser speziellen Ausführungsform wird insbesondere das Aufschwimmen von gehäckseltemStroh durch Aktivierung und Vermischung von ligninhaltiger Biomasse mit Aktivierungsfluid undRezyklat in der Vorrichtung für Feststoffeintrag (9) vorteilhafterweise vermieden.

[00119] Die Schwierigkeit der Wärmeübertragung auf eine Stroh-Wasser Mischung wirddadurch gelöst, dass zunächst ein dünnflüssiges Fluid mittels Separator (2) absepariert wird,das sich gut pumpen lässt. Dieses wird im Rekuperator (21) vorgewärmt und im Vorerhitzer-Kreislauf per Vorerhitzer-Wärmetauscher auf ca. 70 °C bis 80 °C erwärmt wird. Als Wärmequel¬le dient z. B. Motorkühlwasser.

[00120] Im Umlaufverfahren oder periodisch wird das Ventil geschlossen und über das Dosier¬ventil (42) aus dem Vorheizkreis die nötige Menge Rezyklat / Separatorfluid entnommen und mitÜberdruck von z. B. bis zu 6 bar in die vorbereitete organische Masse gepresst.

[00121] Die ligninhaltige Biomasse muss erfindungsgemäß mindestens einige Sekunden aufeine Temperatur von bevorzugt 75 °C, besonders bevorzugt 80 °C erwärmt werden.

[00122] Direkt nach dem Feststoffeintrag hat die Biomasse-Aktivator-Mischung eine Mischtem¬peratur unter 70 °C. Danach wird in Wärmetauscher nacherhitzt auf ca. 80 °C. Dadurch wird diemikrobiologische Reaktion angestoßen und die Ligninaufspaltung beginnt.

[00123] Nach der Aufspaltung wird Mischung optional abgekühlt, z. B. im Gegenstrom-Wärmetausch. Die Temperatur sinkt dabei unter 60 °C und wird dem Fermenter zugeführt. ImFermenter wird die Biomassezusammensetzung der Fermentation zugeführt. Nun sind diezuvor ligningeschützten Biomasseanteile aufgeschlossen.

[00124] Dies bedeutet je nach Einsatzstoff (z. B. Stroh) Mehrerträge von bis zu 300 % (bis zu600 Kubikmeter je Tonne org. Trockensubstanz) verglichen mit den Verfahren des Standes derTechnik.

BEISPIELE (Die Bezugszeichen beziehen sich auf Figur 5) BEISPIEL 1 [00125] Bei Repowering von Bestandsanlagen hat das Endlager anfangs noch hohe Feststoff¬anteile. Aus dem Endlager (1) wird Gärrest entnommen und zu einem Separator (2) geführt.

Dieser trennt den Gärrest in einen Festanteil (51) mit z. B. 25 % OTS und einem Fluidanteil (52)von z. B. 4 % OTS. Das Separator Fluid wird zwischengelagert im Separator Fluidbehälter (3)und bei Bedarf frostschützend geheizt.

[00126] Der Festanteil (51) wird ebenfalls zwischengelagert und bei Bedarf zur Eintragsseitezum Feststoffmischer (8) gefördert, um dem Eintragsstoff zugemischt zu werden. Der Fluidanteil(52) mit z. B. 4 % OTS wird aus dem Lagerbehälter (3) von einer Druckerzeugenden Pumpe(31) angesaugt und auf einen Vorlaufdruck von bis zu 5 bar komprimiert.

[00127] Mit etwas Druckabfall durchströmt dieses niederviskose und chemisch alkalische Se¬parator Fluid (53) durch einen Wärmetauscher (21), in dem es Wärme von einem erhitztenGegenstrom (57) aufnimmt. Der Gegenstrom ist das fertige erhitzte und aktivierte Einsatzstoff¬gemisch auf dem Weg zum Fermenter (58).

[00128] Das vorgewärmte Separator Fluid wird in eine Zulauf Mischkammer (82) gepresst underzeugt auf diese Weise im Zirkulationsumlauf (55) einen Systemdruck von bis zu 4 bar. derZulauf ist hier nur bei geöffnetem Ventil (43) möglich, Optional baut man im Zirkulationskreis(55) des Vor-Erhitzers einen Pufferspeicher mit Abscheider (4) ein, der ein auffüllbares Spei¬cher-Element enthält.

[00129] Der Zirkulationskreis (55) wird angetrieben durch eine Zirkulationspumpe (32), dieweniger auf Druckaufbau ausgerichtet ist, dafür aber besonders korrosionsfest und besonderstemperaturfest ausgelegt ist. Die zu erzeugende Druckdifferenz ist die des Druckverlustes imZirkulationskreis durch die Wärmetauscher (22) und die (82, 83, 84) Mischkammern.

[00130] Der Vor-Erhitzer (8) ist als Rohrwärmetauscher ausgeführt. Erhitzt wird im Gegenstromdurch Motorkühlwasser, das dem Biogas BHKW entnommen wird. Die Erhitzung erfolgt also100 % regenerativ.

[00131] Der Zirkulationskreis durchströmt eine Auslass Mischkammer (84), an der die Schnellereduziert ist, so dass ein Staudruck auf das Dosierventil (42) wirkt. Wenn das Motorventil (42)öffnet, kann erhitztes Separator Fluid (55) mit ca. 80 °C oder höher zum Feststoffeintrag (9)strömen.

[00132] Auf dem Weg zum Feststoffeintrag (9) befindet sich eine Einspritzung für den Aktivator(Bionik Fluid) aus Tank (6) und gereinigtem Heißwasser, diese mündet in Kammer (81).

[00133] Der Einsatzstoff Eintrag erfolgt über einen Feststoffmischer (8). Dieser mischt frischeBiomasse nach Bedarf mit Rezyclat (51) aus dem Separator (2) und zerkleinertem Stroh undfügt zudem eine funktionell sehr wichtige biologische Komponente aus dem Tank (7) hinzu, denAktivator. Der Einsatzstoff wird hierbei auch zerkleinert auf eine Korngröße / Stiftlänge unter 30mm, bevorzugt ca. 10 mm.

[00134] Der vorgemischte Einsatzstoff wird in der Feststoffeintragsvorrichtung (9) komprimiertund mit dem vorgeheizten Separator Fluid aus Kammer (81) innig gemischt. Dabei ist bevorzugtdas Separator Fluid der größere Massenanteil und hat zudem die höhere spezifische Wärme.Es entsteht die Biomassezubereitung (56) mit einer Mischtemperatur z. B. unter ca. 70 °C.Diese Biomassezubereitung (56) ist mit Aktivator versetzt aber noch nicht ganz aktiviert. Siewird also weiter erhitzt bis zur Aktivierung und dann im Rekuperator etwas abgekühlt. Vorn dortaus geht es zum Fermenter. BEISPIEL 2 [00135] Im Dauerbetrieb wird die Biomasse Zubereitung aus dem erfindungsgemäßen Systemim Fermenter fast vollständig verwertet. Dadurch sinkt der organische Feststoffgehalt nacheinigen bis etlichen Monaten im Endlager (1) auf Werte unter 4 %. Nun ist kein Separator (2)mehr erforderlich. Die Endlagerflüssigkeit kann direkt als flüssiger Einsatzstoff (52) verwendetwerden. BEISPIEL 3 [00136] Als Einsatzstoff soll z. B. vorwiegend trockenes Stroh verwendet werden, z. B. weildieses in einem landwirtschaftlichen Großbetrieb als Abfall anfällt. In diesem Fall muss dasStroh gehäckselt werden. Der OTS Gehalt von Stroh liegt über 85 %. Zur Verarbeitung musseine Zumischung von Flüssigkeit erfolgen, z. B. Fermenterflüssigkeit. Diese hat aber zuneh¬mend hohen Mineralgehalt. Folglich wird zudem Wasser in die Einsatzstoffzubereitung zuge¬mischt werden, um die Mineralstoffkonzentration in Fermenter und Endlager auf Dauer nicht zuhoch werden zu lassen. BEISPIEL 4 [00137] Bei Hühnermist als Einsatzstoff gibt es ein Überangebot an Ammonium. Dann wird auseinem Dosierbehälter (5) in den Abscheider (4) ein Fällmittel eindosiert, um Ammoniumdüngeraus der erhitzten zirkulierenden Flüssigkeit (55) auszufällen. Auf diese Weise können auchMetallionen und andere Bestandteile aus dem Vorerhitzerkreislauf ausgefällt werden. BEISPIEL 5 [00138] Der Biomasse Fluidkreislauf soll gespült werden. Hierfür wird das Einlaufventil (43)geöffnet und das Zirkulationsventil (41) geschlossen. Das Dosierventil (42) wird geöffnet undder Feststoffeintrag wird bei Bedarf bzw. Undichtheit überbrückt (nicht gezeichnet). Dann strömtdie von den Pumpen (31) und (32) beförderte Fluid durch alle Wärmetauscher und reinigt diese.Nach dem Rekuperator (21) kann das Fluid auch wieder in den Behälter (3) gepumpt werden(nicht gezeichnet). BEISPIEL 6 [00139] Eine bestimmte Biomasse erfordert eine besonders starke Aktivierung bei erhöhtenTemperaturen. Dann wird zunächst das Dosierventil (42) geschlossen und das Separatorfluid (55) zirkuliert durch den Wärmetauscher (22) und erwärmt sich auf bis zu 85 %. Entsprechendwird nur wenig Feststoff zugeführt und es ergibt sich eine erhöhte Mischtemperatur im E-Mix (56) . Diese wird weiter gesteigert im Nacherhitzer (23). Bei Bedarf könnte auch der Rekuperator(21) auf Heizbetrieb umgestellt werden, um die Aktivierung des Fluides (57) noch weiter zusteigern. BEZUGSZEICHENBezugzeichenliste für Figur 5 1 Endlagerbehälter 2 Separator 3 Separator Fluidbehälter 4 Abscheider 5 Fäller 6 Bionik HAT Tank 7 Bionik LT Tank 8 Feststoffmischer 9 Feststoffeintrag 21 Rekuperator Wärmetauscher 22 Vorerhitzer Wärmetauscher 23 Nacherhitzer Wärmetauscher

31 Druck Pumpe 4 bar 20-50 °C

32 Zirkulationspumpe 1 bar 70-90 °C 41 Zirkulations Ventil im Vorheizkreis 42 Dosier Ventil zum Feststoffeintrag 43 Einlauf Ventil zum Vorerhitzer 44 Überlauf Ventil vom Vorerhitzer in Separatorfluid 45 Ablauf Ventil vom Abscheider 51 Separator Material Feststoff Gärrest 52 Separator Fluid TS04 kalt dünnflüssig 53 Separatorfluid im Außenmantel aufgewärmt

54 Separatorfluid durch Einlaufventil 50 °C

55 Separatorfluid TS04 im Vorerhitzerkreis 80 °C

56 E-Mix nach Zugabe von Feststoffen <70 °C

57 E-Mix TS12 nach Erhitzung 80 °C 58 E-Mix TS12 abgekühlt 55 °C zum Fermenter 91 Motorkühlwasser heizt Vorerhitzer 22 92 Motorkühlwasser heizt Nacherhitzer 23 93 Motorkühlwasser heizt Separatorfluid 3 bei Bedarf 94 Motorkühlwasser heizt Bionik HT Tank 6 95 Motorkühlwasser heizt Feststoffeintrag bei Bedarf

Die Betriebsweise des BMT Systems ist bevorzugt getaktet. A. Einlasstakt und zugleich Ausstoß aus der Zirkulation in die Zumischung B. Erhitzungstakt in Zirkulation und zugleich Nacherhitzung im Wärmetauscher 23 sowieKühlung in WT 21. Dann wieder A.

Claims (8)

1. Ansprüche 1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Biomassezubereitung, umfassend: - eine Einrichtung zum Einbringen eines schwer aufschließbaren biologischen Edukts(50), wobei das schwer aufschließbare biologische Edukt ligninhaltig ist, - einen Aktivator (42, 70) zum Aufschließen des Edukts, der bei Überschreiten einer Tem¬peratur TA aktivierbar ist, mit TA > 55 °C, wobei der Aktivator thermophile Mikroben in ei¬ner Konzentration von mehr als 1 Million pro Milliliter umfasst, die ab der Temperatur TAaktiviert werden, und - eine Einrichtung (21) zur thermischen Aktivierung einer Kombination aus Edukt und Akti¬vator.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: - eine Einrichtung (9) zum In-Kontakt-Bringen des Edukts mit dem Aktivator.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zur thermischen Aktivierung (21) einen Wärmetauscher oder eine Heizeinrichtung umfasst.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: - eine Mischeinrichtung (8) für Edukte.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: - eine Dosiereinrichtung (41) für eine dosierte Zugabe des Aktivators (42).
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend: - eine Mischeinrichtung (9) zum Mischen des Edukts aus verschiedenen festen, breiförmi¬gen oder flüssigen Edukten.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Heizeinrichtung durch chemische Energie oder Reaktionswärme oder elektromagnetische Energie oder Strahlung erwärmt wird.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend: - eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung (23). Hierzu 3 Blatt Zeichnungen