DD231976A1

DD231976A1 - Verfahren zur herstellung von kohlensaeureduenger fuer gewaechshaeuser

Info

Publication number: DD231976A1
Application number: DD84269638A
Authority: DD
Inventors: Adolf Gleu
Original assignee: Mech Landwirtsch Forschzent
Priority date: 1984-11-20
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1986-01-15

Abstract

Ziel der Erfindung ist, ein fuer industriemaessige gaertnerische Gewaechshausproduktion geeignetes dezentrales Herstellungsverfahren fuer Kohlensaeureduenger zu entwickeln. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass dem aus Pflanzenabfaellen des Gewaechshauses durch Fermentation erzeugten methanarmen Biogas Kohlensaeure zugesetzt und durch eine dezentral im Gewaechshaus angeordnete Brennkammer geleitet wird, in der das Methan zu Kohlensaeure verbrannt wird und diese Kohlensaeure zusammen mit der bereits vor der Verbrennung im Biogas enthaltenen Kohlensaeure das Endprodukt Kohlensaeureduenger bildet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dezentralen und energiewirtschaftlichen Herstellung von Kohlensäuredünger für Gewächshäuser aus brennbarem Methangas, insbesondere für solche Gewächshäuser, die durch heizenergiesparende Maßnahmen der Gewächshausabdichtung, der Anwendung von Energieschirmen sowie durch humuslosen Pflanzenanbau Kohlensäuremangel gegenüber der Außenatmosphäre aufweisen und deshalb künstlich kohlensäuregedüngt werden müssen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die aus der Literatur und der Patentliteratur bekannt gewordenen Verfahren der Kohlensäurebereitstellung für die Gewächshausdüngung gehen so vor, daß die Kohlensäure entweder

— zentral nach den üblichen Methoden produziert und in Druckbehältern in flüssiger oder gasförmiger bzw. auch fester Form an das Gewächshaus herantransportiert und damit das Gewächshaus kaltbegast wird oder aber

— dezentral im Gewächshaus durch die Verbrennung fossiler Kohlenwasserstoffe erzeugt wird.

Beide Verfahren haben Nachteile. Das zentrale Kohlensäurebereitstellungsverfahren erfordert einen großen materiellen und energetischen Aufwand für den Transport und die Lagerung der Kohlensäure, die zum Transport mit erheblichem Energieaufwand verflüssigt und auf minus 67°C abgekühlt werden muß und dann auch unter diesen Bedingungen am Gewächshaus zu bevorraten ist. Der Transport und die Lagerung der Kohlensäure als Hochdruckgas scheidet für die industriemäßige Gemüseproduktion in Gewächshäusern aus. Die größte Hochdruckflasche hat nur 26,4kg Kohlensäureinhalt. Die DDR hat ca. 500 ha Gewächshausfläche, die kohlensäuregedüngt werden müßte mit einem Tagesbedarf von 750t. Die DDR-Tagesproduktion beträgt 200t, der Tagesbedarf 350 t, die Differenz wird importiert.

Darüber hinaus sind an jedem Gewächshaus noch energieaufwendige Einrichtungen zur Verdampfung der flüssigen Kohlensäure und zur Verteilung der hochkonzentrierten gasförmigen Kohlensäure im Gewächshaus erforderlich. Die Pflanzen vertragen eine maximale Kohlensäurekonzentration in der Gewächshausluft von 0,25VoI.-%. Die DE-OS 3142357 beschreibt ein Verfahrenen dem die zentral produzierte und am Gewächshaus vergaste Kohlensäure in Wasser gelöst und dann zusammen mit der Verregnung des Gießwassers im Gewächshaus verteilt wird. Die Verteilung und die Dosierung der Kohlensäure wird noch verbessert, wenn das kohlensäurehaitige Gießwasser gemäß DE-OS 3304403 unterhalb der Bodenfläche in das Gewächshaus eingebracht, im Kulturboden gespeichert und nach Art bodenbürtiger Kohlensäure allmählich vom Erdboden freigesetzt wird. Das Problem der Kohlensäurebereitstellung wird aber mit diesen Vorschlägen nicht gelöst.

Das dezentrale Verfahren der Düngung mit der in den Rauchgasen der Verbrennung fossiler Kohlenwasserstoffe enthaltenen Kohlensäure hat den Nachteil, daß energetisch hochwertige fossile Energieträger nur zum Zwecke der Kohlensäureerzeugung verbrannt werden und die dabei entstehende Wärme nicht nur nicht genutzt werden kann, sondern auch noch mit aufwendigen Einrichtungen in die Atmosphäre abgeleitet oder anderweitig dissipiert werden muß. In dem GB-Patent 1026227 ist ein mobiler, mit flüssigem Brennstoff und elektrischer Hilfsenergie betriebener Kohlensäuregenerator für die dezentrale Gewächshausdüngung beschrieben, der die entstehenden heißen Rauchgase mit Hilfe eines elektrisch angetriebenen Ventilators mit Gewächshausluft mischt und damit auf unter 150⁰C abkühlt. Diese Abkühlung ist in dreifacher Hinsicht erforderlich. Heiße Gase sind leichter, steigen noch oben und entweichen. Sie sind zähflüssiger als kalte Gase, verteilen sich schwerer und führen darüber hinaus zu Pflanzenschäden.

Es ist bekannt, daß flüssige Brennstoffe schwefelhaltig sind. Damit enthält das Rauchgas der Verbrennung dieser Brennstoffe auch für die Pflanzen schädliche Schwefeldioxydanteile. Aus diesem Grunde werden die dezentralen Kohlensäuregenerationen in Gewächshäusern, vor allem in den Niederlanden, mit schwefelfreiem Methan-Erdgas betrieben.

Das Problem des gegensätzlichen Bedarfsverlaufes an Kohlensäure und Heizwärme eines Gewächshauses ist aber auch mit dem Verfahren der reinen Erdgas-Verbrennung nicht gelöst. Es läßt sich auch nicht lösen durch die Verwendung von Rauchgasen aus der erdgasbefeuerten Kesselheizung einer Gewächshausanlage. Es liegt in der Natur des Gewächshauses, daß bei zunehmender Sonneneinstrahlung der Wärmebedarf ües Gewächshauses abnimmt und Null wird, wohingegen der Kohlensäurebedarffür die Fotosynthese mit zunehmender Sonneneinstrahlung zunimmt.

Eine andere technische Lösung ist in der DE-OS 3017639 beschrieben. Danach werden selbstauflösende Formkörper im Gewächshaus manuell ausgelegt, die bei ihrer Selbstauflösung Kohlensäure abgeben. Dieser Vorschlag läßt sich jedoch nicht mechanisieren und besitzt deshalb für die industriemäßige Produktion in Gewächshäusern keine Bedeutung.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die vorstehend genannten Mängel zu beseitigen und ein verbessertes, für den technischen Einsatz unter industriemäßigen Gewächshausproduktionsbedingungen geeignetes Verfahren zur dezentralen Herstellung von Kohlensäuredünger zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur dezentralen Herstellung von Kohlensäuredünger für Gewächshäuser zu entwickeln, bei dem die Kohlensäureausbeute größer und die Temperatur des Endproduktes kleiner als bei der reinen Methanverbrennung ist.

— Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird dem methanhaltigen Biogas während seiner Erzeugung durch Fermentation aus Biomasse Kohlensäure zugesetzt. Dabei erfolgt die Fermentation in einem an sich bekannten Biogasreaktor im thermophilen oder mesophilen Bereich zwischen 50...60⁰C bzw. zwischen 30...35"C, Dunkelheit und einem Druck bis ca. 2kPa.

Die zugesetzte Kohlensäuremenge hängt von der Art der verwendeten Biomasse ab und liegt im Bereich zwischen 30 und 50Vol.-% des gasförmigen Fermentationsproduktes.

Während des nachfolgenden Oxydationsprozesses, der vorzugsweise in dezentral im Gewächshaus angeordneten Brennkammern bei einer Temperatur um 700⁰C unter Zusatz von Verbrennungsluft mit Raumtemperatur und unter einem Druck von vorzugsweise 0,2 kPa erfolgt, bleibt die zugesetzte Kohlensäure qualitativ unverändert. Dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend nimmt die zugesetzte Kohlensäure die bei der Methanoxydation frei werdende Wärme im Verhältnis ihres Masseanteils auf und kühlt somit das Verbrennungsprodukt. Dabei geht die zugesetzte Kohlensäure quantitativ vollständig in das Endprodukt ein.

Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge werden als Biomasse pflanzliche Abfälle, insbesondere Pflanzenabfälle des zu düngenden Gewächshauses verwendet.

Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine erhöhte Kohlensäureausbeute gegenüber der reinen Methanverbrennung bei zugleich niedrigerer Temperatur des Endproduktes erzielt wird. Darüber hinaus ergibt sich durch die Verwendung pflanzlicher Abfälle als Biomasse ein pflanzenspezifisches und von pflanzenunverträglichen Beimengungen freies Endprodukt.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahrensoll nachstehend mit Hilfe von drei Beispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1:

In einem 1000 m² großen mit Gurken bepflanzten Gewächshaus fallen im Durchschnitt täglich 60 kg Frischmasseals Abfall bei Pflege- und Erntearbeiten an. Diese 60kg Frischmasse ergeben bei der Fermentation in einem nach dem kontinuierlichen Prinzip betriebenen Biogasreaktor bei +55⁰C bereits nach 5 Tagen 5 m³ Biogas mit ca. 50% Kohlensäure und ca. 50% Methan. Diese 5 m³ Biogas werden vier im Gewächshaus verteilt angeordneten Verbrennungsgeräten zugeführt, die im Ergebnis der Verbrennung daraus ca. 10kg gasförmige Kohlensäure produzieren, die durch Luftzumischung auf unter den Taupunkt abgekühlt werden. 10 kg Kohlensäure täglich sind ausreichendem in einem Gewächshaus die Kohlensäurekonzentration der Gewächshausluft während der Zeit, wo die Lüftungsklappen des Gewächshauses aus Temperaturgründen geschlossen gehalten werden müssen, nicht unter das Niveau der Kohlensäurekonzentration der Außenatmosphäre absinken zu lassen.

Beispiel 2

Für ein Gewächshaus mit dem Biomasseanfall wie im Beispiel 1 sind mehrere kleine, nach dem Batch-Verfahren betriebene Biogasreaktoren vorgesehen, die zeitlich gestaffelt gefüllt und in Betrieb genommen werden. Die Reaktortemperatur wird auf 35⁰C eingestellt, die Biogasproduktion beginnt nach 10 Tagen, die Gasausbeute ist bis zu 20% größer als im Beispiel 1.

Beispiel 3

Die gesamten pflanzlichen Abfälle einer Gewächshausanlage werden unter Zusatz weiterer pflanzlicher Biomasse, wie Gras, Laub, gehäckseltes Stroh und in bestimmtem Umfang auch Sägespäne in einem oder mehreren zentral aufgestellten Biogasreaktor fermentiert, das Biogas in einem Gasometer bei 2 kPa gespeichert und entsprechend dem Düngungsbedarf den entsprechenden Gewächshäusern zugeleitet, wo es in den Verbrennungsgeräten nach Beispiel 1 verbrannt wird. Mit dieser zentralen Fermentation und der dezentralen Oxydation lassen sich Schwankungen im Bedarf und in der Biomassebereitstellung ausgleichen.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von Kohlensäuredünger für Gewächshäuser aus brennbarem Methangas durch Oxydation zu Kohlensäure und Wasserdampf, wobei Wärme entsteht, gekennzeichnet dadurch, daß methanhaltigem Biogas im Verlaufe seiner Erzeugung durch Fermentation aus Biomasse in einem an sich bekannten Biogasreaktor bei Dunkelheit und einem Druck bis ca. 2 kPa Kohlensäure zugesetzt wird, deren Menge von der verwendeten Biomasse abhängt und 30 bis 50 Vol.-% des gasförmigen Fermentationsproduktes beträgt, wobei die zugesetzte Kohlensäure während des nachfolgenden Oxydationsprozesses des Methans der vorzugsweise in dezentral im Gewächshaus angeordneten Brennkammern bei einer Temperatur im Bereich um 700^cC unter Zusatz von Raumtemperatur aufweisende Verbrennungsluft und unter einem Druck von ca. 0,2 kPa erfolgt, qualitativ unverändert bleibt und die bei der Methanoxydation entstehende Wärme im Verhältnis ihres Masseanteils aufnimmt, wobei die zugesetzte Kohlensäure quantitativ vollständig in das Endprodukt eingeht.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Biomasse pflanzliche Abfälle, vorzugsweise Pflanzabfälle des zu düngenden Gewächshauses verwendet werden.