DE102007010600A1

DE102007010600A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Energie

Info

Publication number: DE102007010600A1
Application number: DE102007010600A
Authority: DE
Inventors: Josef Moser
Original assignee: Marten Klaus Dr
Current assignee: Marten Klaus Dr
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-04-10
Also published as: WO2008031600A2; WO2008031600A3

Abstract

Die Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Vergärung insbesondere von biologischem Material, wobei Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases gewonnen und/oder genutzt wird. Weiterhin umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Energie insbesondere aus der Vergärung von biologischem Material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Energie, insbesondere aus der Vergärung von biologischem Material. Solche Verfahren gewinnen zunehmend an Bedeutung, um den CO₂-Ausstoß zu senken und eine nachhaltige Energieversorgung insbesondere auf Grundlage von nachwachsenden Rohstoffen zu gewährleisten. Als biologisches Material kommen dabei insbesondere Gülle und/oder nachwachsende Rohstoffe zum Einsatz.
Bei bekannten Anlagen wird dabei das biologische Material in großen Behältern unter Zugabe von Wasser vergoren und das bei der Vergärung entstehende Gas gesammelt. Hierzu haben die Behälter meist eine Kappe aus einer flexiblen Membran, unter welcher sich das Gas ansammelt und dann abgeleitet werden kann. Das so erzeugte Gas wird daraufhin z.B. in Dieselmotoren verbrannt, welche wiederum Generatoren antreiben und so elektrische Energie erzeugen
Dabei müssen große Rührwerke in den Behältern während der Gärung dafür sorgen, daß sich an der Oberfläche der gärenden Flüssigkeit keine Schicht aus Schwebstoffen bildet, welche das entstehende Gas am Austreten aus der Flüssigkeit hindern würde. Dies verbraucht eine Menge an Energie und verschlechtert so den Wirkungsgrad der Anlagen.
Auch sonst können die bekannten Anlagen, was ihre Energieausbeute und Ihren CO₂-Wirkungsgrad angeht, verbessert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Energie insbesondere aus der Vergärung von biologischem Material zur Verfügung zu stellen, welches einen hohen Wirkungsgrad aufweist und die zugeführten Ressourcen optimal nutzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 16 erfüllt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Steigerung des Wirkungsgrads der Vorrichtung wird dabei in der vorliegenden Erfindung die Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases gewonnen und/oder genutzt. Während bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik lediglich die im Gas gespeicherte chemische Energie durch Verbrennung genutzt wird, wird bei der vorliegenden Erfindung neben der chemischen Energie auch die mechanische Energie genutzt, welche im Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases enthalten ist. Auf diese Weise läßt sich der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik erheblich erhöhen. Diese Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des Gases kann entweder gewonnen und zum Beispiel zur Stromerzeugung herangezogen werden, oder bereits in der Vorrichtung zum Beispiel zum Antrieb vorrichtungseigener Elemente genutzt werden.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei einen geschlossenen Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit in einem unteren Bereich und zur Aufnahme von Gas in einem oberen Bereich auf, sowie Auftriebskörper, welche in dem geschlossenen Behälter beweglich angeordnet sind. Die Flüssigkeit kann dabei je nach Ausführung der Erfindung Wasser, Wasser mit Zusatzstoffen oder zu vergärendes Material, insbesondere also biologisches Material, welches sich in der Flüssigkeit befindet, umfassen. Die Auftriebskörper befinden sich dabei vorteilhafterweise zumindest teilweise in dem unteren, mit Flüssigkeit gefüllten Bereich. In den Auftriebskörpern sammelt sich dabei das bei der Vergärung entstehende Gas und verleiht den Auftriebskörpern einen erhöhten Auftrieb gegenüber der Flüssig keit, so daß sie sich bewegen. Die Bewegungsenergie des Gases bzw. der Auftriebskörper kann dann in der vorliegenden Erfindung gewonnen und/oder genutzt werden.
Vorteilhafterweise können die Auftriebskörper dazu bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen und wieder abgeben. So erhöht sich der Auftrieb der Auftriebskörper durch die Aufnahme des Gases, während der Auftrieb der Auftriebskörper durch die Abgabe des Gases wieder sinkt. Die an den Auftriebskörpern angreifende Auftriebskraft verändert sich damit entsprechend und bewegt die Auftriebskörper.
Die Aufnahme und Abgabe des Gases erfolgt dabei vorteilhafterweise zyklisch, so daß sich eine zyklische Bewegung der Auftriebskörper ergibt. Aus eine solche zyklische Bewegung läßt sich dann auf besonders einfache Weise zur Energiegewinnung nutzen.
Vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper dabei zumindest teilweise in den unteren Bereich bewegbar und können zumindest in einem Teilbereich des unteren Bereichs bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen. Während sie also das bei der Vergärung entstehende Gas in dem unterem Teilbereich aufnehmen, befinden sich die Auftriebskörper unter der Flüssigkeitsoberfläche und erlangen so durch die Aufnahme des Gases den entsprechenden Auftrieb.
Weiterhin vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper zumindest teilweise in den oberen Bereich bewegbar und können aufgenommenes Gas dort abgeben. So sinkt der Auftrieb der Auftriebskörper durch die Abgabe des Gases wieder, womit sie sich leichter wieder in den unteren Bereich mit der Flüssigkeit bewegen lassen. Das Gas wird dann in dem oberen Bereich des geschlossenen Behälters gesammelt und steht dort zum Beispiel zur weiteren Verbrennung zum Beispiel in einem Dieselmotor bereit, wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper dabei an einer Trägerkonstruktion angeordnet, durch welche sie vorteilhafterweise abwechselnd zumindest teilweise von dem unteren Bereich in den oberen Bereich bewegbar sind und umgekehrt. Insbesondere ergibt sich vorteilhafterweise durch eine Bewegung der Trägerkonstruktion eine zyklische Bewegung der einzelnen Auftriebskörper. Während die Auftriebskörper zum Beispiel auf einer Seite der Trägerkonstruktion Gas aufnehmen und dadurch Auftrieb gewinnen, welcher die Trägerkonstruktion bewegt, bewegen sie sich vorteilhafterweise auf der gegenüberliegenden Seite nach unten, nachdem sie das Gas abgegeben haben und dadurch weniger Auftrieb haben.
Vorteilhafterweise wird dabei die Trägerkonstruktion zur Abführung der von den Auftriebskörpern erzeugten mechanischen Energie verwendet. So kann die mechanische Energie aus dem Auftrieb der Auftriebskörper über die Trägerkonstruktion gebündelt und in eine gleichmäßige Bewegung übersetzt werden, aus welcher wiederum Energie gewonnen werden kann.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei Mittel zur Stromerzeugung aus der Bewegung der Trägerkonstruktion auf, insbesondere einen von der Trägerkonstruktion angetriebenen Generator. So kann aus der Bewegungsenergie bzw. dem Auftrieb der Auftriebskörper elektrische Energie erzeugt werden, welche neben der aus der Verbrennung des Gases erhaltenen Energie zur Verfügung steht.
Weiterhin vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Trägerkonstruktion ein umlaufendes Förderband auf, an dem die Auftriebskörper angeordnet sind. Die Auftriebskörper übertragen so die Bewegungsenergie aus dem Auftrieb des bei der Gärung entstehenden Gases auf das umlaufende Förderband, welches andererseits die nicht mit Gas gefüllten Auftriebskörper wieder nach unten in die Flüssigkeit transportiert.
Vorteilhafterweise weist das umlaufende Förderband hierzu eine vertikale Bewegungsebene auf, d.h. die Auftriebskörper bewegen sich auf einer Seite des umlau fenden Förderbands nach oben, während sie auf der anderen Seite nach unten bewegt werden.
Alternativ kann die Trägerkonstruktion vorteilhafterweise mit den Auftriebskörpern mindestens einen Rotor bilden. So wird der Auftrieb der Auftriebskörper in eine Rotationsbewegung umgewandelt, welche sich leicht an der Achse des Rotor abgreifen läßt.
Vorteilhafterweise ist dabei die Achse des Rotors im wesentlichen horizontal ausgerichtet. Die Auftriebskörper bewegen sich so im wesentlichen auf einer Kreisbahn, wobei sie während der Aufwärtsbewegung Gas aufnehmen und so an Auftrieb gewinnen, während sie vor der Abwärtsbewegung geleert werden und so an Auftrieb verlieren. Insgesamt gibt dies eine Rotationsbewegung des Rotors, welche zum Beispiel zur Energieerzeugung oder zum Umrühren der Flüssigkeit in dem Behälter genutzt werden kann.
Weiterhin vorteilhafterweise weist die Trägerkonstruktion mehrere, vorteilhafterweise sternförmig angeordnete Förderbänder oder Rotoren auf. Die Drehachsen der Förderbänder oder Rotor können dabei mit einer Seite z.B. an einer Mittelsäule des geschlossenen Behälters gelagert sein und mit der anderen Seite an der Außenwand des geschlossenen Behälters. So lässt sich die Grundfläche des geschlossenen Behälters, auch wenn diese rund ist, beinahe komplett mit Förderbändern oder Rotoren abdecken. Insbesondere können die Förderbänder oder Rotoren so auch bei sehr großen Behältern mit einem Durchmesser von über 30 m eingesetzt werden.
Weiterhin vorteilhafterweise weist der geschlossene Behälter im oberen Bereich eine flexible Membran auf, so daß sich das Volumen des geschlossenen Behälters verändern kann. Hierdurch ist es möglich, das bei der Gärung entstehende Gas im oberen Bereich des geschlossenen Behälters, welcher hierfür sein Volumen verändern kann, zu sammeln.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung auf, bei welcher zumindest in dem unteren Bereich des Behälters eine Trägerkonstruktion angeordnet ist, welche Auftriebskörper bildende Gärbehälter mit veränderbarem Volumen aufweist. Beim Betrieb der Vorrichtung vergärt das in die Gärbehälter eingebrachte biologische Material unter Freisetzung von Gas, wodurch sich das Volumen der Gärbehälter vergrößert. Da sich die Trägerkonstruktion mit den Gärbehältern im wesentlichen unterhalb der Wasseroberfläche befindet, erzeugen die Gärbehälter immer mehr Auftrieb, je länger die Gärung abläuft. Dieser Auftrieb versetzt wiederum die Trägerkonstruktion in Bewegung, so daß neben dem Gas zur Gewinnung von Energie auch die mechanische Energie aus dieser Bewegung eingesetzt werden kann. Hierdurch erhöht sich die Energieausbeute der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zudem kann durch die Verwendung mehrerer Gärbehälter an der Trägerkonstruktion der einzelne Gärbehälter kleiner ausfallen, so daß auf ein Rührwerk verzichtet werden kann, welches selber einen großen Energiebedarf hätte.
Vorteilhafterweise sind die Gärbehälter dabei um eine horizontale Achse drehbar an der Trägerkonstruktion angelenkt. Die Gärbehälter können sich so auch bei einer Bewegung der Trägerkonstruktion immer waagrecht ausrichten, so daß zum Beispiel ein Bereich zur Aufnahme des zu vergärenden Materials immer nach unten zeigt, während sich ein üblicherweise weniger stabil ausgeführter Bereich zur Ausdehnung des Volumens der Gärbehälter nach oben ausrichtet.
Vorteilhafterweise sind die Gärbehälter dabei an einem Rotor angeordnet, dessen Drehachse im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Die Gärbehälter können durch diese Anordnung mit biologischem Material befüllt werden, wenn sie sich in einer Position oberhalb der Drehachse des Rotors befinden. Während der darauffolgenden Abwärtsbewegung der Gärbehälter um die Drehachse des Rotors herum muß der Gärprozeß erst starten, so daß sich in den Gärbehältern während dieser Phase überhaupt kein Gas oder zumindest nur eine geringe Gasmenge bildet. Die Gasmenge steigt jedoch stetig an, während sich die Behälter mit dem Rotor um die im wesentlichen horizontale Drehachse des Rotors drehen, so daß die Gärbehälter, welche sich nach oben bewegen, viel mehr Gas enthalten und damit auch ein viel größeres Volumen haben als die ihnen gegenüberliegenden Behälter. Durch den hierdurch erzeugten Auftrieb rotiert der Rotor um seine Drehachse. Diese Rotation kann nun zur Erzeugung von Energie verwendet werden. Der Rotor ist dabei extrem langsam drehend und erzeugt die Energie durch das sehr hohe Drehmoment. Erreichen die mit Gas gefüllten Behälter wieder eine Position oberhalb der Drehachse des Rotors, wird das Gas abgelassen und das biologische Material gegebenenfalls ausgetauscht.
Vorteilhafterweise erstrecken sich die Gärbehälter parallel zur Drehachse des Rotors und sind um diese herum angeordnet. Die Gärbehälter befinden sich dabei zwischen zwei seitlichen Rotorelementen in kreisförmiger, dichter Anordnung. Das Volumen der Gärbehälter kann erhöht werden, indem man deren Querschnitt und Länge vergrößert, wodurch sich entsprechend der Durchmesser des Rotors und die Länge der Achse verändern muß. Die Gärbehälter haben dabei vorteilhafterweise die Form von aufgeschnittenen Rohrsegmenten, so daß sie einerseits sehr stabil und andererseits einfach und kostengünstig herzustellen sind. Die Gärbehälter sind dabei vorteilhafterweise am Rotor drehbar gelagert, so daß sie sich bei der Bewegung des Rotors automatisch durch ihr Eigengewicht mitdrehen.
Weiterhin vorteilhafterweise sind in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem unteren Bereich des geschlossenen Behälters Heizelemente zum Erwärmen der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit angeordnet. Diese Heizelemente erwärmen so das die Gärbehälter umgebende Wasser, welches wiederum die Gärbehälter auf die optimale Gärtemperatur bringt. Vorteilhafterweise ist dabei eine Regelung vorgesehen, welche die Temperatur des Wassers zwischen 37 und 39,5°C hält. So ist sichergestellt, daß das biologische Material in den Gärbehältern optimal vergärt. Kurz nach dem Befüllen der Gärbehälter haben diese dabei noch nicht die für die Gärung notwendige Temperatur erreicht, so daß zu Beginn nur sehr wenig Gas erzeugt wird. Dies ist von Vorteil, da die Gärbehälter so bei der Abwärtsbewegung noch sehr wenig Auftrieb haben und erst mit der Zeit auf optimale Gärtemperatur kommen. Die daraufhin erfolgende starke Gasentwicklung läuft also im wesentlichen dann ab, wenn die Gärbehälter bereits wieder in der Aufwärtsbewegung begriffen sind. Das durch das Gas vergrößerte Volumen der Gärbehälter sorgt dann für Auftrieb, welcher die Trägerkonstruktion bewegt. Solche Heizelemente sind dabei auch unabhängig von der Ausführung der Auftriebskörper von Vorteil und können z.B. in den geschlossenen Behälter direkt eingebrachtes biologisches Material erwärmen.
Vorteilhafterweise werden die Heizelemente dabei über die Abwärme aus der Verbrennung des bei der Gärung erzeugten Gases zum Beispiel in Motoren betrieben. Diese Motoren, üblicherweise Dieselmotoren, treiben dann wieder Generatoren an, welche Strom erzeugen. Bei herkömmlichen Verfahren kann die bei der Verbrennung erzeugte Abwärme zum Beispiel aus den Abgasen der Motoren nur ungenügend genutzt werden, während sie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erwärmen des in den Behälter befindlichen Wassers und damit zum Erwärmen der Gärbehälter eingesetzt werden kann.
Vorteilhafterweise weisen die erfindungsgemäßen Gärbehälter eine flexible Membran auf, durch welche sich das Volumen der Gärbehälter verändern kann. Entsteht also in einem Gärbehälter Gas aus der Gärung des biologischen Materials, dehnt sich die flexible Membran aus und vergrößert so das Volumen des Gärbehälters. Die flexible Membran muß dafür selbstverständlich gasdicht ausgeführt sein und besteht zum Beispiel aus einer Folie aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff. So kann man auf einfache Weise einen Gärbehälter mit veränderbarem Volumen zur Verfügung stellen. Insbesondere wenn die Unterseite des Gärbehälters die Form eines entlang seiner Längsachse aufgeschnittenen Zylinders aufweist, kann die flexible Membran über die so geschaffene Öffnung gespannt werden und dehnt sich durch das während der Vergärung erzeugte Gas nach oben halbzylinderförmig aus.
Vorteilhafterweise ist die flexible Membran dabei in einem Rahmen angebracht, durch welchen sich der Gärbehälter öffnen und wieder dicht verschließen läßt. Zum Ablassen des Gases bzw. zum Befüllen und Entleeren des Gärbehälters mit biologischem Material kann also der Rahmen mit der flexiblen Membran geöffnet werden. Insbesondere muß der Gärbehälter dabei wasserdicht verschließbar sein, so daß in den während der Gärphase unter Wasser befindlichen Gärbehälter kein Wasser eindringt. Der Gärbehälter sollte auch gasdicht verschließbar sein, so daß das angesammelte Gas nicht entweicht, sondern durch seinen Auftrieb den Rotor bewegt.
Vorteilhafterweise sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Vorrichtungen zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter vorgesehen. Über diese Vorrichtungen läßt sich das biologische Material in die Gärbehälter einfüllen sowie nach dem Vergären wieder abführen. Bei diesen Vorrichtungen handelt es sich vorteilhafterweise um Schlauch- oder Leitungskonstruktionen, welche mit einer Pumpeinheit in Verbindung stehen.
Vorteilhafterweise ist der Rotor der erfindungsgemäßen Vorrichtung so angeordnet, daß sich die Gärbehälter in den oberen Bereich des geschlossenen Behälters oberhalb des Wasserspiegels bewegen lassen. Während sich die Gärbehälter also die meiste Zeit unterhalb der Wasseroberfläche befinden, können sie auch aus dem Wasser herausbewegt werden, und zwar vorteilhafterweise in den Bereich, welcher zur Aufnahme von Gas vorgesehen ist. Hier können die Behälter dann viel einfacher entleert und befüllt werden als unterhalb der Wasseroberfläche.
Vorteilhafterweise sind deshalb die Vorrichtungen zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter in dem oberen Bereich des geschlossenen Behälters oberhalb des Wasserspiegels angeordnet. Das befüllen und entleeren geschieht dabei vorteilhafterweise automatisch, da in diesem Bereich das durch die Gärung erzeugte Gas gesammelt wird und dieser damit nicht für Menschen zugänglich ist.
Vorteilhafterweise umfassen die Gärbehälter Vorrichtungen zum Ablassen des durch die Vergärung erzeugten Gases. Über diese Vorrichtung können die Gärbehälter je nach Ausführung entweder komplett entleert werden, oder diese Vorrich tungen können dazu eingesetzt werden, sich während der Abwärtsbewegung der Gärbehälter bereits bildendes Gas abzulassen, um so den Auftrieb der Gärbehälter in dieser Phase zu verhindern. Auch können diese Vorrichtungen zur Steuerung der Rotationsbewegung eingesetzt werden, indem über das Ablassen von Gas das Volumen der Gärbehälter eingestellt wird.
Weiterhin vorteilhafterweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Vorgärbehälter zur Vorvergärung des biologischen Materials, wobei eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit vorgesehen ist, insbesondere ein Sieb, ein Filter oder eine Zermahlvorrichtung. Auch bei bekannten Vorrichtungen wird das biologische Material zusammen mit Wasser in einem Vogärbehälter vorvergoren, wobei jedoch die Partikelgröße des biologischen Materials zu groß bleibt oder aber das biologische Material nur schlecht mit dem Wasser vermischt ist, so daß sich dann bei dem anschließenden Vergärschritt das biologische Material durch die sich nach oben bewegenden Gasbläschen an die Oberfläche der gärenden Flüssigkeit bewegt werden. So bildet sich schnell eine feste Materialschicht aus Schwebteilchen, welche die Vergärung beeinträchtigt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials wird dies effektiv verhindert, so daß bei der vorliegenden Erfindung auf die Verwendung eines kosten- und energieintensiven Rührwerks zur Auflösung der Schicht verzichtet werden kann. Dies ist in der vorliegenden Erfindung von besonders großem Nutzen, da hier in den am Rotor geordneten Gärbehältern auf Rührwerke verzichtet werden kann und so eine besonders energiesparende und kompakte Anordnung möglich ist.
Vorteilhafterweise ist deshalb die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit so ausgelegt, daß sich während des sich anschließenden Vergärschritts keine Schicht aus Schwebstoffen an der Oberfläche der Flüssigkeit bildet, welche das sich bei der Vergärung bildende Gas in der Flüssigkeit zurückhalten würde. So kann insbesondere auf den energieaufwendigen Einsatz eines Rotors zum Umwälzen der Flüssigkeit während des sich anschließenden nächsten Vergärschritts verzichtet werden. Beispielsweise ist hierfür das Sieb entsprechend ausgelegt, so daß es nur entsprechend kleine Partikel durchläßt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung auf, bei welcher die Auftriebskörper zu einer Seite hin offene Aufnahmen für das Gas bilden. Hierdurch sammelt sich das in der Flüssigkeit im unteren Bereich des geschlossenen Behälters aufsteigende Gas in den Aufnahmen der Antriebskörper und erhöht so den Auftrieb der Auftriebskörper, wenn die Auftriebskörper mit der Öffnung nach unten angeordnet sind.
Weiterhin vorteilhafterweise weisen die Außenseiten der Auftriebskörper dagegen eine konvexe Form auf. So kann sich das in der Flüssigkeit aufsteigende Gas nicht im Auftriebskörper sammeln, wenn die konvexe Außenseite nach unten zeigt.
Vorteilhafterweise sind weiterhin die Auftriebskörper im wesentlichen senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung angeordnet. Dies ermöglicht es, daß die Auftriebskörper bei einer Bewegung nach unten auch mit der konvexen Außenseite nach unten zeigen, während sie bei einer Bewegung nach oben mit der Öffnung der Aufnahme für das Gas nach unten zeigen und so Gas aufnehmen.
Vorteilhafterweise sind hierzu die Auftriebskörper so an einer Trägerkonstruktion angeordnet, daß sie durch Bewegung der Trägerkonstruktion mit der konvexen Außenseite nach unten zeigend nach unten und mit der konvexen Außenseite nach oben zeigend nach oben bewegt werden können. So wird die Trägerkonstruktion insgesamt durch den Auftrieb des sich in den Auftriebskörpern sammelnden Gases bewegt.
Vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper dabei so an einem umlaufenden Förderband befestigt, daß sich ihre Ausrichtung mit der Bewegungsrichtung des Förderbandes ändert.
Alternativ sind die Auftriebskörper starr an einem Rotor befestigt und bilden insbesondere ein Schaufelrad.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung bildet dabei der geschlossene Behälter einen Gärbehälter insbesondere zur Aufnahme des biologischen Materials in seinem unterem Bereich. So sammelt sich das während der Vergärung des biologischen Materials in diesem aufsteigende Gas in den zu einer Seite hin offenen Aufnahmen der Auftriebskörper und bewegt diese hierdurch. Die Bewegung der Auftriebskörper kann so gleichzeitig auch das zu vergärende Material bewegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiterhin eine besonders vorteilhafte Ausführung auf, welche einen Gärbehälter und ein in dem Gärbehälter angeordnetes Rührwerk aufweist, wobei das Rührwerk durch den Gasdruck und/oder den Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases bewegt wird. So kann der Gasdruck und/oder der Auftrieb des Gases direkt zum Umrühren des im Gärbehälter befindlichen zu vergärenden Materials genutzt werden, so daß ein separater Antrieb für das Rührwerk entfallen kann. Hierdurch sind im Vergleich zum Stand der Technik erhebliche Energieeinsparungen möglich.
Vorteilhafterweise bilden dabei die Auftriebskörper vorzugsweise im Zusammenspiel mit der Trägerkonstruktion das Rührwerk für das gärende Material. Die Auftriebskörper bewegen dann durch ihren Auftrieb das Rührwerk und bewegen so das gärende Material.
In einer alternativen Ausführung weist der geschlossene Behälter dagegen in dem unteren Bereich ein Auslaßelement für Gas auf. Aus diesem Auslaßelement kann dann zugeleitetes Gas ausströmen und sich in den im unteren Bereich des ge schlossenen Behälters in einer Flüssigkeit befindlichen Auftriebselementen ansammeln, welche hierdurch bewegt werden.
Vorteilhafterweise ist das Auslaßelement für das Gas dabei unterhalb der Auftriebselemente in dem Bereich angeordnet, in welchem die eine Aufnahme bildende Seite der Auftriebselemente im wesentlichen nach unten ausgerichtet ist. So kann das aus dem Auslaß ausströmende Gas optimal zur Bewegung der Auftriebselemente eingesetzt werden. In dem Bereich, in welchem die konvexe Außenseite der Auftriebselemente nach unten zeigt, ist dagegen vorteilhafterweise kein Auslaß für das Gas vorgesehen, da das hier ausströmende Gas an den Auslaßelementen vorbei nutzlos nach oben strömen würde.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Zuleitung des im Gärbehälter entstehenden Gases zum Auslaßelement auf. So kann das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt werden und fließt durch den entstehenden Gasdruck über die Gasleitung zum Auslaßelement im geschlossenen Behälter, von wo aus es in der Flüssigkeit nach oben steigt und die Auftriebselemente bewegt.
Vorteilhafterweise ist der geschlossene Behälter dabei in seinem unterem Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser befüllt, in welche vorteilhafterweise das spezifische Gewicht der Flüssigkeit erhöhende Zusätze gemischt sind. Denkbar ist zum Beispiel, durch die Zugabe von Zuckerlösung, in der Flüssigkeit lösbaren Salzen oder Metallpartikeln das spezifische Gewicht der Flüssigkeit zu erhöhen, wodurch sich ein größerer Auftrieb des in die Flüssigkeit eingeleiteten Gases ergibt. Ebenso ist es denkbar, schweres Wasser zu verwenden.
Weiterhin kann alternativ anstelle des bei der Vergärung entstehenden Gases anderes Gas wie zum Beispiel Erdgas oder aber eine Flüssigkeit verwendet werden, welche leichter als die im unteren Bereich des geschlossenen Behälters befindliche Flüssigkeit ist und sich nicht mit dieser mischt. Denkbar ist hierbei, zum Beispiel Öl zu verwenden, welches leichter als Wasser ist und sich auch nicht mit diesem mischt. Auch dieses erzeugt einen entsprechenden Auftrieb in den Auftriebskörpern, welcher als mechanische Energie genutzt werden kann.
Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Ausgestaltung, welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wobei das abgeleitete Gas durch seinen Druck einen mechanischen Antrieb antreibt.
Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Vorrichtung, welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wobei das abgeleitete Gas durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter befördert, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gelegenen Behälter pumpt. Dies ermöglicht es, die im Gas enthaltene mechanische Energie zu speichern, da die Flüssigkeit in dem höher gelegenen Behälter eine höhere potentielle Energie aufweist als die in dem niedriger gelegenen Behälter.
Vorteilhafterweise fließt dann, wenn die Energie tatsächlich benötigt wird, die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr ab und treibt eine Turbine bzw. einen Generator an. So kann die potentielle Energie der Flüssigkeit wieder nutzbar gemacht werden, z.B. in Spitzenzeiten.
Vorteilhafterweise ist dabei die Pumpe in dem tiefer gelegenen Behälter angeordnet und dieser tiefer gelegene Behälter weist eine Kuppel zur Aufnahme des Gases auf. So kann das aus der Pumpe ausströmende Gas in der Kuppel gesammelt und zur Verbrennung abgeleitet werden.
Neben den Vorrichtungen weist die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung von Energie aus der Vergärung insbesondere von biologischem Material auf, welches folgende Schritte umfaßt:

– Befüllen eines Gärbehälters insbesondere mit biologischem Material,
– Vergären des biologischen Materials in dem Gärbehälter, so daß sich Gas entwickelt,
– Gewinnen und/oder Nutzen von Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases.

Offensichtlich ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile wie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, da durch die Nutzung der im Gasdruck und/oder dem Auftrieb des entstehenden Gases enthaltenen Energie der Wirkungsgrad gegenüber konventionellen Systemen deutlich erhöht werden kann, welche lediglich die im Gas enthaltene chemische Energie zum Beispiel durch Verbrennen ausnutzen. In der vorliegenden Erfindung wird dagegen sowohl die in dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des Gases enthaltene mechanische Energie als auch die im Gas enthaltene chemische Energie genutzt und/oder gewonnen. Um das Vergären des biologischen Materials in den Gärbehältern zu erleichtern, wird das biologische Material vorteilhafterweise mit speziellen Bakterienstämmen angeimpft.
Vorteilhafterweise wird dabei das bei der Vergärung entstehende Gas in Auftriebskörpern gesammelt, welche durch den Auftrieb des Gases bewegt werden. Diese Bewegungsenergie kann dann genutzt oder gewonnen werden.
Vorteilhafterweise wird dabei die Bewegungsenergie der Auftriebskörper zum Antrieb eines Generators genutzt, welcher elektrische Energie zur Verfügung stellt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Energie insbesondere mit einer der oben beschriebenen Vorrichtungen mit den Schritten: Befüllen eines Gärbehälters insbesondere mit biologischem Material, Vergären des biologischen Materials im Gärbehälter, so daß das entstehende Gas das Vo lumen des Gärbehälters vergrößert, Gewinnen von mechanischer Energie aus der Volumenvergrößerung des Gärbehälters, Ablassen des Gases aus dem Gärbehälter, sowie zumindest teilweises Entfernen des verbleibenden biologischen Materials aus dem Gärbehälter.
Vorteilhafterweise befindet sich der Gärbehälter bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Vergärschrittes unterhalb eines Wasserspiegels, so daß die Volumenvergrößerung durch den entstehenden Auftrieb mechanische Energie erzeugt, insbesondere dadurch, daß die Gärbehälter durch ihren Auftrieb einen Rotor bewegen. Dies ergibt eine besonders einfache Möglichkeit der Umsetzung der Volumenvergrößerung in mechanische Energie. Dabei wird vorteilhafterweise Energie aus der Rotation des Rotors gewonnen. So steht neben der Energie aus dem erzeugten Gas auch die Energie aus der Rotation des Rotors zur Verfügung.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dabei das in die Gärbehälter gefüllte biologische Material durch das den Gärbehälter umgebende Wasser erwärmt. So wird der Gärbehälter durch das umgebende Wasser auf die zur Vergärung optimale Temperatur von ca. 37 bis 39,5°C gebracht.
Vorteilhafterweise wird das sich im geschlossenen Behälter befindliche Wasser erwärmt, insbesondere über die Abwärme aus der Verbrennung von Gas insbesondere in einem Motor. So ergibt sich ein im wesentlichen geschlossener Energiekreislauf, bei dem auch die Abwärme aus der Verbrennung des Gases genutzt wird. Dies ergibt einen besonders guten Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Rotationsgeschwindigkeit ist dabei eine Funktion des ablaufenden Gärprozesses in Korrelation mit der Virulenz des Gärprozesses und der Zeit. Die Dauer des Gärprozesses bestimmt die Zahl der Rotationen und den Wiederholungsrhythmus der Entleerung und der Neubefüllung der Auftriebskörper. Vorteilhafterweise erfolgt die Rotation dabei sehr langsam, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von weniger als 5 Umdrehungen pro Stunde. Bei einem Rotordurchmesser von 10 m kann dabei bei laufendem Gärprozeß insbesondere von einem bis zwei Umdrehungen pro Stunde ausgegangen werden, wobei ein sehr hohes Drehmoment erreicht wird.
Vorteilhafterweise verbleibt das biologische Material so lange in den Gärbehältern, bis der Hauptvergärprozeß im wesentlichen abgeschlossen ist. Nach wie vielen Umdrehungen das biologische Material ausgetauscht wird, bestimmt sich damit durch die Dauer des Gärprozesses und die Drehgeschwindigkeit des Rotors. Vorteilhafterweise wird dabei während einer einzigen Umdrehung der komplette Gärvorgang durchgeführt, so daß das biologische Material nach einer Umdrehung wieder entnommen werden kann und gegebenenfalls einer Nachvergärung zugeführt werden kann. Hierdurch ergibt sich ein besonders effektiver Vergärvorgang, da insbesondere das neu aufgefüllte biologische Material erst wieder über das Wasser erwärmt werden muß und so während der Bewegung der Gärbehälter nach unten noch wenig Gas erzeugt wird, welches den Gärbehältern in dieser Phase unerwünschten Auftrieb geben würde.
Vorteilhafterweise verbleibt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Gärung erzeugtes Gas im Gärbehälter und vergrößert dessen Volumen, um so durch den erzeugten Auftrieb den Rotor zu bewegen. Vorteilhafterweise wird jedoch während der Bewegung des Gärbehälters nach unten erzeugtes Gas sofort abgelassen. So vergrößert sich während der Bewegung des Gärbehälters nach unten dessen Volumen nicht, wodurch auch sein Auftrieb nicht erhöht wird.
Alternativ kann auf diesen Schritt jedoch auch weitgehend oder komplett verzichtet werden, was die apparative Gestaltung der Gärbehälter vereinfacht. Der Rotor wird trotzdem rotieren, da durch den erfindungsgemäßen Aufbau sichergestellt ist, daß der jeweils gegenüberliegende Gärbehälter, welcher sich nach oben bewegt, erheblich mehr Gas enthält und so ein größeres Volumen und mehr Auftrieb besitzt als der sich nach unten bewegende Gärbehälter. Zudem kann das sich während der Bewegung des Gärbehälters nach unten erzeugte Gas dazu genutzt werden, ein gewisses Druckpolster im Gärbehälter aufzubauen, welches den steigenden Wasserdruck in größerer Tiefe ausgleicht, so daß zum Beispiel nur eine relativ dünne flexible Membran verwendet werden muß. Hierdurch ergibt sich allerdings auch eine schlechtere Energieausbeute, da das in den sich nach unten bewegenden Gärbehältern verbleibende Gas die Bewegung des Rotors hemmt.
Weiterhin vorteilhafterweise umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren insbesondere mit einem oder mehreren Merkmalen des oben beschrieben Verfahrens, welches die Schritte umfaßt: Vorvergären des in einer Flüssigkeit enthaltenen biologischen Materials, Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der Flüssigkeit, insbesondere durch Sieben, Filtern und/oder Zermahlen, sowie Vergären der sich ergebenden Flüssigkeit. Dieses Verfahren hat dabei die gleichen Vorteile wie die bereits weiter oben beschriebene Vorrichtung, da sich bei dem Vergärschritt so keine Schicht aus Schwebeteilchen auf der Flüssigkeit ergibt, welche erst wieder durch ein Rührwerk beseitigt werden müßte. Dies erhöht wiederum die Energieausbeute erheblich und ermöglicht so einen sehr guten Wirkungsgrad. Insbesondere wird so auch der CO₂-Wirkungsgrad ganz erheblich verbessert.
Vorteilhafterweise wird bei diesem Verfahren das beim Sieben und/oder Filtern zurückbleibende biologische Material wieder der Notvergärung zugeführt. Das ausgesiebte bzw. ausgefilterte biologische Material, welches entweder eine zu große Partikelgröße aufwies oder aber nicht entsprechend durch die Siebe und/oder Filter homogenisierbar war, wir hierdurch in der Vorvergärung nochmals vorvergoren, so daß sich die Struktur des biologischen Materials weiter verändert, bis auch dieses entsprechend homogen in der Flüssigkeit verteilt ist bzw. bis sich die Partikelgröße entsprechend verkleinert hat oder das biologische Material durch die Notvergärung so verändert wurde, daß es durch die Siebe und/oder Filter entsprechend homogenisiert oder in seiner Partikelgröße entsprechend verkleinert werden kann.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Gasdruck und/oder Auftrieb des im Gärbehälter aufsteigenden Gases genutzt wird, um ein im Gärbehälter angeordne tes Rührwerk anzutreiben. Dieses kann so das im Gärbehälter gärende Material umrühren, was die Bildung einer Schicht aus Schwebeteilchen auf der Oberfläche verhindert und so die Effizienz der Vergärung steigert. Durch die Ausnutzung des Gasdrucks und/oder des Auftriebs des ohnehin im Gärbehälter aufsteigenden Gases kann so auf einen externen Antrieb des Rührwerks verzichtet werden, so daß sich erhebliche Energieeinsparungen ergeben.
Vorteilhafterweise sammelt sich dabei das im Gärbehälter aufsteigende Gas in im Gärbehälter angeordneten Auftriebskörpern und bewegt diese so. Weiterhin vorteilhafterweise bewegt weiterhin die Bewegung der Auftriebskörper das im Gärbehälter befindliche gärende Material, insbesondere das biologische Material. Hierdurch bilden die Auftriebskörper, vorteilhafterweise im Zusammenspiel mit einer Trägerkonstruktion, selbst das Rührwerk des Gärbehälters. Nicht zum Rühren des im Gärbehälter befindlichen Materials benötigte Energie kann weiterhin zur Energiegewinnung zum Beispiel über einen Generator genutzt werden.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird dagegen das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt und in einen weiteren Behälter geleitet, in welchem es sich in dort angeordneten Auftriebskörpern sammelt und diese so bewegt. So kann die Bewegung der Auftriebskörper zur Gewinnung von Energie genutzt werden.
Vorteilhafterweise ist dabei der weitere Behälter in einem unterem Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser befüllt, in welche vorteilhafterweise das spezifische Gewicht der Flüssigkeit erhöhende Zusätze gemischt sind. Dies hat die bereits weiter oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Vorteile.
In einer alternativen Ausführung des Verfahrens kann das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt werden und befördert durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gele genen Behälter pumpt. Hierdurch ergeben sich die gleichen Vorteile wie durch die entsprechende Vorrichtung.
Weiterhin vorteilhafterweise fließt die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr ab und treibt eine Turbine oder einen Generator an. Auch hierdurch ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Vorteile.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 eine alternative Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels,
4 ein Draufsicht einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung,
5 ein Prinzipschema eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
6 eine detailliertere Zeichnung des dritten Ausführungsbeispiels,
7 eine detailliertere Zeichnung einer alternativen Ausführung des dritten Ausführungsbeispiels,
8 eine Prinzipdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und
9 eine Prinzipdarstellung einer alternativen Ausführung des vierten Ausführungsbeispiels.
Das in 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel beruht auf einem geschlossenen isolierten Behälter 1 zur Aufnahme von temperiertem Wasser 21 in einem unteren Bereich 2 und zur Aufnahme des entweichenden Gases 23 in einem oberen Bereich 3. Im unteren Bereich 2 befinden sich zwei über eine Längsachse verbundene Rotorelemente, zwischen denen sich in kreisförmiger Anordnung Gärbehälter 12 mit durch Gasdruck veränderbarem Volumen befinden, welche Auftriebskörper darstellen. Beim Betrieb der Vorrichtung vergärt das in die Gärbehälter 12 eingebrachte Gärgut unter Freisetzung von Gas, wodurch sich das Volumen der mit einer Membran 14 verschlossenen Gärbehälter vergrößert. Da sich die Gärbehälter 12 am Rotor 10 jeweils bis auf einen unter der Wasseroberfläche 22 befinden, erzeugen die Gärbehälter 12 Auftrieb; hierbei werden die sich in den Gärbehältern 12 kreisabwärts bildenden Gase über eine Ventilsteuerung ausgeleitet und steigen in den Gasdom 5 auf, so daß sich der kreisaufwärts bildende Auftrieb energiewirksam voll ausbilden kann. Im obersten Scheitelpunkt über der Wasseroberfläche 22 wird das Gas durch Öffnen der Auftriebskörper 12 ausgeleitet und diese, falls der Gärprozeß nachläßt, neu mit Gärmaterial befüllt. Das durch den Auftrieb an der Achse bewirkte Drehmoment wird dann über ein Getriebe und einen Generator in elektrische Energie umgesetzt. Alternativ ließe sich diese Anordnung auch über ein Paternostersystem verwirklichen, bei welchem die Gärbehälter 12 an einem umlaufenden Förderband angeordnet sind.
Um in dem Wasserbehälter optimale Bedingungen für den Gärprozeß sicherzustellen, wird die Temperatur des Wassers auf 39°C gebracht und gehalten. Die Erwärmung erfolgt dabei mittels Heizelementen 7 über die Abwärme der Biogasmotoren der üblichen Biogasanlage. Damit sich in den Gärbehältern bei der Vergärung keine Schwebschichten bilden, werden diese zusätzlich mit homogenisiertem Gärmaterial befüllt, welches eine höhere Gasausbeute liefert.
Im Detail ergibt sich dabei folgender Aufbau: Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen geschlossen Behälter 1 auf, welcher in einem unteren Bereich 2 Wasser 21 aufnehmen kann und im oberen Bereich 3 mit einem Gasdom zur Aufnahme von Gas 23 verschlossen ist. Hierzu weist der geschlossene Behälter 1 eine feste Struktur 4 auf, in welche das Wasser 21 gefüllt werden kann. Im oberen Bereich weist der geschlossene Behälter 1 dagegen einen üblichen Gasdom aus einer flexiblen Membran 5 auf, unter welcher sich das Gas 23 ansammelt und so die Membran 5 nach oben ausdehnt. Zudem weist der geschlossene Behälter 1 noch eine Dachkonstruktion 6 auf, welche die Membran 5 vor Witterungseinflüssen schützt. Für den Gasdom sind allerdings auch andere Konstruktionen bekannt. Der Behälter 1 ist dabei bis zu einem Wasserspiegel 22 mit Wasser gefüllt.
Im unteren Bereich des geschlossenen Behälters 1 ist eine Lagerkonstruktion für den als Trägerkonstruktion für die Auftriebskörper 12 fungierenden Rotor 10 vorgesehen, welche aus Streben 8 sowie Lagern 9 besteht. Der Rotor 10 ist an diesen Lager 9 drehbar um eine horizontale Drehachse gelagert. Der Rotor 10 besteht dabei aus einer Rahmenkonstruktion, welche vorteilhafterweise radiale Streben 11 umfaßt. An dem Rotor 10 sind die als Auftriebskörper fungierenden Gärbehälter 12 so angeordnet, daß deren Oberseite immer waagrecht ausgerichtet ist, wobei mehrere Gärbehälter 12 gleichmäßig rings um die Drehachse in einem der Größe des geschlossenen Behälters 1 entsprechenden Abstand angeordnet sind. Die Gärbehälter 12 bestehen dabei aus Zylinderrohrhälften, welche sich parallel zur Drehachse des Rotors erstrecken. An der Oberseite der Zylinderhälften ist ein Rahmen 17 angeordnet, welcher verschwenkbar ist und so die Gärbehälter 12 öffnen bzw. verschließen kann. Auf dem Rahmen 17 ist wiederum eine flexible Membran 14 angebracht, welche sich unter der Einwirkung des in dem Gärbehälter erzeugten Gases nach oben wölbt und so das Volumen des Gärbehälters vergrößert. Ist der Gärbehälter mit einer großen Menge an Gas 24 gefüllt, ergibt sich insgesamt aus dem Halbzylinder 13 und der dann nach oben gewölbten flexiblen Membran 14 wieder eine im wesentlichen zylinderförmige Form für den Gärbehälter 12. Die flexiblen Membranen 14 bzw. 5 sind dabei aus einer Folie aus Gummi gefertigt, welche somit hochflexibel und gasdicht ist.
Die Ausmaße der gesamte Anlage sind groß, wobei die Gärbehälter eine Länge zwischen 20 m und 100 m aufweisen. So können große Mengen an biologischem Material auf einmal vergoren werden.
Weiterhin ist eine Vorrichtung 15 zum Entleeren der Gärbehälter 12 vorgesehen, welche sich im oberen Bereich des geschlossenen Behälters befindet, also oberhalb des Wasserspiegels 22. Ebenso ist eine Vorrichtung 16 zum Befüllen der Gärbehälter mit biologischem Material vorgesehen, welche sich ebenfalls im oberen Bereich 3 des geschlossenen Behälters 1 befindet.
Weiterhin sind im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters 1 Heizelemente 7 angeordnet, welche das im unteren Bereich 2 befindliche Wasser 21 erwärmen. Hierdurch kann die optimale Gärtemperatur von 37 bis 39,5°C eingestellt werden. Das Gas wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Dieselmotoren verbrannt, um Strom zu erzeugen. Die Heizelemente 7 verwenden dann die beim Verbrennen des Gases erzeugte Abwärme. Die Heizelemente 7 können so die Abwärme, welche bei bekannten Vorrichtungen bis zu 80% des Energieertrags bedeuten kann, wiederverwerten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird biologisches Material verwendet, welches in einem Vorvergärbehälter bereits vorvergoren wurde. Das biologische Material schwimmt dabei in einer Flüssigkeit. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen nun Siebe oder Filter zum Einsatz, um das biologische Material, welches in die Gärbehälter 12 gefüllt wird, in der Flüssigkeit zu homogenisieren bzw. die Partikelgröße des biologischen Materials entsprechend zu verkleinern, so daß sich während der Vergärung in den Gärbehältern 12 keine Schicht auf der Oberfläche der gärenden Flüssigkeit bildet. Alternativ kann zum gleichen Zweck auch eine Zermahlvorrichtung eingesetzt werden.
Das in einer Flüssigkeit entsprechend homogen verteilte biologische Material bzw. das eine entsprechend kleine Partikelgröße aufweisende biologische Material wird nunmehr bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Vorrichtung 16 in die Gärbehälter 12 eingefüllt, während diese sich oberhalb der Wasseroberfläche 22 befinden. Zur besseren Vergärung werden dem biologischen Material, welches zum Beispiel aus Gülle und/oder nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Stroh besteht, entsprechende Bakterien zugesetzt. Durch dieses Animpfen des biologischen Materials kann ein optimaler Gärvorgang erreicht werden. Zum Befüllen mit biologischem Material ist der Rahmen 17 mit der flexiblen Membran 14 geöffnet. Daraufhin werden die Gärbehälter wieder luft- und wasserdicht verschlossen. Durch die Bewegung des Rotors, in 1 im Uhrzeigersinn, werden die Gärbehälter 12 nun nach unten in das Wasser hineinbewegt und durch das wärmere Wasser erwärmt. Sie erreichen nun im Verlauf der Bewegung nach unten die optimale Gärtemperatur, so daß der Vergärvorgang startet. Das hierdurch erzeugte Gas 24 sammelt sich unter der flexiblen Membran 14 und vergrößert so das Volumen der Gärbehälter 12.
Durch die Gaserzeugung in den Gärbehältern wird dafür gesorgt, daß in den sich wieder nach oben bewegenden Gärbehältern 12, welche sich in der Zeichnung auf der linken Seite befinden, erheblich mehr Gas vorhanden ist als auf der anderen Seite, so daß diese auch ein viel größeres Volumen aufweisen und so für Auftrieb sorgen. Dieser Auftrieb treibt wiederum den Rotor 10 an. Durch diese Rotation wird bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Generator angetrieben, welcher Strom erzeugt. Erreichen die mit Gas gefüllten Gärbehälter wieder den Bereich 3, der sich oberhalb der Wasseroberfläche 22 befindet, werden sie geöffnet, so daß das Gas aus den Gärbehältern entweichen kann und sich in dem Bereich 3 unterhalb der flexiblen Membran 5 des geschlossenen Behälters 1 sammelt. Von hier aus kann das Gas nun abgepumpt und zum Beispiel auch zur Stromerzeugung oder zur Heizung verwendet werden. Das biologische Material wird nun zumindest teilweise über die Vorrichtung 15 abgesaugt und neues biologisches Material nachgefüllt.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ist eine Funktion des ablaufenden Gärprozesses, dessen Virulenz die Gasproduktion bestimmt, in Abhängigkeit vom Zeitablauf. Sie wird entweder so eingestellt, daß nach einer Umdrehung der Vergärvorgang im wesentlichen abgeschlossen ist, so daß das biologische Material komplett entnommen werden kann. Hierzu wird üblicherweise je nach Material eine Vergärzeit und damit auch eine Rotationszeit für den Rotor von ca. 2 bis 48 Stunden verwendet. Alternativ kann das Material auch erst nach einigen Umdrehungen entnommen werden, so daß eine schnellere Rotation möglich ist. Hier wird dann solange nichts unternommen, wie der Gärprozeß läuft. Vermindert sich der erzeugte Gasdruck und damit die Auftriebskraft, wird eine Neubefüllung vorgenommen.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem der geschlossene Behälter 1 genauso wie im ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, nun aber mit dem zu vergärenden biologischen Material selbst bis zu einer Oberfläche 22 befüllt wird. Die Heizelemente 7 bringen das Gärmaterial im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters 1 dabei auf die optimale Vergärtemperatur von 39°C, wozu die Abwärme aus der Verbrennung des Gases in Dieselmotoren genutzt wird. Das während der Gärung entstehende Gas steigt durch das Gärmaterial im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters 1 in den oberen Bereich 3 des geschlossenen Behälters 1, in welchem es sich unter der flexiblen Membran 5 ansammelt. Von dort aus kann das Gas wie im ersten Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von elektrischer Energie Dieselmotoren zugeführt werden, welche einen Generator antreiben.
Im unteren Bereich des geschlossenen Behälters 1 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Lagerkonstruktion für den Rotor 10 vorgesehen, welche aus Streben 8 sowie Lagern 9 besteht. Der Rotor 10 ist an diesen Lagern 9 drehbar um eine horizontale Drehachse gelagert. An dem Rotor sind dabei über Streben 11 Auftriebselemente 12 angeordnet, welche, wie auch aus der perspektivischen Ansicht oben in 2 hervorgeht, auf einer Seite eine konkave Innenseite aufweisen, welche eine Aufnahme für das im Gärmaterial aufsteigende Gas bildet, und auf der anderen Seite eine konvexe Außenseite 31 aufweisen, an welcher das aufsteigende Gas abperlt. Die Auftriebskörper 12 sind dabei sternförmig um die Drehachse des Rotors 10 angeordnet und alle in gleicher Weise ausgerichtet. Der Rotor 10 erhält damit im wesentlichen die Form eines Schaufelrads. Die Auftriebselemente 10 sind mit einem gewissen Abstand von der Drehachse an den Streben 11 angeordnet und bestehen im wesentlichen aus einer gebogenen Materialschicht, welche an ihren Rändern mit den Streben 11 verbunden ist.
Das sich während des Gärprozesses im biologischen Material bildende Gas steigt nun im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters auf, wobei es sich in den im Bild links gezeigten Auftriebskörpern 12 sammelt, während es an der konvexen Außenseite der im Bild rechts gezeigten Auftriebskörpern 12 abperlt. Hierdurch ergibt sich für die auf der linken Seite befindlichen Auftriebskörpern 12 ein großer Auftrieb, welcher den Rotor 10 in Rotation versetzt. Erreichen die Auftriebsbehälter 12 den oberen Bereich 3 des geschlossenen Behälters oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 22, kann das Gas aus den Auftriebskörpern 12 in diesen oberen Bereich 3 entweichen und sammelt sich unterhalb der flexiblen Membran 5 an. Die durch den Rotor 10 wieder nach unten bewegten Auftriebskörper 12 haben während der Bewegung nach unten keinen Auftrieb, da das Gas an ihrer konvexen Außenseite abperlt und somit kaum Kraft auf diese ausübt. Erst wenn sich die Auftriebsbehälter 12 wieder nach oben bewegen und damit die Aufnahme 30 für das Gas nach unten zeigt, sammelt sich wieder Gas in den Auftriebskörpern 12 und erzeugt wieder Auftrieb, welcher den Rotor antreibt.
Durch die Bewegung des Rotors wird das Gärferment ständig bewegt, was die Ausgasung fördert und ein separates Rührwerk entbehrlich macht. So kann durch die gezeigte Anordnung des Rotors 10 mit den Auftriebskörpern 12 auf den sonst nötigen energieaufwendigen separaten Antrieb des Rührwerks verzichtet werden. Im Gegenteil kann die nicht zum Rühren benötigte Bewegungsenergie des Rotors 10 an der Achse abgenommen und zum Beispiel über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden.
Die in 3 gezeigte alternative Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die veränderte Ausgestaltung des Rotors, insbesondere der Auftriebskörper 12. Diese bestehen in der in 3 gezeigten Ausführung, wie auch aus der oben in 3 dargestellten perspektivischen Ansicht hervorgeht, im wesentlichen aus einer gebogenen Materialschicht, welche so die Aufnahme 30 für das Gas und die konvexe Außenseite 31 bildet. Die durchgehende Materialschicht verläuft dabei anders als in der ersten Ausführung im wesentlichen bis zur Drehachse, während bei der in 2 gezeigten Ausführung sich die Auftriebskörper 12 nur in einem äußeren Bereich des Rotors befanden, wobei sie über Streben 11 mit der Drehachse des Rotors verbunden waren. Zur Stabilisierung der in 3 gezeigten Auftriebskörper 12 sind jedoch ebenfalls Streben 11 vorgesehen.
Die Auftriebskörper 12 weisen zusätzlich vorteilhafterweise Seitenwände auf, so daß sich in der Aufnahme 30 ansammelnde Gas auch dort nicht entweichen kann.
4 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung, bei weicher mehrere Rotoren 10 sternförmig um eine Mittelsäule 50 des Behälters angeordnet sind. Die Achsen 52 der Rotoren 10 sind dabei über Lager 53 an der Mittelsäule 50 und Lager 54 an der Seitenwand 4 des Behälters 1 gelagert. So kann die runde Grundfläche des Behälters 1 optimal genutzt werden, wobei sich diese Anordnung insbesondere bei großen Durchmessern von über 30 Metern anbietet. Die Mittelsäule 50 ist dabei ohnehin üblicherweise vorgesehen und trägt die Dachkonstruktion, welche bei solchen Größen nicht mehr selbsttragend ausgeführt wird. Zur optimalen Ausnutzung der Grundfläche werden dabei unterschiedlich breite Rotoren eingesetzt, wobei sich hier jeweils ein breiter Rotor mit einem schmäleren Rotor abwechselt. Die schmäleren Rotoren reichen dabei nicht bis zur Mitte des Behälters 1, wobei ihre Achsen über Stützkonstruktionen 51, die zwischen der Mittelsäule und den Rotoren angeordnet sind, abgestützt werden. Die Rotoren (10) können so insbesondere im zweiten Ausführungsbeispiel als Rührwerke auch für sehr große Behälter eingesetzt werden, welche von dem aufsteigenden Gas angetrieben werden. Zusätzlich ist es dabei möglich, überschüssige Rotationsenergie an den Enden 55 der Achsen 52, welche aus dem Behälter 1 herausgeführt werden, abzugreifen und z.B. über Generatoren in elektrische Energie umzuwandeln.
Die gezeigte Rotoranordnung lässt sich aber auch in allen anderen Ausführungsbeispielen für eine besonders effektive Anordnung der Trägerkonstruktion insbesondere bei einer kreisförmigen Grundfläche des Behälters 1 einsetzten.
Das in 5 bis 7 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basiert im wesentlichen auf der gleichen Anordnung wie das zweite Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der geschlossene Behälter 1 nicht als Gärbehälter ausgeführt ist, sondern Wasser enthält. Deshalb ist ein separater Gärbehälter 35 vorgesehen, an dessen Oberseite sich das entstehende Gas sammelt und über eine Gasleitung 36 zu dem Gasauslaß 40 strömt, welcher im unteren Bereich des geschlossenen Behälters 1 angeordnet ist. Der im ebenfalls geschlossenen Gärbehälter 35 entstehende Gasdruck drückt dabei das Gas gegen den Druck der oberhalb des Gasauslasses 40 befindlichen Wassersäule in den geschlossenen Behälter 1. Das aufsteigende Gas sammelt sich dabei wie im zweiten Ausführungsbeispiel in entsprechend gestalteten Auftriebskörpern und bewegt diese so nach oben. Die Auftriebskörper 12 weisen dabei wiederum eine zu einer Seite hin offene Aufnahme für das Gas auf, während ihre Außenseite konvex geformt ist. Der Gasauslaß 40 befindet sich dabei unterhalb der Auftriebskörper 12 in dem Bereich, in dem die nach einer Seite hin offene Aufnahme 30 für das Gas nach unten zeigt, so daß möglichst das gesamte aus dem Auslaßelement 40 austretende Gas in den Auftriebskörpern 12 aufgefangen wird und so für den entsprechenden Auftrieb sorgt.
In 5 und 6 sind die Auftriebskörper 12 dabei an einem umlaufenden Förderband 39 angeordnet, mit welchem sie so verbunden sind, daß sich die Ausrichtung der Auftriebskörper 12 mit der Bewegungsrichtung des Bandes ebenfalls ändert. Auf der im Bild gezeigten rechten Seite bewegen sie sich deshalb nach unten, während die konvexe Außenseite nach unten zeigt, während sie sich auf der linken Seite nach oben bewegen, während auch die konvexe Außenseite 31 nach oben zeigt. So sammelt sich nur auf der linken Seite Gas in der Aufnahme 30, welches für den Auftrieb der Auftriebskörper 12 sorgt und so das Förderband 39 antreibt. Dieses verläuft, wie in 6 gezeigt, über zwei Walzen 37 und 38. Von deren Drehachsen kann die Bewegungsenergie des Förderbands abgenommen und zum Beispiel an einen Generator übertragen werden, welcher diese in elektrische Energie umwandelt.
Im oberen Scheitelpunkt der Bewegung treten die Auftriebskörper 12 aus dem unteren Bereich des geschlossen Behälters 11, d.h. aus der Flüssigkeit, aus und entlassen das in ihnen angesammelte Gas in den oberen Bereich 3. Von dort aus kann es nun den Gasmotor-Generatoren zugeleitet werden.
Bei der in 7 gezeigten Alternative wird nun anstatt des Förderbands 39 wieder ein Rotor 10 verwendet, wie er bereits aus dem zweiten Ausführungsbeispiel bekannt ist. Da jedoch im dritten Ausführungsbeispiel das biologische Material in einem separaten Gärbehälter 35 vergoren wird, ist wiederum eine Gasleitung 36 sowie ein Auslaßelement 40 im linken unteren Bereich unterhalb der Auftriebselemente 12 vorgesehen.
Ein solches nach den Prinzipien des dritten Ausführungsbeispiels arbeitendes Auftriebskraftwerk läßt sich ebenfalls mit anderen unter Druck stehenden Medien betreiben, deren spezifisches Gewicht leichter als Wasser ist und welche mit Wasser keine Verbindung eingehen. Zum Beispiel können hier Öle wie zum Beispiel Rapsöl verwendet werden. Hierdurch läßt sich der Druck des unter Druck stehenden Mediums in elektrische Energie umwandeln.
Weiterhin läßt sich bei den im ersten und dritten Ausführungsbeispiel gezeigten Vorrichtungen, bei welchen der geschlossene Behälter 1 nicht mit dem zu vergärenden Material, sondern z.B. mit Wasser gefüllt ist, die Effizienz dadurch steigern, daß entweder schweres Wasser verwendet wird oder dem Wasser Zusatzstoffe beigegeben werden, welche das spezifische Gewicht des Wassers erhöhen. So ist es zum Beispiel möglich, Zuckerlösung, Salz oder Metallstaub in das Wasser einzubringen. Hierdurch erhöht sich der Auftrieb des Gases gegenüber dem Wasser, weil eine größere Differenz zwischen den spezifischen Gewichten des Gases in den Auftriebskörpern 12 und der diese umgebenden Flüssigkeit vorliegt.
Bei dem in 8 und 9 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kommt wie im dritten Ausführungsbeispiel ein separater Gärbehälter 35, wie zum Beispiel ein Gärsilo, zum Einsatz, von welchem das unter Druck stehende Gas aus der Vergärung über eine Gasleitung 36 abgeleitet wird. Im vierten Ausführungsbeispiel treibt das Gas dabei eine Pumpe 43 an, welche Wasser von einem niedriger angeordneten ersten Behälter 41 in einen höher angeordneten zweiten Behälter 42 pumpt, so daß die Energie aus dem Druck des Gases als potentielle Energie des Wassers gespeichert werden kann. Die Pumpe 43 ist dabei direkt in dem ersten tiefer gelegenen Behälter 41 angeordnet. Das Gas wird, nachdem es die Pumpe angetrieben hat, über die Ableitung 49 zu den Biogasmotor-Generatoren abgeleitet. Hierzu ist in der in 9 gezeigten Alternative ein Gasdom 48 oberhalb der Pumpe 43 über dem Behälter 41 angeordnet, welcher sich bis unterhalb der Wasseroberfläche 47 erstreckt.
Das über die Steigleitung 46 in den oberen Behälter 42 gepumpte Wasser kann nun bei Bedarf über das Fallrohr 44 auf die Turbine 45 umgeleitet werden, welche einen Generator antreibt. So kann zum Beispiel bei Lastspitzen das im oberen Behälter 42 gespeicherte Wasser zur Erzeugung von zusätzlicher Energie herangezogen werden. Die Turbine befindet sich dabei bei der in 8 gezeigten Anordnung innerhalb des tiefer liegenden Behälters, während sie bei der in 9 gezeigten Anordnung außerhalb dieses Behälters angeordnet ist.
Die Vorrichtungen nach dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel können dabei in herkömmliche Biogaskraftwerke zur Erhöhung des Wirkungsgrads problemlos zwischen das ohnehin bestehende Gärsilo 35 und die mit dem Biogas betriebenen Dieselmotoren eingefügt werden. Hierdurch kann die Energie aus dem Druck bzw. dem Auftrieb des bei der Gärung entstehenden Gases benutzt werden, indem die bereits bestehende Anlage um die Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen 3 und 4 der vorliegenden Erfindung ergänzt wird.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Vergärung insbesondere von biologischem Material, wobei Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases gewonnen oder/oder genutzt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, mit einem geschlossenen Behälter (1) zur Aufnahme einer Flüssigkeit in einem unteren Bereich (2) und zur Aufnahme von Gas in einem oberen Bereich (3), und mit Auftriebskörpern, welche in dem geschlossenen Behälter beweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auftriebskörper bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen und wieder abgeben können.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auftriebskörper zumindest teilweise in den unteren Bereich bewegbar sind und zumindest in einem Teilbereich des unteren Bereichs bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen können und/oder zumindest teilweise in den oberen Bereich bewegbar sind und aufgenommenes Gas dort abgeben können.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auftriebskörper an einer Trägerkonstruktion angeordnet sind, durch welche sie vorteilhafterweise abwechselnd zumindest teilweise von dem unteren Bereich (2) in den oberen Bereich (3) bewegbar sind und umgekehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Trägerkonstruktion zur Abführung der von den Auftriebskörpern erzeugten mechanischen Energie verwendet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei Mittel zur Stromerzeugung aus der Bewegung der Trägerkonstruktion vorgesehen sind, insbesondere ein von der Trägerkonstruktion angetriebener Generator.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der geschlossene Behälter (1) im oberen Bereich (3) eine flexible Membran (5) umfaßt, so daß sich das Volumen des geschlossenen Behälters (1) verändern kann.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Trägerkonstruktion ein umlaufendes Förderband umfaßt, an dem die Auftriebskörper angeordnet sind, wobei das umlaufende Förderband vorteilhafterweise eine vertikale Bewegungsebene aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Trägerkonstruktion mit den Auftriebskörpern mindestens einen Rotor (10) bildet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Achse des Rotors (10) im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Trägerkonstruktion mehrere, vorteilhafterweise sternförmig angeordnete Förderbänder oder Rotoren (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei zumindest in dem unteren Bereich (2) des Behälters (1) eine Trägerkonstruktion angeordnet ist, welche Auftriebskörper bildende Gärbehälter (12) mit veränderbarem Volumen aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) um eine horizontale Achse drehbar an der Trägerkonstruktion angelenkt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) sich parallel zur Drehachse eines Rotors (10) erstrecken und um diese herum angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem unteren Bereich (2) des geschlossenen Behälters (10) Heizelemente (7) zum Erwärmen der in dem Behälter (1) befindlichen Flüssigkeit angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Heizelemente (7) über die Abwärme aus der Verbrennung des bei der Gärung erzeugten Gases z.B. in Motoren betrieben werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) eine flexible Membran (14) aufweisen, durch welche sich das Volumen der Gärbehälter (12) verändern kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die flexible Membran (14) in einem Rahmen (17) angebracht ist, durch welchen sich die Gärbehälter (12) öffnen und wieder dicht schließen lassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei Vorrichtungen (15, 16) zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter (12) vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei die Vorrichtungen (15, 16) zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter (12) in dem oberen Bereich (3) des geschlossenen Behälters (1) oberhalb des Wasserspiegels (22) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) Vorrichtungen zum Ablassen des durch die Vergärung erzeugten Gases umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere gemäß Anspruch 13, mit ein Vorgärbehälter zur Vorvergärung des biologischen Materials, wobei eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit vorgesehen ist, insbesondere ein Sieb, ein Filter oder eine Zermahlvorrichtung.
Vorrichtung insbesondere gemäß Anspruch 23, wobei die Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit so ausgelegt ist, dass sich während des sich anschließenden Vergärschritts keine Schicht aus Schwebstoffen an der Oberfläche dieser Flüssigkeit bildet, welche das sich bei der Vergärung bildende Gas in der Flüssigkeit zurückhalten würde.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Auftriebskörper zu einer Seite hin offene Aufnahmen für das Gas bilden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 25, wobei die Außenseiten der Auftriebskörper eine konvexe Form aufweisen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei die Auftriebskörper im wesentlichen senkrecht zur ihrer Bewegungsrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Auftriebskörper so an einer Trägerkonstruktion angeordnet sind, daß sie durch Bewegung der Trägerkonstruktion mit der konvexen Außenseite nach unten zeigend nach unten und mit der konvexen Außenseite nach oben zeigend nach oben bewegt werden können.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die Auftriebskörper so an einem umlaufenden Förderband befestigt sind, daß sich ihre Ausrichtung mit der Bewegungsrichtung des Förderbandes ändert.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die Auftriebskörper starr an einem Rotor befestigt sind und insbesondere ein Schaufelrad bilden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei der geschlossene Behälter (1) einen Gärbehälter insbesondere zur Aufnahme des biologischen Materials in einem unteren Bereich (2) bildet.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Gärbehälter und mit einem im Gärbehälter angeordneten Rührwerk, wobei das Rührwerk durch den Gasdruck und/oder den Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases bewegt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 32, wobei die Auftriebskörper vorzugsweise im Zusammenspiel mit der Trägerkonstruktion das Rührwerk für das gärende Material bilden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei der geschlossene Behälter (1) in dem unteren Bereich (2) ein Auslaßelement für Gas aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 34, wobei das Auslaßelement für Gas unterhalb der Auftriebselemente in dem Bereich angeordnet ist, in welchem die eine Aufnahme bildende Seite der Auftriebselemente im wesentlichen nach unten ausgerichtet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 34, welche weiterhin einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Zuleitung des im Gärbehälter entstehenden Gases zum Auslaßelement aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 34, wobei der geschlossene Behälter in seinem unteren Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser befüllt wird, in welche vorteilhafterweise das spezifische Gewicht der Flüssigkeit erhöhende Zusätze gemischt sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei anstelle von Gas eine Flüssigkeit verwendet wird, welche leichter als die im unteren Bereich des geschlossenen Behälters befindliche Flüssigkeit ist und sich nicht mit dieser mischt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wobei das abgeleitete Gas durch seinen Druck einen mechanischen Antrieb antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wobei das abgeleitete Gas durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter befördert, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gelegenen Behälter pumpt.
Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr abfließt und eine Turbine oder einen Generator antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Pumpe in dem tiefer gelegenen Behälter angeordnet ist und dieser eine Kuppel zur Aufnahme des Gases aufweist.
Verfahren zur Erzeugung von Energie aus der Vergärung insbesondere von biologischem Material mit den Schritten: – Befüllen eines Gärbehälters (12) insbesondere mit biologischem Material, – Vergären des biologischen Materials in einem Gärbehälter (12), so daß sich Gas entwickelt, – Gewinnen und/oder Nutzen von Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases.
Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei das bei der Vergärung entstehende Gas in Auftriebskörpern gesammelt wird, welche durch den Auftrieb des Gases bewegt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 44, wobei die Bewegungsenergie der Auftriebskörper zum Antrieb eines Generators genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei das während des Vergärens des biologischen Materials entstehende Gas das Volumen des Gärbehälters vergrößert, mit den weiteren Schritten: – Gewinnen von mechanischer Energie aus der Volumenvergrößerung des Gärbehälters (12) – Ablassen des Gases aus dem Gärbehälter (12) – zumindest teilweises Entfernen des verbleibenden biologischen Materials aus dem Gärbehälter (12).
Verfahren nach Anspruch 46, wobei sich der Gärbehälter (12) während des Vergärschrittes unterhalb eines Wasserspiegels befindet, so dass die Volumenvergrößerung durch den entstehenden Auftrieb mechanische Energie erzeugt, insbesondere dadurch, daß die Gärbehälter (12) durch ihren Auftrieb einen Rotor (10) bewegen.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das in die Gärbehälter (12) gefüllte biologische Material durch das den Gärbehälter umgebende Wasser erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das in einem geschlossenen Behälter (1) befindliche Wasser erwärmt wird, insbesondere über die Abwärme aus der Verbrennung von Gas insbesondere in einem Motor.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das biologische Material so lange in den Gärbehältern verbleibt, bis der Hauptvergärprozeß im wesentlichen abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei durch die Gärung erzeugtes Gas im Gärbehälter (12) verbleibt und dessen Volumen vergrößert, um so durch den erzeugten Auftrieb den Rotor (10) zu bewegen, wobei vorteilhafterweise während der Bewegung des Gärbehälters nach unten erzeugtes Gas sofort abgelassen wird.
Verfahren insbesondere nach Anspruch 46, mit den Schritten – Vorvergären des in einer Flüssigkeit enthaltenen biologischen Materials – Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der Flüssigkeit, insbesondere durch Sieben, Filtern und/oder Zermahlen, – Vergären der sich ergebenden Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 52, wobei das beim Sieben und/oder Filtern zurückbleibende biologische Material wieder der Vorvergärung zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei der Gasdruck und/oder der Auftrieb des im Gärbehälter aufsteigenden Gases genutzt wird, um ein im Gärbehälter angeordnetes Rührwerk anzutreiben.
Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei sich das im Gärbehälter aufsteigende Gas in im Gärbehälter angeordneten Auftriebskörpern sammelt und diese so bewegt.
Verfahren gemäß Anspruch 55, wobei die Bewegung der Auftriebskörper das im Gärbehälter befindliche gärende Material, insbesondere das biologische Material, bewegt.
Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt und in einen weiteren Behälter geleitet wird, in welchem es sich in dort angeordneten Auftriebskörpern sammelt und diese so bewegt.
Verfahren gemäß Anspruch 57, wobei der weitere Behälter in einem unteren Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser befüllt ist, in welches vorteilhafterweise das spezifische Gewicht von Wasser erhöhende Zusätze gemischt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt wird und durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter befördert, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gelegenen Behälter pumpt.
Verfahren nach Anspruch 59, wobei die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr abfließt und eine Turbine oder einen Generator antreibt.