DE102010010420A1 - Operating a biogas plant with a fermented, in which or into which preconditioned fermentation pulp from biomasses is introduced and biogas is removable from collection volume, comprises conditioning biomass to flow able fermentation pulp - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zum Betrieb einer Biogasanlage mit einem Fermenter, in welcher bzw in welchem ein vorkonditionierter Gärbrei aus Biomasse einbringbar ist, und Biogas aus einem Sammelvolumen abziehbar ist, insbesondere für den Einsatz aquatischer Biomasse, sowie Biogasanlage selbst, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.Method for operating a biogas plant with a fermenter, in which or in which a preconditioned Gärbrei from biomass can be introduced, and biogas from a collecting volume is deductible, in particular for the use of aquatic biomass, and biogas plant itself, according to the preamble of
Biogasanlagen enthalten Fermenter, die ein nach allen Seiten fluiddicht ageschlossenes System darstellen. Alle Elemente des Systems samt der Biomasse werden nur kontrolliert entnommen. Innerhlab der Anlage ist ein Raumvolumen geschaffen, in welches hinein das Biogas expandieren kann.Biogas plants contain fermenters, which are a fluid-tight system connected on all sides. All elements of the system including the biomass are removed only in a controlled manner. Inside the plant, a volume of space is created into which the biogas can expand.
Solche Einrichtungen mit dachförmiger Abdeckung sind vielfach bekannt; so zum Beispiel auch aus der
Bei großen Biogasanlagen ist es überdies notwendig, den Gärbrei der Biomasse in regelmäßigen Zeitabständen zu rühren, um die biologische, oder besser die mikrobiologische Aktivität im gesamten Gärbrei möglichst gleichförmig zu halten. Letztendlich ist eine optimale Biogasausbeute aus der eingetragenen Biomasse das Ziel.In large biogas plants, it is also necessary to stir the Gärbrei the biomass at regular intervals in order to keep the biological, or better the microbial activity throughout the Gärbrei as uniform as possible. Ultimately, an optimal biogas yield from the registered biomass is the goal.
Die Verweilzeiten der Biomasse im Gärraum haben eine maßgebende Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen.The residence times of the biomass in the fermentation chamber are of decisive importance for the profitability of biogas plants.
Ebenso wichtig ist jeder in das System einzuspeisende Energiebeitrag, weil er den ökologischen Wirkungsgrad für die Erzeugung eines Energieträgers aus nachwachsenden Rohstoffen herabsetzt.Equally important is any energy input that can be fed into the system, because it reduces the ecological efficiency of producing an energy source from renewable raw materials.
Von besonderer Bedeutung ist außerdem die Verwendung von Biomasse aus aquatischen Pflanzen. Deren Unterschied zwischen Abtropfgewicht und Trockenmasse ist deutlich höher als bei anderen Pflanzen. Insofern spielt die deutlich höhere Feuchte solcher Biomasse ein Rolle beim Eintrag in Biogasanlagen, bzw in den Fermenter von Biogasanlagen.Of particular importance is the use of biomass from aquatic plants. Their difference between drained weight and dry matter is significantly higher than other plants. In this respect, the significantly higher moisture content of such biomass plays a role in the entry into biogas plants or in the fermenter of biogas plants.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art insbesondere für den Einsatz von Biomasse aus aquatischen Pflanzen wirtschaftlicher zu machen, und auf motorische Rührwerke verzichten zu können.The invention is therefore based on the object to make a method of the generic type, in particular for the use of biomass from aquatic plants more economical, and to be able to dispense with motor stirrers.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betrieb einer Biogasanlage der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The stated object is achieved in a method for operating a biogas plant of the generic type according to the invention by the characterizing features of
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.Further advantageous embodiments of the method are specified in the
Im Hinblick auf eine Biogasanlage selbst ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst.With regard to a biogas plant itself, the stated object is achieved by the characterizing features of
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the remaining dependent claims.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass die Biomasse zu einem fließfähigen Gärbrei konditioniert und in ein Rohr oder Rohrsystem, welches den Fermentationsraum selbst bildet, geleitet wird und zwischen Eintrittsbereich und Austrittsbereich des Rohres oder Rohrsystemes ein Gefälle vorliegt, und dass die Fließgeschwindigkeit im Rohrsystem derart beeinflusst wird, dass die Verweildauer des Biogas erzeugenden Gärbreies im Rohrsystem auf diese Weise steuerbar ist.The core of the process according to the invention is that the biomass is conditioned to a flowable Gärbrei and in a pipe or pipe system, which is the fermentation space itself, is passed and between the inlet region and outlet region of the pipe or pipe system is a gradient, and that influences the flow rate in the pipe system so is that the residence time of the biogas generating Gärbreies is controllable in the pipe system in this way.
Der wesentliche Unterschied zu bekannten Biogasanlagen ist somit die Anordnung des Fermentationsraumes als Rohr, oder Rohrmäander mit fortlaufendem Gefälle.The essential difference to known biogas plants is thus the arrangement of the fermentation space as a pipe, or Rohrmäander with continuous slope.
Der Gärbrei kann sich auf diese Weise sogar in Bezug auf seine jeweilige Konsistenz, flüssiger oder zäher, genau davon abhängig unterschiedlich schnell bewegen. Für das langsame Durchfließen des Fermenters sorgt zum größten Teil das Gefälle. Somit brauch weder für das Ausbringen des Gärbreies noch für sein „Rühren” Energie aufgewendet werden. Ist der Gärbrei noch zäher, und gast somit auch noch mehr, so ist seine Durchsatzgeschwindigkeit durch das Rohr langsamer. Wird zum Ende des Gasprozesses hin der Gärbrei immer flüssiger, so fließt er schneller ab in Richtung Ausgang. Somit regelt sich die Verweildauer über das Gefälle schon zum Teil selbst.The Gärbrei can move in this way even with respect to its respective consistency, liquid or toughened, exactly dependent on it at different speeds. For the slow flow of the fermenter ensures the greatest part of the slope. Thus, neither energy for the application of Gärbreies still for his "stirring" be spent. If the Gärbrei is even tougher, and therefore more so, its throughput speed through the tube is slower. If at the end of the gas process, the Gärbrei is always liquid, it flows faster towards the exit. Thus, the length of stay on the slope already partly regulated itself.
Zu einem anderen Teil kann der lokal entstehende Gasdruck auch eine druckgradienten bedingte Bewegung des Gärbreies unterstützen.On the other hand, the locally generated gas pressure can also support a pressure-gradient-related movement of the fermentation mixture.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Gaserzeugungsrate stetig gemessen wird, und davon abhängig die Steuerung der Verweilzeit der Biomasse bzw des Gärbreies in dem Rohrsystem erfolgt. Wie oben bereits ausgeführt, kann dies unter Ausnutzung des durch das Biogas selbst entstehenden Gasdruckes bewirkt werden. Dies kann erfolgen, indem im Rohr verteilt der Druck an verschiedenen Stellen gemessen wird. Ferner können entlang des Rohres oder der Rohrstrecke Auslassventile zum Auslassen des Biogases angeordnet sein. Wenn nun ein Gärbreivolumen in einem ersten Rohrabschnitt gast, so kann durch eine Abschottung des dahinter liegenden Rohrbreiches und ein Öffnen eines Ventiles im davor liegenden Rohrabschnitt ein Druckgradient geschaffen werden, durch den sich die Biomasse in Richtung niedrigeren Druckes selbsttätig bewegt.In a further advantageous embodiment, it is indicated that the gas generation rate is measured continuously, and depending on the control of the residence time of the biomass or the Gärbreies takes place in the pipe system. As already stated above, this can be achieved by utilizing the gas pressure generated by the biogas itself. This can be done by measuring the pressure in different places distributed in the pipe. Further, exhaust valves for discharging the biogas may be arranged along the pipe or the pipe section. If now a Gärbreivolumen guest in a first pipe section, it can be created by a foreclosure of the underlying Rohrbreiches and opening a valve in front of the pipe section a pressure gradient the biomass moves automatically in the direction of lower pressure.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das Rohrsystem mit verteilt angeordneten halbdurchlässigen (semipermeablen) Membranen versehen ist, die (Bio)-Gas hindurch lassen, aber den Durchgang von Flüssigkeit sperren, über welche aus dem Rohrsystem das erzeugte Biogas austritt. So entweicht das im Rohr-Fermenter entstehende Biogas aus dem selben und sammelt sich in einen Raum oberhalb desselben.In a further advantageous embodiment, it is stated that the pipe system is provided with distributed semi-permeable (semipermeable) membranes, which pass through (bio) gas but block the passage of liquid through which the biogas produced emerges from the pipe system. Thus, the biogas produced in the tube fermenter escapes from the same and collects in a space above it.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass in den Rohrfermenter an der Eintrittsöffnung oder entlang der Rohrlänge an verteilt angeordneten Injektionsöffungen verflüssigter Tierpansen oder andere mikrobielle Zusätze und/oder Spurenelemente und/oder Mineralien eingeführt werden. Diese unterstützen den Gasprozess enorm. In der Regel werden bei bekannten Biogasanlagen Gärzusätze gleich zu Beginn hineingegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können diese jedoch entlang der Fortbewegungsstrecke injiziert werden, wodurch ein stetig guter Gasprozess erhalten wird.In a further advantageous embodiment it is stated that liquefied animal rumen or other microbial additives and / or trace elements and / or minerals are introduced into the tube fermenter at the inlet opening or along the tube length at distributed injection openings. These support the gas process enormously. As a rule, in known biogas plants, fermenting additives are added right at the beginning. In the method according to the invention, however, these can be injected along the travel path, whereby a continuously good gas process is obtained.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Biogasanlage oder zumindest der Rohrfermenter in den Kühlmittelkreislauf eines Kraftwerkes wärmetauschend eingebunden ist, derart, dass die Kraftwerksabwärme zur Unterstützung des Biogaserzeugungsprozesses hinzugenommen wird. Dabei kann der Rohrfermenter, bzw das Wasserbassin, in dem er angelegt ist, die Abwärme von Kraftwerkskühlmittelkreisläufen nutzen. Diese ansonsten ungenutzt in die Umwelt entlassene Wärme hat in dieser Nutzungsform einen erheblichen Nutzen für die Aufrechterhaltung eines effizienten Biogaserzeugungsprozesses.In a further advantageous embodiment, it is indicated that the biogas plant or at least the tube fermenter is incorporated into the coolant circuit of a power plant heat exchanging, such that the power plant waste heat is added to support the biogas production process. In this case, the Rohrfermenter, or the water basin, in which it is created to use the waste heat from power plant coolant circuits. This heat, otherwise unused to the environment, has significant utility in sustaining an efficient biogas production process in this form of use.
In Bezug auf eine Biogasanlage besteht der Kern der Erfindung darin, dass der Biogasreaktor oder die Biogasanlage einen Fermenter aufweist, der aus einem Rohr oder einem Rohrsystem besteht, welches zwischen Eintrittsbereich und Austrittbereich oder zumindest abschnittsweise geneigt ist, in welches der fließfähige Gärbrei einbringbar ist. Zumindest abschnittsweise geneigt, heisst dass bei der Anordnung des Rohrsystems als Mäander eine stetige Neigung zumindest entlang einer Achse vorliegt. Dies wird anhand der weiter unten vorgenommen Beschreibung der Zeichnung noch deutlicher.With respect to a biogas plant, the essence of the invention is that the biogas reactor or the biogas plant comprises a fermenter consisting of a pipe or a pipe system, which is inclined between the inlet region and outlet region or at least partially, in which the flowable Gärbrei is introduced. At least partially inclined, means that in the arrangement of the pipe system as meander a steady inclination is present at least along one axis. This is made clearer by the description of the drawing below.
Das heisst also, dass vorteilhafterweise das Rohr oder Rohrsystem mäanderförmig verlegt ist, und das Gefälle so gewählt ist, dass der Gärbrei stetig langsam und weitestgehend durch Gravitationswirkung durch das Rohrsystem fließt.This means that advantageously the pipe or pipe system is laid meandering, and the slope is chosen so that the Gärbrei flows steadily slowly and largely by gravity through the pipe system.
Konkretermaßen ist eine Ausführung vorgesehen bei der das Rohr oder Rohrsystem mit einem oder mehreren Biogasablassanschlüssen versehen ist, die ihrerseits mit einer bzw mit jeweils einer semipermeablen Membran versehen ist, über welche Biogas austreten, aber keine Flüssigkeit hindurch passieren kann. Dies ist eine geeignete diskrete Verteilung von Biogasaustrittspunkten. Durch die diskrete Verteilung solcher Biogasablassanschlüsse entlang dem Rohrsystem kommt es dazu, dass sich in den Rohrabschnitten zwischen solchen Biogasablässen ein Druck aufbauen kann. Dieser unterstützt sozusagen selbstmotorisch das Durchfließen oder druckbedingte Hindurchschieben des Gärbreies mit der Zeit. Auf diese Weise bedarf es keiner Bepumpung des Rohrsystems von außen.Conkretermaßen a design is provided in which the pipe or pipe system is provided with one or more Biogasablassanschlüssen, which in turn is provided with one or with a respective semipermeable membrane over which escape biogas, but no liquid can pass through. This is a suitable discrete distribution of biogas exit points. Due to the discrete distribution of such Biogasablassanschlüsse along the pipe system, it can cause a pressure build up in the pipe sections between such biogas outflows. This supports, so to speak, self-motor flow or pressure-related pushing through the Gärbreies with time. In this way, it requires no pumping of the pipe system from the outside.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Rohr oder Rohrsystem mit die Strömungsgeschwindigkeit gesteuert beeinflussenden stellbaren Strömungskörpern versehen ist, über welche die optimale Verweilzeit des Gärbreies und/oder die Verwirbelung im Fermenter steuerbar ist. Bei herkömmlichen Fermentern sind Rührwerke für den Gärbrei vorgesehen, die diskontinuierlich betrieben werden. Bei dem erfindungsgemäßen Fermenter sind solche Rührwerke nicht nur wegen der eingebrachten Strömungskörper völlig obsolet.In a further advantageous embodiment it is provided that the pipe or pipe system is provided with the flow rate controlled influencing adjustable flow bodies, via which the optimum residence time of Gärbreies and / or the turbulence in the fermenter is controllable. In conventional fermenters agitators are provided for the Gärbrei, which are operated discontinuously. In the fermenter according to the invention such agitators are completely obsolete not only because of the introduced flow body.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass Biogasmengenmesser vorgesehen sind, über die die abgelassene Biogasmenge ermittelbar ist, und über eine Steuereinrichtung die Strömungskörper so einstellbar sind, dass optimale Verweilzeiten steuerbar sind.In a further advantageous embodiment, it is specified that biogas flow meters are provided, via which the amount of biogas discharged can be determined, and the flow bodies can be adjusted via a control device so that optimum residence times can be controlled.
Weiterhin ist von besonderem Vorteil, dass der rohrförmige oder rohrmäanderförmige Fermenter in einem Flüssigkeits- oder Wasserbassin angeordnet sein kann, derart, dass das Biogas durch die Flüssigkeit (Wasser) hindurch perlt und sich unter einer über dem Flüssigkeits- oder Wasserspiegel angeordneten Haube (Folie) zum letztendlichen Biogasabzug sammelt. Das Ausströmen des Biogases durch Wasser hat gleich mehrere funktionelle Vorteile. Zum einen wird das Biogas als solches gereinigt. Zum anderen erfolgt eine teilweise Lösung des im Biogas enthaltenen Kohlendioxids im Wasser. Das Maß der in Lösung gehenden Kohlendioxidmenge lässt sich durch Druckerhöhung noch steigern. Auf diese Weise ist das aus der Wasseroberfläche dann letztendlich ausperlende Biogas bereits mit höherem Methangehalt vorliegend als das aus dem Fermenter austretende Biogas.Furthermore, it is of particular advantage that the tubular or tubular meander-shaped fermenter can be arranged in a liquid or water basin, such that the biogas bubbles through the liquid (water) and passes under a hood arranged above the liquid or water level (foil). collects for final biogas deduction. The outflow of biogas through water has several functional advantages. On the one hand, the biogas is purified as such. On the other hand, a partial solution of the carbon dioxide contained in the biogas in the water. The level of carbon dioxide in solution can be increased by increasing the pressure. In this way, the finally emanating from the water surface biogas is already present with a higher methane content than the exiting the fermenter biogas.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das über das Biogas verunreinigte Wasser durch einen Frischwasserzulauf reinigbar (verbesserbar) ist, und das dafür abgezogene Abwasser als Düngelösung für Pflanzenkulturen, insbesondere aquatische Pflanzenkulturen zur Verfügung steht. Damit werden nicht nur die „ausgewaschenen” Bestandteile (langkettige Kohlewasserstoffverbindungen etc) sondern auch das im Wasser gelöste CO2 als Dünger verwendet. Die zum Teil erheblich wuchsfördernde Eigenschaft von einer erhöhten Zuführung von Kohlendioxid, fördert damit auch noch den Biomasseertrag der damit gedüngten Pflanzen.In a further advantageous embodiment, it is stated that the water polluted by the biogas can be cleaned (improved) by a fresh water feed, and the wastewater withdrawn therefrom as a fertilizing solution for crops, especially aquatic crops is available. This means that not only the "washed-out" components (long-chain hydrocarbon compounds, etc.) but also the CO 2 dissolved in the water are used as fertilizer. The sometimes considerably growth-promoting property of an increased supply of carbon dioxide, thus also promotes the biomass yield of the fertilized thereby plants.
In letzter, aber erheblich vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die besagten Pflanzenkulturen bzw aquatischen Pflanzenkulturen in einem geschlossen Biomassereaktor (Gewächshaus) angelegt sind, und mit dem besagten Biogasreaktor einen geschlossenen recyclizierenden Stoffzyklus für Wasser, Biomasse und CO2 bilden, oder der Biogasreaktor in den Biomassereaktor integriert ist.In the last, but considerably advantageous embodiment is stated that the said crops or aquatic plant crops are created in a closed biomass reactor (greenhouse), and with said biogas reactor form a closed recycle cycle for water, biomass and CO 2 , or the biogas reactor in the Biomass reactor is integrated.
Im letztgenannten Fall ist der Biogasreaktor in den Biomassereaktor integriert, aber das Biogas perlt nicht in den Biomassereaktor aus, sondern wird davon separiert abgezogen. Wohl aber das CO2 und das Wasser samt abgefilterten Bestandteilen wird in die Kulturflächen des Biomassereaktors recycliziert.In the latter case, the biogas reactor is integrated into the biomass reactor, but the biogas does not run out into the biomass reactor, but is separated from it separately. Probably the CO 2 and the water together with filtered-off components is recycled into the cultivated areas of the biomass reactor.
Im erstgenannten Fall kann der Biogasreaktor auch direkt im Biomassereaktor platziert sein.In the former case, the biogas reactor can also be placed directly in the biomass reactor.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der Biogasreaktor mit einer mikrobiellen Brennstoffzelle versehen oder verbunden ist, derart dass das verunreinigte Wasser über diese geleitet wird, bei welcher auf den Elektroden Bakterien angesiedelt sind, die über biochemische Prozesse eine galvanische Ladungstrennung vornehmen. Solche mikrobiellen Brennstoffzellen sind an sich bereits bekannt. Deren erfindungsgemäße Einbindung in einen Biogasreaktor bzw in einen Biomassereaktor ist von erheblichem Vorteil, weil die so gewonnene Energie sogleich wieder für die Ausleuchtung der aquatischen Pflanzenkulturen verwendet werden kann. Auf diese Weise entsteht ein nahezu fremdenergieautarkes System zur Erzeugung von Energieträgern in dem geschlossene Stoff- und CO2-Zyklen eine erhebliche Wirkungsgradsteigerung erzielen.In a further advantageous embodiment, it is stated that the biogas reactor is provided or connected with a microbial fuel cell in such a way that the contaminated water is conducted over it, in which bacteria are settled on the electrodes, which carry out a galvanic charge separation via biochemical processes. Such microbial fuel cells are already known per se. Their integration into a biogas reactor or into a biomass reactor according to the invention is of considerable advantage because the energy thus obtained can readily be used again for the illumination of the aquatic plant cultures. In this way, a nearly Fremdergie self-sufficient system for the production of energy sources in the closed material and CO 2 cycles achieve a significant increase in efficiency.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist daher angegeben, dass über die mit der mikrobiellen Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie Leuchtmittel zur Beleuchtung der aquatischen Kulturen im Biomassereaktor betreibbar sind. Als Leuchtmittel werden konsequenterweise Leuchtdioden verwendet, deren Energiebedarf aufgrund eines deutlich höheren Wirkungsgrades auch entsprechend klein ist.In a further advantageous embodiment, it is therefore stated that illuminants for illuminating the aquatic cultures in the biomass reactor can be operated via the electrical energy generated by the microbial fuel cell. Consequently, light-emitting diodes are used as the light source, the energy requirement of which, due to a significantly higher degree of efficiency, is correspondingly small.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert.The invention is illustrated in the drawing and explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
Zwischen der Eintrittsöffnung
Es entsteht ein steter Volumendurchsatz des Gärbreies. Entlang der langsamen Fortbewegung des Gärbreies durch den Rohrfermenter gast der Gärbrei dann sein Biogas aus.The result is a constant volume throughput of Gärbreies. Along the slow movement of the Gärbreies through the Rohrfermenter the Gärbrei then guest out his biogas.
Durch die verteilte Anordnung von Rohrstutzen
Das Gefälle zwischen Eintrittsöffnung
Solche Rohrfermenter
Ein anderes Anwendungsbeispiel zeigt
Das ausstretende Biogas perlt durch das Wasser und sammelt sich dann oberhalb des Wasserspiegels
Biogas wird in vielen Fällen nachfolgend aufmethanisiert. Hierzu wird das CO2 mit bekannten Verfahren entnommen.Biogas is subsequently methanized in many cases. For this purpose, the CO 2 is removed by known methods.
Im vorliegenden Fall sind die Druckverhältnisse im Gasvolumen samt dem hydrostatischen Druck wirkungsmäßig so ausgelegt, dass es bereits beim Durchtritt des Biogases durch das Wasser zu einer erhöhten Lösung von CO2 in Wasser kommt.In the present case, the pressure conditions in the gas volume together with the hydrostatic pressure are effectively designed so that there is an increased solution of CO 2 in water as soon as the biogas passes through the water.
Mit anderen Worten heisst dies, dass bei der erfindungsgemäßen Biogasanlage schon eine erste Aufmethanisierung auf immerhin ca 70% und mehr Methangehalt stattfindet.In other words, this means that in the biogas plant according to the invention already takes place for a first methanation on at least about 70% and more methane content.
Ferner werden übrige Begleitstoffe wie langkettige (teerige) Kohlenwasserstoffe in Wasser gelöst. Dies betrifft auch übrige im Gas eigentlich unerwünschte Begleitstoffe.Furthermore, other impurities such as long-chain (tarry) hydrocarbons are dissolved in water. This also applies to other substances that are actually undesirable in the gas.
Hieran schließt sich nun eine ebenso erfindungsgemäße Nutzungskette. Zum einen erfolgt, wie oben ausgeführt eine leichte Aufmethanisierungsvorstufe. Zum anderen fällt „schmutziges” Wasser an, in dem sowohl Kohlendioxid zu Hydrogencarbonat, als auch andere organische Begleitstoffe gelöst sind.This is followed by an equally well use chain according to the invention. First, as stated above, a light premethanization precursor. On the other hand falls to "dirty" water, in which both carbon dioxide to bicarbonate, as well as other organic impurities are solved.
Nun erfolgt eine Recyclizierung dieses Wassers als quasi mit Düngemittel (CO2 und Begleitstoffe) beladenes Wasser zu den Kulturen der Biomassepflanzen, hier im wesentlichen aquatische Pflanzen. Von Lemnacea (Wasserlinsen) ist die erheblich wuchsfördernde Wirkung von CO2 etc bekannt. Eine Recyclizierung genau dieses Wassers einer erfindungsgemäßen Biogasanlage in einen solchen Biomassereaktor bewirkt einen Anschub der Biomasseproduktionsleistung. Im weiteren entsteht mehr Biomasse, daraus wieder mehr Gas etc.Now, this water is recycled as quasi-fertilizer (CO2 and concomitant) laden water to the cultures of biomass plants, here essentially aquatic plants. From Lemnacea (duckweed), the significant growth-promoting effect of CO 2 etc is known. A recycling of exactly this water of a biogas plant according to the invention in such a biomass reactor causes a boost of biomass production capacity. In addition, more biomass, resulting in more gas etc.
Zur zusätzlichen Erzeugung von auch im System benötigter elektrischer Energie wird das von Zeit zu Zeit durch Spülung abgezogene schmutzbefrachtete Wasser des Wasserbassins durch eine sogenannte mikrobielle Brennstoffzelle geleitet. Dort sind die Elektroden mit Mikroben besiedelt. Deren Eigenschaft der Abfilterung bestimmter Inhaltsstoffe führt zu einem galvanischen Effekt an den Elektroden, wodurch es zu einer elektrischen Ladungstrennung kommt. Diese ist als elektrischer Strom abziehbar. Dieser so erzeugte Strom, selbst bei geringer Leistungsdichte kann aber zumindest für die Leuchtdioden zur weiteren Wuchsstimulation der aquatischen Pflanzen im Biomassereaktor herangezogen werden.For additional generation of electrical energy also required in the system, the dirt-polluted water of the water basin, which is drawn off from time to time by flushing, is passed through a so-called microbial fuel cell. There, the electrodes are colonized with microbes. Their property of filtering off certain ingredients leads to a galvanic effect on the electrodes, which leads to an electrical charge separation. This is removable as an electric current. However, this current thus generated, even at low power density can be used at least for the light-emitting diodes for further growth stimulation of aquatic plants in the biomass reactor.
Der Gesamtwirkungsgrad steigt auch hierdurch stetig an.The overall efficiency also increases steadily.
Wichtig ist der logistische Stoff- und CO2-Zyklus zwischen Biogasanlage und Biomassereaktor, in der beschriebenen Weise.Important is the logistic material and CO2 cycle between biogas plant and biomass reactor, in the described way.
Diese Biogasanlage kann dabei in ein Großgewächshaus (Biomasserreaktor) für aquatische Kulturen mit integriert sein.This biogas plant can be integrated into a large greenhouse (biomass reactor) for aquatic crops.
Zumindest aber sollten die Biogasanlage und der Biomassereaktor benachbart platziert sein, um kurze logistische Wege zu realisieren.But at least the biogas plant and the biomass reactor should be placed adjacent to realize short logistical ways.
Nun gelten folgende funktionelle Bedingungen.Now the following functional conditions apply.
Der Druck P1 muss größer als P2 sein, damit überhaupt Biogas aus dem Rohrfermenter austritt und in gewollter Weise durch das Wasser ausperlt.The pressure P1 must be greater than P2, so that at all biogas exits the Rohrfermenter and bubbles in the desired manner through the water.
Bei der Gasproduktion entstehen größenordnungsmäßig Überdrücke (gegen Atmosphäre) von kleiner gleich 1 Bar. Gegebenenfalls aber mehr. Dies ist aber ausreichend, um eine Wasserbassintiefe von kleiner gleich einem Meter darzustellen.In the gas production arise on the order of pressures (against atmosphere) of less than or equal to 1 bar. If necessary, more. But this is sufficient to represent a water basin depth of less than or equal to one meter.
Auf diese Weise können Gefälle des Rohrfermenters von 3 bis 4% bei einer Länge von 30 Metern realisiert werden. Die Breite kann dann gut 10 bis 20 Meter betragen. So lässt sich in diesem Beispiel durch die Mäander eine effektive Gesamtlänge von 900 mtr gewinnen.In this way, gradients of the Rohrfermenters of 3 to 4% can be realized at a length of 30 meters. The width can be good 10 to 20 meters. Thus, in this example, the meanders can be used to gain an effective total length of 900 mtr.
Bei der Verwendung von Rohrdurchmessern beim Rohrfermenter von 40 cm lassen sich somit effektive Fermentationsräume von mehr als 100 Qubikmetern Volumen schaffen. Dabei liegt der Vorteil aber nicht in einem möglichst großen Fermentationsvolumen, sondern in einem steten Materialdurchsatz.By using pipe diameters of 40 cm in the tube fermenter, effective fermentation spaces of more than 100 cubic meters can be created. However, the advantage is not in the largest possible fermentation volume, but in a constant material throughput.
Bei vielen Biogasprozessen wird 2/3 des verfügbaren Biogases schon innerhalb der ersten 7 Tage erzeugt. Legt man dies für den Durchsatz bei der erfindungsgemäßen Biogasanlage zugrunde, so bedeutet dies eine langsame Vorschubgeschwindigkeit von 128 Metern pro Tag, bzw 5,3 Meter pro Stunde.In many biogas processes, 2/3 of the available biogas is already generated within the first 7 days. Based on this for the throughput of the biogas plant according to the invention, this means a slow feed rate of 128 meters per day, or 5.3 meters per hour.
Der große Vorteil ist der stetige Durchsatz. Der an der Austrittsöffnung entnehmbare Gärbrei kann dann zur Nachvergärung des restlichen 1/3 Biogases in einen Nachvergärer, der volumenmäßig größer ausgelegt ist als der rohrförmige bzw mäanderförmige Fermenter, geleitet werden.The big advantage is the steady throughput. The Gärbrei removable at the outlet opening can then be passed to the post-fermentation of the remaining 1/3 biogas in a Nachvergärer, which is designed to be larger in volume than the tubular or meandering fermenter.
Der oben genannte Entnahmedruck P2 im Gassammelvolumen lässt sich über das Ventil am Gasabzug
Zu statischen Aussteifung des Wasserbassins kann dies in eine Bodenbaugrube soweit eingesenkt sein, so das nur das obere Gassammelvolumen herausragt. Dies führt außerdem zu einer nahezu jahreszeitenunabhängigen gleichmäßigen Betriebstemperatur des Fermenters, weil dieser in einem Wasserbassin ruht, welches seinerseits durch die Einsenkung in den Boden thermisch gut abgeschirmt ist.For static reinforcement of the water basin, this can be sunk into a soil excavation so far, so that protrudes only the upper gas collection volume. This also leads to a virtually seasonal independent operating temperature of the fermenter, because this rests in a Wasserbassin, which in turn is thermally well shielded by the depression in the ground.
Der gesamte Rohrfermenter kann entlang seiner Länge mit sensorischen Schnittstellen oder Sensoren versehen sein, über welche die Parameter des Gaspozesses ermittelbar sind, wie z. b. der ph-Wert, Temperatur etc. Über die besagten Injektionsöffnungen, können dann durch Zugabe von Mikroben oder von zerkleinertem Tierpansen, oder Mineralien und Spurenelemente der Gasprozess gesteuert bzw gesteigert werden.The entire Rohrfermenter can be provided along its length with sensory interfaces or sensors through which the parameters of the Gaspozesses can be determined, such. b. the pH value, temperature, etc. By means of said injection orifices, the gas process can then be controlled or increased by adding microbes or shredded animal rumen, or minerals and trace elements.
In dem Biomassereaktor
Am Ausgang des Rohrfermenters wird der ausgegaste Gärbrei entnommen und entweder noch einer Nachvergärung zugeführt oder der Gärrest direkt über eine Wasseraufmischung
Eine Möglichkeit des Betriebes ist auch, den Rohrmäander als schwimmende Einrichtung auf Wasserflächen mit aquatischen Kulturen im Freiland einzusetzen. Dabei ergeben sich ähnliche Stoffzyklen. Lediglich der Biogasabzug über die Stutzen erfolgt so, dass die Stutzen mit Rohrleitungen verbunden sind.One way of operation is also to use the meander meander as a floating facility on water surfaces with aquatic cultures in the field. This results in similar material cycles. Only the biogas outlet through the nozzle is done so that the nozzles are connected to pipelines.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Rohrmäander, FermenterPipe meander, fermenter
- 22
- Eintrittsbereichentry area
- 33
- Austrittsbereichexit area
- 44
- Kurze RohrabschnitteShort pipe sections
- 55
- Lange RohrabschnittLong pipe section
- 66
- Gasablässe/RohrstutzenGas outlets / pipe stub
- 77
- Semipermeable MembranSemipermeable membrane
- 88th
- Wasserbassinwater basin
- 99
- Wasserspiegelwater level
- 1010
- Gasvolumengas volume
- 1111
- Gasabzuggas vent
- 1212
- Injektionsöffnunginjection port
- 1313
- Biomassereaktorbiomass reactor
- 1414
- GärbreivorbereitungGärbreivorbereitung
- 1515
- WasseraufmischungWasseraufmischung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007057118 A1 [0003] DE 102007057118 A1 [0003]
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-
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- 2010-03-05 DE DE102010010420A patent/DE102010010420A1/en not_active Withdrawn
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