DE102011118056A1

DE102011118056A1 - Process for producing biogas from biomass

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Publication number: DE102011118056A1
Application number: DE102011118056A
Authority: DE
Inventors: August Obermeier; Christine Widmann
Original assignee: Obermeier - Widmann GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter August Obermeier 84419 Schwindegg Christine Widmann 92318 Neumarkt); OBERMEIER WIDMANN GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTE GESELLSCHAFTER AUGUST OBERMEIER
Current assignee: Obermeier - Widmann GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter August Obermeier 84419 Schwindegg Christine Widmann 92318 Neumarkt); OBERMEIER WIDMANN GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTE GESELLSCHAFTER AUGUST OBERMEIER
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse, bei dem eine Biogasanlage mit zwei räumlich getrennten Behälterräumen bereitgestellt wird, umfasst die Schritte: Zugeben von Biomasse in einen ersten Behälterraum, Schaffen von Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, Überführen der Biomasse und damit der gebildeten Essigsäure in einen zweiten Behälterraum und Schaffen von Bedingungen in dem zweiten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Methan führen. Als Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, wird ein pH-Wert von 2,5 bis 4,0, bevorzugt von 2,8 bis 3,8, besonders bevorzugt von 3,0 bis 3,5 eingestellt.A method for producing biogas from biomass, wherein a biogas plant is provided with two spatially separate container spaces, comprising the steps of: adding biomass in a first container space, creating conditions in the first container space, there to form an acetic acid from the adding biomass, transferring the biomass and thus the formed acetic acid into a second container space and creating conditions in the second container space, there leading to the formation of methane. As conditions in the first container space, which lead there to formation of acetic acid from the added biomass, a pH of 2.5 to 4.0, preferably from 2.8 to 3.8, particularly preferably from 3.0 set to 3.5.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse, bei dem eine Biogasanlage mit zwei räumlich getrennten Behälterräumen bereitgestellt wird, mit den Schritten: Zugeben von Biomasse in einen ersten Behälterraum und Schaffen von Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, Überführen der Biomasse und damit der gebildeten Essigsäure in einen zweiten Behälterraum und Schaffen von Bedingungen in dem zweiten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Methan führen.The invention relates to a method for producing biogas from biomass, in which a biogas plant is provided with two spatially separate container spaces, comprising the steps of: adding biomass into a first container space and creating conditions in the first container space, which there to form Leading acetic acid from the added biomass, transferring the biomass and thus the formed acetic acid in a second container space and creating conditions in the second container space, which there lead to the formation of methane.

In bekannten Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse wird Biomasse in einen Gärbehälter, dem sogenannten Hauptreaktor oder Hauptfermenter gegeben. Dort werden Bedingungen geschaffen, die in einem fermentativen Abbau bzw. einer Vergärung mittels entsprechender Bakterien bzw. Mikroorganismen letztendlich zur Bildung von Biogas führen. Das derart gebildete Biogas enthält größtenteils Kohlendioxid und Methan bzw. Methangas, wobei nur Methan ein brennbares Gas ist. Beim Verbrennen von Methan wird Energie frei, die vor allem zum Erzeugen von Strom genutzt wird. Deswegen ist ein hoher Anteil an Methan ein entscheidender Faktor für das Erreichen eines hohen Wirkungsgrads einer Produktion von Biogas aus Biomasse.In known methods for producing biogas from biomass biomass is placed in a fermentation tank, the so-called main reactor or main fermenter. There conditions are created, which ultimately lead to the formation of biogas in a fermentative degradation or fermentation by means of appropriate bacteria or microorganisms. The biogas thus formed contains mostly carbon dioxide and methane or methane gas, with only methane is a combustible gas. The burning of methane releases energy, which is used primarily to generate electricity. Therefore, a high proportion of methane is a crucial factor for achieving a high efficiency of production of biogas from biomass.

Als Biomasse werden Biogasrohstoffe bzw. Substrate, insbesondere Pflanzen oder Pflanzenteile verwendet, wie beispielsweise nachwachsende Rohstoffe, in Form von Maissilage, Grassilage, Zuckerrüben und Getreide, die größtenteils als Energiepflanzen zur Biogasproduktion angebaut werden. Ferner dienen Pflanzenreststoffe als Biomasse, die außer zur Biogasgewinnung in der Regel nicht verwertet werden können. Des Weiteren zählen zur Biomasse insbesondere auch vergärbare, organische Abfallstoffe, wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste und Wirtschaftsdünger, wie Gülle und Stallmist. Stroh und Holz sind wegen des hohen Anteils an Faserstoffen, insbesondere Cellulose (Stroh) und Lignocellulose (Holz) in bisherigen Verfahren schlecht abbaubar und damit schlecht verwertbar.Biogas raw materials or substrates, in particular plants or plant parts are used as biomass, such as renewable raw materials, in the form of maize silage, grass silage, sugar beets and cereals, which are largely grown as energy crops for biogas production. Furthermore, plant residues serve as biomass, which can not be recycled except for biogas production in the rule. In addition, biomass includes, in particular, fermentable organic waste, such as sewage sludge, biowaste or leftovers, and organic fertilizers, such as manure and manure. Straw and wood are due to the high proportion of fiber materials, especially cellulose (straw) and lignocellulose (wood) poorly degradable in previous methods and thus poorly recyclable.

Der fermentative Abbau der Biomasse durch entsprechende Mikroorganismen wird herkömmlicherweise in vier Phasen unterteilt, wie sie auch in der Druckschrift DE 10 2008 007 423 A1 beschrieben sind: In eine Hydrolyse, eine Acidogenese, eine Acetogenese und eine Methanogenese. Während der Hydrolyse werden polymere Makromoleküle aus der Biomasse, vor allem Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße hydrolysiert, das heißt aufgespalten. Das Aufspalten erfolgt durch Mikroorganismen, die zunächst verschiedene Arten von Exoenzymen bzw. extrazellulären Enzymen, wie Amylasen, Proteasen und Lipasen ausscheiden. Diese Exoenzyme spalten zumindest einen Teil der polymeren Makromoleküle in Bruchstücke und lösliche Polymere, Oligomere und Monomere auf, wie beispielsweise in Oligo- und Monosaccharide (Mehrfach- und Einfachzucker), Peptide, Aminosäuren, langkettige Fettsäuren und Glycerin. In der daran anschließenden zweiten Phase, der Acidogenese oder Versäuerungsphase, werden die Produkte der Hydrolyse, durch Mikroorganismen, die meist identisch mit den hydrolysierenden Bakterien sind, verstoffwechselt. Es entstehen neben Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid insbesondere kurzkettige, sogenannte niedere Fett- und andere Carbonsäuren, wie Valerian-, Butter- und Propionsäure sowie kurzkettige Alkohole, wie beispielsweise Ethanol. Diese niederen Fett- und Carbonsäuren sowie die kurzkettigen Alkohole werden während der dritten Phase, der sogenannten Acetogenese oder essigbildenden Phase durch acetogene Mikroorganismen ebenfalls in Essigsäure bzw. Acetat sowie Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Aus der gebildeten Essigsäure und aus dem gebildeten Kohlendioxid und Wasserstoff werden in der vierten Phase, der Methanogenese oder methanbildenden Phase mittels methanogener bzw. methanbildender Bakterien Methan gebildet. Diese methanbildenden Bakterien werden auch Anaerobier genannt, da sie nur unter Luftausschluss tätig und lebensfähig sind. Daher muss die Methanogenese zwingend unter Luftausschluss, das heißt anaerob ablaufen.The fermentative degradation of the biomass by corresponding microorganisms is conventionally divided into four phases, as in the document DE 10 2008 007 423 A1 In hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis. During the hydrolysis, polymeric macromolecules from the biomass, especially carbohydrates, fats and proteins are hydrolyzed, that is split. The splitting is carried out by microorganisms that excrete different types of exoenzymes or extracellular enzymes, such as amylases, proteases and lipases. These exoenzymes break down at least some of the polymeric macromolecules into fragments and soluble polymers, oligomers and monomers, such as oligosaccharides and monosaccharides (poly- and monosaccharides), peptides, amino acids, long-chain fatty acids and glycerol. In the subsequent second phase, the acidogenesis or acidification phase, the products of hydrolysis are metabolized by microorganisms, which are mostly identical to the hydrolyzing bacteria. In addition to acetic acid, hydrogen and carbon dioxide in particular short-chain, so-called lower fatty and other carboxylic acids such as valeric, butyric and propionic and short-chain alcohols, such as ethanol. These lower fatty and carboxylic acids and the short-chain alcohols are also converted into acetic acid or acetate and carbon dioxide and hydrogen during the third phase, the so-called acetogenesis or acetate-forming phase by acetogenic microorganisms. From the acetic acid formed and from the formed carbon dioxide and hydrogen, methane is formed in the fourth phase, the methanogenesis or methane-forming phase by means of methanogenic or methanogenic bacteria. These methanogenic bacteria are also called anaerobes because they are only active in the absence of air and are viable. Therefore, the methanogenesis must imperatively exclude air, that is anaerobic.

Die genannten vier Phasen laufen in herkömmlichen Biogasanlagen gleichzeitig in einem Gärbehälter ab. Alternativ dazu sind zweistufige Prozesse bekannt, in denen die Phasen der Hydrolyse und Acidogenese räumlich getrennt von den Phasen der Acetogenese und Methanogenese durchgeführt werden. Die beiden räumlich getrennten Prozessstufen gelten als Hydrolysestufe und als. Methanisierungsstufe. Ein derartiger zweistufiger Prozess ist auch in DE 10 2008 007 423 A1 offenbart. Allerdings wird in dem dort beschriebenen Prozess in Bezug auf die Gesamtausbeute an Methan aus einer bestimmten Substratmenge keine nennenswerte Erhöhung im Vergleich zu herkömmlichen Biogasverfahren erzielt.The four phases mentioned in conventional biogas plants run simultaneously in a fermentation tank. Alternatively, two-step processes are known in which the phases of hydrolysis and acidogenesis are spatially separated from the phases of acetogenesis and methanogenesis. The two spatially separated process stages are regarded as hydrolysis stage and as. Methanation. Such a two-step process is also in DE 10 2008 007 423 A1 disclosed. However, in the process described there, with respect to the total yield of methane from a certain amount of substrate, no appreciable increase is achieved in comparison to conventional biogas processes.

Ein weiterer Nachteil von bekannten Biogasverfahren ist, dass nach der Produktion von Biogas als Reststoffe mehr oder weniger dickflüssige bzw. viskose Gärrückstände verbleiben. Diese Gärrückstände müssen in relativ großen Lagerbehältern gelagert werden, bis sie als Dünger vor allem auf landwirtschaftliche Felder ausgebracht werden können. Nicht nur die Lagerbehälter, sondern auch die Behälter des Hauptfermenters in herkömmlichen Biogasanlagen sind vergleichsweise groß und benötigen viel Bauaufwand und überbaute Fläche.Another disadvantage of known biogas processes is that, after the production of biogas, residual or more viscous fermentation residues remain as residues. These digestate must be stored in relatively large storage containers until they can be applied as fertilizer, especially on agricultural fields. Not only the storage containers, but also the containers of the main fermenter in conventional biogas plants are comparatively large and require a lot of construction work and constructed area.

Zugrundeliegende Aufgabe Underlying task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse zu schaffen, bei dem ein hoher Anteil an Methan im Biogas aus der verwendeten Biomasse gewonnen wird.The invention has for its object to provide a method for producing biogas from biomass, in which a high proportion of methane in the biogas is obtained from the biomass used.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse gelöst, bei dem eine Biogasanlage mit zwei räumlich getrennten Behälterräumen bereitgestellt wird und folgende Schritte durchgeführt werden: Zugeben von Biomasse in einen ersten Behälterraum, Schaffen von Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, Überführen der Biomasse und damit der gebildeten Essigsäure in einen zweiten Behälterraum und Schaffen von Bedingungen in dem zweiten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Methan führen. Dabei wird als Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, ein pH-Wert von 2,5 bis 4,0, bevorzugt von 2,8 bis 3,8, besonders bevorzugt von 3,0 bis 3,5 eingestellt.This object is achieved according to the invention with a method for producing biogas from biomass, in which a biogas plant is provided with two spatially separate container spaces and the following steps are performed: adding biomass in a first container space, creating conditions in the first container space, there result in the formation of acetic acid from the added biomass, transferring the biomass and thus the formed acetic acid into a second tank space and creating conditions in the second tank space leading there to the formation of methane. Here, as conditions in the first container space, which lead there to the formation of acetic acid from the added biomass, a pH of 2.5 to 4.0, preferably from 2.8 to 3.8, particularly preferably from 3, 0 to 3.5 set.

Mit dem Einstellen des vergleichsweise niedrigen pH-Wertes von besonders bevorzugt 3,0 bis 3,5 ist insbesondere eine nahezu ausschließliche Bildung von Essigsäure aus der Biomasse gefördert. Der Begriff Essigsäure bezeichnet vorliegend zum einen die Carbonsäure CH₃COOH mit der chemischen Summenformel C₂H₄O₂, die nach IUPAC-Regelung als Ethansäure benannt wird (IUPAC bedeutet ”International Union of Pure and Applied Chemistry”). Weiterhin sind unter dem Begriff Essigsäure auch Acetate zu verstehen. Als Acetate werden allgemein unter anderem die Salze der Essigsäure bezeichnet. Im Besonderen steht Acetat hier für das Acetat-Anion CH₃OOO^–, das durch Deprotonierung von Essigsäure gebildet ist. Diese deprotonierte Form der Essigsäure liegt in biochemischen Prozessen größtenteils vor. Darüber hinaus steht das Acetat-Anion in Lösung, insbesondere in wässriger Lösung, mit der Essigsäure in einem chemischen Gleichgewicht. Dieses chemische Gleichgewicht stellt einen sogenannten Essigsäure/Acetat-Puffer dar.With the setting of the comparatively low pH of particularly preferably 3.0 to 3.5, in particular a nearly exclusive formation of acetic acid from the biomass is promoted. In the present case, the term acetic acid refers to the carboxylic acid CH ₃ COOH with the chemical formula C ₂ H ₄ O ₂ , which is named as ethanoic acid according to IUPAC regulation (IUPAC means "International Union of Pure and Applied Chemistry"). Furthermore, the term acetic acid is also to be understood as meaning acetates. Acetates are generally referred to, inter alia, the salts of acetic acid. In particular, acetate here stands for the acetate anion CH ₃ OOO ^- , which is formed by deprotonation of acetic acid. This deprotonated form of acetic acid is mostly present in biochemical processes. In addition, the acetate anion is in solution, especially in aqueous solution, with the acetic acid in a chemical equilibrium. This chemical balance is a so-called acetic acid / acetate buffer.

Die nahezu ausschließliche Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse ist erwünscht, da die Erfindung auf der Erkenntnis beruht, dass weitgehend nur aus Essigsäure Methan erzeugt werden kann. Deswegen ist es vorteilhaft, Bedingungen zu schaffen, unter denen die zugegebene Biomasse möglichst quantitativ zu Essigsäure abgebaut wird. Dazu liegt der Erfindung die Idee zugrunde, die Phase der Acetogenese in einem ersten Behälterraum räumlich von der Phase der Methanogenese in einem zweiten Behälterraum zu trennen. Die räumliche Trennung ermöglicht es, für eine möglichst quantitative Essigsäurebildung optimale Bedingungen zu schaffen, ohne die methanogenen Mikroorganismen während der Methanogenese an einer Methanbildung zu hindern.The almost exclusive formation of acetic acid from the added biomass is desirable because the invention is based on the recognition that can be produced largely only from acetic acid methane. Therefore, it is advantageous to create conditions under which the added biomass is reduced as quantitatively as possible to acetic acid. For this purpose, the invention is based on the idea of spatially separating the phase of acetogenesis in a first container space from the phase of methanogenesis in a second container space. The spatial separation makes it possible to create optimum conditions for quantitative as possible acetic acid formation, without preventing the methanogenic microorganisms during methanogenesis of methane formation.

Im Vergleich dazu laufen zumindest die Acetogenese und Methanogenese in bekannten Verfahren zusammen in einem Behälterraum des Gärbehälters in einem Wechselspiel zwischen acetogenen und methanogenen Bakterien ab. Dabei ist die Acetogenese ein energieverbrauchender Prozess und die Methanogenese ein energieliefernder Prozess. Die Energie, die bei der Bildung von Methan frei wird, kann somit für die Bildung von Essigsäure wieder genutzt werden. Aus der gebildeten Essigsäure wird wiederum Methan gebildet, sodass ein Reaktionskreislauf entsteht. Mittels dieses Reaktionskreislaufes werden die Prozesse in Gang gehalten. Allerdings erfordert dies eine sehr genaue Prozesssteuerung, da die methanogenen Bakterien vor allem sehr empfindlich gegenüber pH-Wert Änderungen, insbesondere gegenüber einer Versäuerung und damit einem Sinken des pH-Wertes sind. Sinkt der pH-Wert zu stark, so sterben die methanogenen Bakterien ab oder werden sehr stark geschwächt, wodurch kein Methan mehr erzeugt werden kann. Es droht ein Umkippen im Gärbehälter, was zu einer gefürchteten „Stockbildung” der Biomasse im Gärbehälter führen kann, gerade wenn alle vier Phasen in einem Behälter nebeneinander ablaufen.In comparison, at least the acetogenesis and methanogenesis occur in known processes together in a container space of the fermentation tank in an interplay between acetogenic and methanogenic bacteria. Acetogenesis is an energy-consuming process and methanogenesis is an energy-yielding process. The energy that is released during the formation of methane can thus be reused for the formation of acetic acid. From the formed acetic acid again methane is formed, so that a reaction cycle arises. By means of this reaction cycle, the processes are kept going. However, this requires a very precise process control, since the methanogenic bacteria are especially very sensitive to pH changes, especially against an acidification and thus a decrease in the pH. If the pH drops too high, the methanogenic bacteria die or are very much weakened, which means that methane can no longer be produced. It threatens to tip over in the fermentation tank, which can lead to a dreaded "sticking" of biomass in the fermentation tank, just when all four phases take place in a container next to each other.

Diese Gefahr besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die räumliche Trennung der Acetogenese und der Methanogenese nicht. Zum Trennen der beiden. Phasen wird ein erster Behälterraum zur Verfügung gestellt, in dem Bedingungen geschaffen werden, unter denen zumindest die Phase der Acetogenese, das heißt, die Phase der Bildung von Essigsäure abläuft. Besonders bevorzugt laufen zudem die Phasen der Hydrolyse und der Acidogenese in dem ersten Behälterraum ab.This danger does not exist in the method according to the invention by the spatial separation of acetogenesis and methanogenesis. To separate the two. A first container space is provided in phases in which conditions are created under which at least the phase of acetogenesis, that is, the phase of the formation of acetic acid takes place. In addition, the phases of hydrolysis and acidogenesis in the first container space are particularly preferably run off.

Mit dem Einstellen des vergleichsweise niedrigen bzw. sauren pH-Wertes von 2,5 bis 4,0, bevorzugt von 2,8 bis 3,8, besonders bevorzugt 3,0 bis 3,5 ist ein saures Milieu erreicht, in dem auch die in bekannten Verfahren schwer aufzuspaltenden Substrate mit einem hohen Anteil an Faserstoffen leichter zu hydrolysieren sind. Es handelt sich hier beispielsweise um die in der Regel schwer aufspaltbare Cellulose und Hemicellulose, die sich als Gerüstsubstanzen in pflanzlichen Zellwänden befinden und die sich im sauren Milieu biochemisch leichter in lösliche Bruchstücke zerlegen lassen. Auf diese Weise ist eine weitergehende Aufspaltung der Biomasse geschaffen.With the setting of the comparatively low or acidic pH of 2.5 to 4.0, preferably from 2.8 to 3.8, more preferably 3.0 to 3.5 an acidic environment is reached, in which also the In known methods difficult to split substrates with a high proportion of fiber materials are easier to hydrolyze. These are, for example, the generally difficult to split cellulose and hemicellulose, which are used as builders in plant cell walls and which can be decomposed biochemically more easily into soluble fragments in an acidic environment. In this way, a further splitting of the biomass is created.

Des Weiteren ist durch das geschaffene saure Milieu vorteilhaft eine gewisse Hygienisierung der Biomasse erreicht, indem schädliche Mikroorganismen abgetötet werden. Ferner werden beispielsweise beim Einsatz von Klärschlamm als Biomasse, die dort in der Regel vorhandenen Hormone im geschaffenen sauren Milieu zersetzt. Furthermore, due to the created acidic environment, a certain sanitation of the biomass is advantageously achieved by killing harmful microorganisms. Furthermore, for example, when sewage sludge is used as biomass, the hormones that are usually present there are decomposed in the created acidic environment.

Mit der Bildung der Essigsäure bildet sich gleichzeitig eine flüssige Phase in dem ersten Behälterraum bzw. Behälter.With the formation of the acetic acid, a liquid phase is simultaneously formed in the first container space or container.

Vorteilhafte Weiterbildungen der ErfindungAdvantageous developments of the invention

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, bei dem als Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, aerobe Bedingungen geschaffen werden. Das heißt, dass die Bildung von Essigsäure nicht unter Luftausschluss erfolgt. Dies erleichtert den Bau und Betrieb des ersten Behälters bzw. Behälterraums, da kein gasdichter Behälterraum geschaffen werden muss. Zudem gelangt bei dem Zugeben von Biomasse immer wieder Luft in den Behälterraum, was im erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu bekannten Verfahren keine Störung der ablaufenden Prozesse im ersten Behälterraum bewirkt.In an advantageous development of the invention, a method is provided in which aerobic conditions are created as conditions in the first container space, which there lead to the formation of acetic acid from the added biomass. This means that the formation of acetic acid is not carried out under exclusion of air. This facilitates the construction and operation of the first container or container space, since no gas-tight container space must be created. In addition, in the addition of biomass, air is repeatedly introduced into the container space, which, in contrast to known methods, does not disturb the draining processes in the first container space in the method according to the invention.

Auch die Phasen der Hydrolyse und Acidogenese laufen neben der Acetogenese bevorzugt aerob ab.The phases of hydrolysis and acidogenesis are preferably aerobic in addition to acetogenesis.

Ferner ist ein Verfahren geschaffen, bei dem als Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, eine Temperatur von 40°C bis 60°C, bevorzugt von 45°C bis 55°C und besonders bevorzugt von 49°C bis 51°C eingestellt wird. Die eingestellte Temperatur wird bevorzugt während der Bildung von Essigsäure ständig beibehalten. Dadurch sind optimale Bedingungen für die Hydrolyse und Acidogenese geschaffen, um einen schnellen und effektiven Abbau der Biomasse zu gewährleisten. Insbesondere haben die Enzyme, die einen Abbau von Hemicellulose bewirken, hier ihr Temperatur-Optimum. Darüber hinaus wird für die energieverbrauchende Reaktion der Essigsäurebildung in der Phase der Acetogenese Energie in Form von Wärme zugeführt. Die Wärme wird über eine geeignete Heizung bereitgestellt. Besonders bevorzugt wird die Wärme zum Zuführen aber eine Rückkopplung von frei werdender Wärmeenergie bei einem Verbrennen von gebildetem Methan in einem nachgelagerten Verfahrensschritt in einem Blockheizkraftwerk gewonnen.Further, a method is provided in which as conditions in the first container space, which there lead to the formation of acetic acid from the added biomass, a temperature of 40 ° C to 60 ° C, preferably from 45 ° C to 55 ° C and especially preferably from 49 ° C to 51 ° C is set. The set temperature is preferably maintained throughout the formation of acetic acid. This creates optimal conditions for hydrolysis and acidogenesis to ensure rapid and effective degradation of the biomass. In particular, the enzymes which cause a breakdown of hemicellulose here have their temperature optimum. In addition, energy is supplied in the form of heat for the energy-consuming reaction of acetic acid formation in the phase of acetogenesis. The heat is provided by a suitable heater. Particularly preferably, the heat for supplying but a feedback of released heat energy is obtained in a combustion of methane formed in a subsequent process step in a combined heat and power plant.

Vorteilhaft wird zum Schaffen von Bedingungen in dem ersten Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, mindestens ein Essigsäurebildungsaktivator zugegeben. Unter einem Essigsäurebildungsaktivator ist ein Mittel zu verstehen, das mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt: Die Bildung von Essigsäure in Gang zu setzen, die Bildung von Essigsäure zu fördern und die Bildung von Essigsäure aufrecht zu erhalten sowie Essigsäure zu bilden. Damit ist eine besonders quantitative Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse erreicht.Advantageously, in order to create conditions in the first container space leading there to formation of acetic acid from the added biomass, at least one acetic acid formation activator is added. By acetic acid-forming activator is meant an agent that performs at least one of the following functions: to initiate the formation of acetic acid, to promote the formation of acetic acid and to maintain the formation of acetic acid, and to form acetic acid. This results in a particularly quantitative formation of acetic acid from the added biomass.

Besonders vorteilhaft wird als der mindestens eine Essigsäurebildungsaktivator ein gekeimtes Keimgut zugegeben. Unter gekeimtem bzw. vorgekeimtem bzw. angekeimtem Keimgut ist ein Keimgut zu verstehen, dessen Keimprozess bzw. Keimvorgang begonnen und nachfolgend unterbrochen worden ist. Dadurch sind zum einen Enzyme aktiviert, die in einem einzelnen Keimgutkorn des Keimguts enthalten sind. Diese Enzyme fördern einen Abbauprozess von langkettigen Nährstoffen in kurzkettige Nährstoffe sowohl im einzelnen Keimgutkorn als auch in der zugegebenen Biomasse. Darüber hinaus sind im gekeimten Keimgut bereits aufgeschlossene, kurzkettige Nährstoffe vorhanden, die ihrerseits sofort zur Bildung von Essigsäure zur Verfügung stehen.Particularly advantageously, a germinated seed material is added as the at least one acetic acid formation activator. Germinated or pregerminated or germinated seed material is to be understood as a germinal product whose germination process or germination process has been started and subsequently interrupted. As a result, on the one hand, enzymes are activated which are contained in a single germinal grain of the germinal product. These enzymes promote a degradation process of long-chain nutrients into short-chain nutrients both in the individual germinal grain and in the added biomass. In addition, already germinated, germinated nutrient, short-chain nutrients are present, which in turn are immediately available for the formation of acetic acid.

Bevorzugt dient als gekeimtes Keimgut ein gekeimtes Getreide. Besonders bevorzugt wird als gekeimtes Getreide das sogenannte Malz, insbesondere Grünmalz verwendet. Mit dem gekeimten Getreide steht eine Mischung aus aktivierten Enzymen zur Verfügung, die besonders vorteilhaft für den Abbau der Biomasse ist. Die aktivierten Enzyme umfassen insbesondere Amylasen, Proteasen und Hemicellulasen. Amylasen katalysieren den Abbau von Polysacchariden, wie z. B. Stärken in wasserlösliche Einfach- und Doppelzucker. Proteasen katalysieren die Spaltung von Proteinen in kurzkettige Peptide und Aminosäuren und Hemicellulasen die Spaltung von in pflanzlichen Zellwänden vorkommenden Hemicellulosen. Mit diesem genannten Enzymmix werden entscheidende Katalysatoren bzw. Beschleuniger zur Biomasse bzw. zum Substrat gegeben, die deren Umsetzung erheblich verbessern. Zudem ist die Energiedichte von Getreide im Vergleich zur sonstigen Biomasse am höchsten, insbesondere durch den hohen Stärkegehalt. Diese Stärke ist in gekeimtem Getreide bereits teilweise in Zucker aufgespalten, der im ersten Behälterraum nahezu sofort weiter umgesetzt wird, insbesondere zu Alkoholen, aus denen in der Phase der Acetogenese Essigsäure gewonnen wird.Preference is given to germinated cereal germinated cereal. The so-called malt, in particular green malt, is particularly preferably used as germinated grain. The sprouted grain is a mixture of activated enzymes available, which is particularly beneficial for the degradation of biomass. The activated enzymes include in particular amylases, proteases and hemicellulases. Amylases catalyze the degradation of polysaccharides, such as. B. Starches in water-soluble single and double sugars. Proteases catalyze the cleavage of proteins into short-chain peptides and amino acids, and hemicellulases catalyze the cleavage of hemicelluloses found in plant cell walls. With this enzyme mix mentioned decisive catalysts or accelerators are given to the biomass or to the substrate, which significantly improve their implementation. In addition, the energy density of cereals is highest in comparison to other biomass, in particular due to the high starch content. This starch is already partially split into sugars in germinated grain, which is almost immediately further reacted in the first tank space, in particular to alcohols from which acetic acid is recovered in the acetogenesis phase.

Besonders bevorzugt wird das gekeimte Keimgut, insbesondere das gekeimte Getreide mit einem Gewichtsanteil von 5% bis 70%, bevorzugt von 8% bis 60%, besonders bevorzugt von 10% bis 50% bezogen auf das Gewicht an Biomasse im ersten Behälterraum zugegeben. Mit dem genannten Gewichtsanteil ergibt sich eine besonders quantitative Bildung von Essigsäure.Particularly preferably, the germinated germ, in particular the germinated cereals with a weight fraction of 5% to 70%, preferably from 8% to 60%, particularly preferably from 10% to 50%, based on the weight of biomass added in the first container space. With the mentioned Weight fraction results in a particularly quantitative formation of acetic acid.

Entsprechend ist die Erfindung auch auf eine Verwendung von gekeimtem Keimgut zum Aktivieren einer Essigsäurebildung in einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse gerichtet.Accordingly, the invention is also directed to a use of germinated seed material for activating acetic acid formation in a process for producing biogas from biomass.

Vorteilhaft wird ferner als der mindestens eine Essigsäurebildungsaktivator ein Enzym zugegeben. Das Enzym wird bevorzugt aus mindestens einer der Gruppen der Hemicellulasen, Glucanasen, Xylanasen und Cellulasen gewählt. Dabei spalten Hemicellulasen biochemisch Hemicellulose auf, was als Sammelbezeichnung für verschiedene Bestandteile pflanzlicher Zellwände dient. Zu diesen Bestandteilen gehören auch Glucane und Xylane, die wiederum jeweils von den Glucanasen und Xylanasen biochemisch zerlegt werden. Cellulasen unterstützen die biochemische Aufspaltung von Cellulose, die als Stützsubstanz in allen pflanzlichen Geweben vorkommt. Mit der Zugabe von mindestens einem der genannten Enzyme wird vorteilhaft eine biochemische Aufspaltung der pflanzlichen Zellwände und Gewebe der Biomasse ermöglicht und beschleunigt. Die derart aufgespaltene Biomasse wird in den weiter ablaufenden Abbauprozessen zu Essigsäure umgesetzt. Auf diese Weise wird also die Bildung von Essigsäure durch die Zugabe von dem Enzym als mindestens ein Essigsäurebildungsaktivator in Gang gehalten. Verstärkt wird diese Wirkung vorteilhaft durch die Zugabe von Kombinationen der genannten Enzyme.Advantageously, an enzyme is further added as the at least one acetic acid formation activator. The enzyme is preferably selected from at least one of the groups of hemicellulases, glucanases, xylanases and cellulases. Hemicellulases biochemically split hemicellulose, which serves as a collective term for various components of plant cell walls. These components also include glucans and xylans, which in turn are biochemically decomposed by the glucanases and xylanases. Cellulases support the biochemical decomposition of cellulose, which occurs as a supporting substance in all plant tissues. With the addition of at least one of the enzymes mentioned, biochemical decomposition of the plant cell walls and tissue of the biomass is advantageously made possible and accelerated. The thus decomposed biomass is converted into acetic acid in the ongoing degradation processes. In this way, therefore, the formation of acetic acid is maintained by the addition of the enzyme as at least one acetic acid formation activator. This effect is enhanced advantageous by the addition of combinations of said enzymes.

Besonders bevorzugt wird das Enzym in einem Gewichtsanteil von 0,1 kg bis 3,0 kg, bevorzugt von 0,5 kg bis 2,0 kg und besonders bevorzugt von 0,8 kg bis 1,2 kg pro Tonne Biomasse im ersten Behälterraum zugegeben. Damit ist eine weitgehend vollständige und damit rückstandsfreie Zersetzung der Biomasse erreicht.The enzyme is particularly preferably added in a weight fraction of from 0.1 kg to 3.0 kg, preferably from 0.5 kg to 2.0 kg and more preferably from 0.8 kg to 1.2 kg per ton of biomass in the first container space , Thus, a largely complete and thus residue-free decomposition of the biomass is achieved.

Ferner wird als der mindestens eine Essigsäurebildungsaktivator vorteilhaft eine lebende Hefe zugegeben. Bevorzugt wird als lebende Hefe Saccharomyces cerevisiae gewählt. Die lebende Hefe wandelt den in der bereits teilweise aufgeschlossenen Biomasse vorhandenen Zucker und den bevorzugt durch die Zugabe von gekeimtem Getreide zusätzlich vorhandenen Zucker zumindest teilweise in Alkohol, insbesondere Ethanol um. Der Alkohol ist wiederum Ausgangsstoff für die Bildung von Essigsäure, sodass mittels des Zugebens der lebenden Hefe eine beschleunigte und möglichst quantitative Bildung von Essigsäure gewährleistet ist. Während der Bildung von Essigsäure sinkt der pH-Wert, das heißt das Milieu wird zunehmend saurer. Ab einem pH-Wert von etwa 3,5 bis 4,7 stirbt die Hefe ab und setzt ihre Inhaltsstoffe frei. Als freigesetzte Inhaltsstoffe sind hier insbesondere Enzyme und Mikronährstoffe, wie Vitamine und Spurenelemente, insbesondere Selen und Zink zu nennen. Diese Inhaltsstoffe sind sehr wertvoll für den weiteren Prozess der Bildung von Essigsäure, da sie unterstützend auf essigsäurebildende bzw. acetogene Mikroorganismen wirken. Mit dem Absterben der Hefe werden die acetogenen Mikroorganismen optimal mit Mikronährstoffen, wie Vitaminen und Spurenelementen, insbesondere Selen und Zink versorgt. Dadurch wird die Bildung der Essigsäure gefördert und beschleunigt.Further, as the at least one acetic acid-forming promoter, a living yeast is advantageously added. Preferably, Saccharomyces cerevisiae is selected as the living yeast. The living yeast at least partially converts the sugar present in the already partially digested biomass and the sugar additionally present by the addition of germinated grain to alcohol, in particular ethanol. The alcohol is in turn the starting material for the formation of acetic acid, so that by adding the living yeast an accelerated and quantitative as possible formation of acetic acid is ensured. During the formation of acetic acid, the pH decreases, that is, the environment becomes increasingly acidic. From a pH of about 3.5 to 4.7, the yeast dies and releases its ingredients. In particular, enzymes and micronutrients, such as vitamins and trace elements, in particular selenium and zinc, are to be mentioned as released ingredients. These ingredients are very valuable for the further process of acetic acid formation, as they act to aid acetic acid-forming and acetogenic microorganisms, respectively. With the death of the yeast, the acetogenic microorganisms are optimally supplied with micronutrients such as vitamins and trace elements, in particular selenium and zinc. This promotes and accelerates the formation of acetic acid.

Entsprechend ist die Erfindung auch auf eine Verwendung von lebender Hefe zum Aktivieren einer Essigsäurebildung in einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse gerichtet.Accordingly, the invention is also directed to use of live yeast to activate acetic acid formation in a process for producing biogas from biomass.

Besonders vorteilhaft wird die lebende Hefe in Form von Flüssighefe zugegeben. Als Flüssighefe ist die lebende Hefe einfach und schnell in der Biomasse verteilbar und mit der Biomasse, insbesondere durch Rühren, mischbar. Damit wird eine gute Durchdringung der Biomasse mit lebender Hefe erreicht und eine weitgehend umfassende Reaktion der lebenden Hefe mit der Biomasse ermöglicht.Particularly advantageously, the living yeast is added in the form of liquid yeast. As liquid yeast, the living yeast is easily and quickly distributed in the biomass and with the biomass, especially by stirring, miscible. Thus, a good penetration of the biomass is achieved with living yeast and allows a largely comprehensive reaction of the living yeast with the biomass.

In vorteilhafter Weise wird die Flüssighefe in einer Menge von 0,5 Litern bis 4,5 Litern, bevorzugt in einer Menge von 1,2 Litern bis 3,3 Litern und besonders bevorzugt von 1,8 bis 2,2 Litern pro Kubikmeter Biomasse im Behälterraum zugegeben. Mit dieser Menge an lebender Hefe in Form von Flüssighefe wird eine besonders quantitative Bildung von Essigsäure erreicht.Advantageously, the liquid yeast in an amount of 0.5 liters to 4.5 liters, preferably in an amount of 1.2 liters to 3.3 liters and more preferably from 1.8 to 2.2 liters per cubic meter of biomass in the Container space added. With this amount of live yeast in the form of liquid yeast, a particularly quantitative formation of acetic acid is achieved.

Ferner werden besonders vorteilhaft als der mindestens eine Essigsäurebildungsaktivator lebende Essigsäurebakterien zugegeben. Lebende Essigsäurebakterien verstoffwechseln insbesondere unter aeroben Bedingungen Zucker und Ethanol zu Essigsäure. Sie gelten als acetogene Bakterien und sind die eigentlichen Essigsäurebildner. Als Essigsäurebildner finden die Essigsäurebakterien optimale Bedingungen im Behälterraum, da die zugegebene Biomasse entsprechend aufbereitet und zerlegt wird. Bevorzugt ist zusätzlich insbesondere Zucker aufgrund der Zugabe des gekeimten Keimguts nahezu sofort verfügbar. Besonders bevorzugt liegt Alkohol vor, der mittels Zugabe der lebenden Hefe nahezu sofort aus dem vorhandenen Zucker gebildet ist und von den Essigsäurebakterien nahezu sofort zu Essigsäure umgesetzt wird. Auf diese Weise sind erfindungsgemäß Bedingungen für einen schnellen Beginn der Bildung von Essigsäure geschaffen.Furthermore, living acetic acid bacteria are particularly advantageously added as the at least one acetic acid formation activator. Living acetic acid bacteria metabolize sugar and ethanol to acetic acid, especially under aerobic conditions. They are considered to be acetogenic bacteria and are the actual acetic acid formers. As acetic acid formers, the acetic acid bacteria find optimal conditions in the container space, since the added biomass is treated and disassembled accordingly. In addition, in particular sugar is available in addition almost immediately due to the addition of the germinated germ. Particularly preferred is alcohol, which is almost immediately formed by adding the living yeast from the existing sugar and is converted by the acetic acid bacteria almost immediately to acetic acid. In this way conditions according to the invention for a rapid onset of the formation of acetic acid are created.

Zusätzlich wird bei einer bevorzugten Zugabe von lebender Hefe die Bildung von Essigsäure durch Essigsäurebakterien beschleunigt, wenn die lebende Hefe ab einem pH-Wert von etwa 3,5 bis 4,7 abstirbt und deren Inhaltsstoffe freigesetzt werden. Diese Inhaltsstoffe, insbesondere Mikronährstoffe, wie Vitamine und Spurenelemente, wie vor allem Zink und Selen stehen als wertvolle Nährstoffe für den Stoffwechsel der Essigsäurebakterien zur Verfügung. Auf diese Weise werden die Essigsäurebakterien vorteilhaft optimal mit Nährstoffen versorgt.In addition, in a preferred addition of live yeast, the formation of acetic acid by acetic acid bacteria is accelerated when the live yeast dies from a pH of about 3.5 to 4.7 and their contents are released. These ingredients, especially micronutrients, such as Vitamins and trace elements, especially zinc and selenium, are available as valuable nutrients for the metabolism of acetic acid bacteria. In this way, the acetic acid bacteria are advantageously optimally supplied with nutrients.

Entsprechend ist die Erfindung auch auf eine Verwendung von lebenden Essigsäurebakterien zum Aktivieren einer Essigsäurebildung in einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse gerichtet.Accordingly, the invention is also directed to use of living acetic acid bacteria to activate acetic acid formation in a process for producing biogas from biomass.

Insbesondere werden die lebenden Essigsäurebakterien mit einem Gewichtsanteil von 0,1% bis 6,0%, bevorzugt von 0,3% bis 3,0%, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5% bezogen auf das Gewicht an Biomasse im Behälterraum zugegeben. Damit ist vorteilhafterweise eine weitere Bedingung zu einer besonders quantitativen Bildung von Essigsäure geschaffen.In particular, the living acetic acid bacteria are used at a weight fraction of 0.1% to 6.0%, preferably from 0.3% to 3.0%, particularly preferably from 0.5 to 1.5%, based on the weight of biomass in the container space added. This advantageously creates a further condition for a particularly quantitative formation of acetic acid.

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die lebenden Essigsäurebakterien in Form einer Suspension zugegeben, die ferner mindestens einen der folgenden Stoffe enthält: Essigsäure, Alkohol, Zucker und Wasser.In an advantageous development, the living acetic acid bacteria are added in the form of a suspension which also contains at least one of the following substances: acetic acid, alcohol, sugar and water.

Mit der zusätzlichen Zugabe von Essigsäure wird vorteilhaft die Konzentration an Essigsäure im Behälterraum erhöht, wodurch ein gewünschtes essigsaures Milieu gefördert wird. Die zugegebene Essigsäure wird vorteilhaft in einem späteren Methanbildungsprozess zu Methan umgesetzt.With the additional addition of acetic acid, the concentration of acetic acid in the container space is advantageously increased, whereby a desired acetic acid environment is promoted. The added acetic acid is advantageously converted to methane in a later methane formation process.

Eine Zugabe von lebenden Essigsäurebakterien mit Alkohol, insbesondere Ethanol, ist besonders vorteilhaft, da Alkohol, insbesondere Ethanol, der Ausgangsstoff für eine Bildung von Essigsäure durch die Verstoffwechselung mittels der lebenden Essigsäurebakterien ist. Wird also Alkohol zugegeben, so starten die lebenden Essigsäurebakterien nahezu sofort mit der Verstoffwechselung zu Essigsäure und vermehren sich zudem entsprechend schnell.An addition of living acetic acid bacteria with alcohol, in particular ethanol, is particularly advantageous, since alcohol, in particular ethanol, is the starting material for the formation of acetic acid by the metabolism by means of the living acetic acid bacteria. So if alcohol is added, the living acetic bacteria start almost immediately with the metabolism to acetic acid and also multiply accordingly fast.

Bei einer Zugabe von lebenden Essigsäurebakterien in einer Kombination mit Zucker, wird zumindest mittels der zuvor genannten, ebenfalls vorhandenen lebenden Hefe weitgehend Alkohol, insbesondere Ethanol produziert. Der Alkohol wird seinerseits von den lebenden Essigsäurebakterien zu Essigsäure umgesetzt. Auf diese Weise ist also ebenfalls die Umsetzung zu Essigsäure gefördert.With the addition of living acetic acid bacteria in a combination with sugar, at least by means of the aforementioned, also present living yeast largely alcohol, especially ethanol produced. The alcohol is in turn converted from the living acetic acid bacteria to acetic acid. In this way, the conversion to acetic acid is also promoted.

Mit einer Zugabe der lebenden Essigsäurebakterien in einer Kombination mit Wasser wird ein wässriges Medium lebender Essigsäurebakterien gebildet. Das derart gebildete wässrige Medium lebender Essigsäurebakterien ist als Flüssigkeit einfach zu handhaben sowie einfach und schnell in der Biomasse verteilbar sowie mit der Biomasse mischbar. Durch einen natürlichen Wassergehalt der Biomasse bildet sich im Laufe des Abbauprozesses im Behälterraum eine flüssige Phase. Diese flüssige Phase enthält ebenfalls ein wässriges Medium. Das zugegebene wässrige Medium lebender Essigsäurebakterien entspricht hinsichtlich seiner Polarität dem wässrigen Medium der flüssigen Phase in dem Behälterraum. Damit ist eine schnelle und umfassende Reaktion der lebenden Essigsäurebakterien unmittelbar in der flüssigen Phase der Biomasse ermöglicht.With the addition of living acetic acid bacteria in combination with water, an aqueous medium of living acetic acid bacteria is formed. The aqueous medium of living acetic acid bacteria thus formed is easy to handle as a liquid and can be easily and quickly distributed in the biomass and mixed with the biomass. Due to the natural water content of the biomass, a liquid phase forms in the container space in the course of the decomposition process. This liquid phase also contains an aqueous medium. The added aqueous medium of living acetic acid bacteria corresponds in polarity to the aqueous medium of the liquid phase in the container space. This enables a rapid and comprehensive reaction of the living acetic acid bacteria directly in the liquid phase of the biomass.

Bevorzugt werden die lebenden Essigsäurebakterien mit mindestens zwei der genannten Stoffe zur Biomasse in den Behälterraum gegeben. Die Wirkungen der genannten Stoffe ergänzen sich entsprechend und die genannten Vorteile werden dadurch potenziert.The living acetic acid bacteria are preferably added with at least two of the substances mentioned to the biomass in the container space. The effects of the substances mentioned complement each other accordingly and the advantages mentioned are thereby increased.

Ganz besonders vorteilhaft ist eine Kombination von lebenden Essigsäurebakterien mit allen genannten Stoffen Essigsäure, Zucker, Alkohol und Wasser. In dieser Kombination ergänzen sich alle genannten Wirkungen entsprechend. Darüber hinaus schafft gerade diese Kombination mit den während der Abbauprozesse der Hydrolyse und Acidogenese entstandenen Bruchstücken der Biomasse eine weitgehend kontinuierliche Bildung von Essigsäure.Especially advantageous is a combination of living acetic acid bacteria with all the above-mentioned substances acetic acid, sugar, alcohol and water. In this combination, all the effects mentioned complement each other accordingly. Moreover, it is precisely this combination with the fractions of biomass produced during the degradation processes of hydrolysis and acidogenesis that create a largely continuous formation of acetic acid.

Insbesondere wird in der Suspension eine Konzentration von lebenden Essigsäurebakterien von 5 × 10⁶ bis 90 × 10⁶, bevorzugt von 15 × 10⁶ bis 50 × 10⁶ und besonders bevorzugt von 18 × 10⁶ bis 22 × 10⁶ Essigsäurebakterien pro Milliliter eingestellt. Derart eingestellt, ist eine stark aufkonzentrierte und dennoch vitale Suspension an lebenden Essigsäurebakterien geschaffen, mit der besonders schnell und umfassend aus der bereits biochemisch in kurzkettige Bestandteile aufgespaltenen Biomasse Essigsäure gebildet wird.In particular, in the suspension, a concentration of living acetic acid bacteria of 5 × 10 ⁶ to 90 × 10 ⁶ , preferably from 15 × 10 ⁶ to 50 × 10 ⁶ and particularly preferably from 18 × 10 ⁶ to 22 × 10 ⁶ acetic acid bacteria per milliliter is set. In this way, a strongly concentrated, yet vital suspension of living acetic acid bacteria is created, with which particularly quickly and comprehensively acetic acid is formed from the biomass already biochemically broken down into short-chain components.

Besonders bevorzugt wird die Suspension aus einer Produktion von Essig gewonnen, wobei die Suspension vorzugsweise einen hochkonzentrierten und hochvitalen Anteil von 5 × 10⁶ bis 90 × 10⁶, bevorzugt von 15 × 10⁶ bis 50 × 10⁶ und besonders bevorzugt von 18 × 10⁶ bis 22 × 10⁶ Essigsäurebakterien pro Milliliter Flüssigkeit aufweist. Ferner enthält die Suspension vorzugsweise mindestens einen der folgenden Stoffe: Essigsäure, Zucker, Stärke, Alkohol und Wasser. Bevorzugt ist der Zucker dann in diesem Fall ein Restzucker, die Stärke eine Reststärke und/oder der Alkohol ein Restalkohol, die in der Essigproduktion nicht umgesetzt wurden. Essigsäure liegt dabei vorteilhaft in einer Konzentration von bevorzugt 10 bis 15% des Gesamtvolumens vor. Gerade die Kombination der lebenden Essigsäurebakterien mit den genannten Stoffen in der Suspension und den Bruchstücken, die während der Acidogenese entstanden sind, führt zu einer Aktivierung der Essigsäurebakterien und zu einer weitgehend quantitativen Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse.The suspension is particularly preferably obtained from a production of vinegar, wherein the suspension preferably has a highly concentrated and high-vital content of 5 × 10 ⁶ to 90 × 10 ⁶ , preferably of 15 × 10 ⁶ to 50 × 10 ⁶ and particularly preferably of 18 × 10 ⁶ to 22 × 10 ⁶ acetic acid bacteria per milliliter of liquid. Furthermore, the suspension preferably contains at least one of the following substances: acetic acid, sugar, starch, alcohol and water. Preferably, the sugar is then in this case a residual sugar, the starch is a residual starch and / or the alcohol is a residual alcohol, which were not reacted in the vinegar production. Acetic acid is advantageously present in a concentration of preferably 10 to 15% of the total volume. Especially the combination of the living acetic acid bacteria with the substances mentioned in the suspension and the fragments which have arisen during the acidogenesis leads to an activation of the acetic acid bacteria and to a large extent quantitative formation of acetic acid from the added biomass.

Besonders vorteilhaft wird im ersten Behälterraum während der Bildung von Essigsäure unter Bildung von flüssiger Phase gerührt, insbesondere ständig gleichmäßig gerührt. Damit wird ein gleichmäßiges Durchmischen der in den ersten Behälterraum gegebenen Biomasse mit dem mindestens einen Essigsäurebildungsaktivator gewährleistet. Besonders bevorzugt wird eine Rührwerkstechnik, insbesondere in Form einer Spirale nach der deutschen Patentanmeldung 10 2011 111 271.9 verwendet, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.Particularly advantageous is stirred in the first container space during the formation of acetic acid to form liquid phase, in particular constantly stirred uniformly. This ensures a uniform mixing of the biomass in the first container space with the at least one acetic acid formation activator. Particularly preferred is a stirrer technique, in particular in the form of a spiral according to the German patent application 10 2011 111 271.9 used, which is hereby incorporated by reference.

Die Biomasse versauert, insbesondere während des Rührens, unter Bildung von Essigsäure und unter Bildung einer flüssigen Phase innerhalb von 2 bis 8, bevorzugt von 3 bis 7, besonders bevorzugt von 4 bis 6 Tagen bis zu einem pH-Wert von 2,5 bis 4,0, bevorzugt von 2,8 bis 3,8, besonders bevorzugt von 3,0 bis 3,5. Nach dem Erreichen dieses pH-Wertes wird zumindest ein Teil der flüssigen Phase der versäuerten Biomasse in den zweiten Behälterraum, vorzugsweise unter zumindest leichter Abkühlung überführt. Des Weiteren bilden sich als Gase vor allem Kohlendioxid und Wasserstoff, die abgeleitet werden. Besonders bevorzugt werden diese Gase ebenfalls in den zweiten Behälterraum eingeleitet.The biomass acidifies, especially during stirring, to form acetic acid and to form a liquid phase within 2 to 8, preferably from 3 to 7, more preferably from 4 to 6 days to a pH of 2.5 to 4 , 0, preferably from 2.8 to 3.8, more preferably from 3.0 to 3.5. After reaching this pH, at least part of the liquid phase of the acidified biomass is transferred into the second container space, preferably with at least slight cooling. In addition, carbon dioxide and hydrogen, which are derived, are mainly formed as gases. Particularly preferably, these gases are also introduced into the second container space.

In dem zweiten Behälterraum werden vorteilhaft zum Schaffen von Bedingungen, die dort zu einer Bildung von Methan führen, methanbildende Bakterien zugegeben und eine Temperatur von 32°C bis 46°C, bevorzugt von 34°C bis 42°C, besonders bevorzugt von 37 bis 39°C eingestellt. Bei dieser Temperatur arbeiten methanbildende, sogenannte methanogene Bakterien optimal. Die methanogenen Bakterien bilden in einem Stoffwechselprozess aus der im ersten Behälterraum gebildeten und in den zweiten Behälterraum überführten Essigsäure weitgehend Methan. Weiteres Methan wird besonders bevorzugt von den methanogenen Bakterien auch aus dem in der Acido- und Acetogenese gebildeten Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet, das vorteilhaft in den zweiten Behälterraum eingeleitet wird. Als methanogene Bakterien werden besonders bevorzugt spezielle Methanbakterien aus einem Anaerobreaktor einer Brauerei eingesetzt, mit denen vorteilhaft ein Methananteil von etwa 89% im Biogas erreicht wird.Advantageously, in the second container space, to create conditions which result in formation of methane there are added methanogenic bacteria and a temperature of 32 ° C to 46 ° C, preferably 34 ° C to 42 ° C, more preferably 37 to Set to 39 ° C. At this temperature methane-forming, so-called methanogenic bacteria work optimally. The methanogenic bacteria form largely methane in a metabolic process from the acetic acid formed in the first container space and transferred into the second container space. Further methane is particularly preferably formed by the methanogenic bacteria also from the carbon dioxide and hydrogen formed in the acidogenesis and acetogenesis, which is advantageously introduced into the second container space. Particularly preferred methanogenic bacteria are special methane bacteria from an anaerobic reactor of a brewery, with which a methane content of about 89% in the biogas is advantageously achieved.

Allgemein werden methanbildende Bakterien auch Anaerobier genannt, da sie nur unter Luftausschluss tätig und lebensfähig sind. Daher muss die Methanogenese im zweiten Behälterraum zwingend unter Luftausschluss, das heißt anaerob ablaufen. Dazu ist insbesondere ein gasdichter zweiter Behälterraum geschaffen.In general, methanogenic bacteria are also called anaerobes because they are only active in the absence of air and are viable. Therefore, the methanogenesis in the second tank space must imperatively exclude air, that is anaerobic. For this purpose, in particular a gas-tight second container space is created.

Weiterhin ist besonders vorteilhaft ein Verfahren geschaffen, bei dem folgende weitere Schritte durchgeführt werden: Messen des pH-Wertes der Biomasse im zweiten Behälterraum und Überführen von Biomasse und damit von gebildeter Essigsäure aus dem ersten Behälterraum in den zweiten Behälterraum in Abhängigkeit des gemessenen pH-Wertes im zweiten Behälterraum. Dabei wird das Überführen von Biomasse aus dem ersten Behälterraum in den zweiten Behälterraum in Abhängigkeit des gemessenen pH-Wertes im zweiten Behälterraum bei einem gemessenen pH-Wert von 7,0 bis 7,4, bevorzugt von 7,1 bis 7,3 und besonders bevorzugt von 7,2 durchgeführt. Insbesondere wird nur flüssige Phase aus dem ersten Behälterraum in den zweiten Behälterraum überführt. Dies erfolgt so lange, bis durch das Überführen von insbesondere nur flüssiger Phase ein pH-Wert von 6,3 bis 6,7, bevorzugt von 6,4 bis 6,6 und besonders bevorzugt von 6,5 in dem zweiten Behälterraum gemessen wird. Bei diesem pH-Wert wird das Überführen der Biomasse gestoppt. Aus der überführten Biomasse, insbesondere aus der Essigsäure wird mittels einer Verstoffwechselung durch die Methanbakterien Methan gebildet, was zu einer Verminderung des Säuregehalts und damit zu einem Anstieg des pH-Wertes führt. Wird im zweiten Behälterraum wieder ein pH-Wert von besonders bevorzugt 7,2 gemessen, so wird erneut vom ersten Behälterraum Biomasse, insbesondere nur flüssige Phase in den zweiten Behälterraum überführt, solange bis der pH-Wert im zweiten Behälterraum wieder besonders bevorzugt 6,5 beträgt. Dieser pH-Wert steigt mittels der Methanbildung wieder an. Bei einem pH-Wert von besonders bevorzugt 7,2 wird aus dem ersten Behälterraum erneut versauerte Biomasse in den zweiten Behälterraum überführt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der zweite Behälterraum voll ist.Furthermore, a method is particularly advantageously provided in which the following further steps are performed: measuring the pH of the biomass in the second container space and transferring biomass and thus of formed acetic acid from the first container space into the second container space as a function of the measured pH value in the second container space. In this case, the transfer of biomass from the first container space in the second container space depending on the measured pH in the second container space at a measured pH of 7.0 to 7.4, preferably from 7.1 to 7.3 and especially preferably carried out from 7.2. In particular, only liquid phase is transferred from the first container space into the second container space. This takes place until a pH of from 6.3 to 6.7, preferably from 6.4 to 6.6 and particularly preferably 6.5 in the second container space is measured by transferring in particular only the liquid phase. At this pH, the transfer of biomass is stopped. From the transferred biomass, in particular from acetic acid, methane is formed by means of a metabolism by the methane bacteria, which leads to a reduction in the acid content and thus to an increase in the pH. If a pH value of particularly preferably 7.2 is measured in the second container space, biomass, in particular only liquid phase, is again transferred from the first container space into the second container space until the pH value in the second container space is again particularly preferably 6.5 is. This pH increases again by means of methane formation. At a pH of particularly preferably 7.2 again acidified biomass is transferred from the first container space in the second container space. This process is repeated until the second container space is full.

Auf diese Weise erfolgt ein pH-Wert-gesteuertes Überführen von versauerter Biomasse aus dem ersten Behälterraum in den zweiten Behälterraum, das bevorzugt semi-kontinuierlich abläuft. Durch das wiederholte Absinken und Wiederansteigen des pH-Wertes im zweiten Behälterraum zwischen besonders bevorzugt 6,5 und 7,2 werden die Methanbakterien trainiert. Mit dem Training wird ein entsprechendes Einstellen des genannten pH-Wert-Bereichs als Arbeitsoptimum für die Methanbakterien im zweiten Behälterraum erreicht. Dadurch ist eine besonders große und schnelle Ausbeute an Methan erzielt, wobei das gebildete Methan bevorzugt aus dem zweiten Behälterraum abgeführt wird.In this way, there is a pH-controlled transfer of acidified biomass from the first container space into the second container space, which preferably proceeds semi-continuously. Due to the repeated lowering and re-rising of the pH in the second container space between particularly preferably 6.5 and 7.2, the methane bacteria are trained. With the training, a corresponding setting of said pH range is achieved as a working optimum for the methane bacteria in the second container space. As a result, a particularly large and rapid yield of methane is achieved, wherein the methane formed is preferably removed from the second tank space.

Während des pH-Wert-gesteuerten Überführens wird bevorzugt gerührt, besonders bevorzugt ständig gerührt, sodass ein gleichmäßiges Durchmischen der Biomasse im zweiten Behälterraum geschaffen ist.During the pH-controlled transfer is preferably stirred, particularly preferably constantly stirred, so that a uniform mixing of the biomass is created in the second container space.

Nach dem Erreichen einer maximalen Füllhöhe des zweiten Behälterraums und des pH-Wertes von besonders bevorzugt 7,2 wird das Rühren beendet. Daran anschließend sedimentieren schwere, noch ungelöste bzw. nicht lösliche Stoffe. Nach einer Zeitdauer von 1 bis 5, bevorzugt 2 bis 4 und besonders bevorzugt von 3 Stunden haben sich die ungelösten bzw. nicht löslichen Stoffe abgesetzt und sich ein flüssiger Überstand gebildet. Die beschriebene Bildung von Methan, im zweiten Behälterraum dauert etwa 1 bis 3 Tage und bevorzugt etwa 2 Tage. Damit ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit einem stark beschleunigten Schritt der Methanbildung geschaffen. After reaching a maximum filling level of the second container space and the pH of particularly preferably 7.2, the stirring is stopped. Subsequently, heavy, still undissolved or insoluble substances sediment. After a period of 1 to 5, preferably 2 to 4 and more preferably of 3 hours, the undissolved or insoluble substances have settled and formed a liquid supernatant. The described formation of methane, in the second container space takes about 1 to 3 days and preferably about 2 days. Thus, according to the invention, a process with a strongly accelerated step of methane formation is created.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an der Biogasanlage ein dritter, vom ersten und zweiten Behälterraum räumlich getrennter Behälterraum bereitgestellt und es werden folgende Schritte durchgeführt: Überführen von Biomasse aus dem zweiten Behälterraum in den dritten Behälterraum, Schaffen von Bedingungen in dem dritten Behälterraum, die dort zu einer weiteren Bildung von Methan führen, Messen des pH-Wertes der Biomasse im dritten Behälterraum, Überführen von weiterer Biomasse aus dem zweiten Behälterraum in den dritten Behälterraum in Abhängigkeit des gemessenen pH-Wertes im dritten Behälterraum. Dabei wird das Überführen von Biomasse aus dem zweiten Behälterraum in den dritten Behälterraum in Abhängigkeit des gemessenen pH-Wertes bei einem gemessenen pH-Wert im dritten Behälterraum von 7,3 bis 7,7, bevorzugt von 7,4 bis 7,6 und besonders bevorzugt von 7,5 durchgeführt. Dies erfolgt so lange, bis durch das Überführen von Biomasse ein pH-Wert von 6,3 bis 6,7, bevorzugt von 6,4 bis 6,6 und besonders bevorzugt von 7,2 im dritten Behälterraum gemessen wird. Dann wird das Überführen der Biomasse gestoppt. Aus der überführten Biomasse wird insbesondere aus dort noch vorhandener, restlicher Essigsäure mittels einer Verstoffwechselung durch die Methanbakterien weiteres Methan gewonnen. Bei Bedarf werden besonders bevorzugt werden weitere methanbildende Bakterien zugegeben. Mit der Bildung von weiterem Methan ist ein Anstieg des pH-Wertes im dritten Behälterraum verbunden. Wird dort erneut ein pH-Wert von besonders bevorzugt 7,5 gemessen, so wird wiederum vom zweiten Behälterraum Biomasse in den dritten Behälterraum überführt, solange bis der pH-Wert im dritten Behälterraum wieder besonders bevorzugt 7,2 beträgt. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis der dritte Behälterraum gefüllt ist. Dabei wird bevorzugt nur flüssige Phase aus dem zweiten Behälterraum in den dritten Behälterraum überführt, die aus dem flüssigen Überstand gewonnen wird, der sich während der Sedimentation im zweiten Behälterraum bildet. Im dritten Behälterraum wird dabei bevorzugt gerührt, besonders bevorzugt ständig gerührt.In a further advantageous development of the method according to the invention, a third container space spatially separated from the first and second container space is provided at the biogas plant and the following steps are carried out: transferring biomass from the second container space into the third container space, creating conditions in the third container space which lead there to a further formation of methane, measuring the pH of the biomass in the third container space, transferring further biomass from the second container space in the third container space depending on the measured pH in the third container space. In this case, the transfer of biomass from the second container space in the third container space depending on the measured pH at a measured pH in the third container space from 7.3 to 7.7, preferably from 7.4 to 7.6 and especially preferably carried out by 7.5. This takes place until, by transferring biomass, a pH of from 6.3 to 6.7, preferably from 6.4 to 6.6 and more preferably from 7.2 in the third container space is measured. Then the transfer of the biomass is stopped. From the transferred biomass further methane is obtained in particular from there remaining, residual acetic acid by means of a metabolism by the methane bacteria. If necessary, more methane-forming bacteria are added with particular preference. With the formation of further methane, an increase in the pH in the third container space is connected. If a pH value of particularly preferably 7.5 is measured there again, biomass is in turn transferred from the second container space into the third container space until the pH value in the third container space is again particularly preferably 7.2. This process is repeated until the third container space is filled. In this case, preferably only liquid phase is transferred from the second container space into the third container space, which is obtained from the liquid supernatant which forms during the sedimentation in the second container space. In the third container space is preferably stirred, more preferably constantly stirred.

Vorteilhaft wird zum Schaffen von Bedingungen im dritten Behälterraum, die dort zu einer weiteren Bildung von Methan führen, eine Temperatur von 27°C bis 38°C, bevorzugt von 29°C bis 35°C und besonders bevorzugt von 31 bis 33°C eingestellt. Ein Luftausschluss ist auch im dritten Behälterraum notwendig, um für die methanbildenden Bakterien optimale anaerobe Lebens- und Arbeitsbedingungen zu schaffen. Die methanbildenden Bakterien werden dabei in der Regel vom zweiten Behälterraum mit der flüssigen Phase in den dritten Behälterraum überführt. Bei Bedarf werden bevorzugt zusätzlich weitere methanbildende Bakterien in den dritten Behälterraum gegeben.Advantageously, to create conditions in the third container space, which lead there to a further formation of methane, a temperature of 27 ° C to 38 ° C, preferably from 29 ° C to 35 ° C and more preferably from 31 to 33 ° C. , Exclusion of air is also necessary in the third tank room to create optimal anaerobic living and working conditions for the methanogenic bacteria. The methane-forming bacteria are usually transferred from the second container space with the liquid phase in the third container space. If necessary, further methane-forming bacteria are preferably additionally added to the third container space.

Die Vorteile des pH-Wert-gesteuerten Überführens von Biomasse aus dem zweiten Behälterraum in den dritten Behälterraum, gelten entsprechend dem pH-Wert-gesteuerten Überführen von Biomasse aus dem ersten Behälterraum in den zweiten Behälterraum. Insgesamt ist damit ein automatischer Betrieb des Verfahrens geschaffen.The advantages of the pH-controlled transfer of biomass from the second container space into the third container space apply according to the pH-controlled transfer of biomass from the first container space into the second container space. Overall, an automatic operation of the method is thus created.

Ist die maximale Füllhöhe im dritten Behälterraum erreicht und der pH-Wert 7,3 bis 7,7, bevorzugt 7,4 bis 7,6 und besonders bevorzugt 7,5, so wird das Rühren beendet und gewartet, bis sich schwere ungelöste Stoffe abgesetzt haben. Nach einer Zeitdauer von etwa 1 bis 3 Tagen, bevorzugt etwa 2 Tagen ist die weitere Bildung von Methan im dritten Behälterraum abgeschlossen. Damit ist auch im dritten Behälterraum eine sehr stark beschleunigte Methanbildung erreicht.If the maximum filling level in the third container space is reached and the pH is 7.3 to 7.7, preferably 7.4 to 7.6 and particularly preferably 7.5, then the stirring is stopped and waited until heavy undissolved substances settle to have. After a period of about 1 to 3 days, preferably about 2 days, the further formation of methane in the third tank space is completed. Thus, a very strong accelerated methane formation is achieved in the third tank space.

Insgesamt wird durch das Schaffen von Bedingungen in dem dritten Behälterraum, die zu der weiteren Bildung von Methan führen, eine besonders gute Verwertung der zugegebenen Biomasse und darüber hinaus eine besonders hohe Ausbeute an Methan erzielt. Das gebildete Methan wird aus dem dritten Behälterraum bevorzugt über ein Leitungssystem zusammen mit dem gebildeten Methan aus dem zweiten Behälterraum abgeleitet. Nach dem Ableiten wird das gebildete Methan zur Stromerzeugung direkt in einem Blockheizkraftwerk verbrannt. Vor dem Verbrennen kann das Methan bevorzugt in einem Gasspeicher zwischengelagert werden. Alternativ wird das gebildete Methan als Ersatz für Erdgas über ein Leitungssystem zu einzelnen Endverbrauchern geführt.Overall, by creating conditions in the third tank space, which lead to the further formation of methane, a particularly good utilization of the added biomass and beyond a particularly high yield of methane is achieved. The methane formed is preferably discharged from the third container space via a line system together with the methane formed from the second container space. After draining, the methane produced is burned to generate electricity directly in a combined heat and power plant. Before burning, the methane may preferably be temporarily stored in a gas storage. Alternatively, the methane formed as a substitute for natural gas via a pipe system to individual end users.

Im Anschluss an die Methanbildung wird die flüssige Phase als Überstand aus dem dritten Behälterraum abgelassen, wobei das Ablassen der flüssigen Phase der Biomasse aus dem dritten Behälterraum bei einem gemessenen pH-Wert von 7,3 bis 7,7, bevorzugt von 7,4 bis 7,6 und besonders bevorzugt von 7,5 durchgeführt wird. Die abgelassene flüssige Phase umfasst als End- bzw. Nebenprodukt weitgehend nur Wasser, das bevorzugt in einen Vorfluter und besonders bevorzugt direkt in einen Kanal eingeleitet wird. Damit entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also die Notwendigkeit, große, voluminöse Lagerbehälter für Gärreste zu schaffen. Bevorzugt ist ein sehr kleines Endlager mit einem Volumen, das beispielsweise nur für Wartungszwecke ausreicht, gebildet.Following the formation of methane, the liquid phase is discharged as a supernatant from the third container space, wherein the discharge of the liquid phase of the biomass from the third container space at a measured pH of 7.3 to 7.7, preferably from 7.4 to 7.6, and more preferably 7.5. The drained liquid phase comprises as end or by-product largely only water, preferably in a receiving water and more preferably is introduced directly into a channel. This eliminates the need for the process according to the invention, large, bulky storage containers for digestate to create. Preferably, a very small repository with a volume that is sufficient, for example, only for maintenance purposes formed.

Insgesamt werden im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt Behälterräume und insbesondere Behälter verwendet, die vergleichsweise klein ausgebildet sind und auch nicht vor Ort hergestellt werden müssen. Die Behälter und sonstigen technischen Details, wie Pumpen, Steuerungselemente und Leitungen werden in einer großen Fertigungstiefe bevorzugt maschinell hergestellt und vor Ort gemäß einem Baukastensystem nur noch miteinander verbunden. Insgesamt ergibt sich damit eine Biogasanlage, die etwa 5- bis 12-mal kleiner ist als herkömmliche Anlagen und dadurch einen wesentlich niedrigeren Platzbedarf aufweist.Overall, container spaces and in particular containers are preferably used in the method according to the invention, which are relatively small and also do not need to be made on site. The containers and other technical details, such as pumps, control elements and lines are preferably produced by machine in a large vertical range of manufacture and only connected together according to a modular system on site. Overall, this results in a biogas plant, which is about 5 to 12 times smaller than conventional systems and thus has a much lower footprint.

Der Behälterraum kann von einem Behälter gebildet sein, der verschiedene, räumlich voneinander weitgehend getrennte Behälterräume in einem Behälter bereitstellt. Bevorzugt wird aber ein erster Behälterraum mit einem ersten Behälter, ein zweiter Behälterraum mit einem zweiten Behälter und ein dritter Behälterraum mit einem dritten Behälter, die räumlich entfernt voneinander aufgestellt sind, gebildet.The container space may be formed by a container which provides various, spatially largely separate container spaces in a container. Preferably, however, a first container space with a first container, a second container space with a second container and a third container space with a third container, which are placed spatially remote from each other formed.

Für den ersten Behälterraum wird bevorzugt eine Behältertechnik nach den deutschen Patentanmeldungen 10 2011 111 271.9 und 10 2011 111 273.5 verwendet, die entsprechend angepasst ist. Insbesondere ist zumindest die Innenwand des ersten Behälterraums säurebeständig gestaltet und dazu bevorzugt aus Edelstahl gebildet. Besonders bevorzugt sind sowohl der erste Behälterraum als auch der zweite und dritte Behälterraum zudem isoliert und beheizbar gestaltet. Der zweite und dritte Behälterraum sind darüber hinaus gasdicht ausgebildet, um anaerobe Bedingungen schaffen zu können.For the first container space, a container technique according to the German patent applications 10 2011 111 271.9 and 10 2011 111 273.5 used, which is adjusted accordingly. In particular, at least the inner wall of the first container space is made acid-resistant and preferably formed of stainless steel. Particularly preferably, both the first container space and the second and third container space are also designed insulated and heatable. The second and third container space are also gas-tight, in order to create anaerobic conditions.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist mit folgenden weiteren Schritten vor dem Zugeben der Biomasse in den ersten Behälterraum geschaffen: Bereitstellen von aufzubereitender Biomasse, Zugabe mindestens eines Aktivators zur bereitgestellten Biomasse, der zur biochemischen Aufbereitung der Biomasse führt, wobei als Aktivator mindestens ein Essigsäurebildungsaktivator zugegeben wird. Mittels des zugegebenen mindestens einen Essigsäurebildungsaktivators geschieht die Bildung von Essigsäure in der Biomasse im Verlauf einer essigsauren Fermentation. Bei der essigsauren Fermentation wird die Biomasse von den Essigsäurebildungsaktivatoren teilweise biochemisch abgebaut und Essigsäure gebildet. Zusätzlich laufen in der Biomasse natürliche biochemische Abbauprozesse ab, die entsprechend von dem mindestens einen Essigsäurebildungsaktivator beeinflusst werden.A further advantageous development is provided with the following further steps before adding the biomass into the first container space: providing biomass to be treated, adding at least one activator to the biomass provided, which leads to the biochemical preparation of the biomass, wherein at least one acetic acid formation activator is added as activator. By means of the added at least one acetic acid formation activator, the formation of acetic acid in the biomass occurs in the course of an acetic acid fermentation. In acetic acid fermentation, the biomass is partially degraded biochemically by the acetic acid formation activators and acetic acid is formed. In addition, natural biochemical degradation processes take place in the biomass, which are accordingly influenced by the at least one acetic acid formation activator.

Mit der Bildung von Essigsäure kann der Säuregehalt in der aufbereiteten Biomasse bis zu einem pH-Wert von 2,0 bis 4,5, bevorzugt von 2,5 bis 4,0, besonders bevorzugt von 3,0 bis 3,5 gesteigert werden. Es bildet sich also ein essigsaures Milieu.With the formation of acetic acid, the acid content in the processed biomass can be increased to a pH of from 2.0 to 4.5, preferably from 2.5 to 4.0, more preferably from 3.0 to 3.5. It thus forms an acetic environment.

Die gebildete Essigsäure bewirkt zum einen eine Konservierung der aufbereiteten Biomasse. Zum anderen ist das mit der gebildeten Essigsäure geschaffene essigsaure Milieu in dem nachfolgenden Verwenden der aufbereiteten Biomasse zum Erzeugen von Biogas von großem Nutzen, da dort weitgehend nur Essigsäure zu Methan umgesetzt wird.The acetic acid formed on the one hand causes a preservation of the processed biomass. On the other hand, the acetic acid environment created with the acetic acid formed is of great use in the subsequent use of the processed biomass for producing biogas, since there, to a large extent, only acetic acid is converted to methane.

Im Gegensatz dazu ist in aufbereiteter Biomasse, die in bekannten Verfahren zum Aufbereiten der Biomasse insbesondere in einem Silageprozess gewonnen wird, ein hoher Anteil an Milchsäure vorhanden. Die Milchsäure bildet sich im Silageprozess durch eine natürlich ablaufende Milchsäuregärung mittels Milchsäurebakterien unter einem teilweisen biochemischen Abbau der Biomasse. Die dabei gebildete Milchsäure wirkt konservierend auf die teilweise abgebaute Biomasse. Dieser Prozess ist für eine Futterkonservierung bei einem Verwenden von Biomasse als Futter gewünscht, aber bei dem Verwenden von Biomasse zum Erzeugen von Biogas unerwünscht, da Milchsäure den Methanbildungsprozess stört. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Vorbereiten von Biomasse wird aufgrund der essigsauren Fermentation vorteilhaft die Bildung von störender Milchsäure weitgehend unterdrückt.In contrast, in processed biomass, which is obtained in known processes for processing the biomass, in particular in a silage process, a high proportion of lactic acid is present. The lactic acid is formed in the silage process by a naturally occurring lactic acid fermentation by means of lactic acid bacteria under a partial biochemical degradation of the biomass. The resulting lactic acid has a preservative effect on the partially degraded biomass. This process is desirable for feed conservation when using biomass as feed, but undesirable when using biomass to produce biogas because lactic acid interferes with the methane formation process. By means of the method according to the invention for preparing biomass, the formation of interfering lactic acid is advantageously largely suppressed due to the acetic acid fermentation.

Als der mindestens eine Essigsäurebildungsaktivator werden vorzugsweise lebende Essigsäurebakterien zugegeben. Besonders bevorzugt werden die lebenden Essigsäurebakterien als Suspension aus einer Produktion von Essig gewonnen. Diese Suspension weist vorzugsweise einen hochkonzentrierten und hochvitalen Anteil von 5 × 10⁶ bis 90 × 10⁶, bevorzugt von 15 × 10⁶ bis 50 × 10⁶ und besonders bevorzugt von 18 × 10⁶ bis 22 × 10⁶ Essigsäurebakterien pro Milliliter Flüssigkeit auf. Ferner enthält die Suspension bevorzugt mindestens einen der folgenden Stoffe: Essigsäure, Zucker, Stärke, Alkohol und Wasser. Bevorzugt ist der Zucker in diesem Fall ein Restzucker, die Stärke eine Reststärke und der Alkohol ein Restalkohol, die in der Suspension aus einer vorhergehenden Essigproduktion ohnehin zumindest teilweise enthalten sind. Essigsäure ist dabei in einer Konzentration von bevorzugt 10 bis 15% des Gesamtvolumens enthalten. Die Suspension wird in einer Menge von 0,05 Liter bis 1,00 Liter, bevorzugt von 0,10 Litern bis 0,40 Litern und besonders bevorzugt von 0,20 Litern pro Kubikmeter Biomasse zugegeben. Die lebenden Essigsäurebakterien setzen die vorhandenen Zucker und insbesondere Alkohole, die im Zuge einer natürlich ablaufenden teilweisen Zersetzung der Biomasse gebildet werden zu Essigsäure um.As the at least one acetic acid-forming activator, living acetic acid bacteria are preferably added. The living acetic acid bacteria are particularly preferably obtained as a suspension from a production of vinegar. This suspension preferably has a highly concentrated and high vital content of 5 × 10 ⁶ to 90 × 10 ⁶ , preferably of 15 × 10 ⁶ to 50 × 10 ⁶ and particularly preferably of 18 × 10 ⁶ to 22 × 10 ⁶ acetic acid bacteria per milliliter of liquid. Furthermore, the suspension preferably contains at least one of the following substances: acetic acid, sugar, starch, alcohol and water. Preferably, the sugar is in this case a residual sugar, the starch is a residual starch and the alcohol is a residual alcohol, which are anyway at least partially contained in the suspension from a previous vinegar production. Acetic acid is contained in a concentration of preferably 10 to 15% of the total volume. The suspension is used in an amount of from 0.05 liter to 1.00 liters, preferably from 0.10 liters to 0.40 liters and more preferably from 0.20 liters per cubic meter of biomass added. The living acetic acid bacteria convert the sugars present, and in particular alcohols, which are formed as part of a natural course of partial decomposition of the biomass to acetic acid.

Entsprechend ist die Erfindung auch auf eine Verwendung von lebenden Essigsäurebakterien zum Aufbereiten von Biomasse gerichtet, die einer Biogasanlage für das Erzeugen von Biogas zugeführt werden soll.Accordingly, the invention is also directed to a use of living acetic acid bacteria for processing biomass to be supplied to a biogas plant for the production of biogas.

Ferner wird besonders vorteilhaft als der mindestens ein Essigsäurebildungsaktivator eine lebende Hefe zugegeben. Bevorzugt wird als lebende Hefe Saccharomyces cerevisiae gewählt. Besonders bevorzugt wird die lebende Hefe in Form von Flüssighefe in einer Menge von 0,1 Litern bis 1,6 Litern, bevorzugt von 0,2 Litern bis 0,8 Litern und besonders bevorzugt von 0,3 Litern bis 0,4 Litern pro Kubikmeter Biomasse zugegeben. Die lebende Hefe setzt die in der Biomasse vorhandenen Zucker zu Alkoholen, insbesondere zu Ethanol um. Bei einer bevorzugten zusätzlichen Zugabe von lebenden Essigsäurebakterien zur lebenden Hefe werden die gebildeten Alkohole sofort von den lebenden Essigsäurebakterien in Essigsäure umgesetzt. Mit dieser Umsetzung steigt der Säuregehalt in der Biomasse und der pH-Wert sinkt. Ab einem pH-Wert von etwa 3,5 bis 4,7 stirbt die lebende Hefe ab und deren wertvolle Inhaltsstoffe werden freigesetzt. Die Inhaltsstoffe sind insbesondere Enzyme und Mikronährstoffe, wie Vitamine und Spurenelemente, wie vor allem Selen und Zink. Nach dem Freisetzen unterstützen diese Inhaltsstoffe die lebenden Essigsäurebakterien als wertvolle Nährstoffe. Mittels dieser optimalen Nährstoffversorgung der lebenden Essigsäurebakterien wird der Abbauvorgang in der Biomasse zu Essigsäure stark beschleunigt.Further, it is particularly advantageous to add a live yeast as the at least one acetic acid-forming activator. Preferably, Saccharomyces cerevisiae is selected as the living yeast. The living yeast is particularly preferred in the form of liquid yeast in an amount of 0.1 liters to 1.6 liters, preferably from 0.2 liters to 0.8 liters and more preferably from 0.3 liters to 0.4 liters per cubic meter Biomass added. The living yeast converts the sugars present in the biomass into alcohols, in particular ethanol. In a preferred additional addition of living acetic bacteria to live yeast, the alcohols formed are immediately reacted by the living acetic bacteria in acetic acid. With this reaction, the acidity in the biomass increases and the pH decreases. From a pH of about 3.5 to 4.7, the living yeast dies and their valuable ingredients are released. The ingredients are especially enzymes and micronutrients, such as vitamins and trace elements, especially selenium and zinc. Once released, these ingredients support the living acetic acid bacteria as valuable nutrients. By means of this optimal nutrient supply of the living acetic bacteria, the degradation process in the biomass to acetic acid is greatly accelerated.

Entsprechend ist die Erfindung auch auf eine Verwendung von lebender Hefe zum Aufbereiten von Biomasse gerichtet, die einer Biogasanlage für das Erzeugen von Biogas zugeführt werden soll.Accordingly, the invention is also directed to a use of living yeast for processing biomass to be supplied to a biogas plant for the production of biogas.

Entsprechend ist die Erfindung auch auf ein Mittel zum Aufbereiten von Biomasse gerichtet, mit mindestens zwei Komponenten, von denen eine erste Komponente lebende Essigsäurebakterien sind und die zweite Komponente mindestens einer der folgenden Stoffe ist: Essigsäure, Zucker Alkohol und Wasser. Ganz besonders vorteilhaft ist die Erfindung auf ein Mittel zum Aufbereiten von Biomasse gerichtet, bei dem lebende Hefe als zusätzliche Komponente beinhaltet ist. Mit den entsprechenden Kombinationen der genannten Komponenten werden bei deren Verwendung als Mittel zum Aufbereiten von Biomasse die bereits genannten Vorteile erzielt.Accordingly, the invention is also directed to a biomass treatment composition having at least two components, a first component of which is living acetic acid bacteria and the second component of which is at least one of the following: acetic acid, sugar, alcohol and water. Most preferably, the invention is directed to a biomass treatment apparatus in which live yeast is included as an additional component. With the corresponding combinations of the components mentioned, the advantages already mentioned are achieved when they are used as a means for processing biomass.

Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Mittel zum Aufbereiten von pflanzlicher Biomasse, insbesondere von Silage verwendet, die einer Biogasanlage für das Erzeugen von Biogas zugeführt werden soll. Das Mittel ist in diesem Fall insbesondere ein Silageaufbereitungsmittel bzw. ein Siliermittel. Alternativ wird das erfindungsgemäße Mittel bevorzugt auch zum Aufbereiten von Klärschlamm als Biomasse verwendet.The inventive composition is particularly preferably used for the treatment of vegetable biomass, in particular of silage, which is to be supplied to a biogas plant for the production of biogas. In this case, the agent is in particular a silage conditioning agent or an ensiling agent. Alternatively, the agent according to the invention is preferably also used for the treatment of sewage sludge as biomass.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Mittels ist, dass die einzelnen Komponenten leicht und in großem Maßstab herstellbar und damit sehr kostengünstig sind. Essigsäure wird zum einen großtechnisch chemisch hergestellt und zum anderen biotechnologisch aus Alkohol, insbesondere Ethanol mit Hilfe von Bakterien. Die dabei verwendeten Bakterien können auch als die erfindungsgemäß verwendeten lebenden Essigsäurebakterien verwendet werden. Auch lebende Hefe wird industriell in großem Maßstab hergestellt, ebenso wie Zucker und Alkohol.Another advantage of the agent according to the invention is that the individual components can be produced easily and on a large scale and are thus very cost-effective. On the one hand, acetic acid is chemically produced industrially and, on the other hand, biotechnologically produced from alcohol, in particular ethanol with the aid of bacteria. The bacteria used can also be used as the living acetic bacteria used in the invention. Also living yeast is industrially produced on a large scale, as are sugars and alcohol.

Das Aufbereiten der Biomasse erfolgt bevorzugt in einer Speichereinrichtung, wie beispielsweise in einem Silo für Silage oder einem Pufferspeicher für Klärschlamm. Der mindestens eine Aktivator wird bevorzugt auf die Biomasse gesprüht. Ein Sprühen des Aktivators erfolgt besonders bevorzugt, im Falle von Erntegut als Biomasse, während der Ernte auf das Erntegut durch eine entsprechende Sprüheinrichtung an einer Erntemaschine.The processing of the biomass is preferably carried out in a storage device, such as in a silo for silage or a buffer storage for sewage sludge. The at least one activator is preferably sprayed onto the biomass. A spraying of the activator is particularly preferred, in the case of crop as biomass, during the harvest on the crop by a corresponding spraying device on a harvester.

Insgesamt ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas geschaffen, das eine hohe Effizienz aufweist. Mit dem Verfahren wird ein hoher Methananteil im Biogas von etwa 90% erzielt und damit ein niedriger Kohlendioxidausstoß bei der Herstellung des Methans verursacht. Ferner werden nahezu keine Gärreste gebildet, wodurch nahezu kein Transport für Gärreste bzw. Reststoffe anfällt und gegebenenfalls nur ein sehr kleines Endlager erforderlich ist. Insgesamt sind für das Verfahren wesentlich kleinere Behälter notwendig, sodass damit eine Biogasanlage gebildet werden kann, die etwa 5- bis 12-mal kleiner ist als herkömmliche Anlagen und dadurch einen wesentlich niedrigeren Platzbedarf aufweist. Zudem sind die kleineren Behälter in einer großen Fertigungstiefe bereits als Module, bevorzugt maschinell, herstellbar. Die einzelnen Module müssen dann zum Bau einer Biogasanlage vorteilhaft vor Ort gemäß einem Baukastensystem nur noch miteinander verbunden werden. Die kleinere Behältergröße und damit das kleinere Volumen an Biomasse ermöglichen schnellere Reaktionszeiten während des Betriebes. Es kann beispielsweise sehr schnell von Grundlast auf Volllast gefahren werden. Insgesamt ist durch das pH-Wert-gesteuerte Überführen der Biomasse von einem Behälterraum in den nächsten Behälterraum ein automatischer Betrieb des Verfahrens geschaffen. Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr schnelle Bildung von Methan erreicht, da ein kompletter Durchgang des Verfahrens insgesamt bereits innerhalb 4 bis 14 Tagen, bevorzugt 7 bis 11 Tagen und besonders bevorzugt 8 bis 10 Tagen abgeschlossen ist.Overall, a method for producing biogas is created with the method according to the invention, which has a high efficiency. The process achieves a high proportion of methane in the biogas of about 90% and thus causes a low carbon dioxide emission in the production of the methane. Furthermore, almost no fermentation residues are formed, resulting in almost no transport for digestate or residues and possibly only a very small repository is required. Overall, much smaller containers are necessary for the process, so that thus a biogas plant can be formed, which is about 5 to 12 times smaller than conventional systems and thus has a much lower footprint. In addition, the smaller containers are already in a large vertical range of manufacture as modules, preferably by machine, produced. The individual modules must then be advantageously connected to the construction of a biogas plant on site according to a modular system only with each other. The smaller container size and thus the smaller volume of biomass enable faster reaction times during operation. For example, it can be driven very quickly from base load to full load. Overall, an automatic operation of the method is created by the pH-controlled transfer of the biomass from one container space in the next container space. Further is achieved with the method according to the invention a very rapid formation of methane, since a complete round of the process is completed in total already within 4 to 14 days, preferably 7 to 11 days and particularly preferably 8 to 10 days.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:An exemplary embodiment of the method according to the invention will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings. It shows:

1 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von Biogas und 1 a schematic representation of process steps of the inventive method for generating biogas and

2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a schematic representation of an apparatus for performing the method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung des AusführungsbeispielsDetailed description of the embodiment

1 zeigt ein Verfahren 10 zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse. Dabei wird in einem ersten Schritt 12 aufzubereitende Biomasse bereitgestellt. Als Biomasse dient vorliegend Maissilage in einer Mischung mit Grassilage. Zu der Silage wird in einem nächsten Schritt 14 mindestens ein Aktivator zugegeben, der zur biochemischen Aufbereitung der Silage führt. Die Zugabe 14 des Aktivators kann auch als ein Schritt der Milieusteuerung bezeichnet werden, der zu einer essigsauren Fermentation der Silage führt. 1 shows a method 10 for generating biogas from biomass. This will be done in a first step 12 Provided biomass to be prepared. In the present case, maize silage is used as biomass in a mixture with grass silage. To the silage will be in a next step 14 at least one activator added, which leads to the biochemical treatment of the silage. The addition 14 The activator may also be referred to as a milieu control step leading to acetic acid fermentation of the silage.

Im Schritt 14 werden als Aktivator zwei Essigsäurebildungsaktivatoren zugegeben. Dazu erfolgt eine Zugabe 16 von lebender Hefe und eine Zugabe 18 von lebenden Essigsäurebakterien, in der Form, dass die lebende Hefe und die lebenden Essigsäurebakterien während der Ernte auf die Silage aufgesprüht werden. Die lebende Hefe wird dabei als Flüssighefe Saccharomyces cerevisiae mit einem Volumen von etwa 0,3 Litern pro Kubikmeter Biomasse zugegeben und die lebenden Essigsäurebakterien in Form einer Suspension mit einem Volumen von etwa 0,2 Litern pro Kubikmeter Biomasse. Die Suspension wird aus der Produktion von Essig gewonnen und weist dabei einen hochkonzentrierten und hoch-vitalen Anteil von 18 × 10⁶ bis 22 × 10⁶ Essigsäurebakterien pro Milliliter Flüssigkeit auf. Ferner enthält die Suspension Wasser, Essigsäure, Restzucker, Reststärke und Restalkohol. Mit den Zugaben 16 und 18 werden Bedingungen geschaffen, die zu einem biochemischen Aufbereiten der Biomasse im Verlauf einer essigsauren Fermentation führen. Dabei setzt die lebende Hefe den in der Biomasse vorhandenen Zucker zu Alkoholen, insbesondere Ethanol um. Die gebildeten Alkohole werden nahezu sofort von den lebenden Essigsäurebakterien zu Essigsäure umgesetzt, wodurch der Säuregehalt steigt und der pH-Wert sinkt. Wird der pH-Wert von etwa 3,8 bis 4,6 erreicht, so stirbt die lebende Hefe ab. Als Folge stehen den Essigsäurebakterien die von der Hefe freigesetzten Inhaltstoffe als Nährstoffe zur Verfügung. Insbesondere Vitamine, Enzyme und Spurenelemente, wie vor allem Selen und Zink sind hier wichtige Nährstoffe, die den Abbauvorgang der Essigsäurebakterien zu Essigsäure beschleunigen.In step 14 As activator two acetic acid formation activators are added. For this an addition takes place 16 of live yeast and an encore 18 of live acetic acid bacteria, in the form that the live yeast and the living acetic acid bacteria are sprayed onto the silage during the harvest. The live yeast is added as liquid yeast Saccharomyces cerevisiae with a volume of about 0.3 liters per cubic meter of biomass and the living acetic acid bacteria in the form of a suspension with a volume of about 0.2 liters per cubic meter of biomass. The suspension is obtained from the production of vinegar and has a highly concentrated and highly vital fraction of 18 × 10 ⁶ to 22 × 10 ⁶ acetic acid bacteria per milliliter of liquid. Furthermore, the suspension contains water, acetic acid, residual sugar, residual starch and residual alcohol. With the additions 16 and 18 conditions are created which lead to a biochemical treatment of the biomass in the course of an acetic acid fermentation. The living yeast converts the sugar present in the biomass into alcohols, in particular ethanol. The alcohols formed are reacted almost immediately by the living acetic acid bacteria to acetic acid, whereby the acidity increases and the pH decreases. If the pH of about 3.8 to 4.6 is reached, the living yeast dies. As a result, the ingredients released from the yeast are available as nutrients to the acetic acid bacteria. In particular, vitamins, enzymes and trace elements, especially selenium and zinc are important nutrients that accelerate the degradation process of acetic acid bacteria to acetic acid.

Insgesamt wird die Biomasse im Verlauf der essigsauren Fermentation biochemisch teilweise abgebaut und Essigsäure gebildet, bis ein pH-Wert von etwa 3,0 bis 3,5 erreicht ist. Die gebildete Essigsäure dient als Konservierungsmittel für die aufbereitete Biomasse gegenüber einem unerwünschten Totalabbau durch zersetzende Bakterien und Schimmelpilze. Darüber hinaus unterdrückt die Bildung von Essigsäure vorteilhaft die ansonsten natürlich einsetzende Milchsäurebildung in der Silage. Wird Silage zum Erzeugen von Biogas verwendet, ist Milchsäure bzw. Lactat nicht erwünscht, da die Milchsäure den Methanbildungsprozess stört. Das Unterdrücken der Milchsäurebildung fördert einen nachfolgend durchzuführenden Methanbildungsprozess. Darüber hinaus wird die Essigsäure bzw. Acetat im gebildeten essigsauren Milieu der Silage in dem nachfolgenden Methanbildungsprozess zu Methan umgesetzt, was den Methanbildungsprozess zusätzlich fördert.Overall, the biomass is partially degraded biochemically in the course of the acetic acid fermentation and formed acetic acid until a pH of about 3.0 to 3.5 is reached. The formed acetic acid serves as a preservative for the processed biomass against unwanted total degradation by decomposing bacteria and mold. In addition, the formation of acetic acid advantageously suppresses the otherwise naturally occurring lactic acid formation in the silage. If silage is used to produce biogas, lactic acid or lactate is not desirable because lactic acid interferes with the methane production process. The suppression of lactic acid formation promotes a subsequent methane formation process. In addition, the acetic acid or acetate is converted in the acetic acid medium of the silage formed in the subsequent methane production process to methane, which additionally promotes the methane formation process.

Die derart gewonnene essigsauer fermentierte Silage wird in einer weiter nicht näher dargestellten Speichereinrichtung, wie beispielsweise einem Silo gelagert. Besonders bevorzugt wird die Silage portionsweise einer Zugabe 14 von Aktivatoren mit den Schritten 16 bis 18 unterzogen, wobei die derart gewonnenen Portionen bzw. Rationen an essigsauer fermentierter Silage insbesondere ohne längere Lagerzeit zum Erzeugen von Biogas verwendet werden können.The thus obtained acetic fermented silage is stored in a storage device, not further illustrated, such as a silo. The silage is particularly preferably added in portions to an addition 14 of activators with the steps 16 to 18 subjected, wherein the portions or rations thus obtained on acetic fermented silage can be used in particular without prolonged storage time for the production of biogas.

Als Alternative zu einer Silage kann als Biomasse auch Klärschlamm verwendet werden. Im Klärschlamm wird ebenso im Schritt 14 durch die Zugabe 16 von lebender Hefe und die Zugabe 18 von lebenden Essigsäurebakterien ein essigsaures Milieu geschaffen. Dies erfolgt in einem weiter nicht näher dargestellten Pufferspeicher.As an alternative to silage, sewage sludge can be used as biomass. In sewage sludge is also in step 14 by the addition 16 of live yeast and the addition 18 created by living acetic acid bacteria an acetic environment. This is done in a buffer memory, not further illustrated.

Die derart aufbereitete Biomasse wird in den nachfolgenden Verfahrensschritten zum Erzeugen von Biogas verwendet.The thus prepared biomass is used in the subsequent process steps for generating biogas.

Dazu ist eine in 2 dargestellte Biogasanlage 20 geschaffen mit einem ersten Behälterraum 22, einem zweiten Behälterraum 24 und einem dritten Behälterraum 26. Die Behälterräume 22 bis 26 sind dabei als runde, hohlzylindrische, isolierte und beheizbare Behälter aus Edelstahl gestaltet, die räumlich voneinander getrennt sind.This is an in 2 illustrated biogas plant 20 created with a first container space 22 , a second container space 24 and a third container space 26 , The container spaces 22 to 26 are designed as round, hollow cylindrical, insulated and heated stainless steel containers, which are spatially separated from each other.

Zum Erzeugen von Biogas erfolgt zunächst mit Hilfe einer Mischeinrichtung 28 über eine Dosierschnecke 30 und eine Förder- und Zerkleinerungseinrichtung 32 die Zugabe 34 der essigsauer fermentierten Silage in den ersten Behälterraum bzw. Behälter 22. Mit der Förder- und Zerkleinerungseinrichtung 32 wird die Silage zusätzlich mechanisch zerkleinert, insbesondere geschnitten. Bei der Zugabe 34 werden täglich jeweils 2 bis 3 Portionen, insbesondere Tagesrationen an essigsauer fermentierter Silage in den Behälter 22 gefüllt. Dabei wird der Behälter 22 bis zu einer maximalen Raumbelastung von 25 bis 50 kg CSB/m³ und Tag befüllt. In dem Behälter 22, dem sogenannten Versäuerungsbehälter, insbesondere Vorversäuerungsbehälter, werden anschließend in einem Schritt 36 Bedingungen geschaffen, die zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegeben Silage führen. Dieser Schritt 36 wird auch als Versäuerung oder Maischen bezeichnet. For the production of biogas takes place first with the aid of a mixing device 28 via a dosing screw 30 and a conveying and crushing device 32 the addition 34 the acetic fermented silage in the first container space or container 22 , With the conveyor and shredder 32 the silage is additionally mechanically crushed, in particular cut. At the addition 34 In each case 2 to 3 portions, in particular daily rations of acetic fermented silage in the container 22 filled. This is the container 22 filled up to a maximum volume load of 25 to 50 kg COD / m ³ and day. In the container 22 , the so-called acidification tank, in particular pre-acidification tank, are then in one step 36 Created conditions that lead to the formation of acetic acid from the added silage. This step 36 is also referred to as acidification or mashing.

Zum Schaffen 36 von Bedingungen, die zu einer Bildung von Essigsäure führen werden die Verfahrensschritte 38, 40, 42 und 44 durchgeführt. Diese Verfahrensschritte sind nicht chronologisch nacheinander durchführbar, da sie weitgehend miteinander wechselwirken. Es erfolgt zum einen ein Einstellen 38 des pH-Wertes im Behälter 22 auf einen Wert von besonders bevorzugt 3,0 bis 3,5. Darüber hinaus erfolgt ein Schaffen 40 von aeroben Bedingungen im Behälter 22, zum einen durch eine entsprechende Behälterkonstruktion des Behälters 22, der nicht gasdicht ausgebildet ist und ferner dadurch, dass bei dem Zugeben 34 von Biomasse immer wieder Luft in den Behälter 22 gelangt. Des Weiteren wird mit einem Schritt 42 die Temperatur auf besonders bevorzugt 49°C bis 51°C eingestellt und während der Bildung von Essigsäure ständig beibehalten. Mit dem Schritt 44 wird ferner mindestens ein Essigsäurebildungsaktivator zur Silage in den Behälter 22 gegeben.To create 36 conditions that lead to the formation of acetic acid are the process steps 38 . 40 . 42 and 44 carried out. These process steps are not chronologically successive feasible, since they interact largely with each other. There is a first setting 38 the pH in the container 22 to a value of more preferably 3.0 to 3.5. In addition, a creation is done 40 of aerobic conditions in the tank 22 , on the one hand by a corresponding container construction of the container 22 , which is not formed gas-tight and further characterized in that when adding 34 from biomass repeatedly air into the container 22 arrives. Furthermore, with a step 42 the temperature is set to more preferably 49 ° C to 51 ° C and maintained throughout the formation of acetic acid. With the step 44 further, at least one acetic acid-forming activator is added to the silage for storage in the container 22 given.

Als mindestens ein Essigsäurebildungsaktivator wird ein gekeimtes Getreide, das sogenannte Malz zugegeben. Dabei wird das Malz aus einem Malzsilo 46 über eine Zerkleinerungseinrichtung 48 in den Behälter 22 gefüllt. Mit der Zerkleinerungseinrichtung 48 wird das Malz zusätzlich mechanisch zerkleinert, insbesondere geschnitten. Das Malz wird mit einem Gewichtsanteil von 10% bis 50%, bezogen auf das Gewicht an Biomasse im Behälter 22 zugegeben. Mit dem Malz, das heißt mit dem angekeimten Getreide steht ein aktiviertes Getreide zur Verfügung, das eine Mischung aus aktivierten Enzymen enthält, die insbesondere Amylasen, Proteasen und Hemicellulasen umfasst. Damit werden mit dem gekeimten Getreide entscheidende Katalysatoren bzw. Beschleuniger zur Silage gegeben, die deren Umsetzung erheblich verbessern. Zudem wird mit dem Getreide durch dessen hohen Stärkegehalt ein Aktivator mit hoher Energiedichte zugegeben. Diese Stärke ist in gekeimtem Getreide bereits teilweise in Zucker aufgespalten, der im Behälter 22 sofort weiter umgesetzt wird.As at least one acetic acid forming activator, a germinated grain, the so-called malt, is added. The malt is made from a malt silo 46 via a shredding device 48 in the container 22 filled. With the shredding device 48 the malt is additionally mechanically crushed, in particular cut. The malt is used at a weight proportion of 10% to 50%, based on the weight of biomass in the container 22 added. With the malt, that is to say with the germinated grain, an activated cereal is available which contains a mixture of activated enzymes, which in particular comprises amylases, proteases and hemicellulases. Thus, with the germinated grain crucial catalysts or accelerators are added to the silage, which greatly improve their implementation. In addition, an activator with high energy density is added to the grain due to its high starch content. This starch is already partially broken down into sugar in germinated cereal, which is in the container 22 Immediately further implemented.

Im Schritt 44 wird weiterhin als mindestens ein Essigsäurebildungsaktivator ein Enzym zugegeben. Als Enzym wird eine Mischung aus Hemicellulasen, Glucanasen, Xylanasen und Cellulasen mit einem Gewichtsanteil von 0,8 kg bis 1,2 kg pro Tonne Biomasse gewählt. Diese Enzyme ermöglichen und beschleunigen die biochemische Aufspaltung insbesondere der Zellwände und Zellgewebe der Silage.In step 44 Further, as at least one acetic acid-forming activator, an enzyme is added. The enzyme chosen is a mixture of hemicellulases, glucanases, xylanases and cellulases with a weight fraction of 0.8 kg to 1.2 kg per ton of biomass. These enzymes enable and accelerate the biochemical decomposition, in particular of the cell walls and cell tissue of the silage.

Ferner wird im Schritt 44 als weiterer Essigsäurebildungsaktivator eine lebende Hefe zugegeben. Es wird als lebende Hefe Saccharomyces cerevisiae gewählt und in Form von Flüssighefe in einer Menge von 1,8 bis 2,2 Litern pro Kubikmeter Silage in den Behälter 22 gefüllt. Die lebende Hefe wandelt den in der bereits teilweise aufgeschlossenen Silage vorhandenen Zucker und den bevorzugt durch die Zugabe von gekeimtem Getreide zusätzlich vorhandenen Zucker zumindest teilweise in Alkohol, insbesondere Ethanol um. Ab einem pH-Wert von etwa 3,5 bis 4,6 stirbt die lebende Hefe ab, was zu einem Freisetzen von Vitaminen, Enzymen und Spurenelementen, wie vor allem Zink und Selen führt, die dann als wertvolle Nährstoffe für den Stoffwechsel von Essigsäurebakterien zur Verfügung stehen.Further, in step 44 added as a further acetic acid formation activator a live yeast. It is chosen as the living yeast Saccharomyces cerevisiae and in the form of liquid yeast in an amount of 1.8 to 2.2 liters per cubic meter of silage in the container 22 filled. The living yeast at least partially converts the sugar present in the already partially digested silage and the sugar additionally present in addition by the addition of germinated grain into alcohol, in particular ethanol. From a pH of about 3.5 to 4.6, the living yeast dies, resulting in a release of vitamins, enzymes and trace elements, especially zinc and selenium, which then as valuable nutrients for the metabolism of acetic acid bacteria To be available.

Darüber hinaus werden im Schritt 44 als weiterer Essigsäurebildungsaktivator lebende Essigsäurebakterien mit einem Anteil von 0,5% bis 1,5% bezogen auf die Menge der Biomasse im Behälter 22 zugegeben. Die lebenden Essigsäurebakterien werden als Suspension aus der Produktion von Essig gewonnen, die bereits im Verfahrensschritt 18 verwendet worden ist. Die lebenden Essigsäurebakterien sind acetogene Bakterien und die eigentlichen Essigsäurebildner. Als solche finden sie optimale Bedingungen im Behälter 22, da die Silage dort entsprechend aufbereitet und zerlegt wird. Aufgrund der Zugabe des Malzes ist Zucker nahezu sofort verfügbar. Des Weiteren liegt Alkohol vor, der insbesondere mittels der lebenden Hefe nahezu sofort aus dem vorhandenen Zucker gebildet ist. Dieser Alkohol, insbesondere Ethanol wird von den Essigsäurebakterien zu Essigsäure umgesetzt. Vorteilhaft werden die lebenden Essigsäurebakterien ab einem pH-Wert von 3,5 bis 4,6 nach dem Absterben der lebenden Hefe durch die freiwerdenden Inhaltsstoffe der Hefe aktiviert.In addition, in step 44 as further acetic acid formation activator living acetic acid bacteria in a proportion of 0.5% to 1.5% based on the amount of biomass in the container 22 added. The living acetic acid bacteria are obtained as a suspension from the production of vinegar, which is already in the process step 18 has been used. The living acetic acid bacteria are acetogenic bacteria and the actual acetic acid formers. As such, they find optimal conditions in the container 22 , as the silage is processed there and disassembled accordingly. Due to the addition of the malt, sugar is available almost immediately. Furthermore, there is alcohol, which is formed almost immediately from the existing sugar, in particular by means of living yeast. This alcohol, especially ethanol is converted by the acetic acid bacteria to acetic acid. Advantageously, the living acetic acid bacteria are activated from a pH of 3.5 to 4.6 after the death of the living yeast by the liberated ingredients of the yeast.

Während der Bildung von Essigsäure im Behälter 22 wird mit einem, vorliegend spiralförmigen Rührwerk 50 ständig gleichmäßig gerührt, um ein gleichmäßiges Durchmischen der Silage und der Essigsäurebildungsaktivatoren zu schaffen.During the formation of acetic acid in the container 22 comes with a, present spiral agitator 50 constantly stirred evenly to provide a uniform mixing of the silage and the acetic acid formation activators.

Die beim Maischen im Verfahrensschritt 36 geschaffenen Bedingungen führen Innerhalb von 4 bis 6 Tagen zu einer fast ausschließlichen Bildung von Essigsäure unter Bildung einer flüssigen Phase im Behälter 22. Dabei versauert die Biomasse bis zu einem pH-Wert von etwa 3,0 bis 3,5. Damit ist ein saures Milieu erreicht, in dem auch die ansonsten schwer aufzuspaltenden Faserstoffe leichter hydrolysiert werden können. Es wird eine vollständig flüssige Biomasse im Behälter 22 erhalten.The mashing in the process step 36 created conditions lead within 4 to 6 days to an almost exclusive formation of acetic acid to form a liquid phase in the container 22 , The biomass acidifies up to a pH of about 3.0 to 3.5. Thus, an acidic environment is reached, in which even the otherwise difficult to split fibers can be easily hydrolyzed. It becomes a completely liquid biomass in the container 22 receive.

Nach dem Messen 52 des pH-Wertes von etwa 3,0 bis 3,5 im Behälter 22 erfolgt zum Starten ein Überführen 54 zumindest eines Teils der flüssigen Biomasse aus dem ersten Behälter 22 in den zweiten Behälter 24. Dazu ist am Behälter 22 ein Auslass 56 vorgesehen, der mit einer Leitung 58 verbunden ist, die über einen Einlass 60 von oben in den Behälter 24 führt. Angetrieben wird das Überführen 54 von einer Pumpe 62, die dazu in der Leitung 58 angebracht ist und die flüssige Biomasse durch die Leitung 58 in den Behälter 24 pumpt.After measuring 52 the pH of about 3.0 to 3.5 in the container 22 takes place to start a transfer 54 at least a portion of the liquid biomass from the first container 22 in the second container 24 , This is on the container 22 an outlet 56 provided with a line 58 connected via an inlet 60 from the top into the container 24 leads. The transfer is driven 54 from a pump 62 who are in the lead 58 is attached and the liquid biomass through the pipe 58 in the container 24 inflated.

In dem zweiten Behälter 24, dem sogenannten Hauptfermenter, werden zum Schaffen 64 von Bedingungen, die dort zu einer Bildung von Methan führen die Verfahrensschritte 66, 68, 70 und 72 durchgeführt. Auch diese Verfahrensschritte sind nicht streng chronologisch nacheinander durchführbar, da sie weitgehend miteinander wechselwirken. Zum Schaffen 66 von anaeroben Bedingungen ist der Behälter 24 als gasdichter Behälter ausgeführt. Mit der Zugabe 68 von methanbildenden Bakterien und dem Einstellen 70 der Temperatur auf etwa 37°C bis 39°C werden weitere Voraussetzungen zur Methanbildung geschaffen. Dabei werden als methanbildende, sogenannte methanogene Bakterien spezielle Methanbakterien aus einem Anaerobreaktor einer Brauerei eingesetzt. Diese Methanbakterien bilden in einem Stoffwechselprozess aus der im ersten Behälter 22 gebildeten und in den zweiten Behälter 24 überführten Essigsäure weitgehend Methan unter optimalen Bedingungen. Es wird ein Anteil an Methan im Biogas von nahezu 90% erreicht.In the second container 24 , the so-called main fermenter, become creative 64 of conditions that lead there to a formation of methane the process steps 66 . 68 . 70 and 72 carried out. These process steps are not strictly chronologically successive feasible because they interact largely with each other. To create 66 of anaerobic conditions is the container 24 designed as a gas-tight container. With the addition 68 of methanogenic bacteria and adjusting 70 the temperature at about 37 ° C to 39 ° C further conditions for methane formation are created. Here are used as methane-forming, so-called methanogenic bacteria special methane bacteria from an anaerobic reactor brewery. These methane bacteria form in a metabolic process from that in the first container 22 formed and in the second container 24 converted acetic acid largely methane under optimal conditions. It is achieved a share of methane in the biogas of nearly 90%.

Zum Einstellen 72 des pH-Wertes im zweiten Behälter 24, der im Bereich zwischen etwa 6,5 und 7,2 liegen sollte, werden folgende weitere Schritte durchgeführt: Messen 74 des pH-Wertes der Biomasse im zweiten Behälter 24 und Überführen 54 von flüssiger, versäuerter Biomasse aus dem ersten Behälter 22 in den zweiten Behälter 24 in Abhängigkeit des gemessenen pH-Wertes im zweiten Behälter 24. Wird ein pH-Wert von etwa 7,2 gemessen, so erfolgt das Überführen 54 von versäuerter Biomasse aus dem ersten Behälter 22 in den zweiten Behälter 26 durch die Leitung 58, angetrieben von der Pumpe 62. Die Pumpe 62 ist mit einer Regel- bzw. Steuerungseinrichtung 76 gekoppelt, in der die gemessenen pH-Werte elektronisch verarbeitet werden, wodurch ein Steuern 78 des Überführens 54 bewerkstelligt ist. Das Überführen 54 von versäuerter Biomasse erfolgt so lange, bis im zweiten Behälter 24 ein pH-Wert von etwa 6,5 gemessen wird. Dann wird das Überführen 54 der versauerten Biomasse gestoppt. Im Behälter 24, dem Hauptfermenter, erfolgt die Fermentation bzw. Verstoffwechselung von Essigsäure zu Methan, was zu einer Verminderung des Säuregehalts und damit zu einem Anstieg des pH-Wertes führt. Wird beim Messen 74 des pH-Wertes im zweiten Behälter 24 wieder ein pH-Wert von etwa 7,2 gemessen, so erfolgt erneut ein Überführen 54 von versauerter Biomasse aus dem ersten Behälter 22 in den zweiten Behälter 24, solange bis der pH-Wert im zweiten Behälter 24 wieder etwa 6,5 beträgt. Das Messen 74 des pH-Wertes, Überführen 54 und Steuern 78 wird so lange wiederholt, bis im zweiten Behälter 24 das Füllmaximum erreicht ist. Auf diese Weise erfolgt ein pH-Wert-gesteuertes Überführen 54 von versäuerter Biomasse aus dem Vorversäuerungsbehälter 22 in den Hauptfermenter 24, das annähernd kontinuierlich abläuft. Dabei wird im Behälter 24 mit einem dafür vorgesehenen Rührwerk 80 ständig gerührt.To adjust 72 the pH in the second container 24 which should be in the range between about 6.5 and 7.2, the following additional steps are performed: measuring 74 the pH of the biomass in the second container 24 and convicting 54 of liquid, acidified biomass from the first container 22 in the second container 24 depending on the measured pH in the second container 24 , If a pH of about 7.2 is measured, the transfer takes place 54 of acidified biomass from the first container 22 in the second container 26 through the pipe 58 , driven by the pump 62 , The pump 62 is with a control device 76 coupled, in which the measured pH values are processed electronically, whereby a control 78 of convicting 54 accomplished. The transfer 54 of acidified biomass takes place until in the second container 24 a pH of about 6.5 is measured. Then the convict will be 54 the acidified biomass stopped. In the container 24 , the main fermenter, the fermentation or metabolism of acetic acid to methane, which leads to a reduction of the acidity and thus to an increase in the pH value. Will when measuring 74 the pH in the second container 24 again measured a pH of about 7.2, it is again a transfer 54 acidified biomass from the first container 22 in the second container 24 until the pH in the second container 24 again about 6.5. Measuring 74 the pH, convict 54 and taxes 78 is repeated until in the second container 24 the filling maximum is reached. In this way, a pH-controlled transfer takes place 54 of acidified biomass from the pre-acidification tank 22 in the main fermenter 24 , which runs almost continuously. It is in the container 24 with a dedicated agitator 80 constantly stirred.

Durch das wiederholte Absinken und Wiederansteigen des pH-Wertes im Hauptfermenter 24 zwischen bevorzugt 6,5 und 7,2 werden die Methanbakterien trainiert. Mit dem Training wird ein entsprechendes Einstellen des genannten pH-Wert-Bereichs als Arbeitsoptimum für die Methanbakterien erreicht. Dadurch ist eine besonders große und schnelle Ausbeute an Methan erzielt. Die Bildung von Methan im Hauptfermenter 24 dauert etwa nur 2 Tage, während bevorzugt ein kontinuierliches Ableiten 82 des gebildeten Methans aus dem Hauptfermenter 24 über eine Leitung 84 in einen Gasspeicher 86 erfolgt.By repeatedly lowering and re-raising the pH in the main fermenter 24 between preferably 6.5 and 7.2, the methane bacteria are trained. With the training, a corresponding setting of said pH range is achieved as optimal working for the methane bacteria. As a result, a particularly large and fast yield of methane is achieved. The formation of methane in the main fermenter 24 lasts for about 2 days, while prefers a continuous deriving 82 of the methane produced from the main fermenter 24 over a line 84 in a gas storage 86 he follows.

Nach dem Erreichen einer maximalen Füllhöhe im Behälter 24 und des pH-Wertes von etwa 7,2 wird das Rühren beendet. Man lässt den Behälterinhalt für ca. 2 bis 4 Stunden ruhen, sodass schwere, noch ungelöste bzw. nicht lösliche Stoffe sedimentieren können und sich ein flüssiger Überstand bildet.After reaching a maximum filling level in the container 24 and the pH of about 7.2, stirring is stopped. The contents of the container are allowed to rest for about 2 to 4 hours so that heavy, undissolved or insoluble substances can sediment and a liquid supernatant forms.

Die als Nebenprodukt im Vorversäuerungsbehälter 22 gebildeten Gase, vor allem Kohlendioxid und Wasserstoff werden aus dem Behälter 22 abgeleitet. Alternativ werden Kohlendioxid und Wasserstoff nach dem Ableiten 88 in den Hauptfermenter 24 eingeleitet und dort von den methanbildenden Bakterien ebenfalls zu Methan umgesetzt. Dies erhöht die Ausbeute an Methan.The by-product in pre-acidification tank 22 formed gases, especially carbon dioxide and hydrogen are from the container 22 derived. Alternatively, carbon dioxide and hydrogen after draining 88 in the main fermenter 24 introduced there and also converted by the methane-forming bacteria to methane. This increases the yield of methane.

Nachdem sich im Behälter 24 ein flüssiger Überstand gebildet hat, erfolgt ein zumindest teilweises Überführen 90 dieses flüssigen Überstands aus dem zweiten Behälter 24 in den dritten Behälter 26. Dazu ist am Behälter 24 ein Auslass 92 im oberen Drittel des Behälters 24 vorgesehen, der mit einer Leitung 94 verbunden ist, die über einen Einlass 96 von oben in den Behälter 26 führt. Angetrieben wird das Überführen 90 von einer Pumpe 98, die dazu in der Leitung 94 angebracht ist und die Flüssigkeit des Überstands durch die Leitung 94 in den Behälter 26 pumpt.After being in the container 24 a liquid supernatant has formed, at least partial transfer takes place 90 this liquid supernatant from the second container 24 in the third container 26 , This is on the container 24 an outlet 92 in the upper third of the container 24 provided with a line 94 connected via an inlet 96 from the top into the container 26 leads. Is driven the convicting 90 from a pump 98 who are in the lead 94 is attached and the liquid of the supernatant through the line 94 in the container 26 inflated.

Im dritten Behälter 26, dem sogenannten Nachfermenter, erfolgt ein Schaffen 100 von Bedingungen, die dort zu einer weiteren Bildung von Methan führen. Dazu werden die Verfahrensschritte 102, 104, 106 und 108 durchgeführt. Auch diese Verfahrensschritte sind nicht streng chronologisch nacheinander durchzuführen, da sie weitgehend miteinander wechselwirken. Zum Schaffen 102 von anaeroben Bedingungen ist der Behälter 26 als gasdichter Behälter ausgeführt. Mit dem Einstellen 104 der Temperatur auf 31°C bis 33°C und mit der Zugabe 106 von methanbildenden Bakterien werden zusätzliche Voraussetzungen zu einer weiteren Methanbildung geschaffen. Die Zugabe 106 der methanbildenden Bakterien erfolgt mit dem Überführen 90 von Flüssigkeit und damit von darin enthaltenen Bakterien aus dem Hauptfermenter 24 in den Nachfermenter 26. Bei Bedarf erfolgt eine erneute Zugabe 106 von methanbildenden Bakterien direkt in den Nachfermenter 26.In the third container 26 , the so-called Nachfermenter, done a work 100 conditions that lead to further methane formation there. These are the process steps 102 . 104 . 106 and 108 carried out. These process steps are not strictly chronologically successive perform, since they largely interact with each other. To create 102 of anaerobic conditions is the container 26 designed as a gas-tight container. With the setting 104 the temperature at 31 ° C to 33 ° C and with the addition 106 Methane-forming bacteria create additional conditions for further methane formation. The addition 106 the methanogenic bacteria is transferred 90 of liquid and thus of bacteria contained therein from the main fermenter 24 in the secondary fermenter 26 , If necessary, a new addition 106 of methane-forming bacteria directly into the postfermenter 26 ,

Zum Einstellen 108 des pH-Wertes im dritten Behälter 26, der im Bereich zwischen 7,2 und 7,5 liegen sollte, werden folgende weitere Schritte durchgeführt: Messen 110 des pH-Wertes der Biomasse im dritten Behälter 26 und Überführen 90 von flüssiger Biomasse aus dem zweiten Behälter 24 in den dritten Behälter 26 in Abhängigkeit des gemessenen pH-Wertes im dritten Behälter 26. Wird ein pH-Wert von etwa 7,5 gemessen, so erfolgt das Überführen 90 von flüssiger Biomasse aus dem zweiten Behälter 24 in den dritten Behälter 26 durch die Leitung 94, angetrieben von der Pumpe 98. Die Pumpe 98 ist mit der Regel- bzw. Steuerungseinrichtung 76 gekoppelt, in der die gemessenen pH-Werte elektronisch verarbeitet werden, wodurch ein Steuern 78 des Überführens 90 bewerkstelligt ist. Das Überführen 90 von flüssiger Biomasse erfolgt so lange, bis im dritten Behälter 26 ein pH-Wert von etwa 7,2 gemessen wird. Dann wird das Überführen 90 gestoppt. Im Behälter 26, dem Nachfermenter wird aus der überführten Biomasse, insbesondere aus dort noch vorhandener, restlicher Essigsäure mittels einer Verstoffwechselung durch die Methanbakterien weiteres Methan gewonnen. Mit der Bildung von weiterem Methan steigt der pH-Wert im dritten Behälter 26 wieder an. Wird beim Messen 110 im dritten Behälter 26 erneut ein pH-Wert von etwa 7,5 gemessen, so erfolgt wiederum ein Überführen 90 von Biomasse aus dem zweiten Behälter 24 in den dritten Behälter 26, so lange bis der pH-Wert im dritten Behälter 26 wieder einen Wert von etwa 7,2 hat. Die Verfahrensschritte des Messens 110 des pH-Wertes, des Überführens 90 und des Steuerns 78 werden so lange wiederholt, bis der dritte Behälter 26 maximal gefüllt ist. Auf diese Weise erfolgt ein pH-Wert-gesteuertes Überführen 90 von flüssiger Biomasse aus dem Hauptfermenter 24 in den Nachfermenter 26, das annähernd kontinuierlich abläuft. Dabei wird im Behälter 26 mit einem dafür vorgesehenen Rührwerk 112. ständig gerührt. Es erfolgt ein kontinuierliches Ableiten 114 des gebildeten Methans aus dem Nachfermenter 26 über die Leitung 84 in den Gasspeicher 86.To adjust 108 the pH in the third container 26 , which should be in the range between 7.2 and 7.5, the following further steps are performed: measuring 110 the pH of the biomass in the third container 26 and convicting 90 of liquid biomass from the second container 24 in the third container 26 depending on the measured pH in the third container 26 , If a pH of about 7.5 is measured, the transfer takes place 90 of liquid biomass from the second container 24 in the third container 26 through the pipe 94 , driven by the pump 98 , The pump 98 is with the control device 76 coupled, in which the measured pH values are processed electronically, whereby a control 78 of convicting 90 accomplished. The transfer 90 from liquid biomass takes place until in the third container 26 a pH of about 7.2 is measured. Then the convict will be 90 stopped. In the container 26 , the secondary fermenter is obtained from the transferred biomass, especially from there still existing, residual acetic acid by means of a metabolism by the methane bacteria further methane. With the formation of more methane, the pH in the third tank increases 26 back to. Will when measuring 110 in the third container 26 again measured a pH of about 7.5, so again takes place a transfer 90 of biomass from the second container 24 in the third container 26 until the pH in the third container 26 again has a value of about 7.2. The process steps of measuring 110 the pH, the conversion 90 and controlling 78 are repeated until the third container 26 is filled to the maximum. In this way, a pH-controlled transfer takes place 90 of liquid biomass from the main fermenter 24 in the secondary fermenter 26 , which runs almost continuously. It is in the container 26 with a dedicated agitator 112 , constantly stirred. There is a continuous derivation 114 of the methane produced from the secondary fermenter 26 over the line 84 in the gas storage 86 ,

Bei Bedarf erfolgt das Überführen 90 von flüssiger Biomasse als Rezirkulat auch in die entgegengesetzte Richtung aus dem dritten Behälter 26 in den zweiten Behälter 24. Dazu ist am dritten Behälter 26 ein Auslass 116 in der oberen Hälfte des Behälters 26 vorgesehen, der mit einer Leitung 118 verbunden ist, die in einen Einlass 120 von oben in den Behälter 24 führt. Angetrieben wird das Überführen 90 in diesem Fall von einer Pumpe 122, die mit der Regel- bzw. Steuerungseinrichtung 76 gekoppelt und in der Leitung 118 angebracht ist. Derart angeordnet, pumpt die Pumpe 122 die Flüssigkeit des Überstands aus dem Behälter 26 durch die Leitung 118 in den Behälter 24. Dies wird erforderlich, wenn der pH-Wert im zweiten Behälter 24 nach dem Überführen 54 von versauerter Biomasse aus dem ersten Behälter 22 in den zweiten Behälter 24 zu langsam ansteigt.If necessary, the transfer takes place 90 of liquid biomass as recirculate also in the opposite direction from the third container 26 in the second container 24 , This is the third container 26 an outlet 116 in the upper half of the container 26 provided with a line 118 connected to an inlet 120 from the top into the container 24 leads. The transfer is driven 90 in this case from a pump 122 connected to the control device 76 coupled and in the line 118 is appropriate. Arranged, the pump pumps 122 the liquid of the supernatant from the container 26 through the pipe 118 in the container 24 , This becomes necessary when the pH in the second container 24 after the transfer 54 acidified biomass from the first container 22 in the second container 24 rises too slowly.

Nach Erreichen der maximalen Füllhöhe des dritten Behälters 26 und nach dem Messen 110 des pH-Wertes von etwa 7,5, wird das Rühren beendet und gewartet, bis sich schwere ungelöste Stoffe abgesetzt haben. Nach einer Zeitdauer von etwa 2 Tagen ist die weitere Bildung von Methan im Nachfermenter 26 abgeschlossen.After reaching the maximum filling level of the third container 26 and after measuring 110 pH of about 7.5, agitation is stopped and waited until heavy undissolved matter has settled. After a period of about 2 days, the further formation of methane is in the secondary fermenter 26 completed.

Nach dem erfolgten Ableiten 82 und 114 des gebildeten Methans in den Gasspeicher 86 wird das Methan vorteilhaft bei Bedarf zum Gewinnen 124 von Energie in einem Blockheizkraftwerk 126 verbrannt. Die gewonnene Energie wird im Generator 128 in elektrische Energie gewandelt.After the derivation 82 and 114 of the formed methane into the gas storage 86 For example, the methane will be beneficial when needed to win 124 of energy in a cogeneration plant 126 burned. The energy gained is in the generator 128 converted into electrical energy.

Im dritten Behälter 26 erfolgt nach der Methanbildung und dem Messen 110 des pH-Wertes von etwa 7,5 ein Ablassen 130 der flüssigen Phase als Überstand aus dem dritten Behälter 26. Dafür ist ein Auslass 132 in der oberen Hälfte des Behälters 26 angebracht. Die abgelassene flüssige Phase umfasst als End- bzw. Nebenprodukt weitgehend nur Wasser, das bevorzugt in einen Vorfluter eingeleitet wird. Alternativ dazu wird die derart gebildete und abgelassene flüssige Phase direkt in einen Kanal geleitet.In the third container 26 takes place after methane formation and measuring 110 draining the pH of about 7.5 130 the liquid phase as the supernatant from the third container 26 , There is an outlet for that 132 in the upper half of the container 26 appropriate. The drained liquid phase comprises as end or by-product largely only water, which is preferably introduced into a receiving water. Alternatively, the thus formed and discharged liquid phase is passed directly into a channel.

Insgesamt ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas geschaffen, das eine hohe Effizienz aufweist. Mit dem Verfahren wird ein hoher Methananteil im Biogas von etwa 90% erzielt und damit ein niedriger Kohlendioxidausstoß bei der Herstellung des Methans verursacht. Ferner werden nahezu keine Gärreste gebildet, wodurch nahezu kein Transport für Gärreste bzw. Reststoffe anfällt und gegebenenfalls nur ein sehr kleines Endlager erforderlich ist. Insgesamt sind für das Verfahren wesentlich kleinere Behälter notwendig, sodass damit eine Biogasanlage gebildet werden kann, die etwa 5- bis 12-mal kleiner ist als herkömmliche Anlagen und dadurch einen wesentlich niedrigeren Platzbedarf aufweist. Zudem sind die kleineren Behälter in einer großen Fertigungstiefe bereits als Module, bevorzugt maschinell, herstellbar. Die einzelnen Module müssen dann zum Bau einer Biogasanlage vorteilhaft vor Ort gemäß einem Baukastensystem nur noch miteinander verbunden werden. Die kleinere Behältergröße und damit das kleinere Volumen an Biomasse ermöglichen schnellere Reaktionszeiten während des Betriebes. Es kann beispielsweise sehr schnell von Grundlast auf Volllast gefahren werden. Insgesamt ist durch das pH-Wertgesteuerte Überführen 54 und 90 der Biomasse von einem Behälterraum in den nächsten Behälterraum ein automatischer Betrieb des Verfahrens geschaffen. Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr schnelle Bildung von Methan erreicht, da ein kompletter Durchgang des Verfahrens insgesamt bereits innerhalb 4 bis 14 Tagen, bevorzugt 7 bis 11 Tagen und besonders bevorzugt 8 bis 10 Tagen abgeschlossen ist.Overall, a method for producing biogas is created with the method according to the invention, which has a high efficiency. The process achieves a high proportion of methane in the biogas of about 90% and thus causes a low carbon dioxide emission in the production of the methane. Furthermore, almost no fermentation residues are formed, resulting in virtually no transport for fermentation residues or residues and possibly only a very small repository is required. Overall, much smaller containers are necessary for the process, so that thus a biogas plant can be formed, which is about 5 to 12 times smaller than conventional systems and thus has a much lower footprint. In addition, the smaller containers are already in a large vertical range of manufacture as modules, preferably by machine, produced. The individual modules must then be advantageously connected to the construction of a biogas plant on site according to a modular system only with each other. The smaller container size and thus the smaller volume of biomass enable faster reaction times during operation. For example, it can be driven very quickly from base load to full load. Overall, by the pH-controlled transfer 54 and 90 the biomass of a container space in the next container space created an automatic operation of the method. Furthermore, a very rapid formation of methane is achieved with the method according to the invention, since a complete round of the method is completed in total already within 4 to 14 days, preferably 7 to 11 days and particularly preferably 8 to 10 days.

Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz dem vorgenommenen formalen Rückbezug auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche, auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.Finally, it should be noted that all the features that are mentioned in the application documents and in particular in the dependent claims, in spite of the formal reference back to one or more specific claims, even individually or in any combination should receive independent protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Verfahrenmethod
1212: Bereitstellen von aufzubereitender BiomasseProvide biomass to be processed
1414: Zugabe eines AktivatorsAdd an activator
1616: Zugabe von lebender HefeAdding live yeast
1818: Zugabe von lebenden EssigsäurebakterienAddition of live acetic acid bacteria
2020: Biogasanlagebiogas plant
2222: erster Behälterraumfirst container space
2424: zweiter Behälterraumsecond container space
2626: dritter Behälterraumthird container space
2828: Mischeinrichtungmixing device
3030: Dosierschneckedosing screw
3232: Förder- und ZerkleinerungseinrichtungConveying and crushing device
3434: Zugabe von Biomasse in den ersten BehälterraumAddition of biomass in the first container space
3636: Schaffen von Bedingungen, die zu einer Bildung von Essigsäure führenCreate conditions that lead to the formation of acetic acid
3838: Einstellen des pH-WertesAdjusting the pH
4040: Schaffen von aeroben BedingungenCreate aerobic conditions
4242: Einstellen der TemperaturSetting the temperature
4444: Zugeben von mindestens einem EssigsäurebildungsaktivatorAdd at least one acetic acid-forming activator
4646: MalzsiloMalt silo
4848: Zerkleinerungseinrichtungcomminution device
5050: Rührwerkagitator
5252: Messen des pH-Wertes im ersten BehälterraumMeasuring the pH in the first container space
5454: Überführenconvict
5656: Auslassoutlet
5858: Leitungmanagement
6060: Einlassinlet
6262: Pumpepump
6464: Schaffen von Bedingungen, die zu einer Bildung von Methan führenCreate conditions that lead to the formation of methane
6666: Schaffen von anaeroben BedingungenCreate anaerobic conditions
6868: Zugabe von methanbildenden BakterienAddition of methanogenic bacteria
7070: Einstellen der TemperaturSetting the temperature
7272: Einstellen des pH-WertesAdjusting the pH
7474: Messen des pH-Wertes im zweiten BehälterraumMeasuring the pH in the second container space
7676: Steuerungseinrichtungcontrol device
7878: SteuernTaxes
8080: Rührwerk im zweiten BehälterAgitator in the second container
8282: Ableiten von MethanDeriving methane
8484: Leitungmanagement
8686: Gasspeichergas storage
8888: Ableiten von Kohlendioxid und WasserstoffDeriving carbon dioxide and hydrogen
9090: Überführenconvict
9292: Auslassoutlet
9494: Leitungmanagement
9696: Einlassinlet
9898: Pumpepump
100100: Schaffen von Bedingungen, die zu einer Bildung von Methan führenCreate conditions that lead to the formation of methane
102102: Schaffen von anaeroben BedingungenCreate anaerobic conditions
104104: Einstellen der TemperaturSetting the temperature
106106: Zugabe von methanbildenden BakterienAddition of methanogenic bacteria
108108: Einstellen des pH-WertesAdjusting the pH
110110: Messen des pH-Wertes im dritten BehälterraumMeasuring the pH in the third tank room
112112: Rührwerk im dritten BehälterAgitator in the third container
114114: Ableiten von MethanDeriving methane
116116: Auslassoutlet
118118: Leitungmanagement
120120: Einlassinlet
122122: Pumpepump
124124: Gewinnen von EnergieGaining energy
126126: BlockheizkraftwerkCHP
128128: Generatorgenerator
130130: Ablassendrain
132132: Auslassoutlet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008007423 A1 [0004, 0005]
DE 102011111271 [0043, 0059]
DE 102011111273 [0059]

Claims

Procedure ( 10 ) for producing biogas from biomass, in which a biogas plant ( 20 ) with two spatially separated container spaces ( 22 . 24 ), comprising the steps of: - adding ( 34 ) of biomass in a first container space ( 22 ), - create ( 36 ) conditions in the first container space ( 22 ), which lead there to formation of acetic acid from the added biomass, - transfer ( 54 ) of the biomass and thus the acetic acid formed in a second container space ( 24 ) and - create ( 64 ) conditions in the second container space ( 24 ), which lead there to a formation of methane, as conditions in the first container space ( 22 ), which lead there to the formation of acetic acid from the added biomass, a pH of 2.5 to 4.0, preferably from 2.8 to 3.8, particularly preferably from 3.0 to 3.5 is set ,

Method according to claim 1, characterized in that as conditions in the first container space ( 22 ), which lead to the formation of acetic acid from the added biomass, aerobic conditions are created.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that as conditions in the first container space ( 22 ), which lead there to the formation of acetic acid from the added biomass, a temperature of 40 ° C to 60 ° C, preferably from 45 ° C to 55 ° C and more preferably from 49 ° C to 51 ° C is set.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for creating conditions in the first container space ( 22 ), which there lead to the formation of acetic acid from the added biomass, at least one acetic acid formation activator is added.

A method according to claim 4, characterized in that as the at least one acetic acid formation activator a germinated seed material is added.

A method according to claim 4 or 5, characterized in that as the at least one acetic acid formation activator an enzyme is added.

Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that as the at least one acetic acid formation activator a living yeast is added.

Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that as the at least one acetic acid formation activator living acetic acid bacteria are added.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that for creating ( 64 ) conditions in the second container space ( 24 ), which there lead to the formation of methane, methanogenic bacteria are added and a temperature of 32 ° C to 46 ° C, preferably from 34 ° C to 42 ° C, particularly preferably from 37 to 39 ° C is set.

Method according to one of claims 1 to 9, in which the following further steps are carried out: - measuring ( 74 ) the pH of the biomass in the second container space ( 24 ) and - transfer ( 54 ) of biomass and thus of formed acetic acid from the first container space ( 22 ) into the second container space ( 24 ) as a function of the measured pH in the second container space ( 24 ), whereby the transfer ( 54 ) of biomass from the first container space ( 22 ) into the second container space ( 24 ) as a function of the measured pH in the second container space ( 24 ) is carried out at a measured pH of from 7.0 to 7.4, preferably from 7.1 to 7.3, and more preferably from 7.2.

Method according to one of claims 1 to 10, in which at the biogas plant ( 20 ) a third, from the first and second container space ( 22 . 24 ) spatially separate container space ( 26 ) and the following steps are performed: - transfer ( 90 ) of biomass from the second container space ( 24 ) in the third container space ( 26 ), - create ( 100 ) conditions in the third container space ( 26 ), which lead to a further formation of methane there, - measuring ( 110 ) the pH of the biomass in the third container space ( 26 ), - transfer ( 90 ) of further biomass from the second container space ( 24 ) in the third container space ( 26 ) as a function of the measured pH in the third container space ( 26 ), whereby the transfer ( 90 ) of biomass from the second container space ( 24 ) in the third container space ( 26 ) as a function of the measured pH at a measured pH in the third container space ( 26 ) is carried out from 7.3 to 7.7, preferably from 7.4 to 7.6 and more preferably from 7.5.

Method according to claim 11, characterized in that for creating ( 100 ) conditions in the third container space ( 26 ), which lead there to a further formation of methane, a temperature of 27 ° C to 38 ° C, preferably from 29 ° C to 35 ° C and more preferably from 31 to 33 ° C is set.

Method according to one of claims 1 to 12, with the following further steps before adding ( 34 ) of the biomass into the first container space: providing ( 12 ) of biomass to be processed and addition ( 14 ) at least one activator to the biomass provided, which leads to the biochemical treatment of the biomass, wherein as activator at least one acetic acid formation activator is added.