DE102012221286A1 - Microbiological biomethane production with hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks - Google Patents
Microbiological biomethane production with hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks Download PDFInfo
- Publication number
- DE102012221286A1 DE102012221286A1 DE102012221286.8A DE102012221286A DE102012221286A1 DE 102012221286 A1 DE102012221286 A1 DE 102012221286A1 DE 102012221286 A DE102012221286 A DE 102012221286A DE 102012221286 A1 DE102012221286 A1 DE 102012221286A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- hydrogen
- feedstocks
- thermal gasification
- gasification
- microbiological
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P3/00—Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
- C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
- C12P5/023—Methane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Virology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein energieeffizientes, umweltfreundliches und kostengünstiges, vorzugsweise kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Biomethan aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch die Kombination der thermischen Vergasung mit mikrobiologischer Methan-Erzeugung.The present invention relates to an energy-efficient, environmentally friendly and inexpensive, preferably continuous process for the production of biomethane from carbon-containing feedstocks by combining thermal gasification with microbiological methane production.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein energieeffizientes, umweltfreundliches und kostengünstiges, vorzugsweise kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Biomethan aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen. Das bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem ersten Schritt die Erzeugung von Wasserstoff durch thermische Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen und in einem zweiten Schritt die mikrobiologische Umsetzung von Wasserstoff mit Kohlendioxid in Gegenwart eines Nährmediums zu Methan (Biomethan). Als Nährmedium für die zur mikrobiologischen Methanisierung eingesetzten methanbildenden Mikroorganismen wird dabei vorzugsweise die Asche aus der thermischen Vergasung von biogenen Einsatzstoffen oder der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen, sowie die flüchtigen Komponenten (z. B. gasförmige stickstoff- und/oder schwefelhaltige Verbindungen) aus dem dabei erhaltenen Gasgemisch (Vergasungs- bzw. Verbrennungs-Gasgemisch) verwendet. Gegebenenfalls wird das bei der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entstehende Kohlenmonoxid mikrobiologisch, in Gegenwart von Wasser, zu Wasserstoff umgesetzt, welcher zusätzlich in dem Schritt der mikrobiologischen Methanisierung verwendet wird. Weiterhin wird gegebenenfalls das bei der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entstehende Kohlenmonoxid zu Methan umgesetzt. Das bei der mikrobiologischen Methanisierung eingesetzte Kohlendioxid kann aus jeder bekannten Kohlendioxidquelle stammen, stammt bevorzugt aber aus der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen.The present invention relates to an energy-efficient, environmentally friendly and cost-effective, preferably continuous process for the production of biomethane from carbonaceous feedstocks. The preferred method according to the invention comprises in a first step the production of hydrogen by thermal gasification of carbonaceous feedstocks and in a second step the microbiological conversion of hydrogen with carbon dioxide in the presence of a nutrient medium to methane (biomethane). As a nutrient medium for the methane-forming microorganisms used for microbiological methanation, the ash from the thermal gasification of biogenic starting materials or the combustion of biogenic starting materials, as well as the volatile components (eg gaseous compounds containing nitrogen and / or sulfur), are preferably removed from the process obtained gas mixture (gasification or combustion gas mixture) used. Optionally, the resulting in the thermal gasification of carbonaceous feeds carbon monoxide is microbiologically, in the presence of water, converted to hydrogen, which is additionally used in the step of microbiological methanation. Furthermore, if appropriate, the carbon monoxide which is formed during the thermal gasification of carbonaceous starting materials is converted to methane. The carbon dioxide used in the microbiological methanation can come from any known carbon dioxide source, but preferably comes from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks.
Die Methanisierung von Kohlendioxid mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff wird als eine der Schlüsseltechnologien im Zuge der Energiewende bezeichnet. Kohlendioxidquellen sind dabei jegliche Verbrennungsvorgänge, des Weiteren industrielle und landwirtschaftliche Prozesse mit Kohlendioxidemissionen. Als Wasserstoffquelle dient primär Wasserstoff, welcher durch die Elektrolyse von Wasser mit regenerativ erzeugtem Strom erzeugt wird. Dabei wird Strom verwendet, welcher zu bestimmten Zeiten im Überschuss vorhanden ist. Überschüssig vorhandener Strom tritt auf, wenn wetterbedingt Windkraft- und/oder Photovoltaikanlagen hohe Stromerträge liefern, welche zu den Zeitpunkten der Stromgestehung nicht in gleichem Maße verbraucht werden. Mögliche Speichertechnologien für Strom sind unter anderem Batteriespeicher, Druckluftspeicher, Pumpspeicherkraftwerke, Schwungräder oder SuperCAPs. All diese Technologien sind nicht dafür geeignet große Strommengen saisonübergreifend zu speichern. Eine gute Möglichkeit zur saisonübergreifenden Stromspeicherung ist die Umsetzung von elektrischem Strom in chemische Energieträger. Im Stand der Technik wird dabei die Elektrolyse von Wasser mit konsekutiver Nutzung des Wasserstoffs in einer anschließenden Methanisierung diskutiert. Wasserstoff und/oder Methan dienen zur Einspeisung ins Erdgasnetz, als Kraftstoff oder können bei Strombedarf dezentral direkt wieder in Strom umgesetzt werden (
Zur Erzeugung des universell verwendbaren Energiespeichers Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid (Methanisierung) eignen sich grundsätzlich zwei verschiedene Prozesstechnologien. Zum einen kann die Methanisierung chemisch durch die Sabatier-Reaktion, zum anderen mikrobiologisch mittels hydrogenotropher, methanbildender Mikroorganismen (nachfolgend auch als „hydrogenotrophe methanogene Mikroorganismen” bzw. „hydrogenotrophe Methanogene” bezeichnet) erfolgen.To produce the universally usable energy storage methane from hydrogen and carbon dioxide (methanation) are basically two different process technologies. On the one hand, the methanation can be carried out chemically by the Sabatier reaction, on the other microbiologically by means of hydrogenotrophic, methane-forming microorganisms (also referred to below as "hydrogenotrophic methanogenic microorganisms" or "hydrogenotrophic methanogens").
Hydrogenotrophe methanbildende Mikroorganismen sind hydrogenotrophe methanogene Archaeen und Bakterien, bevorzugt werden hydrogenotrophe methanogene Archaeen verwendet, bevorzugt hydrogenotrophe methanogene Archaeen aus den Klassen der Methanomicrobia (z. B. Methanosarcinia barkeri), Methanobacteria (z. B. Methanobacterium thermoautotrophicus, Methanothermobacter thermoautotrophicus) oder Methanococci (z. B. Methanocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus fervens, Methanotorris igneus).Hydrogenotrophic methane-forming microorganisms are hydrogenotrophic methanogenic archaea and bacteria, preferably hydrogenotrophic methanogenic archaea are used, preferably hydrogenotrophic methanogenic archaea from the classes of Methanomicrobia (eg Methanosarcinia barkeri), Methanobacteria (eg Methanobacterium thermoautotrophicus, Methanothermobacter thermoautotrophicus) or Methanococci ( eg Methanocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus fervens, Methanotorris igneus).
Tabelle 1 zeigt die Unterschiede dieser beiden Prozesse. Die mikrobiologische Methanisierung ist der chemischen Methanisierung in vielen Belangen deutlich überlegen. Biologische Prozesse laufen in der Regel 100.000–1.000.000 mal schneller ab als rein chemische Prozesse
Bei der Erzeugung des speicherbaren Energieträgers Methan durch chemische und/oder mikrobiologische Methanisierung werden erhebliche Mengen an Wasserstoff benötigt (vgl. Glg. 1)
Wie in Glg. 1 zu erkennen ist, werden für die Erzeugung pro Volumeneinheit Methan vier Volumeneinheiten Wasserstoff benötigt. Die Bereitstellung von Wasserstoff erfolgt im Stand der Technik durch Elektrolyse von Wasser. Für die Elektrolyse werden enorme Mengen an regenerativ erzeugtem Strom, welcher im Überschuss vorhanden ist, benötigt. Regenerativ erzeugter Strom, welcher zum Zeitpunkt der Erzeugung durch Windkraft- und/oder Photovoltaikanlagen nicht verbraucht wird, also im Überschuss vorhanden ist, steht nur zu wenigen Zeitpunkten zur Verfügung. Die zur Wasserstofferzeugung eingesetzten Elektrolyseure müssen demzufolge in ständig wechselnden Zyklen betrieben werden. Elektrolyseure müssen zu Zeiten überschüssigen Stroms schnell auf Volllast hochgefahren, zu Zeiten, zu denen der regenerativ erzeugte Strom direkt genutzt werden kann, auch wieder heruntergefahren werden können. Diese wechselnden Betriebszustände stellen eine große Herausforderung dar und können technologisch nur von sogenannten Polyelektrolytmembran-Elektrolyseuren gelöst werden. Eine weitere Herausforderung ergibt sich zudem dadurch, dass bei den wechselnden Laufzeiten der Elektrolyseure Wasserstoff zu unregelmäßigen Zeiten und in unregelmäßigen Mengen bereitsteht. In der Folge müssen alle Folgeprozesse an die wechselnde Rohstoffversorgung (Wasserstoffbereitstellung) angepasst werden.As in Glg. 1, four volumes of hydrogen are required to produce per unit volume of methane. The provision of hydrogen is done in the prior art by electrolysis of water. For the electrolysis enormous amounts of regeneratively generated electricity, which is present in excess, needed. Regeneratively generated electricity, which is not consumed at the time of production by wind turbines and / or photovoltaic systems, ie is present in excess, is available only at a few points in time. The electrolyzers used for the production of hydrogen must therefore be operated in constantly changing cycles. At times of excess electricity, electrolysers have to ramp up quickly to full load and can be shut down again at times when the regeneratively generated electricity can be used directly. These changing operating conditions pose a great challenge and can be solved technologically only by so-called polyelectrolyte membrane electrolyzers. A further challenge arises from the fact that hydrogen is available at irregular times and in irregular amounts as the electrolysers change their running times. As a consequence, all subsequent processes have to be adapted to the changing supply of raw materials (provision of hydrogen).
Kernproblem der mikrobiologischen Methanisierung ist die Versorgung der Mikroorganismen mit Nährstoffen wie Spurenelementen, Stickstoff-, Phosphor- oder auch Schwefelverbindungen oder organischen Komponenten, wie Vitaminen und Provitaminen. Neben den beiden Edukt-Gasen (Wasserstoff und Kohlendioxid) werden auch diese Nährstoffe zur Erzeugung von Methan benötigt. Die Bereitstellung der benötigten Nährstoffe erfolgt im Stand der Technik durch entsprechend eigens hergestellte Nährmedien, auch als Minimal-Medien bezeichnet. Nährmedien liegen in der Regel als wässrige Lösungen oder Suspensionen vor. Die Mikroorganismen entziehen den Medien die Spurenelemente und organische Komponenten, um sich teilen und Methan produzieren zu können. In regelmäßigen Abständen muss daher das Nährmedium erneuert werden, was mit Kosten verbunden ist.The core problem of microbiological methanation is the supply of microorganisms with nutrients such as trace elements, nitrogen, phosphorus or sulfur compounds or organic components such as vitamins and provitamins. In addition to the two educt gases (hydrogen and carbon dioxide), these nutrients are also needed to produce methane. The provision of the required nutrients takes place in the prior art by appropriately prepared culture media, also referred to as minimal media. Nutrient media are usually present as aqueous solutions or suspensions. The micro-organisms deprive the media of trace elements and organic components in order to divide and produce methane. At regular intervals, therefore, the nutrient medium must be renewed, which is associated with costs.
Ein weiteres Problem in Bezug auf Nährmedien liegt in der Art der Zubereitung. Klassische Minimal-Medien enthalten mehrere Spurenelemente, Vitamine und Provitamine und Wasser, im Labor meist entionisiertes, keimfrei gefiltertes Wasser. Diesem Medium muss anschließend Sauerstoff entzogen werden, um die für die anaerob kultivierten Mikroorganismen benötigten Bedingungen (d. h. Redox-Potential) zu erhalten. Im Labor, und für technische Anwendungen (
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Biomethan bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile der Verfahren des Standes der Technik überwunden werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zu Grunde, ein kontinuierliches, energieeffizienteres, umweltfreundlicheres und kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung von Biomethan bereitzustellen. Es soll ferner auf den Zusatz von Chemikalien als Nährmedium für die bei der mikrobiologischen Methanisierung verwendeten hydrogenotrophen methanbildenden Mikroorganismen verzichtet werden können. Des Weiteren soll das Verfahren die Verwendung von CO2 aus allen denkbaren Quellen ermöglichen und möglichst energieeffizient durchgeführt werden, d. h. vor allem für die Bereitstellung von Wasserstoff soll möglichst wenig Energie aufgewendet werden. The object of the invention is to provide an improved process for the production of biomethane, in which the disadvantages of the prior art processes described above can be overcome. More particularly, the object of the present invention is to provide a continuous, more energy efficient, environmentally friendly, and less expensive process for producing biomethane. It should also be possible to dispense with the addition of chemicals as a nutrient medium for the hydrogenotrophic methanogenic microorganisms used in microbiological methanation. Furthermore, the method should enable the use of CO 2 from all conceivable sources and be carried out as energy-efficiently as possible, ie as little energy as possible should be used, especially for the provision of hydrogen.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gelöst, das folgende Schritte umfasst:
Schritt 1: Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Edukt-Gasgemisches umfassend H2, CO und CO2 durch thermische Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen,
Schritt 2: Umsetzung des in dem Edukt-Gasgemisch enthaltenen Wasserstoffes mit Kohlendioxid in einem Fermenter in Gegenwart von hydrogenotrophen Methanogenen und Nährmedium.These objects are achieved by a method comprising the following steps:
Step 1: Generation of a hydrogenous educt gas mixture comprising H 2 , CO and CO 2 by thermal gasification of carbonaceous feedstocks,
Step 2: Reaction of the hydrogen contained in the educt gas mixture with carbon dioxide in a fermenter in the presence of hydrogenotrophic methanogens and nutrient medium.
Ein völlig neuer Ansatz zur Erzeugung von Biomethan ist die erfindungsgemäße Kopplung der mikrobiologischen Methanisierung mit einer thermischen (thermo-chemischen) Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen.A completely new approach to the production of biomethane is the coupling according to the invention of the microbiological methanization with a thermal (thermo-chemical) gasification of carbonaceous feedstocks.
Bei der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen werden durch die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen Heizgase, hauptsächlich H2O, CO, CO2, H2 und CH4, erzeugt. Wird die Prozesswärme lediglich durch die Verbrennung eines Teils der Einsatzstoffe bereitgestellt, werden überwiegend Schwachgase mit einem Heizwert unter 6000 kJ/kg erhalten, die jedoch für eine Nutzung z. B. in Gasturbinen oder Brennstoffzellen nicht geeignet sind. Gase mit einem Heizwert von über 8000 kJ/m3 können durch eine sogenannte allotherme Vergasung erzeugt werden, bei der dem zu vergasenden Brennstoff ausreichend externe Wärme auf einem hohen Temperaturniveau von 500 bis 900 Grad Celsius zugeführt wird.In the thermal gasification of carbonaceous feedstocks, hot gases, mainly H 2 O, CO, CO 2 , H 2 and CH 4 , are produced by the pyrolysis of carbonaceous feedstocks. If the process heat only provided by the combustion of a portion of the feedstock, lean gases are obtained with a calorific value below 6000 kJ / kg, but for use z. B. in gas turbines or fuel cells are not suitable. Gases with a calorific value of more than 8000 kJ / m 3 can be generated by a so-called allothermal gasification, in which the fuel to be gasified sufficient external heat is supplied at a high temperature level of 500 to 900 degrees Celsius.
Ein solches Temperaturniveau kann beispielsweise bei der Wasserdampf-Vergasung erreicht werden. Dabei werden Einsatzstoffe in einer Wirbelschichtvergasungskammer vergast, wobei die Vergasungswirbelschicht mit den Einsatzstoffen mit überhitztem Wasserdampf fluidisiert wird.Such a temperature level can be achieved for example in the water vapor gasification. Here, feedstocks are gasified in a fluidized bed gasification chamber, wherein the gasification fluidized bed is fluidized with the feedstocks with superheated steam.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt die allotherme Wasserdampfvergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen mittels des Heatpipe-Reforming verwendet. Dabei werden die zu vergasenden Einsatzstoffe über eine druckfeste Schleuse in eine druckaufgeladene Wirbelschichtvergasungskammer eingebracht. Die in der Wirbelschichtvergasungskammer gebildeten Brenngase werden über einen Verbindungskanal in eine Filterkammer übergeleitet wo sie durch eine Filterschicht geleitet werden. Durch eine externe Wärmequelle wird die für die allotherme Vergasung notwendige Wärme bereitgestellt. Mittels einer Wärmeleitrohranordnung (Heatpipes) wird die Wärme aus der externen Wärmequelle in das Vergasungsbett der Wirbelschichtvergasungskammer geleitet, um die für die Vergasung erforderliche Temperatur bereitzustellen. Je nach Einstellung der Druckverhältnisse können dabei entweder mehr Brenngas oder mehr Rauchgas (Wärme) erzeugt werden (vgl.
Als kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe für die thermische Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen werden erfindungsgemäß biogene Einsatzstoffe (Biomasse), insbesondere Ernteabfälle, Energiepflanzen (Miskantus), Holz, Gärreste aus Biogasanlagen und sonstige Bioabfälle, z. B. aus der Hausmüllfraktion, aber auch anderweitige kohlenstoffhaltige Roh- und Reststoffe, Reste aus Papier- und Zellstoffherstellung, oder Klärschlamm eingesetzt.As carbonaceous feedstocks for the thermal gasification of carbonaceous feeds according to the invention biogenic feedstocks (biomass), especially crop wastes, energy plants (Miskantus), wood, fermentation residues from biogas plants and other biowaste, z. B. from the domestic refuse fraction, but also other carbonaceous raw materials and residues, residues from paper and pulp production, or sewage sludge used.
Weitere kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe sind Kohle, Teer, Teersand, fossile Abfallstoffe wie Polymerabfälle, Reste aus der petrochemischen Industrie, Elektronikschrott und Schredderleichtfraktion, Torfe oder weitere Abfälle.Other carbonaceous feedstocks are coal, tar, tar sand, fossil waste such as polymer waste, petrochemical waste, electronic scrap and shredder light fraction, peat or other waste.
Bei der erfindungsgemäßen Kopplung der mikrobiologischen Methanisierung mit einer thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen werden Edukt-Gase (Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid) kostengünstig zur Verfügung gestellt. Insbesondere die Wasserdampfvergasung – beispielsweise mit dem Güssing-Vergaser (
Durch die Kombination der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen mit der Methanisierung entsteht eine neuartige Technologie zur kontinuierlichen Bereitstellung speicherbarer, regenerativ erzeugter Energieträger (Methan). Bei der Methanisierung handelt es sich erfindungsgemäß bevorzugt um die vorstehend angegebene mikrobiologische Methanisierung. Denkbar ist aber auch die Kombination mit einem herkömmlichen chemisch-katalytischen Methanisierungsverfahren, wie dem vorstehend beschriebenen Sabatier-Prozess.By combining the thermal gasification of carbonaceous feedstocks with the methanation, a novel technology for the continuous provision of storable, regeneratively produced energy sources (methane) is created. The methanation according to the invention is preferably the microbiological methanation indicated above. However, it is also conceivable to combine them with a conventional chemical-catalytic methanation process, such as the Sabatier process described above.
Der Neuheitscharakter der Erfindung zeigt sich in mehreren Bereichen. Anders als in bisherigen Methanisierungs-Ansätzen wird hier Wasserstoff aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen, bevorzugt aus biogenen Einsatzstoffen, ohne nennenswerten elektrischen Energiebedarf, verwendet. Durch die von Prof. Karl und agnion (
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das in Schritt 2 umgesetzte Kohlendioxid aus der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen erhalten.In a preferred embodiment, in the process according to the invention, the carbon dioxide reacted in
In einer weiteren Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das in Schritt 2 umgesetzte Kohlendioxid aus der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen oder industriellen oder landwirtschaftlichen Prozessen mit Kohlendioxidemissionen erhalten.In a further embodiment, in the process of the invention, the carbon dioxide reacted in
Bisherige biologische Lösungen benötigen Nährmedien, um das Wachstum der hydrogenotrophen Methanogenen zu ermöglichen. Die hier vorgestellte Lösung benötigt lediglich Wasser; die Vergaser- bzw. Verbrennungsasche wird als Nährsubstrat für die eingesetzten Mikroorganismen verwendet. Bei der thermischen Vergasung und der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entstehen Verbrennungs- und Vergasungsaschen. In bevorzugten Ausführungsformen werden Biomassen verbrannt oder vergast. In diesen Aschen befinden sich Mineralsalze und ggf. organische Verbindungen bei nicht vollständiger Vergasung bzw. Verbrennung. Die Spurenelement-Zusammensetzung aus Aschen in Kombination mit flüchtigen Komponenten, z. B. gasförmige stickstoff- und/oder schwefelhaltige Verbindungen, welche im Vergasungs-Gasgemisch enthalten sind reichen aus, hydrogenotrophen methanogenen Mikroorganismen das Wachstum in aschebasierten Nährmedien zu ermöglichen. Die in der Asche enthaltenen Mineralien, sowie die gasförmigen Komponenten die im Rauchgas enthalten sind, reichen zur Kultivierung von hydrogenotrophen Methanogenen aus. Durch den Einsatz von Verbrennungs- bzw. Vergasungsaschen als Nährmedien lässt sich der Einsatz von Chemikalien auf ein Minimum reduzieren oder im Idealfall komplett vermeiden. Zusätzlich müssen keine oder nur geringe Mengen an Reduktionsmittel (z. B. Natriumsulfid) eingesetzt werden, da die Aschen bereits anaerob vorliegen und stark sauerstoffzehrend sind. Des Weiteren wird Wasserdampf aus der Verbrennung bzw. thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen, in bevorzugten Ausführungsformen von Biomasse, kondensiert und unter Wahrung der anaeroben Prozessatmosphäre zur Aufbereitung der Nährmedien für die mikrobiologische Methanisierung verwendet.Previous biological solutions require nutrient media to allow the growth of hydrogenotrophic methanogens. The solution presented here requires only water; the gasifier or combustion ash is used as a nutrient substrate for the microorganisms used. In the case of thermal gasification and the combustion of carbonaceous starting materials, combustion and gasification pockets are formed. In preferred embodiments, biomasses are burned or gasified. In these ashes are mineral salts and possibly organic compounds in incomplete gasification or combustion. The trace element composition of ashes in combination with volatile components, e.g. B. gaseous nitrogen and / or sulfur-containing compounds which are contained in the gasification gas mixture are sufficient to allow hydrogenotrophic methanogenic microorganisms growth in ash-based culture media. The minerals contained in the ash, as well as the gaseous components contained in the flue gas, are sufficient for the cultivation of hydrogenotrophic methanogens. By using combustion or gasification as nutrient media, the use of chemicals can be reduced to a minimum or, ideally, completely avoided. In addition, no or only small amounts of reducing agent (eg sodium sulfide) must be used, since the ashes are already anaerobic and strongly oxygen-consuming. Furthermore, water vapor from the combustion or thermal gasification of carbonaceous starting materials, in preferred embodiments of biomass condensed and used while preserving the anaerobic process atmosphere for the treatment of nutrient media for microbiological methanation.
Als Nährmedium werden vorzugsweise Asche, Asche-Mischungen und Asche-Koks-Mischungen als solche oder im Gemisch mit Wasser verwendet. Die Asche und ggf. der Koks stammen vorzugsweise aus der thermischen Vergasung oder Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen.As a nutrient medium preferably ash, ash mixtures and ash-coke mixtures are used as such or in admixture with water. The ash and possibly the coke preferably originate from the thermal gasification or combustion of biogenic feedstocks.
Im Stand der Technik sind verschiedene Vergasungstechnologien beschrieben. Die dabei in den meisten Fällen entstehenden Gasgemische (Vergasungs-Gasgemische) haben hohe Anteile an Rauchgasen und vergleichsweise geringe Wasserstoffgehalte. Erfindungsgemäß werden daher in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe in einem sog. Heatpipe-Reformer vergast (
Der durch thermische Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen erzeugte Wasserstoff kann zum einen zur chemisch-katalytischen Methanisierung zum anderen zur mikrobiologischen Methanisierung eingesetzt werden.The hydrogen produced by thermal gasification of carbonaceous feedstocks can be used on the one hand for the chemical-catalytic methanation on the other for microbiological methanation.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahrens zwischen dem Schritt 1 und dem Schritt 2 zusätzlich die Erzeugung von Wasserstoff durch mikrobiologische Umsetzung von in dem Edukt-Gasgemisch enthaltenem Kohlenmonoxid mit Wasser (Schritt 1a) gemäß Glg. 3.In a preferred embodiment, the method according to the invention between
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich zu oder anstelle von Schritt 1a die Erzeugung von Methan durch mikrobiologische Umsetzung von in dem Edukt-Gasgemisch enthaltenem Kohlenmonoxid mit Wasserstoff zu Methan (Schritt 2a) gemäß Glg. 2.In a further preferred embodiment, the inventive method comprises, in addition to or instead of step 1a, the production of methane by microbiological conversion of carbon monoxide contained in the educt gas mixture with hydrogen to methane (step 2a) according to equation. Second
Zur Bereitstellung ausreichender Wasserstoffmengen wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu dem Wasserstoff aus der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen, im bevorzugten Fall von Biomasse, Wasserstoff aus anderen Herstellungsverfahren (Elektrolyse, Photokatalyse, solarthermische Spaltung, Reformierung von Kohlenwasserstoffen (z. B. fossile Rohstoffe und/oder biogene Rohstoffe)), also aus regenerativer oder nicht-regenerativer Herstellung, umgesetzt.In order to provide sufficient amounts of hydrogen, in a preferred embodiment of the method according to the invention, in addition to the hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks, in the preferred case of biomass, hydrogen from other production processes (electrolysis, photocatalysis, solar thermal cleavage, reforming of hydrocarbons (eg. fossil raw materials and / or biogenic raw materials)), ie from renewable or non-renewable production.
Die wesentlichen Vorteile dieser Erfindung sind, dass kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe kontinuierlich vergast oder reformiert werden können. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt. Damit gelingt eine konstante Bereitstellung von wasserstoffreichen Gasgemischen. Bei der elektrolytischen Wasserstofferzeugung mit überschüssigem Strom aus der fluktuierenden Stromerzeugung durch Windkraft- und Photovoltaikanlagen kann Wasserstoff nicht durchgehend zur Verfügung gestellt werden. Weitere fluktuierende Herstellungsverfahren für Wasserstoff sind die solarthermische oder die photokatalytische Spaltung von Wasser.The main advantages of this invention are that carbonaceous feedstocks can be continuously gasified or reformed. The process according to the invention is preferably carried out continuously. This achieves a constant supply of hydrogen-rich gas mixtures. In the electrolytic hydrogen production with excess electricity from the fluctuating power generation by wind turbines and photovoltaic systems, hydrogen can not be made available continuously. Other fluctuating hydrogen production processes include solar thermal or photocatalytic cleavage of water.
Durch Kombination von Wasserstoff aus fluktuierenden Produktionsprozessen (z. B. die oben dargestellte Elektrolyse mit regenerativ erzeugtem Überschussstrom) mit Wasserstoff aus kontinuierlichen Herstellungsverfahren ist eine kontinuierliche Prozessführung der folgenden Methanisierung realisierbar. Dies ist ein entscheidender technologischer Vorteil, da damit die Probleme beim stoßweisen Betrieb der chemisch-katalytischen Methanisierung ebenso wie mögliche Probleme bei der stoßweise betriebenen mikrobiologischen Methanisierung vermieden werden können. Der Gesamtprozess (Wasserstoff-Bereitstellung und anschließende chemisch-katalytische oder mikrobiologische Methanisierung) kann somit kontinuierlich betrieben werden.By combining hydrogen from fluctuating production processes (eg the above-described electrolysis with regeneratively generated excess flow) with hydrogen from continuous production processes, a continuous process management of the following methanation can be realized. This is a key technological advantage because it avoids the problems of intermittent chemical-catalytic methanation, as well as potential problems with intermittent microbiological methanation. The entire process (hydrogen supply and subsequent chemical-catalytic or microbiological methanation) can thus be operated continuously.
Kontinuierliche Herstellungsverfahren für Wasserstoff bzw. wasserstoffreiche Gasgemische sind im Stand der Technik beschrieben. Beispiele dafür sind die thermische Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen (z. B. Biomasse oder weitere kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe wie Kohle, Teere, etc.), die Dampfreformierung von kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzstoffen (z. B. von Erdgas, Naphtha), die Reformierung anderweitiger biogener Rohstoffe (z. B. Glycerin) oder petrochemischer Produkte (z. B. Benzin), die Kombination von partiellen Oxidationsprozessen mit Reformierungsreaktionen oder die Chlor-Alkali-Elektrolyse. Durch die Kombination von kontinuierlichen Herstellungsverfahren für Wasserstoff, in einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Vergasung, mit fluktuierenden Herstellungsverfahren kann der Wasserstoffbedarf aus fluktuierenden Herstellungsverfahren wie der Elektrolyse signifikant reduziert werden um so einen kosteneffizienteren kontinuierlich durchführbaren Gesamtprozess zu realisieren.Continuous production processes for hydrogen or hydrogen-rich gas mixtures are described in the prior art. Examples include the thermal gasification of carbonaceous feedstocks (eg biomass or other carbonaceous feedstocks such as coal, tars, etc.), the steam reforming of hydrocarbon-containing feedstocks (eg natural gas, naphtha), the reforming of other biogenic raw materials ( eg glycerine) or petrochemical products (eg gasoline), the combination of partial oxidation processes with reforming reactions or the chlor-alkali electrolysis. By combining continuous production processes for hydrogen, in a preferred Embodiment of the thermal gasification, with fluctuating manufacturing processes, the hydrogen demand from fluctuating manufacturing processes such as electrolysis can be significantly reduced in order to realize a more cost-effective, continuously realizable overall process.
Die Abwärme aus dem integrierten Vergasungs- oder Verbrennungsprozess kann zur Heizung des Methanisierungsreaktors bzw. des Methanisierungsfermenters genutzt werden.The waste heat from the integrated gasification or combustion process can be used to heat the methanation reactor or the methanization fermenter.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abwärme aus der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen für die Fermenterheizung benutzt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the waste heat from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks is used for the fermenter heating.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt, dadurch dass kontinuierlich Wasserstoff bereitgestellt wird, indem zusätzlich zu dem Wasserstoff aus der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen, umfassend biogene Einsatzstoffe, Wasserstoff aus der regenerativen oder nicht-regenerativen Herstellung, vorzugsweise aus der Elektrolyse, umgesetzt wird. In dieser Ausführungsform werden zur Nährstoffversorgung der hydrogenotrophen Methanogenen Aschen, Asche-Mischungen und Asche-Koks-Mischungen als solche oder im Gemisch mit Wasser verwendet, wobei die Asche und ggf. der Koks aus der thermischen Vergasung oder der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen stammt, und zusätzlich werden flüchtige Komponenten, umfassend gasförmige stickstoff- und/oder schwefelhaltige Verbindungen, aus der thermischen Vergasung oder der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen zur Bereitstellung der erforderlichen Nährstoffe für die mikrobiologische Methanisierung eingesetzt. Zudem wird die Abwärme aus der thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen benutzt, um den Reaktor auf Reaktionstemperatur zu halten.In a particularly preferred embodiment, the process according to the invention is carried out continuously in that hydrogen is continuously provided in addition to the hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks comprising biogenic feedstocks, hydrogen from the regenerative or non-regenerative production, preferably from the electrolysis , is implemented. In this embodiment, the nutrient supply of the hydrogenotrophic methanogenic ashes, ash mixtures and ash-coke mixtures are used as such or in admixture with water, the ash and possibly the coke from the thermal gasification or the combustion of biogenic feeds comes, and In addition, volatile components, including gaseous compounds containing nitrogen and / or sulfur, from the thermal gasification or combustion of biogenic feedstocks to provide the necessary nutrients for the microbiological methanation used. In addition, the waste heat from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks is used to keep the reactor at reaction temperature.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die Abbildungen und Anwendungsbeispiele weiter veranschaulicht.The process according to the invention is further illustrated by the figures and application examples.
Bei allen Anwendungsbeispielen werden Methanisierungsreaktoren bzw. -fermenter eingesetzt wie diese im Stand der Technik beschrieben sind.In all application examples, methanation reactors or fermenters are used as described in the prior art.
In einem Anwendungsbeispiel wird ein Verfahren der chemisch-katalytischen Methanisierung gem. Glg. 1 wie diese von Brooksa et al. 2007 beschrieben ist verwendet (
In bevorzugten Anwendungsbeispielen werden mikrobiologische Verfahren zur Methanisierung gem. Glg. 1 eingesetzt. Mögliche Methanisierungsfermenter und Verfahrenstechnologien sind bereits im Stand der Technik beschrieben (
Zum Einsatz kommen hydrogenotrophe methanogene Mikroorganismen bzw. Kombinationen aus hydrogenotrophen methanogenen Mikroorganismenstämmen welche bei Temperaturen innerhalb des Bereichs von 20°C bis 110°C CO2 und Wasserstoff zu Methan umsetzen. Darüber hinaus kommen hydrogenotrophe methanogene Mikroorganismen zum Einsatz, welche CO und Wasserstoff bei Temperaturen innerhalb des Bereichs von 20°C bis 110°C zu Methan umsetzen. Des Weiteren werden Kulturen von Mikroorganismen eingesetzt, welche CO in Verbindung mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umsetzen (CO-verstoffwechselnde Mikroorganismen).Used are hydrogenotrophic methanogenic microorganisms or combinations of hydrogenotrophic methanogenic microorganism strains which convert at temperatures within the range of 20 ° C to 110 ° C CO 2 and hydrogen to methane. In addition, hydrogenotrophic methanogenic microorganisms are used which convert CO and hydrogen to methane at temperatures within the range of 20 ° C to 110 ° C. Furthermore, cultures of microorganisms are used, which convert CO in conjunction with water to carbon dioxide and hydrogen (CO-metabolizing microorganisms).
Bei allen Anwendungsbeispielen kann bei der Verbrennung und/oder thermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch Zugabe spezifischer biogener Roh- und Reststoffe, z. B. Gärrest von Biogasanlagen, die Nährstoffbereitstellung positiv beeinflusst werden.In all application examples can in the combustion and / or thermal gasification of carbonaceous feedstocks by adding specific biogenic raw and residual materials, eg. B. digestate of biogas plants, the nutrient supply are positively influenced.
A: Thermische Vergasung von biogenen EinsatzstoffenA: Thermal gasification of biogenic feedstocks
Über einen Vergaser, z. B. den Heatpipe-Reformer der Fa. agnion (
Beispiel 1example 1
CO2 und Wasserstoff aus der thermischen Vergasung von biogenen Einsatzstoffen wird mikrobiologisch methanisiert (vgl. Glg. 1). Bei dem hier vorliegenden Verhältnis von H2 zu CO2 kann die Hälfte des im Edukt-Gasgemisch vorhandenen CO2 methanisiert werden. Das resultierende Gasgemisch besteht zu ca. 45% aus CH4, zu ca. 53% aus CO und zu ca. 23% aus CO2 (siehe auch
Beispiel 2 Example 2
Durch mikrobiologische Methanisierung von Kohlenmonoxid aus der thermischen Vergasung von biogenen Einsatzstoffen wird weiteres Methan erzeugt (vgl. Glg. 2). Dabei wird Wasserstoff benötigt. Es werden etwa 2/3 des vorhandenen CO methanisiert. Das resultierende Gasgemisch besteht zu ca. 36% aus CH4, zu ca. 25% aus CO und zu ca. 39% aus CO2 (siehe auch
Beispiel 3Example 3
Kohlenmonoxid aus der thermischen Vergasung von biogenen Einsatzstoffen wird mit Wasser mikrobiologisch zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt (vgl. Glg. 3). Dabei entsteht zusätzlich Wasserstoff. Das resultierende Gasgemisch besteht zu ca. 54% aus H2, zu ca. 38% aus CO2 und zu ca. 8% aus CH4 (siehe auch
Beispiel 4Example 4
Kohlenmonoxid wird gemäß Beispiel 3 zu Wasserstoff umgesetzt und der resultierende Wasserstoff zusammen mit dem durch die thermische Vergasung von biogenen Einsatzstoffen erzeugten Wasserstoff und dem ebenso vorhandenen und dem aus Beispiel 3 (vgl. auch Glg. 3) erzeugtem Kohlendioxid nach Beispiel 1 (vgl. Glg. 1) mikrobiologisch methanisiert. Das resultierende Gasgemisch besteht zu ca. 64% aus CH4 und zu ca. 36% aus CO2 (siehe auch
Beispiel 5Example 5
In den vorstehenden Beispielen 1 bis 4 wird zusätzlich zu dem vorhandenen Wasserstoff Wasserstoff aus anderen Bereitstellungstechnologien zur mikrobiologischen Methanisierung eingesetzt.In the above Examples 1 to 4, hydrogen from other microbiological methanation providing technologies is used in addition to the existing hydrogen.
Beispiel 6Example 6
Wasserstoff aus Beispiel 1 wird zusätzlich mit Wasserstoff aus fluktuierenden Herstellungsprozessen, im bevorzugten Anwendungsfall mit Elektrolysewasserstoff, und noch im Gasgemisch vorhandenem Kohlendioxid mikrobiologisch methanisiert (siehe auch
Beispiel 7Example 7
Wasserstoff aus Beispiel 2 wird zusätzlich mit Wasserstoff aus fluktuierenden Herstellungsprozessen, im bevorzugten Anwendungsfall mit Elektrolysewasserstoff, und noch im Gasgemisch vorhandenem Kohlendioxid methanisiert (siehe auch
Beispiel 8Example 8
Wasserstoff aus Beispiel 3 wird zusätzlich mit Wasserstoff aus fluktuierenden Herstellungsprozessen, im bevorzugten Anwendungsfall mit Elektrolysewasserstoff, und noch im Gasgemisch vorhandenem Kohlendioxid mikrobiologisch methanisiert (siehe auch
Beispiel 9Example 9
Wasserstoff aus Beispiel 4 wird zusätzlich mit Wasserstoff aus fluktuierenden Herstellungsprozessen, im bevorzugten Anwendungsfall mit Elektrolysewasserstoff, und noch im Gasgemisch vorhandenem Kohlendioxid mikrobiologisch methanisiert (siehe auch
Beispiel 10Example 10
Wasserstoff aus Beispiel 3 wird über im Stand der Technik beschriebene Verfahren zur Wasserstoffabtrennung (z. B. Polymermembrane, keramische Molsiebe, Metallmembrane) abgetrennt und zur mikrobiologischen Methanisierung von Kohlendioxid aus anderen Quellen eingesetzt.Hydrogen from Example 3 is separated via hydrogen separation processes described in the prior art (eg, polymer membranes, ceramic molecular sieves, metal membranes) and used for microbiological methanation of carbon dioxide from other sources.
B: Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen B: combustion of biogenic feedstocks
Bei der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen entstehen ein CO2-reiches Verbrennungs-Gasgemisch und nährstoffreiche Aschen. Dieses Gasgemisch wird in einen Fermenter mit hydrogenotrophen methanogenen Mikroorganismen geleitet. In allen folgenden Ausführungsbeispielen werden Asche aus der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen sowie flüchtige Komponenten aus dem Verbrennungs-Gasgemisch zur Bereitstellung der erforderlichen Nährstoffe für die mikrobiologische Methanisierung eingesetzt. Die Abwärme aus der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen wird benutzt, um den Fermenter auf Reaktionstemperatur zu halten.The combustion of biogenic feedstocks creates a CO 2 -rich combustion gas mixture and nutrient-rich ashes. This gas mixture is passed into a fermenter with hydrogenotrophic methanogenic microorganisms. In all of the following embodiments, ashes from the combustion of biogenic feedstocks and volatile components from the combustion gas mixture are used to provide the necessary nutrients for microbiological methanation. The waste heat from the combustion of biogenic feedstocks is used to keep the fermenter at reaction temperature.
Beispiel 11Example 11
Kohlendioxid aus der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen wird mit Aschen und regenerativ erzeugtem Wasserstoff (z. B. aus thermischer Vergasung von biogenen Einsatzstoffen, Elektrolyse, Photokatalyse, solarthermischer Spaltung, Reformierung von biogenen Einsatzstoffen) in einem Fermenter mikrobiologisch methanisiert.Carbon dioxide from the combustion of biogenic feedstocks is microbiologically methanized with ashes and regenerative hydrogen (eg from the thermal gasification of biogenic feedstocks, electrolysis, photocatalysis, solar thermal fission, reforming of biogenic feedstocks) in a fermenter.
Beispiel 12Example 12
Kohlendioxid aus der Verbrennung von biogenen Einsatzstoffen wird mit Aschen und fossil erzeugtem Wasserstoff (Reformierung von Erdgas, Naphtha; Vergasung von Kohle) in einem Fermenter mikrobiologisch methanisiert.Carbon dioxide from the combustion of biogenic feedstocks is microbiologically methanized with ashes and fossil-generated hydrogen (reforming of natural gas, naphtha, gasification of coal) in a fermenter.
C: Thermische Vergasung anderweitiger kohlenstoffhaltiger EinsatzstoffeC: Thermal gasification of other carbonaceous feedstocks
Alternativ zur thermischen Vergasung von biogenen Einsatzstoffen können auch anderweitige kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe vergast und somit Wasserstoff kontinuierlich erzeugt werden. Dies betrifft z. B. die thermische Vergasung von fossilen Abfallstoffen wie Polymerabfällen. Die für die thermische Vergasung erforderliche Prozessenergie wird im Heatpipe-Reformer durch Verbrennen biogener Einsatzstoffe in einem Bereich des zweistufigen Vergasers erzeugt. Die anderweitigen kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe werden räumlich getrennt im anderen Teil des zweistufigen Vergasers vergast. Die aus der Verbrennung biogener Einsatzstoffe resultierende Asche sowie flüchtige Komponenten aus dem Verbrennungs-Gasgemisch werden wie in A und B beschreiben für die Herstellung von Nährmedien verwendet. Die Abwärme aus der thermischen Vergasung von anderweitigen kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen wird benutzt, um den Fermenter auf Reaktionstemperatur zu halten.As an alternative to the thermal gasification of biogenic feedstocks, it is also possible to gasify other carbonaceous feedstocks and thus generate hydrogen continuously. This concerns z. As the thermal gasification of fossil waste such as polymer waste. The process energy required for thermal gasification is generated in the heat pipe reformer by burning biogenic feedstocks in one area of the two-stage carburetor. The other carbonaceous feedstocks are gasified spatially separated in the other part of the two-stage carburetor. The ashes resulting from the combustion of biogenic starting materials as well as volatile components from the combustion gas mixture are used as described in A and B for the production of nutrient media. The waste heat from the thermal gasification of other carbonaceous feedstocks is used to keep the fermenter at reaction temperature.
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 102009018126 A1 [0002, 0002] DE 102009018126 A1 [0002, 0002]
- WO 2012110257 [0009, 0050] WO 2012110257 [0009, 0050]
- WO 2012110256 [0009] WO 2012110256 [0009]
- EP 1187892 B1 [0015, 0018, 0020, 0053] EP 1187892 B1 [0015, 0018, 0020, 0053]
- EP 1187892 [0025] EP 1187892 [0025]
- DD 297450 A5 [0025] DD 297450 A5 [0025]
- DE 102011051836 [0050] DE 102011051836 [0050]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Sterner, M., Saint-Drenan, Y. M., Gerhardt, N., Specht, M., Stürmer, B. and Zuberbühler, U. Erneuerbares Methan. Solarzeitalter, 2010, 12010 [0002] Sterner, M., Saint-Drenan, YM, Gerhardt, N., Specht, M., Stürmer, B. and Zuberbühler, U. Renewable Methane. Solar Age, 2010, 12010 [0002]
- Hofbauer, H., Rauch, R., Fürnsinn, S. and Aichernig, C. (2005). Energiezentrale Güssing. Projektbericht im Rahmen der Programmlinie Energiesysteme der Zukunft. Wien, Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie [0018] Hofbauer, H., Rauch, R., Fürnsinn, S. and Aichernig, C. (2005). Energiezentrale Güssing. Project report as part of the Energy Systems of the Future program line. Vienna, Federal Ministry of Transport, Innovation and Technology [0018]
- Sipma, J., Lens, P. N. L., Status, A. J. M. and Lettinga, G. Carbon monoxide conversion by anaerobic bioreactor sludges. FEMS Microbiology Ecology, 2003, 44(2), 271–277 [0025] Sipma, J., Lens, PNL, Status, AJM and Lettinga, G. Carbon monoxide conversion by anaerobic bioreactor sludges. FEMS Microbiology Ecology, 2003, 44 (2), 271-277 [0025]
- Gerhardt, M., Svetlichny, V., Sokolova, T., Zavarzin, G. and Ringpfeil, M. Bacterial CO utilization with H2 production by the strictly anaerobic lithoautotrophic thermophilic bacterium Carboxydothermus hydrogenus DSM 6008 isolated from a hot swamp. FEMS microbiology letters, 1991, 83(3), 267–271 [0025] Gerhardt, M., Svetlichny, V., Sokolova, T., Zavarzin, G. and Ringpfeil, M. Bacterial CO utilization with H2 production by the strictly anaerobic lithoautotrophic thermophilic bacterium Carboxydothermus hydrogenus DSM 6008 isolated from a hot swamp. FEMS microbiology letters, 1991, 83 (3), 267-271 [0025]
- Sokolova, T. G., Jeanthon, C., Kostrikina, N. A., Chernyh, N. A., Lebedinsky, A. V., Stackebrandt, E. and Bonch-Osmolovskaya, E. A. The first evidence of anaerobic CO Oxidation coupled with H2 production by a hyperthermophilic archaeon isolated from a deep-sea hydrothermal vent. Extremophiles, 2004, 8(4), 317–323 [0025] Sokolova, TG, Jeanthon, C., Kostrikina, NA, Chernyh, NA, Lebedinsky, AV, Stackebrandt, E. and Bonch-Osmolovskaya, EA The first evidence of anaerobic CO oxidation coupled with H2 production by a hyperthermophilic archaeon isolated from a deep -sea hydrothermal vent. Extremophiles, 2004, 8 (4), 317-323 [0025]
- Brooksa, K. P., Hua, J., Zhub, H. and Keeb, R. J. Methanation of carbon dioxide by hydrogen reduction using the Sabatier process in microchannel reactors. Chemical engineering science, 2007, 621161–1170 [0049] Brooksa, KP, Hua, J., Zhub, H. and Keeb, RJ Methanation of carbon dioxide by hydrogen reduction using the Sabatier process in microchannel reactors. Chemical engineering science, 2007, 621161-1170 [0049]
Claims (20)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012221286.8A DE102012221286A1 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Microbiological biomethane production with hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks |
PCT/EP2013/074371 WO2014079921A1 (en) | 2012-11-21 | 2013-11-21 | Microbiological generation of biomethane with hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012221286.8A DE102012221286A1 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Microbiological biomethane production with hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102012221286A1 true DE102012221286A1 (en) | 2014-05-22 |
Family
ID=49955281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102012221286.8A Withdrawn DE102012221286A1 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Microbiological biomethane production with hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102012221286A1 (en) |
WO (1) | WO2014079921A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020109419A1 (en) | 2020-04-03 | 2021-10-07 | Planet Biogas Group Gmbh | Biological methane production |
EP3874053B1 (en) * | 2018-10-29 | 2022-09-28 | Electrochaea Gmbh | Method to use industrial co2-containing gas for the production of a methane enriched gas composition |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104651412A (en) * | 2015-02-05 | 2015-05-27 | 昆明理工大学 | Carbon dioxide and hydrogen biomethanation method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD297450A5 (en) | 1990-07-30 | 1992-01-09 | Arbeitsstelle Tech Mikrobiolog | PROCESS FOR MICROBIAL PRODUCTION OF HYDROGEN AND / OR METHANE |
EP1187892A1 (en) | 1999-06-09 | 2002-03-20 | Technische Universität München Lehrstuhl für Thermische Kraftanlagen | Device for the gasification of carbonaceous feedstock |
DE102009018126A1 (en) | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Energy supply system and operating procedures |
DE102011051836A1 (en) | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Brandenburgische Technische Universität Cottbus | Producing biogas comprises providing reactor with fillers, immobilizing methanogenic microorganisms on the surface of fillers, sprinkling fillers with nutrient solution, introducing gaseous substrates and discharging the biogas |
WO2012110256A1 (en) | 2011-02-17 | 2012-08-23 | Krajete GmbH | Method of converting carbon dioxide and hydrogen to methane by microorganisms |
WO2012110257A1 (en) | 2011-02-17 | 2012-08-23 | Alexander Krajete | System and method for storing energy in the form of methane |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4289625A (en) * | 1980-01-18 | 1981-09-15 | Institute Of Gas Technology | Hybrid bio-thermal gasification |
EP3907291A1 (en) * | 2006-06-13 | 2021-11-10 | The University of Chicago | System for the production of methane from co2 |
WO2010110764A1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-09-30 | Tech V, LLC | System for the production of methane and other useful products and method of use |
-
2012
- 2012-11-21 DE DE102012221286.8A patent/DE102012221286A1/en not_active Withdrawn
-
2013
- 2013-11-21 WO PCT/EP2013/074371 patent/WO2014079921A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD297450A5 (en) | 1990-07-30 | 1992-01-09 | Arbeitsstelle Tech Mikrobiolog | PROCESS FOR MICROBIAL PRODUCTION OF HYDROGEN AND / OR METHANE |
EP1187892A1 (en) | 1999-06-09 | 2002-03-20 | Technische Universität München Lehrstuhl für Thermische Kraftanlagen | Device for the gasification of carbonaceous feedstock |
EP1187892B1 (en) | 1999-06-09 | 2004-12-29 | Technische Universität München Lehrstuhl für Thermische Kraftanlagen | Device for the gasification of carbonaceous feedstock |
DE102009018126A1 (en) | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Energy supply system and operating procedures |
DE102011051836A1 (en) | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Brandenburgische Technische Universität Cottbus | Producing biogas comprises providing reactor with fillers, immobilizing methanogenic microorganisms on the surface of fillers, sprinkling fillers with nutrient solution, introducing gaseous substrates and discharging the biogas |
WO2012110256A1 (en) | 2011-02-17 | 2012-08-23 | Krajete GmbH | Method of converting carbon dioxide and hydrogen to methane by microorganisms |
WO2012110257A1 (en) | 2011-02-17 | 2012-08-23 | Alexander Krajete | System and method for storing energy in the form of methane |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
Brooksa, K. P., Hua, J., Zhub, H. and Keeb, R. J. Methanation of carbon dioxide by hydrogen reduction using the Sabatier process in microchannel reactors. Chemical engineering science, 2007, 621161-1170 |
Gerhardt, M., Svetlichny, V., Sokolova, T., Zavarzin, G. and Ringpfeil, M. Bacterial CO utilization with H2 production by the strictly anaerobic lithoautotrophic thermophilic bacterium Carboxydothermus hydrogenus DSM 6008 isolated from a hot swamp. FEMS microbiology letters, 1991, 83(3), 267-271 |
Hofbauer, H., Rauch, R., Fürnsinn, S. and Aichernig, C. (2005). Energiezentrale Güssing. Projektbericht im Rahmen der Programmlinie Energiesysteme der Zukunft. Wien, Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie |
Sipma, J., Lens, P. N. L., Status, A. J. M. and Lettinga, G. Carbon monoxide conversion by anaerobic bioreactor sludges. FEMS Microbiology Ecology, 2003, 44(2), 271-277 |
Sokolova, T. G., Jeanthon, C., Kostrikina, N. A., Chernyh, N. A., Lebedinsky, A. V., Stackebrandt, E. and Bonch-Osmolovskaya, E. A. The first evidence of anaerobic CO Oxidation coupled with H2 production by a hyperthermophilic archaeon isolated from a deep-sea hydrothermal vent. Extremophiles, 2004, 8(4), 317-323 |
Sterner, M., Saint-Drenan, Y. M., Gerhardt, N., Specht, M., Stürmer, B. and Zuberbühler, U. Erneuerbares Methan. Solarzeitalter, 2010, 12010 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3874053B1 (en) * | 2018-10-29 | 2022-09-28 | Electrochaea Gmbh | Method to use industrial co2-containing gas for the production of a methane enriched gas composition |
DE102020109419A1 (en) | 2020-04-03 | 2021-10-07 | Planet Biogas Group Gmbh | Biological methane production |
WO2021198526A1 (en) | 2020-04-03 | 2021-10-07 | Planet Biogas Group Gmbh | Biological methane production |
FR3108916A1 (en) | 2020-04-03 | 2021-10-08 | Planet Biogas Group Gmbh | Biological methane production |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014079921A1 (en) | 2014-05-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kırtay | Recent advances in production of hydrogen from biomass | |
Bičáková et al. | Production of hydrogen from renewable resources and its effectiveness | |
Peres et al. | Application of biomass to hydrogen and syngas production | |
CA2973037A1 (en) | Integrated hydrogen production process | |
DE102012112889A1 (en) | Energy conversion system | |
EP3757193A1 (en) | Method and installation for the treatment of sewage sludge, fermentation residues and / or manure with recovery of hydrogen | |
US10066247B2 (en) | Process for producing an organic product from a carbon-based matter feedstock using gasification followed by fermentation of the synthesis gas | |
EP2370350A1 (en) | Process for providing an energy carrier | |
Monir et al. | Integrated technique to produce sustainable bioethanol from lignocellulosic biomass | |
Ouazzani et al. | Automotive plastic waste and olive pomace valorization using the pyrolysis process | |
DE102012221286A1 (en) | Microbiological biomethane production with hydrogen from the thermal gasification of carbonaceous feedstocks | |
EP3526315B1 (en) | Method for producing methane | |
EP2650257B1 (en) | Device for the synthesis of regenerative methanol from methane gas containing co2 | |
Gürtekin | Biological hydrogen production methods | |
EP3526335A1 (en) | Method and device for producing organic compounds from biogas | |
Kumar et al. | Biohythane: An emerging future fuel | |
Pampillón-González et al. | Biomass as an alternative for gas production | |
EP2438980A1 (en) | Method and device for preparing and using hydrogen-based methanol for denitrification | |
DE102009058588A1 (en) | Disaggregating lignin containing cellulose, comprises squeezing lignin containing cellulose with a twin-screw extruder and hydrolyzing, and converting the resulting substances with methane bacteria in to biogas | |
Muhamad et al. | Biohydrogen production using dark and photo fermentation: A mini review | |
Nirmala et al. | Hydrothermal gasification of biomass for hydrogen production: Advances, challenges, and prospects | |
Blasi et al. | Hydrogen from biomass | |
Ahmad et al. | Biohydrogen Production from Waste Materials: Mini-review | |
Yeşilova et al. | Biomass Value—Production of H2 as an Energy Carrier | |
Kesharvani et al. | Green hydrogen production using biomass |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |