DE102013006935A1

DE102013006935A1 - Verfahren und Anlage zum Erzeugen von methanreichen Biogasen

Info

Publication number: DE102013006935A1
Application number: DE102013006935.1A
Authority: DE
Inventors: Harald Freiherr von Canstein
Original assignee: EOn Bioerdgas GmbH
Current assignee: EOn Bioerdgas GmbH
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von methanreichen Biogasen mit den Schritten, a) Vergären einer Biomasse in mindestens einem ersten Fermentationsbehälter (1) während einer ersten Gärstufe unter Bildung eines Rohbiogases und eines Fermentationsrückstandes, in dem sich hydrogenotrophe methanogene Archaebakterien befinden, b) Einleiten des Rohbiogases in eine Aufbereitungsanlage (5) und Umwandeln des Rohbiogases in Bio-Erdgas, indem aus dem Rohbiogas ein CO2-haltiges Abgas abgetrennt wird, c) Austragen des Fermentationsrückstandes aus dem ersten Fermentationsbehälter (1) und Eintragen des Fermentationsrückstandes in mindestens einen weiteren Fermentationsbehälter (2) zum Nachgären des Fermentationsrückstandes in einer zweiten und/oder weiteren Gärstufe, d) Einleiten von Wasserstoff und des in der Aufbereitungsanlage (5) aus dem Rohbiogas abgetrennen CO2-haltigen Abgases in wenigstens einen der weiteren Fermentationsbehälter (2) in den Fermentationsrückstand und biologische Umwandlung des Wasserstoffs mittels Kohlenstoffdioxid (CO2) und der im Fermentationsrückstand vorhandenen hydrogenotrophen methanogenen Archaebakterien während der zweiten und/oder weiteren Gärstufe zu Methan, wobei ein methanreiches Produktgas gebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zum Erzeugen von methanreichen Biogasen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von methanreichen Biogasen mit den Schritten,

a) Vergären einer Biomasse in mindestens einem ersten Fermentationsbehälter während einer ersten Gärstufe unter Bildung eines Fermentationsrückstandes, in dem sich hydrogenotrophe methanogene Archaebakterien befinden und eines Rohbiogases,
b) Einleiten des Rohbiogases in eine Aufbereitungsanlage und Umwandeln des Rohbiogases in Bio-Erdgas, indem aus dem Rohbiogas ein CO₂-haltiges Abgas abgetrennt wird,
c) Austragen des Fermentationsrückstandes aus dem ersten Fermentationsbehälter und Eintragen des Fermentationsrückstandes in mindestens einen weiteren Fermentationsbehälter zum Nachgären des Fermentationsrückstandes in einer zweiten und/oder weiteren Gärstufe.

Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zum Erzeugen von methanreichen Biogasen, mit mindestens einem ersten Fermentationsbehälter, in dem Biomasse während einer ersten Gärstufe unter Bildung eines Rohbiogases und eines Fermentationsrückstandes, in dem sich hydrogenotrophe methanogene Archaebakterien befinden, vergoren wird und mit mindestens einem weiteren Fermentationsbehälter zum Nachgären des Fermentationsrückstandes in einer zweiten und/oder weiteren Gärstufe, mit einer Aufbereitungsanlage, in der Rohbiogas in Bio-Erdgas umgewandelt wird, indem aus dem Rohbiogas ein CO2-haltiges Abgas abgetrennt wird.
Die Erzeugung von Biogas aus Biomasse bzw. biologisch abbaubaren Rohstoffen wie insbesondere nachwachsenden Rohstoffen, ist eine der wesentlichen Technologien der regenerativen Energieerzeugung.
In der Praxis sind die Mehrzahl der Biogasanlagen sogenannte Direktverstromungsanlagen, in denen das Biogas in einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, insbesondere einem Blockheizkraftwerk, welches sich in räumlicher Nähe zur Biogasanlage befindet, in Strom und Wärme umgewandelt wird.
Als Alternative werden zunehmend Bio-Erdgas-Anlagen (auch Biomethan-Anlagen genannt) gebaut, bei denen das Rohbiogas einer Aufbereitungsanlage zugeführt und durch Entfernen eines CO₂-haltigen Abgases in Bio-Erdgas umgewandelt wird, insbesondere um das Bio-Erdgas in ein öffentliches Erdgasversorgungsnetz einzuspeisen. Für die Aufbereitung von Biogas zu Bio-Erdgas existieren verschiedene Technologien. Den gängigen Technologien wie Druckwasserwäsche, Aminwäsche, Selexolwäsche, Druckwechseladsorption und Membranverfahren ist gemein, dass das CH₄ im Gasstrom verbleibt und das CO₂-haltige und CH₄-arme Gas Abgas, auch Schwachgas genannt, entfernt wird.
Je nach Art der Aufbereitungstechnik kann das Schwachgas CH₄-Konzentrationen von nahe 0% bis ca. 6% enthalten. Schwachgase mit CH₄-Konzentrationen kleiner 40% können in der Regel nicht mehr in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zur Stromproduktion verwendet werden. Da CH₄ ein potentes Klimagas ist, muss es jedoch aus dem Abgas mit großem Aufwand und geringem Mehrwert entfernt werden.
In einer Bio-Erdgasanlage mit 10 MW Gasleistung, entsprechend ca. 90 GWh Jahresproduktion und einer Gasaufbereitung mittels PSA (Druckwechseladsorption), entsteht ein Schwachgasstrom von ca. 900 m³/h mit einer CH₄-Konzentration von ca. 6%. Dies entspricht einem jährlichen Energieverlust von ca. 3 GWh. Nachteilig ist, dass die Aufbereitungskapazität des Verfahrens durch den Massenstrom an CO₂ begrenzt sind.
Vor dem oben beschriebenen Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art zu optimieren, insbesondere das Methan im CO₂-haltiges Abgas aus der Aufbereitungsanlage nutzbar zu machen.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird Wasserstoff und das in der Aufbereitungsanlage aus dem Rohbiogas abgetrennte CO₂-haltige Abgas in wenigstens einen der weiteren Fermentationsbehälter in den Fermentationsrückstand eingeleitet. Der Wasserstoff wird biologisch mittels Kohlenstoffdioxid (CO₂) und mittels der sich im Fermentationsrückstand befindenden hydrogenotrophen methanogenen Archaebakterien während der zweiten und/oder weiteren Gärstufe zu Methan umgewandelt, wobei ein methanreiches Produktgas gebildet wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in der ersten Gärstufe die Biomasse in dem ersten Fermentationsbehälter durch die Mikroorganismen weitgehend abgebaut wird. In dem Fermentationsrückstand, der in mindestens einem weiteren Fermentationsbehälter während mindestens einer weiteren Gärstufen weiter vergärt, arbeiten die Mikroorganismen unterhalb ihrer Leistungskapazität und produzieren pro Faulraumvolumen zunehmend weniger Methan. Versuche haben gezeigt, dass die Aktivität der Mikroorganismen, insbesondere die Aktivität der hydrogenotrophen methanogenen Archaebakterien (auch Methanbakterien genannt), ausreichend hoch ist, um aus dem in den Fermentationsrückstand eingeleiteten Wasserstoffbiologisch mittels des CO₂ aus dem CO₂-haltigen Abgases Methan zu bilden.
Ganz besonders vorteilhaft ist, dass in der zweiten oder weiteren Gärstufe in dem weiteren Fermentationsbehälter keine Nährstoffe zugegeben werden müssen, weil kein Mangel an mikrobieller Aktivität zu befürchten ist. Der erste Fermentationsbehälter als Hauptfermenter wird kontinuierlich mit Biomasse bzw. Substraten und bei Bedarf mit Spurenelementen versorgt, so dass kontinuierlich hoch aktive und mit Nährstoffen wohl versorgte Archaeen bzw. Mikroorganismen aus dem ersten Fermentationsbehälter bzw. dem Hauptfermenter in die weiteren, insbesondere den zweiten Fermentationsbehälter ausgetragen werden.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung entstehen im Wesentlichen zeitgleich verschiedene Biogase und zwar Rohbiogas, Bio-Erdgas und methanreiches Produktgas. Das Rohbiogas wird in Bio-Erdgas umgewandelt, welches in ein öffentliches Erdgasversorgungsnetz eingespeist und in dem Netz oder in untertägigen Speichern unbegrenzt gespeichert werden kann.
Das methanreiche Produktgas, welches am Ende der zweiten oder von weiteren Gärstufen entsteht, wird erfindungsgemäß gesondert vom Bio-Erdgas gespeichert. Vorzugsweise wird das methanreiche Produktgas für eine vorgegebene Zeitspanne gespeichert, anschließend ausgespeichert und einer Verstromungsanlage, insbesondere einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, zugeführt. Das Produktgas kann in einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage in Strom und Wärme umgewandelt werden. Die Wärme dient unter anderem der Beheizung der Biogasanlage und der Strom wird ins Stromnetz eingespeist. Die vorgegebene Zeitspanne wird so bemessen, dass die Verstromung stattfindet, wenn das Stromnetz nicht mehr überlastet ist, beispielsweise nachts.
Da das methanreiche Produktgas aufgrund des hohen CH₄-Gehalts einen höheren Energieinhalt als Wasserstoff aufweist, kann bei gegebenem Gasspeichervolumen in einer Direktverstromungsanlage eine höhere Energiemenge gespeichert und ggf. zeitverzögert und bedarfsgerecht verstromt werden.
Der Wasserstoff und das CO₂-haltige Gas werden vorzugsweise gleichzeitig in den Fermentationsrückstand eingeleitet. Vorzugsweise werden während der zweiten und/oder weiteren Gärstufe der Wasserstoff und das CO₂-haltige Abgas gemischt und das dabei entstehende Gemisch in den Fermentationsrückstand eingeleitet.
Vorzugsweise werden während der zweiten und/oder weiteren Gärstufe der Wasserstoff und das CO₂-haltige Abgas derart in den weiteren Fermentationsbehälter in den Fermentationsrückstand eingeleitet, dass der Wasserstoff und das CO₂-haltige Abgas durch den Fermentationsrückstand als feine Blasen strömen, um eine möglichst hohe Grenzfläche für den Übertritt der Gase in das Gärmedium zu schaffen.
Erfindungsgemäß werden der Wasserstoff und das CO₂-haltige Gas mittels mindestens einer sich wenigstens teilweise über den Querschnitt des Fermentationsbehälters erstreckenden Zuführung in den Fermentationsrückstand eingeleitet.
Nach der Erfindung wird der Wasserstoffmittels Elektrolyse aus Wasser und Strom erzeugt. Der Wasserstoff wird vorzugsweise mittels Wasserelektrolyse aus Strom aus nicht regelbaren, fluktuierenden, erneuerbaren Quellen erzeugt. Der Strom wird je nach Anfall in Wasserstoff umgewandelt. Der jeweils anfallende Wasserstoff wird in die Biogasanlage geleitet und im Rahmen der Erfindung in Methan umgewandelt. Alternativ kann der Wasserstoff mittels thermochemischer Behandlung von Biomasse oder mittels Photokatalyse erzeugt werden.
Die Erfindung beinhaltet ferner eine Anlage zum Erzeugen von methanreichen Biogasen, mit mindestens einem ersten Fermentationsbehälter, in dem Biomasse während einer ersten Gärstufe unter Bildung eines Rohbiogases und eines Fermentationsrückstandes, in dem sich hydrogenotrophe methanogene Archaebakterien befinden, vergoren wird, mit mindestens einem weiteren Fermentationsbehälter zum Nachgären des Fermentationsrückstandes in einer zweiten und/oder weiteren Gärstufe, mit einer Aufbereitungsanlage, in der Rohbiogas in Bio-Erdgas umgewandelt wird, indem aus dem Rohbiogas ein CO₂-haltiges Abgas abgetrennt wird und mit einer Leitung, die von der Aufbereitungsanlage zu einer Zuführung führt, wobei durch die Leitung CO₂-haltiges Abgas strömt, mit einer Wasserstoffleitung, die an die Zuführung angeschlossen ist, wobei die Zuführung an mindestens einen der weiteren Fermentationsbehälter derart angeschlossen ist, dass das CO₂-haltige Abgas aus der Aufbereitungsanlage und der Wasserstoff in den Fermentationsrückstand in dem weiteren Fermentationsbehälter eingeleitet werden kann, so dass der Wasserstoffmittels Kohlenstoffdioxid (CO₂) und mittels der im Fermentationsrückstand vorhandenen hydrogenotrophen methanogenen Archaebakterien während der zweiten und/oder weiteren Gärstufe biologisch zu Methan umgewandelt wird, wobei ein methanreiches Produktgas gebildet wird.
In der für die Methanisierung vorgesehenen zweiten und/oder weiteren Gärstufe in dem zweiten und/oder weiteren Fermentationsbehälter weicht die Temperatur nur um wenige Grad Celsius von der Temperatur der vorhergehenden Gärstufe ab. Eine Abweichung von mehreren Grad Celsius nach unten wie nach oben würde die Aktivität der beteiligten Mikroorganismen reduzieren. Eine ausreichend dicke Isolierung des weiteren Fermentationsbehälters reicht in der Regel aus, eine hinreichend homogene Aktivität der Mikroorganismen zu gewährleisten.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die Zuführung in Bodennähe des weiteren Fermentationsbehälters, in dem die Nachgärung des Fermentationsrückstandes in einer zweiten und/oder weiteren Gärstufe stattfindet, so dass der Wasserstoff und CO₂-haltiges Gas durch den Fermentationsrückstand von unten nach oben strömen. Die Zuführung kann beispielsweise seitlich durch die Wand des Fermentationsbehälters geführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage zum Erzeugen von Biogas im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Erzeugen von Biogas nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zum Erzeugen von Biogas;
Die in 1 schematisch dargestellte Anlage zum Erzeugen von Biogas nach dem Stand der Technik weist einen ersten Fermentationsbehälter 1 und einen weiteren Fermentationsbehälter 2 auf. Der weitere Fermentationsbehälter 2 kann als Nachgärer oder als gasdichtes Gärrestelager ausgebildet sein.
In derartigen Biogasanlagen mit mehreren Gärstufen wird die Biomasse in der Regel in den Fermentationsbehälter 1 eingetragen, dort in einer ersten Gärstufe weitgehend zu Rohbiogas vergoren und der dabei entstehende wässrige Fermentationsrückstand mittels der Fermentationsrückstands-Leitung 3 nach Verweilzeiten von Tagen bis Monaten ausgetragen und anschließend in den weiteren Fermentationsbehälter 2, beispielsweise in Form eines Gärrestelagers eingetragen und weiter vergoren.
Die Gasräume des ersten Fermentationsbehälters 1 und eines weiteren Fermentationsbehälters 2 sind miteinander verbunden. Das in der zweiten Gärstufe und jeder weiteren Gärstufe entstehende Rohbiogas wird mittels einer Rohbiogasleitung 4 einer Aufbereitungsanlage 5 zugeführt. Es kann sich beispielsweise um eine Druckwasserwäsche, Aminwäsche, Selexolwäsche, Druckwechseladsorption oder ein Membranverfahren handeln. Bei allen Verfahren wird CO₂-haltiges und CH₄-armes Abgas, auch Schwachgas genannt, entfernt. Das CH₄ verbleibt im Gasstrom.
Beim Vergären der Biomasse in der ersten Gärstufe in dem ersten Fermentationsbehälter 1 ist die Methanbildungsrate hoch und nimmt beim Nachgären des Fermentationsrückstandes in den weiteren Fermentationsbehälters 2 während der weiteren Gärstufen immer weiter ab. Die Methanbildungsrate hängt insbesondere von der Verdaulichkeit der jeweiligen Biomasse bzw. der Substrate, der Temperatur und der organischen Raumbelastung ab.
Bei Versuchen wurden in der ersten Gärstufe im ersten Fermentationsbehälter 1 Raten von 0,06 bis 0,13 Nm³ CH₄ pro m³ Faulraum und Stunde ermittelt. Die Methanbildungsraten im weiteren Fermentationsbehälter 2 in der zweiten Gärstufe betrugen ca. 20% der Methanbildungsraten im ersten Fermentationsbehälter 1 während der ersten Gärstufe.
Die aus der Praxis bekannten Fermentationsbehälter sind topfförmig und haben einen runden oder quadratischen Querschnitt. Die Fermentationsbehälter werden aus Beton oder Stahlplatten gasdicht ausgebildet. Der Durchmesser kann ca. 20 m betragen. Die Höhe der Fermentationsbehälter kann ca. 10 m betragen. In dem ersten Fermentationsbehälter 1 befindet sich in der Regel ein nicht dargestelltes Rührwerk. Bei dem weiteren Fermentationsbehälter 2 kann es sich um einen Nachgärer oder ein Gärrestelager handeln. Die Fermentationsbehälter 1 und 2 sind weitgehend mit der Biomasse bzw. dem Fermentationsrückstand gefüllt. Die Fermentationsbehälter sind gasdicht. Im oberen Bereich wird je ein Gasraum 1a und 2a gebildet, in dem sich das entstehende Rohbiogas sammelt. In der Aufbereitungsanlage 5 wird das Rohbiogas durch Entfernung eines CO₂-haltigen Abgases zu Bio-Erdgas umgewandelt, welches in ein öffentliches Erdgasversorgungsnetz 6 eingeleitet werden kann. Der Fermentationsrückstand kann auf einen Acker 7 ausgebracht werden.
Die in 2 dargestellte erfindungsgemäße Anlage weist – wie die Anlage nach 1 – zwei Fermentationsbehälter 1 und 2 auf. Der erste Fermentationsbehälter 1 weist einen Gasraum 1a und der zweite Fermentationsbehälter 2 einen Gasraum 2a auf. Wie bei der Anlage nach 1 wird die Biomasse in den Fermentationsbehälter 1 eingetragen, dort in einer ersten Gärstufe im Fermentationsbehälter 1 weitgehend zu Rohbiogas vergoren und der dabei entstehende Fermentationsrückstand nach Verweilzeiten von Tagen bis Monaten mittels der Fermentationsrückstand-Leitung 3 ausgetragen und in den Fermentationsbehälter 2 eingetragen und weiter vergoren. Der Fermentationsbehälter 2 kann als beliebig gestalteter Nachgärer ausgebildet sein Im vorliegenden Beispiel ist der Fermentationsbehälter 2 als gasdichtes Gärrestelager ausgebildet.
Aus dem Gasraum 1a des Fermentationsbehälters 1 führt eine Rohbiogasleitung 4 zur Aufbereitungsanlage 5. Das in der ersten Gärstufe im Fermentationsbehälter 1 entstehende Rohbiogas wird mittels der Rohbiogasleitung 4 der Aufbereitungsanlage 5 zugeführt und in Bio-Erdgas umgewandelt indem – wie beim Stand der Technik – ein CO₂-haltiges Abgas, welches geringe CH₄-Anteile aufweist, aus dem Rohbiogas entfernt wird. Das Bio-Erdgas wird in ein öffentliches Erdgasversorgungsnetz 6 eingeleitet. Es sind aber auch andere Nutzungen möglich.
An dem weiteren Fermentationsbehälter 2 ist eine schematisch dargestellte Zuführung 8 angeschlossen, an die eintrittseitig eine Wasserstoffleitung 9 und eine Leitung 10 für CO₂-haltiges Abgas angeschlossen sind. Die Leitung 10 für CO₂-haltige Abgas ist an die Aufbereitungsanlage 5 angeschlossen. Der Wasserstoff und das CO₂-haltiges Abgas werden gleichzeitig in den Fermentationsrückstand in dem Fermentationsbehälter 2 während der zweiten Gärstufe eingeleitet. Im Rahmen der Erfindung werden die beiden Gase als Gemisch und in Form von feinen Blasen in den Fermentationsrückstand im Fermentationsbehälter 2 eingeleitet.
Die Zuführung 8 ist in der Nähe des Bodens des Fermentationsbehälters 2 angeordnet. Die Zuführung 8 weist nicht dargestellte Durchtrittsöffnungen auf, die so gewählt werden, dass das Gasgemisch in möglichst kleinen Blasen austritt, um eine möglichst große Kontaktfläche zum Fermentationsrückstand bzw. Gärmedium zu erreichen.
Der Fermentationsrückstand ist weitgehend flüssig. Der Druck des Gasgemisches sollte so gering als möglich sein und ist vorzugsweise gerade so hoch um den hydrostatischen Druck zu überwinden. Der zweite Fermentationsbehälter 2 weist eine nicht dargestellte Isolierung oder Heizung auf, so dass gewährleistet ist, dass die Gärtemperatur nicht oder nur um wenige Grad Celsius von der Gärtemperatur des vorherigen Gärbehälters abweicht.
Die Konzentration von H₂ und CO₂ in dem zugeführten Gasgemisch steht mit der entsprechenden Konzentration von H₂ und CO₂ im Fermentationsrückstand bzw. im Gärmedium im Gleichgewicht. Durch die Aufnahme von H₂ und CO₂ in die Zellen der Mikroorganismen und die Umwandlung in CH₄ entsteht ein Konzentrationsgefälle, so dass weiteres H₂ und CO₂ in den Fermentationsrückstand diffundieren kann.
Dabei muss beachtet werden, dass in dem Fermentationsbehälter 2 selbst noch CH₄ und CO₂ gebildet wird und nennenswerte Mengen CO₂ sowohl chemisch als Hydrogenkarbonat- und Karbonat-Ionen als auch physikalisch als Gas vorliegen. Ein Mangel an CO₂ resultiert in einer unvollständigen Methanisierung des H₂ und Anreicherung von H₂ in dem im Fermentationsbehälter 2 in der zweiten Gärstufe entstehenden methanreichen Produktgas.
Die Methanisierung erfolgt nach folgender Reaktionsgleichung: 4H₂ + 1CO₂ → 1CH₄ + 2H₂O
Da Methan nur eine geringe Wasserlöslichkeit hat, sammelt es sich in Gasbläschen, steigt auf und wird im Gasraum der Gärbehälter bzw. Fermentationsbehälter aufgefangen. Dies wird durch eine geringe Viskosität des Fermentationsrückstandes bzw. des Gärmediums, zum Beispiel durch die Entfernung von Fasern durch Separation, begünstigt. Das Wasser verbleibt im Gärmedium und erhöht dort leicht den Wassergehalt, was sich positiv auf die Viskosität und den Massentransfer auswirkt.
Die Bedingungen im zweiten Fermentationsbehälter 2, insbesondere Belastung mit unverdauter Biomasse, Temperatur, Viskosität, Wassergehalt, Vermischung, Höhe des Fermentationsrückstandes bzw. des Gärmediums, bedingen die Effizienz der Umsetzung. Unter optimalen Bedingungen kann im Fermentationsbehälter 2 die komplette Menge CO₂ des Rohbiogases mit einer entsprechenden Menge H₂ zu CH₄ umgewandelt werden.
Die Wasserstoffleitung 9 ist an eine nicht dargestellte Wasserelektrolyse angeschlossen, in welcher Wasserstoff mittels Strom aus einem nicht dargestellten Kraftwerk erzeugt wird.
Der Vorteil des hier vorgestellten Verfahrens ist die Umwandlung von Wasserstoff mit CO₂ in CH₄, so dass bei vollständiger Umwandlung von H₂ und CO₂ in CH₄ der Energiegehalt des methanreichen Produktgases im Vergleich zum früheren Rohbiogas verdoppelt und somit bei konstantem Speichervolumen eine nahezu doppelte Energiemenge gespeichert werden kann.
Überschussstrom wird erst in H₂, dann in CH₄ und somit in eine speicherbare Energieform überführt. Das methanhaltige Produktgas, welches in der zweiten Gärstufe entsteht, kann im Gasraum des zweiten Fermentationsbehälters 2 gespeichert werden. Das Stromnetz wird entlastet, indem einerseits bei Stromüberschuss Strom abgenommen und andererseits bei Bedarf das Produktgas verstromt, der Strom in das Stromnetz 12 eingespeist und die Wärme auf der Anlage genutzt wird. Alternativ kann das Gas aus dem weiteren Fermentationsbehälter 2 einem nicht dargestellten Gasspeicher zugeführt werden, für eine vorgegebene Zeitspanne gespeichert und bedarfsgerecht entnommen und verstromt werden. Folglich wird der weitere Ausbau von erneuerbare Energie-Anlagen ermöglicht.

Besonders vorteilhaft ist, dass das CH₄ in dem CO₂-haltigen Abgas aus der Aufbereitungsanlage 5 nutzbar gemacht wird, indem es in den weiteren Fermentationsbehälter 2 eingeleitet wird, in dem ein methanreiches Produktgas entsteht. Während dieses Prozesses sind die Gasräume des ersten Fermentationsbehälters und des weiteren Fermentationsbehälter voneinander getrennt, so dass kein Wasserstoff- und Schwachgas-stämmiges Biogas bzw. methanreiches Produktgas zur Aufbereitungsanlage gelangt und eine getrennte Bilanzierung möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Anlage sind besonders effektiv, weil das Methan im CO₂-haltigen Abgas aus der Aufbereitungsanlage 5 einer Nutzung zugeführt wird und die Speicherung von Strom via „power to gas to power" zur Stabilisierung des Stromnetzes dient. Sollte durch einen künftigen regulatorischen Rahmen die Vermischung von Biomasse-stämmigen Rohbiogas mit power to gas-Produktgas zu Problemen führen, so wäre dies hier durch die Trennung der Gassysteme unproblematisch. Bezugszeichenliste

1	erster Fermentationsbehälter
1a	Gasraum des ersten Fermentationsbehälters
2	weiterer Fermentationsbehälter
2a	Gasraum des weiteren Fermentationsbehälters
3	Fermentationsrückstand-Leitung
4	Biogasleitung
5	Aufbereitungsanlage
6	Erdgasversorgungsnetz
7	Acker
8	Zuführung
9	Wasserstoffleitung
10	Leitung für CO2 reiches Abgas
11	Verstromungsanlage
12	Öffentliches Stromnetz

Claims

Verfahren zum Erzeugen von methanreichen Biogasen mit den Schritten, a) Vergären einer Biomasse in mindestens einem ersten Fermentationsbehälter (1) während einer ersten Gärstufe unter Bildung eines Rohbiogases und eines Fermentationsrückstandes, in dem sich hydrogenotrophe methanogene Archaebakterien befinden, b) Einleiten des Rohbiogases in eine Aufbereitungsanlage (5) und Umwandeln des Rohbiogases in Bio-Erdgas, indem aus dem Rohbiogas ein CO₂-haltiges Abgas abgetrennt wird, c) Austragen des Fermentationsrückstandes aus dem ersten Fermentationsbehälter (1) und Eintragen des Fermentationsrückstandes in mindestens einen weiteren Fermentationsbehälter (2) zum Nachgären des Fermentationsrückstandes in einer zweiten und/oder weiteren Gärstufe, d) Einleiten von Wasserstoff und des in der Aufbereitungsanlage (5) aus dem Rohbiogas abgetrennen CO₂-haltigen Abgases in wenigstens einen der weiteren Fermentationsbehälter (2) in den Fermentationsrückstand und biologische Umwandlung des Wasserstoffs mittels Kohlenstoffdioxid (CO₂) und der im Fermentationsrückstand vorhandenen hydrogenotrophen methanogenen Archaebakterien während der zweiten und/oder weiteren Gärstufe zu Methan, wobei ein methanreiches Produktgas gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff und das CO₂-haltige Abgas vor dem Einleiten in den Fermentationsrückstand gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff und das CO₂-haltige Abgas derart in den Fermentationsrückstand eingeleitet werden, dass der Wasserstoff und das CO₂-haltige Abgas durch den Fermentationsrückstand als feine Blasen strömen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass der Wasserstoff und das CO₂-haltige Abgas mittels mindestens einer sich wenigstens teilweise über den Querschnitt des Fermentationsbehälters erstreckenden Zuführung in den Fermentationsrückstand eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffmittels Elektrolyse aus Wasser und Strom erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das methanreiche Produktgas gespeichert wird.
Verfahren zur Nutzung des in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erzeugten methanreichen Produktgases, dadurch gekennzeichnet, dass das methanreiche Produktgas für eine vorgegebene Zeitspanne gespeichert und anschließend einer Verstromungsanlage zugeführt wird.
Anlage zum Erzeugen von methanreichen Biogasen, mit mindestens einem ersten Fermentationsbehälter (1), in dem Biomasse während einer ersten Gärstufe unter Bildung eines Rohbiogases und eines Fermentationsrückstandes, in dem sich hydrogenotrophe methanogene Archaebakterien befinden, vergoren wird und mit mindestens einem weiteren Fermentationsbehälter (2) zum Nachgären des Fermentationsrückstandes in einer zweiten und/oder weiteren Gärstufe, mit einer Aufbereitungsanlage (5), in der Rohbiogas in Bio-Erdgas umgewandelt wird, indem aus dem Rohbiogas ein CO₂-haltiges Abgas abgetrennt wird, mit einer Leitung, die von der Aufbereitungsanlage (5) zu einer Zuführung (8) führt, wobei durch die Leitung CO₂-haltiges Abgas strömt, mit einer Wasserstoffleitung (9), die an die Zuführung (8) angeschlossen ist, wobei die Zuführung (8) an mindestens einen der weiteren Fermentationsbehälter (2) derart angeschlossen ist, dass das CO2-haltige Abgas aus der Aufbereitungsanlage (5) und der Wasserstoff in den Fermentationsrückstand in dem weiteren Fermentationsbehälter (2) eingeleitet werden kann, so dass der Wasserstoff mittels Kohlenstoffdioxid (CO₂) und mittels der im Fermentationsrückstand vorhandenen hydrogenotrophen methanogenen Archaebakterien während der zweiten und/oder weiteren Gärstufe biologisch zu Methan umgewandelt wird, wobei ein methanreiches Produktgas gebildet wird.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der weiteren Fermentationsbehälter (2) als Gasspeicher ausgebildet oder mittels einer Gasleitung für methanreiches Produktgas mit einem Gasspeicher verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Verstromungsanlage, insbesondere eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage aufweist und dass von dem Gasspeicher eine Gasleitung für methanreiches Produktgas zu der Verstromungsanlage führt.