DE102015006643A1 - Verfahren zur selektiven Abtrennung organischen Materials biogenen Ursprungs aus einer Mischfraktion. - Google Patents

Abstract

Die Fermentation dient in der technischen Nutzung bislang ausschließlich der Darstellung organischer Moleküle. In Erweiterung dieser Funktion findet in einer Mischfraktion ausschließlich die Umsetzung ausgewählter Fraktionen biogenen Ursprungs statt. In dieser Einseitigkeit findet, aufgrund der entstehenden Größenverteilung, eine physikalisch verwertbare Trennung statt. Die Nutzung dieser selektiven Eigenschaft erschließt die Einsatzmöglichkeit von Mischfraktionen welche organisches Material biogenen Ursprungs als störenden oder gegebenen Anteil enthalten, mit dem Ziel diese zu trennen und einer weiterführenden Wertschöpfung anzudienen.

Description

• Die Fermentation als einfaches Verfahren zur Darstellung organischer Moleküle findet in der technischen Produktion eine breite Anwendung. In der Ausführung als Biogasanlage schließen methanogene Bakterien unter anaeroben Bedingungen Nährstoffe aus organischem Material biogenen Ursprungs auf. Als Nebenprodukt dieses Prozesses entsteht ein methanhaltiges, brennbares Gasgemisch, welches in dieser Eigenschaft zur Strom- und Wärmeproduktion geeignet ist. Eine Ausrichtung, welche die energetische Verwertung als alleinigen technischen Nutzen des Verfahrens ansieht, bedingt das sich der Wirkungsgrad der Biogasanlage ausschließlich an der zu erwartenden Gasausbeute messen lassen muss. Um dieses Ziel und damit die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage zu steigern wird ein enormer technischer Aufwand betrieben, welcher sich in Folgeproblemen für die Landwirtschaft und die Umwelt niederschlägt. Nicht zuletzt zeigt die staatliche Förderung dass ein wirtschaftlicher Betrieb mit den gegebenen Mitteln nicht möglich ist. Indem primär nicht die Nebenprodukte der anaeroben Fermentation genutzt werden, sondern die Selektivität der bakteriengestützten Reaktion wirkt die anaerobe Fermentation als Filter. In einer Mischfraktion findet ausschließlich die Umsetzung ausgewählter Fraktionen biogenen Ursprungs statt. In dieser Einseitigkeit findet, aufgrund der entstehenden Größenverteilung, eine physikalisch verwertbare Trennung statt. Die Nutzung dieser selektiven Eigenschaft erschließt die Einsatzmöglichkeit von Mischfraktionen welche organisches Material biogenen Ursprungs als störenden oder gegebenen Anteil enthalten, mit dem Ziel diese zu trennen und einer weiterführenden Wertschöpfung anzudienen. Der primäre Ansatz das Verfahren zur energetischen Verwertung von methanhaltigen, brennbaren Gasgemischen heranzuziehen bleibt überdies erhalten.
• Unter Beibehalt der bisherigen Verfahrensströme ist es mit den etablierten Anlagen möglich, exemplarisch Grüngut aus dem urbanen Gartenbau oder der Landschaftspflege in den Prozessablauf zu integrieren. Als Grüngut wird in diesem Fall eine Mischfraktion aus krautigen und holzigen Bestandteilen in variablem Mengenanteil angesehen. Die Verwertung in Kompostieranlagen wird aufgrund des holzigen Anteils erschwert. Andererseits verhindern die krautigen Beimengen die Verwendung als Brenngut in einem Hackschnitzelkraftwerk. Im Ergebnis führt dies dazu das derartige Abfallstoffe keiner Wertschöpfung unterzogen, oder aufwendig manuell getrennt werden müssen. Dieses nicht notwendige Problem findet seine Lösung in der Selektivität der anaeroben Fermentation durch methanogene Bakterien. Das Grüngut muss entsprechend den technischen Bedingungen der Biogasanlage und zur Gewährleistung einer raschen Umsetzung vorzerkleinert werden. Im Reaktionsbehälter bewirken die methanogenen Bakterien eine selektiv einseitige Umsetzung des krautigen Materials. Die holzigen Bestandteile behalten aufgrund der bakteriell nicht verwertbaren Faserstruktur ihre Gestalt bei. Nach Ablauf der Fermentation ist aus dem ursprünglichen Gemisch eine nach Eigenschaft selektierte Größenverteilung entstanden. Die Fraktionen können nun mit Hilfe einfacher Siebanlagen voneinander getrennt und der jeweils sinnvollen Wertschöpfung zugeführt werden. Dem Eingangsbeispiel folgend, werden die holzigen Bestandteile dem Einsatz in einem Hackschnitzelkraftwerk, die krautigen Bestandteile zum weiteren Aufschluss einem Kompostierwerk zugeführt.
• Weit größeren Nutzen erfährt man wenn die etablierten Anlagen aus den bisherigen Verfahrensströmen herausgenommen werden. So findet sich im urbanen Hausmüll eine Fraktion organischen Materials biogenen Ursprungs, durchsetzt von Glas, Metall und Kunststoffen, oder landläufig Wertstoffen. In der Selektivität der anaeroben Fermentation können diese Wertstoffe nicht umgesetzt werden. Mit dem Eintrag in die Biogasanlage wird nun eine saubere Trennung von Speiseresten, Hygienemüll und anderem organischen Material biogenen Ursprungs erzielt. Die enthaltenen Wertstoffe lassen sich aufgrund der nach Eigenschaft selektierten Größenverteilung wiederum absieben und gezielt der Recyclingindustrie zuführen. Die weitere Trennung ist mit gängigen Mitteln wie Magnetabscheidern und Absaugventilatoren möglich. Im Gegensatz zu, mit reinen Naturprodukten betriebenen Anlagen, dürfen die Gärreste aufgrund von Partikelverunreinigung nicht zur Düngung in die Umwelt gelangen, sondern müssen entsorgt werden. Sinnvollerweise in einem geeigneten Müllheizkraftwerk, um deren Beschickung weiterhin sicherzustellen. Als vorteilhaft ist anzusehen das Bakterien nicht auf Frischmaterial angewiesen sind, so ist abgesehen vom Eintrag aus dem Hausmüll auch der Versorgungsweg aus den bestehenden Mülldeponien anzuregen, um dort gespeicherte Wertstoffe der Recyclingindustrie zuführen zu können. Das Potential der Mülldeponien ist auch im Hinblick auf die energetische Verwertung anzustreben.
• Die Parameter der Biogasanlage sind dem neuen Einsatzzweck entsprechend anzupassen. Um die organischen Materialien biogenen Ursprungs sicher sieben zu können, müssen diese eine möglichst feinkrümmelige Struktur erhalten. Am effektivsten wird dies erreicht, indem zunächst thermophile Bedingungen angesetzt und im weiteren mesophile Bedingungen gestellt werden. Dieses Temperaturprogramm ermöglicht einerseits das Einwirken unterschiedlicher Bakterienstämme, und passt andererseits den Wärmebedarf an das natürliche Vorbild der Kompostrotte an. Des weiteren ist die Beweglichkeit der Bakterien durch Anpassung des Feuchtegehalts zu gewährleisten. Zwingend erforderlich ist die Separation der Gärreste und Rückführung der flüssigen Bestandteile in den primären Reaktionsbehälter. Bei hohen Trockensubstanzgehalten ist weitere Flüssigkeitszufuhr in Form von Sickersäften aus der Zwischenlagerung oder die Einleitung von oberflächlichem Regenwasser zu empfehlen. Die zur Erweiterung der Anlage notwendigen Maschinen, bestehend aus Schredder und Siebanlage sind in ihrer Wirkungsweise so zu gestalten das der Betrieb der Anlage, bezüglich der Pump- und Rührfähigkeit nicht beeinträchtigt wird, als auch dahingehend das die eingespeiste Korngröße im Anschluss auch abgesiebt werden kann.
• Unter Einbeziehung der Selektivität der anaeroben Fermentation wird der Wirkungsgrad der etablierten Biogasanlagen um die Funktion eines Filters erweitert. Dieser Filter als Bestandteil des neuen Trennverfahrens bewirkt eine konsequente Trennung in gleichbleibender Qualität. Gerade wegen der erweiterten Funktion ist dieses Verfahren einfach in bestehende Strukturen einzugliedern. In Abhängigkeit der Struktur die ergänzt werden soll lassen sich, unter Erhalt der Gasproduktion, die verschiedensten Ziele realisieren. Sei es die Entlastung der Landwirtschaft, die Abscheidung von Wertstoffen, oder der Rückbau von Müllbergen in den Deponien. In der monetären Vergütung welche dem Betreiber aus diesen Dienstleistungen entsteht, wird auch die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage verbessert. Das wichtigste Grundziel bleibt in jedem Fall die Schonung der Umwelt.

Claims (2)

1. Verfahren zur selektiven Abtrennung von organischem Material biogenen Ursprungs aus einer Mischfraktion, indem 1.1 die Mischfraktion auf eine einheitliche Korngröße zerkleinert wird, 1.2 durch anaerobe Fermentation eine einseitige Zersetzung des organischen Materials biogenen Ursprungs stattfindet, 1.3 den Rückständen der Fermentation die Feuchtigkeit entzogen wird, 1.4 um in einem Siebverfahren die nicht zersetzten Fraktionen abtrennen zu können.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2.1 für die anaerobe Fermentation unter 1.2 methanogene Bakterien eingesetzt werden, 2.1.1 welche zunächst unter thermophilen Bedingungen, 2.1.2 im Anschluss unter mesophilen Bedingungen geführt werden.

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