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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verwertung von Feuchthalmgut und Trockenhalmgut, sowie auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Das Feuchthalmgut und Trockenhalmgut fällt bei der Bewirtschaftung von Grünflächen als Wiesenmahd oder auch als Grünschnitt an und wird bevorzugt aus ökologisch hochwertigem oder ökologisch aufzuwertendem Grünland gewonnen.
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Stand der Technik
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DE 43 38 306 A1 betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Verwertung von Biomasse. Die Biomasse wird im Wesentlichen durch Kompostieren behandelt. Die bei der Kompostierung entstehende Wärme wird genutzt, um die Biomasse zu trocknen. Die Biomasse wird anschließend thermisch in Heizkraftwerken verwertet. Als Grundstoff für die Biomasse dienen Bioabfälle wie Gras, Laub, Grünabfall, Holzschnitt, Rinde und biologische Restmaterialien, die in der Landwirtschaft, in der Landschaftspflege und im Landschaftsbau, in Haushalten oder auch im Wegebau anfallen können.
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DE 20 2010 010 368 U1 bezieht sich auf Brennstoffbriketts aus nachwachsenden Rohstoffen. Das Brennstoffbrikett wird durch ein Verfahren erhalten, bei dem eine Rohstoffmischung aus nicht-verholztem bzw. nicht-lignifiziertem Feinmaterial und verholztem bzw. lignifiziertem Strukturmaterial, insbesondere eine Rohstoffmischung von bei der Durchforstung und bei der Stammholzernte in forstwirtschaftlichen Betrieben anfallendem Waldrestholz mit anfallender Rinde sowie Holz aus Kurzumtriebsplantagen und bei der Landschaftspflege anfallenden Pflanzen- und/oder Pflanzenbestandteilen eingesetzt wird. Diese Rohstoffmischung wird einem wenigstens einstufigen Verrottungsprozess unterzogen, wobei der Verrottungsprozess derart geführt wird, dass das Feinmaterial der Rohstoffmischung wenigstens bis zu einem Rottegrad II und höchstens bis zu einem Rottegrad III biologisch umgesetzt wird und die so erhaltene partiell verrottete Rohstoffmischung zur Herstellung von Brennstoffbriketts eingesetzt wird.
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Zu Beginn des Rotteprozesses wird gegebenenfalls durch Zugabe von Wasser ein vorgegebener Wassergehalt eingestellt. Nach dem Rotteprozess soll der Wassergehalt weniger als 30% betragen und das Material wird in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion aufgetrennt. Die Grobfraktion weist einen Wassergehalt von weniger als 15% auf und wird brikettiert.
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DE 199 51 929 A1 hat ein Verfahren zur Gewinnung eines gasförmigen Energieträgers aus nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen und eine zugehörige Vorrichtung zum Gegenstand. Gemäß dieses Verfahrens wird ein gasförmiger Energieträger, insbesondere Methan aus nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen gewonnen, derart, dass ein Verkleinern der pflanzlichen Rohstoffe in einer Zerkleinerungseinrichtung, insbesondere einer Mühle erfolgt, ein Einfüllen der Rohstoffe in einen Faulbehälter und Auffangen des durch Faulen der Rohstoffe im Faulbehälter entstehenden Energieträgers sowie eine zugehörige Vorrichtung.
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Ein energetisch nicht verwertbarer Rest wird als Dünger genutzt.
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DE 195 26 342 A1 hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von hochverdichtbaren formbeständigen zylindrischen Briketts aus halmförmigem Gut zum Gegenstand.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen von hochverdichteten, formbeständigen zylindrischen Briketts aus halmförmigem Gut wie Stroh, Ganzpflanzen, Gras oder anderer pflanzlicher Stängel vorgeschlagen, wobei dieses Gut unzerkleinert kontinuierlich vorzugsweise längs zur axialen Verdichtungsrichtung ausgerichtet zugeführt wird. Ein lose aufgeschütteter Gutstrang wird quer zu seiner Stängelrichtung vorverdichtet zu Strangstücken getrennt, nach unten ausgeworfen, quer zur Stängelrichtung weitergeführt, bezüglich der Gutstranghöhe egalisiert, massedosiert, einer radialen Vorverdichtung als vereinzelter dosierter Gutstrang zugeführt und anschließend radial gleichzeitig geformt und vorverdichtet für die weitere axiale Vorverdichtung bereitgestellt. Anschließend wird der Gutstrang axial vorverdichtet und dabei für den nachfolgenden Verdichtungsvorgang positioniert weitergeleitet, abschließend verdichtet und ausgestoßen.
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Das halmförmige Gut wie Stroh, Ganzpflanzen, Gras oder andere pflanzliche Stängel werden vor dem Pressen über eine Kennwalze orientiert. Die Halme werden zu einem Strang verpresst und anschließend abgeschnitten, so dass formbeständige, im Wesentlichen zylindrische Briketts entstehen.
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Es bestehen Entwicklungen dahingehend, Energie aus nachwachsenden Rohstoffen zu gewinnen. Mit neu entwickelten Technologien, zum Beispiel der Maximum Yield Technology (MYT®), werden aus Resthaus- und Bioabfällen Biogas und Ersatzbrennstoffe gewonnen, mit denen sich Elektro- und Wärmeenergie erzeugen lässt. Weitere Projekte befinden sich derzeit noch in der Entwicklungsphase.
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Bei frühen Wiesenmahden und späten zusätzlichen Pflegeschnitten und in Abhängigkeit von der Klimazone, der Wetterlage und der Jahreszeit ist die Herstellung von solar getrocknetem Trockenhalmgut ggf. nicht möglich, so dass diese wertvolle Biomasse (d. h. Feuchthalmgut) für eine direkte Verwertung als Brennstoff nicht zur Verfügung steht. Als Feuchthalmgut wird das direkt nach einer Wiesenmahd oder einem Schneiden von Pflanzen erhaltene Halmgut bezeichnet. Daraus wird durch Trocknen das Trockenhalmgut gewonnen. Das Feuchthalmgut weist eine Feuchte von 20% oder mehr auf, wobei typische Feuchten je nach Halmart zwischen ca. 60–90% liegen. Trockenhalmgut weist eine Feuchte von weniger als 20% auf. Die Feuchte ist hierbei als Wasseranteil in Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse bzw. die Feuchtmasse definiert.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur möglichst allumfassenden effektiven Verwertung von Feuchthalmgut und Trockenhalmgut, welches über die reine Wärme und Energieerzeugung hinausgeht, bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verwertung von Biomasse, die bei Maßnahmen zur Landschaftspflege, bevorzugt aus der Bewirtschaftung von ökologisch hochwertigem und ökologisch aufzuwertendem Grünland, aber auch bei der Pflege kommunaler Rasenflächen, bei Pflegemaßnahmen privater Haushalte und bei sonstiger Rasen- und Wiesenmahd anfällt, vorgeschlagen, bei dem die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:
- a) Biomasse, insbesondere Feuchthalmgut, wird in Form von Silage gelagert,
- b) die Silage wird kontinuierlich oder diskontinuierlich einem Lager entnommen,
- c) aus der Silage enthaltene Biomasse wird einem Rührwerkreaktor unter Wasserzugabe zugeführt,
- d) danach erfolgt ein Abpressen der Biomasse in einer Presse, insbesondere einer Schneckenpresse, wodurch ein Feststoffstrom und ein flüssiger Stoffstrom erhalten werden,
- e) der flüssige Stoffstrom wird einer anaeroben Behandlung zugeführt,
- f) der Feststoffstrom wird thermisch und/oder biologisch getrocknet,
- g) es erfolgt eine thermische Verwertung des behandelten Feststoffstroms,
- h) aus dem flüssigen Stoffstrom wird bei der anaeroben Behandlung Biogas gewonnen, und
- i) nach der Durchführung der anaeroben Behandlung des flüssigen Stoffstromes abgezogenes Wasser wird als Flüssigdünger weiter verwendet,
- j) anfallende Kesselasche wird als Ergänzungsdünger in bewirtschaftetem Grünland eingesetzt.
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Verwertung von Biomasse werden Biomassen aus der Landschaftspflege und/oder der Landwirtschaft besonders energieeffizient behandelt und verwertet. Dies wird dadurch ermöglicht, dass aus der zur Verfügung stehenden Biomasse Biogas und feste Brennstoffe zur Verwertung erzeugt werden können. Im Vergleich zu üblichen landwirtschaftlichen Technologien erfolgt damit eine weitergehende energetische Verwertung der Biomasse, da entstehende Reststoffe, z. B. Gärreste, Reste aus der Grünlandbewirtschaftung und Reststoffe, die oft nur unzureichend oder gar nicht verwertet werden, weitestgehend minimiert werden können. Eine weitere wesentliche Besonderheit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Verwertung von Biomasse liegt darin, dass mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren besonders umweltbelastende Emissionen oder Bewirtschaftungsmethoden vermieden werden können.
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Beispielsweise lassen sich diffuse Methangasemissionen durch die Trennung in feste und flüssige Stoffströme und die Vermeidung von anaerob behandelten Gärresten vermeiden. Weiterhin werden zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens keine intensiv bewirtschafteten landwirtschaftlichen Kulturen vorausgesetzt, so dass Nachteile, die durch Monokulturen, Schädlingsbekämpfung oder Düngung bzw. Überdüngung entstünden und die ökologische Hochwertigkeit des Verfahrens drastisch mindern, von vornherein vermieden werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens, erfolgt im Rahmen einer Silierung, die üblicherweise in Fahrsilos, Silos oder Silageballen erfolgen kann, ein Beginn eines biochemischen Umbaus, welcher die spätere Verarbeitung der in Silageform vorliegenden Biomasse verbessert und zudem einen konservierenden Effekt hat.
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Im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird die Biomasse nach der Silierung diskontinuierlich oder kontinuierlich behandelt, insbesondere in einen zylindrischen im Wesentlichen in Horizontalausrichtung befindlichen Rührwerksreaktor überführt. Innerhalb des Rührwerksreaktors, der in horizontale Anordnung ausgerichtet ist, wird die Biomasse unter Zugabe von Wasser gemischt, so dass sich eine bestimmte Konsistenz der Biomasse einstellt. Zur Optimierung der Behandlung der Biomasse im Rührwerksreaktor bzw. des dort ablaufenden biologischen Prozesses, kann mit der Wasserzugabe oder einer alternativ oder zusätzlich vorsehbaren Temperaturführung eine Verbesserung des biologischen Prozesses im Rührwerksreaktor erreicht werden. Innerhalb des im Rührwerksreaktor vorliegenden geregelten Milieus wird die dort vorfermentierte Biomasse durch Hydrolyse weiter chemisch aufgeschlossen. Lösliche bzw. suspendierbare Inhaltsstoffe gehen in die Wasserphase über. Des Weiteren ist herauszuheben, dass vom Rührwerksreaktor in die Biomasse Scherkräfte eingebracht werden, welche den chemischen Aufschließungsprozess unterstützen durch mechanischen Angriff und insbesondere durch die Schaffung neuer Oberflächen, d. h. durch die Schaffung einer Oberflächenvergrößerung der Biomasse. Der Behandlungszeitraum der Biomasse im Rührwerksreaktor ist von der jeweiligen Biomasse abhängig, wobei die Verweildauer im Rührwerksreaktor typischerweise zwischen wenigen Stunden und 5 Tagen liegt.
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Anschließend wird die im Rührwerksreaktor vorbehandelte Biomasse mit einer Schneckenpresse intensiv abgepresst. Dadurch entstehen ein Feststoffstrom sowie ein abgetrennter flüssiger Stoffstrom. Für den erhaltenen Feststoffstrom wird ein Trockensubstanzgehalt zwischen 40% und 70%, bevorzugt von 50 bis 60% angestrebt. Die Prozentangabe des Trockensubstanzgehalts bezieht sich dabei auf den Gewichtsanteil der Trockensubstanz im Feststoff, also auf den Trockensubstanzgehalt in Bezug auf die Gesamtmasse. Der erhaltene flüssige Stoffstrom ist nach der Behandlung im Rührwerksreaktor und nach dem Abpressen mit abbaubarer Organik angereichert, so dass eine anaerobe Behandlung zur Energiegewinnung aus dem flüssigen Stoffstrom sich anschließen kann.
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Bei dem erzeugten Feststoffstrom, der nach dem Abpressen erhalten wird, handelt es sich insbesondere um zellulosehaltiges Material, welches sich insbesondere für eine thermische Verwertung eignet. Der Trockensubstanzgehalt des erhaltenen Feststoffstromes nach dem Abpressen kann durch Durchführung einer thermischen oder biologischen Trocknung auf einen definierten Wert eingestellt werden. Wird ein Trockensubstanzgehalt von mindestens 85% erreicht, kann von einer Trockenstabilisierung ausgegangen werden, so dass der erhaltene und getrocknete Feststoffstrom lagerfähig wird und je nach Bedarf zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann. Insbesondere kann der erhaltene und getrocknete Feststoffstrom einer Verwertungsanlage, beispielsweise einem Biomassekraftwerk, einem Blockheizkraftwerk, einem Heizkraftwerk, einem Heizwerk, einem Biomassekessel, einer Vergasungs- oder Pyrolyseanlage und Heizkesseln für Festbrennstoff, zugeführt werden. Dabei kann der Feststoffstrom gemeinsam mit einem Stoffstrom, der aus Trockenhalmgut (THG), welches beispielsweise nach einer solaren Trocknung erhalten wird, der Verwertungsanlage zugeführt werden. Zusätzlich kann ein Teil des Feuchthalmguts (FHG) über eine thermische Trocknung, bevorzugt wenn überschüssige Abwärme vorhanden ist, getrocknet und wie Trockenhalmgut (THG) weiterverwertet werden. Aus diesen Brennstoffen kann bei der Verwertung Wärme, Gas und elektrische Energie gewonnen werden.
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Der nach dem Abpressen erhaltene flüssige Stoffstrom der Biomasse wird in einem Fermenter einer anaeroben Behandlung zugeführt. Dabei entstehendes Biogas wird aus dem Fermenter abgezogen und kann beispielsweise zur Gewinnung von Elektro- und Wärmeenergie durch motorische Verstromung (z. B. in einem Blockheizkraftwerk) eingesetzt werden oder in ein Gasnetz eingespeist werden. Ohne eine CO2 Abtrennung kann das Biogas in ein für Biogas vorgesehenes Gasnetz eingespeist werden, wobei gegebenenfalls Reinigungsschritte vorgenommen werden. Nach einer Reinigung, die eine CO2 Abtrennung umfasst, kann das Biogas in ein Erdgasnetz eingespeist werden. Im Fermenter werden durch die Flüssigvergärung der leicht abbaubaren organischen Inhaltsstoffe sehr kurze Verweilzeiten realisiert, die maximal 10 Tage betragen. Nach dem Abschließen der anaeroben Behandlung des flüssigen Stoffstromes steht das behandelte Wasser als umweltfreundlicher Flüssigdünger zur Bewirtschaftung, insbesondere Düngung und Bewässerung von Wiesen mit der Zielsetzung der Entwicklung, Erhaltung und Ausweitung artenreicher Grünlandflächen zur Verfügung. Eventuell im Biomassekraftwerk, im Biomasseheizkraftwerk, im Heizwerk, beim Biomassekessel oder weiteren Prozessen anfallende Asche kann einer Ascheverwertung durch Verwendung als Ergänzungsdünger zugeführt werden, so dass eine nahezu vollständige Verwertung aller anfallenden Biomassebestandteile erreicht werden kann.
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Im Biomassekraftwerk oder im Blockheizkraftwerk erzeugte Wärme kann auch dazu genutzt werden, den nach dem Abpressen noch einen hohen Wasseranteil aufweisenden Feststoffstrom zu trocknen, so dass dessen Trockensubstanzgehalt von 40 bis 70% auf über 80%, bevorzugt über 85% gesteigert werden kann, so dass von einer Trockenstabilisierung des Feststoffstroms gesprochen werden kann.
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Zusätzlich ist es möglich, die bei der thermischen Verwertung anfallende Abwärme für eine direkte thermische Trocknung von Feuchthalmgut (FHG) einzusetzen. Dabei kann ein Teil des Feuchthalmguts einem Trockner zugeführt und getrocknet werden. Anschließend kann das getrocknete Feuchthalmgut wie Trockenhalmgut (THG) weiterverwertet werden. Trockenhalmgut kann dabei insbesondere thermisch verwertet werden. Zusätzlich ist es möglich, auch Abwärme aus anderen Prozessen für die Trocknung einzusetzen.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die in der Landschaftspflege oder der Landwirtschaft anfallenden Biomassen nach einer Silage, besonders energieeffizient behandelt und verwertet werden können. Dies wird durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht, da aus der zur Verfügung stehenden Biomasse Biogas und feste Brennstoffe zur Verwertung erzeugt werden. Im Vergleich zu üblichen landwirtschaftlichen Technologien erfolgt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren eine weitergehende energetische Ausbeutung der Biomasse, da entstehende Reststoffe, Gärreste und dergleichen weitestgehend minimiert werden, wobei diese als Dünger verwertet werden können.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist darin zu erblicken, dass mit dem neuen Verfahren besonders umweltbelastende Emissionen oder Bewirtschaftungsmethoden vermieden werden. Beispielsweise können diffuse Methangasemissionen durch die Trennung in feste und flüssige Stoffströme und die Vermeidung von anaerob behandelten Gärresten vermieden werden.
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Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren soll aus „Halmgut”, also „Trockenhalmgut” (THG) und „Feuchthalmgut (FHG)” auf besonders energieeffiziente und umweltfreundliche Art Wärmeenergie erzeugt werden. Wichtige Elemente sind, dass die Entwicklung artenreicher Grünlandstrukturen im Vordergrund steht und die damit verbundene Gewinnung von verwertbarer Biomasse auf der Basis von Trockenhalmgut nach dessen solarer Trocknung erfolgt. Da in Verbindung mit dem Projekt „Biodiversität und regenerative Energie am Kahlenberg” zur Behandlung von Verwertung von Abfällen grundsätzlich weitere regenerative Energieressourcen verfügbar sind, werden weitere Projekte zur Gewinnung von Bioenergie aus Grünschnitt von der Rasen- oder Wiesenmahd entwickelt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich ein maximaler Energieertrag aus Biomasse erreichen, da – soweit möglich – eine solare Trocknung der Biomasse erfolgt ohne eine energieintensive Kompaktierung des Brennstoffes, wie beispielsweise im Wege der Brikettierung bzw. Pelletierung. Bei der Behandlung des Feuchthalmgutes gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung entstehendes Biogas und ein abgepresster Rest, werden im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren nicht landwirtschaftlich sondern vorwiegend energetisch verwertet, wobei die nicht energetisch verwertbaren Reste minimiert werden. Bei anderen Biomasseverarbeitungsprojekten werden häufig Biomassen direkt vergoren und die Gärreste landwirtschaftlich ausgebracht. Bei dieser Vorgehensweise ist jedoch die Energieausbeute bedeutend geringer und es entstehen höhere Emissionen. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegt der Fokus auf Biomassen, die aus der Entwicklung der Erhaltung und der Ausweitung artenreicher Grünlandflächen im Wege der extensiven Bewirtschaftung stammen. Dies birgt erhebliche Umweltvorteile im Vergleich zu denjenigen Biomassen, die aus intensivierter Landwirtschaft, man denke nur an Maismonokulturen, fettes Grünland sowie der monokulturelle Anbau von Raps stammen.
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Bei dem Verfahren entstehende Abwärme kann zudem eingesetzt werden, um einen Teil des anfallenden Feuchthalmguts unabhängig von Witterung und Jahreszeit direkt thermisch zu trocknen, so dass dieses anschließend wie Trockenhalmgut verwertet werden kann. Sollte am Standort zusätzlich Abwärme aus anderen Prozessen zur Verfügung stehen, so kann diese ebenfalls für die thermische Trocknung eingesetzt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.
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Die einzige Figur zeigt ein Verfahrensschema mit den beteiligten Verfahrenskomponenten, in denen die einzelnen Verfahrensschritte sequentiell oder mehrfach durchlaufen werden.
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Ausführungsvarianten
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1 zeigt, dass Feuchthalmgut 10, in Form von Silageballen 14 einer Silage 12 unterzogen wird. Das Feuchthalmgut 10 fällt bei nachhaltiger Bewirtschaftung von Grünflächen an. Die Silage 12 bewirkt, dass das Feuchthalmgut 10 durch den beginnenden chemischen Umbau für eine spätere Weiterverarbeitung vorbereitet wird und zudem in Bezug auf eine vorhergehende Zwischenlagerung konserviert wird. Die Silage 12 kann über übliche landwirtschaftliche Techniken wie beispielsweise Fahrsilos, stationäre Silos oder auch häufig im Landschaftsbild zu erblickende Silageballen erfolgen.
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Die in Form von Silage 12 vorliegende Biomasse wird nach Entnahme aus dem Lagerungsort 13 diskontinuierlich oder kontinuierlich behandelt. Die aus der Silage 12 erhaltene Biomasse wird einem Rührwerksreaktor 16 zugeführt. Der Rührwerksreaktor 16 gemäß der Darstellung in 1 umfasst eine Wanne 18. Es erfolgt eine Wasserzugabe 20 in den Rührwerksreaktor 16, wobei dessen Wanne 18 im Wesentlichen in Horizontalausrichtung 22 angeordnet ist. Die dem Rührwerksreaktor 16 zugeführte Biomasse wird unter Wasserzugabe 20 gemischt, so dass sich eine bestimmte Konsistenz der Biomasse einstellen lässt. Unter Wasserzugabe 20 wird im vorstehenden Zusammenhang eine Zugabe von Kreislaufwasser oder Prozesswasser 21 aus einem Fermenter 32 verstanden. Gegebenenfalls wird zusätzlich Fremdwasser 20a, also beispielsweise Oberflächenwasser, Brauchwasser oder Frischwasser, zugegeben. Die Zugabe von Fremdwasser kann zur Verdünnung erforderlich sein, wenn im Wasser gelöste Substanzen einen Konzentrationswert erreichen, der eine Vergärung stört oder hemmt. Zur Optimierung der Behandlung im Rührwerksreaktor 16 bzw. zur Optimierung des dort ablaufenden biologischen Prozesses, kann mit der Wasserzugabe 20 oder einer anderen entsprechenden Ausrüstung eine Temperaturführung für die Biomasse, bei deren Verweildauer im Rührwerksreaktor 16 erreicht werden. Im geregelten Milieu des Rührwerksreaktors 16 wird vorfermentierte Biomasse durch Hydrolyse weiter chemisch aufgeschlossen, lösliche bzw. suspendierbare Inhaltsstoffe der Biomasse gehen in die Wasserphase im Rührwerksreaktor 16 über. Über das Rührwerk 19 des Rührwerksreaktors 16 eingebrachte Scherkräfte unterstützen diese Prozesse durch mechanischen Angriff sowie durch die Schaffung neuer Oberflächen in der vorfermentierten Biomasse. Die Behandlung der vorfermentierten Biomasse im Rührwerksreaktor 16 erfolgt für eine Verweildauer von max. 5 Tagen.
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Danach wird die im Rührwerksreaktor 16 behandelte Biomasse einer Presse 24 zugeführt. Bei der Presse 24 handelt es sich bevorzugt um eine Presse mit einer Schnecke 26, d. h. einer Schneckenpresse 26, über welche aus der Biomasse ein Feststoffstrom 28 einerseits und ein flüssiger Stoffstrom 30 andererseits abgetrennt wird. Es wird angestrebt, dass der abgetrennte Feststoffstrom 28 ein Trockensubstanzgehalt von ca. 70% aufweist. Der abgetrennte flüssige Stoffstrom 30 ist nach der Behandlung im Rührwerksreaktor 16 und nach dem Abpressen in der Presse 24 mit abbaubarer Organik angereichert, so dass der flüssige Stoffstrom 30 in einem Fermenter 32 einer anaeroben Behandlung 34 zur Energiegewinnung zugeführt werden kann.
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Bei dem erzeugten Feststoffstrom 28 handelt es sich insbesondere um zellulosehaltiges Material, welches sich insbesondere für eine thermische Verwertung eignet. Zur Verbesserung der thermischen Verwertung des Feststoffstromes 28 kann dessen Trockensubstanzgehalt nach dem Abpressen in der Presse 24 mittels Durchführung einer thermischen und/oder biologischen Trocknung 36 erhöht bzw. auf einen definierten Trockensubstanzgehalt eingestellt werden. Bei Erreichen eines Trockensubstanzgehaltes von mindestens 85% kann von einer Trockenstabilisierung des Feststoffstromes 28 gesprochen werden, wobei der durch das Trocknen behandelte Feststoffstrom in der 1 mit dem Bezugszeichen 38 versehen ist. Der derart behandelte Feststoffstrom 38 ist gut lagerfähig und kann bedarfsgerecht beispielsweise zur Energiegewinnung eingesetzt werden. Hierzu kann der behandelte Feststoffstrom 38 direkt einer Verwertung zugeführt werden oder zunächst wie Trockenhalmgut 70 in einem Lager 72 gelagert werden. Die Verwertung des getrockneten und behandelten Feststoffstromes 38 kann beispielsweise in Biomassekesseln 40 erfolgen, die beispielsweise in Biomassekraftwerken 76, in Blockheizkraftwerken, Heizwerken oder in Heizkraftwerken eingesetzt werden. In Heizwerken wird Wärme gewonnen, während in Biomassekraftwerken 76, Heizkraftwerken oder Blockheizkraftwerken Strom 49 und Wärme 48 erzeugt werden. Biomassekessel 40 für Halmgüter zeichnen sich im Allgemeinen durch einen wassergekühlten Treppenrost und korrosionsbeständigen Materialien aus. Dadurch wird der speziellen Eigenschaft von Halmgütern Rechnung getragen und einer Verschlackungsgefahr aufgrund niedriger Ascheerweichungstemperaturen bzw. Korrosion wegen eines sich einstellenden Chlorgehaltes vorgebeugt. Die bei der thermisch und/oder biologisch erfolgenden Trocknung 36 entstehenden Dämpfe werden über einen Biofilter 44 gereinigt und einem Reinluft-Austritt 46 zugeführt, an welchem Reinluft in die Umgebung austritt. Die thermische/biologische Trocknung 36 des nach dem Abpressen in der Presse 24 erhaltenen Feststoffstromes 28 kann durch Wärmezufuhr bzw. Trockenluftzufuhr 80 aus dem Biomassekraftwerk 76 geleistet werden.
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Zusätzlich ist es denkbar, einen Teil des Feuchthalmguts 10 direkt thermisch zu Trocknen. Dazu kann ein Trockner 81 verwendet werden, der bevorzugt mit Abwärme betrieben wird. Diese Abwärme kann beispielsweise in Form einer Trockenluftzufuhr 80 aus dem Biomassekraftwerk 76 bereitgestellt werden.
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Der getrocknete und behandelte Feststoffstrom 38 wird für die thermische Verwertung dem Biomassekessel 40 des Biomassekraftwerks 76 zugeführt. Dabei kann zusätzlich eine thermische Verwertung von Trockenhalmgut 70 erfolgen, welches in einem Lager 72 bevorratet wird, beispielsweise einer Halle 74. Das Trockenhalmgut 70 wurde typischerweise über eine solare Trocknung 68 oder aus mit dem Trockner 81 thermisch getrocknetem Feuchthalmgut (FHG) erhalten. An der in 1 mit Bezugszeichen 42 gekennzeichneten Stelle vereinigen sich die Stoffströme aus der Verarbeitungsabfolge des Feuchthalmgutes 10 und des Trockenhalmgutes 70. Der den erhöhten Trockensubstanzgehalt von mindestens 85% aufweisende behandelte Feststoffstrom 38, der somit trockenstabilisiert ist, kann aufgrund seiner nunmehr vorliegenden Lagerfähigkeit bedarfsgerecht ebenso wie das im Lager 72, beispielsweise der Halle 74 bevorratete Trockenhalmgut 70 an der Zugabestelle 42 dem Biomassekraftwerk 76 je nach dessen Bedarf zugeführt werden.
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Der flüssige Stoffstrom 30 wird nach Anreicherung mit abbaubarer Organik dem Fermenter 32 zugeführt, in dem die anaerobe Behandlung 34 erfolgt. Dabei entsteht Biogas 50, welches durch eine motorische Verstromung in elektrische und in Wärmeenergie umgewandelt werden kann oder bei welchem unmittelbar nach einer entsprechenden Aufbereitung, wie in 1 angedeutet, eine Gaseinspeisung 52 in ein Gasnetz erfolgt. Im Biomassekraftwerk 76 bzw. den dort angeordneten Biomassekesseln 40 erfolgt die Verwertung des Trockenhalmguts 42 und des behandelten Feststoffstroms 38. Ebenso ist es möglich, dem Biomassekraftwerk 76 Biogas über die Zuleitung 78 aus dem Fermenter 32 zuzuführen. Ferner kann vom Biomassekessel 40 bzw. Biomassekraftwerk 76 eine Wärmeeinspeisung 84 in öffentliche Netze sowie beim Biomassekraftwerk 76 auch eine Einspeisung 82 elektrischer Energie in öffentliche Stromnetze erfolgen.
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Durch die Flüssigvergärung des abgetrennten flüssigen Stoffstromes 30 im Fermenter 32 können im Fermenter 32 sehr kurze Verweilzeiten des flüssigen Stoffstromes 30 realisiert werden. Die Verweilzeit in dem Fermenter 32 liegt bei maximal 10 Tagen. Nach der anaeroben Behandlung 34 des abgetrennten flüssigen Stoffstromes 30 erfolgt an einem Wasserabzug 54 das Abziehen des Wassers aus dem Fermenter 32. Behandeltes Wasser 58 steht nach Passage einer optionalen Wasserbehandlung 56 als Flüssigdünger 60 zur Verfügung. Ebenso kann das Wasser aus dem Fermenter 32 nach der optionalen Wasserbehandlung 56 als Prozesswasser 21 in den Rührwerksreaktor 16 zurückgeführt werden. Der umweltfreundliche Flüssigdünger eignet sich zur Bewirtschaftung, insbesondere zur Düngung und Bewässerung von Wiesen mit der Zielsetzung der Entwicklung der Erhaltung und Ausweitung artenreicher Grünflächen. Durch die kurzen Behandlungszeiten ergeben sich im Vergleich zu üblichen landwirtschaftlichen Biogasanwendung erhebliche Vorteile durch kleinere Baugrößen und ein erheblich herabgesetzter Investitionsaufwand.
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Des Weiteren kann ein Ascheaustrag 86 der Kesselasche 88 aus dem Biomassekraftwerk 76 bzw. aus dem Biomassekessel 40 erfolgen, so dass auch dieser ansonsten nicht verwertbare Rest der Biomasse einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann, was die Effizienz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Verwertung von Biomasse in Bezug auf herkömmliche Verfahren nochmals steigert. Als eine mögliche Ascheverwertung des Ascheaustrags 86 ist es denkbar, die Kesselasche 88 als Ergänzungsdünger einzusetzen.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren weist die wesentliche Besonderheit auf, dass Biomasse aus der Landschaftspflege oder der Landwirtschaft besonders energieeffizient behandelt und verwertet werden kann. Dies wird dadurch möglich, dass aus der zur Verfügung stehenden Biomasse Biogas
50 und feste Brennstoffe zur Verwertung erzeugt werden. Im Vergleich zu üblichen landwirtschaftlichen Technologien erfolgt damit eine weitergehende energetische Verwertung der Biomasse, da entstehende Reststoffe, insbesondere Gärreste minimiert und dann weitestgehend verwertet werden. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann selbst eine Ascheverwertung, die im Biomassekraftwerk
76 bzw. im Biomassekessel
40 bei der Verbrennung anfällt, erzielt werden. Eine weitere wesentliche Besonderheit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Verwertung von Biomasse liegt darin, dass mit dem Verfahren umweltbelastende Emissionen oder Bewirtschaftungsmethoden unterbleiben können. Beispielsweise können diffuse Methangasemissionen durch die Trennung in feste und flüssige Stoffströme
28,
30 und die Vermeidung von anaerob behandelten Gärresten erreicht werden. Des Weiteren werden zur Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens keine intensiv bewirtschafteten landwirtschaftlichen Kulturen vorausgesetzt, so dass Nachteile die aus Monokulturen, Schädlingsbekämpfung und Düngung rühren können, nicht die ökologischen Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens mindern. Bezugszeichenliste
| | | 60 | Flüssigdünger/Düngung/Bewässerung |
| 10 | Feuchthalmgut | 62 | |
| 12 | Silage | 64 | |
| 13 | Lagerort (Feuchthalmgut) | 66 | |
| 14 | Silageballen | 68 | solare Trocknung Trockenhalmgut |
| 16 | Rührwerksreaktor | 70 | Trockenhalmgut (THG) |
| 18 | Wanne | 72 | Energiespeicher/Lager |
| 20 | Wasserzugabe | 74 | Halle |
| 20a | Fremdwasserzugabe |
| 21 | Prozesswasser | 76 | Biomassekraftwerk |
| 22 | Horizontalausrichtung | | |
| 24 | Presse, Schneckenpresse | 78 | Biogas Zuleitung |
| 26 | Schnecke | 80 | Wärmeabgabe/Trockenluftabgabe |
| 28 | abgetrennter Feststoffstrom | 81 | Trockner |
| 30 | abgetrennter flüssiger Stoffstrom | 82 | Stromeinspeisung öffentliches Netz |
| 32 | Fermenter | 84 | Wärmeeinspeisung öffentliches Netz |
| 34 | anaerobe Behandlung | 86 | Ascheaustrag |
| 36 | Trocknung (thermisch/biologisch) | 88 | Kesselasche |
| 38 | behandelter Feststoffstrom | | |
| 40 | Biomassekessel, | | |
| 42 | Trockenhalmgut-Zugabestelle | | |
| 44 | Biofilter | | |
| 46 | Reinluft-Austritt | | |
| 48 | Verwertung Wärme | | |
| 49 | Verwertung Strom | | |
| 50 | Biogas | | |
| 52 | Einspeisung Gasnetz | | |
| 54 | Wasserabzug aus Fermenter 32 | | |
| 56 | Wasserbehandlung | | |
| 58 | behandeltes Wasser | | |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4338306 A1 [0002]
- DE 202010010368 U1 [0003]
- DE 19951929 A1 [0005]
- DE 19526342 A1 [0007]
