DE102015016110B4

DE102015016110B4 - Verfahren zur Erzeugung von Biogas, sowie Einrichtung zum Betrieb desselben

Info

Publication number: DE102015016110B4
Application number: DE102015016110.5A
Authority: DE
Inventors: Hermann Josef Wilhelm; Dipl.-Phys. Schmidt Karl-Michael
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2035-12-12
Also published as: DE102015016110A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Biogas, bei welchem ein Gärsubstrat in mindestens zwei seriell gespeisten Fermentern vergärt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fermenter mit einer periodisch wiederholten Teilmenge von Gärsubstrat über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, bis dieser seine Vollmenge bei maximalem Füllstand erreicht hat, und dass sodann die Vollmenge des ersten Fermenters in einem einzigen Schritt in den zweiten Fermenter unter weitestgehend anaeroben Bedingungen überführt wird, und dass sodann der erste Fermenter wieder mit einer periodisch wiederholten Teilmenge über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, während die zuvor in den zweiten Fermenter überführte Vollmenge des Gärsubstrates dort über dieselbe Anzahl N von Tagen ohne weitere Befüllung verweilt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas, sowie eine Einrichtung oder Biogasanlage zum Betrieb desselben, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 10.
Bekannte Biogasanlagen bestehen aus einem Hauptfermenter, einen Nachfermenter sowie einem Gärrestelager, sowie einer entsprechenden Gasführung zur Erzeugung eines Mischgases aus dem Biogas aller Fermenter einer Biogasanlage. Dieses wird dann einem weiterhin vorhandenen Blockheizkraftwerk mit einem Biogasmotor zugeführt, welcher mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist. Die Leistung einer Biogasanlage bemisst sich somit nach der final abgegebenen elektrischen Leistung. Aus der DE 10 2012 212 505 A1 ist eine Biogasanlage sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb mit seriell geschalteten Fermentern bekannt. Allerdings wird die Anlage im Batch-Betrieb gefahren. Aus der WO 2011/015328 A1 ist ein Biogasverfahren mit zwei Fermenterstufen bekannt. Die erste Fermenterstufe wird unter Einhaltung einer bestimmten Masse an Feststoff pro Kubikmeter und Tag betrieben. Eine Biogasanlage mit 500 KW elektrischer Ausgangsleistung hat typischerweise im Hauptfermenter und Nachfermenter jeweils ein Gärraumvolumen zur Fassung von jeweils ca 2000 tonnen Gärbrei. Bekanntermaßen werden solche Biogasanlagen mit einer täglichen Teilmenge von ca 30 tonnen Gärsubstrat gefüttert. Das Gärsubstrat besteht dabei zumeist aus einer Mischung aus Mais- und/oder anderer Pflanzensilage sowie tierischer Gülle. Wenn täglich 30 tonnen Gärsubstrat frisch in den Hauptfermenter zugefüttert werden, werden zeitgleich etwas weniger als 30 tonnen Gärsubstat wieder aus dem Hauptfermeneter in den Nachfermenter überführt. Das Defizit in der überführten Biomasse entspricht der Menge in der Massenbilanz der Menge an Biogas, welches herausgetragen wurde, nebst der Luftfeuchte. Dann müssen natürlich aus dem Nachfermenter wiederum ca 28 bis 29 tonnen Gärsubstrat in das Gärrestelager überführt werden, damit die jeweiligen Substratmengen in den Fermentern mengenmäßig nicht aufkummulieren. Da nach der jeweilgen Fütterung in den Fermentern mit Rührwerken gerührt wird, ergibt sich nur eine statistische Verweilzeit des Gärsubstrates von 66 Tagen im Hauptfermenter und nochmals 66 Tagen im Nachfermenter. Hier wird bereits ein Problem deutlich. Da in den Fermentern zum Aufschluss von Gasnestern gerührt werden muss, wird jedes am Tag x in den Hauptfermenter gespeistes Gärsubstrat zu einem 66stel am Tag x+1 bereits wieder in den Nachfermenter verschoben, von dort wieder am Folgetag ein 66stel ins Gärrestelager. D.h. heisst pyhsikalisch haben ca 1,5 % des Substrates nur eine Verweilzeit, d.h. Gasaufschlusszeit von 2% der statistischen Gesamtgasaufschlusszeit erfahren.
Bei der besagten Biomasse muss man aber eine mittlere Gasaufschlusszeit von ca 20 Tagen rechnen; d.h. 20 Tage mal 1,5%. Ein zeitliches Integral hierüber ergibt, dass bis zu ca 30% des Substrates nur angegast aber keineswegs ausgegast ist. Ein Teil davon ist im Gärrestelager noch aktiv, wo aber keine optimalen thermischen und anaeroben Bedingungen mehr vorherrschen, und/oder der Trockensubstanzgehalt zu hoch ist. Der Gastrieb im Gärrestelager ist grundsätzlich suboptimal. Daran wird nun deutlich, das grob gerechnet bei einem solchen kontinuierlichen Betriebsverfahren, hier Konti-Verfahren genannt, immer noch mindestens 20% des möglichen Gasertrages gar nicht augeschlossen wurden.
Die Literatur oder Herstellerangaben setzen diesen Wert oft nur bei 7 bis 10% an. Diese Angaben sind nicht wirklich richtig. Dies ergeben kalorimetrische Messungen des Substrates vor und nach Fermentation.
Die Erfinder des nachfolgend beschriebenen neuen Verfahrens, sowie der neuen Einrichtung d.h. Biogasanlage konnten aber an einer Vielzahl von Biogasanlagen durch einen Paralleltestbetrieb in einer skallierbaren 1.000 liter Anlage nachweisen, dass in Praxi mehr als 20% des möglichen Gasertrages in herkömmlichen Biogasanlagen nicht gehoben wurde. Genau diese besagte Paralleltestanlage ist daher üblichen Laboranlagen mit nur 3 bis 5 Litern Gärvolumen in ihrer skallierbaren Aussagekraft weit überlegen.
Dies hat gleich zwei fatale Folgen.
Die erste Folge ist, dass Biogasanlagen bei weitem nicht ihre mögliche Leistung aus der Biomasse erschließen. Eine weitere fatale Folge ist, dass die aus den Gärrestelagern auf Ackerflächen ausgebrachten Gärreste auf den Ackerflächen dann weitergasen, wenn sie in den Boden eingearbeitet werden und längere Feuchteperioden von oben die Luftsauerstoffzufuhr so abschotten, dass sich zumindest kleine anaerobe Inseln im Ackerboden bilden können. D.h. auf den Äckern gast Methan aus, was auch bekannt ist. Methan ist eines der Gase mit größtem klimaschädlichen Verhalten. Um ein Vielfaches größer als Kohlenstoffdioxid. Ein solcher Effekt wird insbesondere durch das sogenannte strip-till-Verfahren begünstigt, nämlich wenn noch nicht ausgegaste Gärreste 20 Zentimeter tief in den Ackerboden „injiziert“ werden, weil dort die Wahrscheinlichkeit einer durch Bodennässe erzeugten anaeroben Abschottung noch um ein Vielfaches höher ist. Von dieser Problematik im Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art derartig weiter zu entwickeln, dass das Gärsubstrat deutlich mehr und zeitlich effektiver ausgegast wird. Eine weitere Aufgabe, die mit der erstgenannten Aufgabe einhergeht, besteht darin, dass zugleich mit der ersten Aufgabe die Summen-Aufschlusszeiten des Biogassubstrates deutlich gesenkt werden, so dass die benötigten Gärraumvolumen und damit die Größen von Biogasanlagen bei gleicher Leistung erheblich verkleinert werden können.
Die Lösung der in den Aufgaben genannten Problematik erfolgt bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Im Hinblick auf eine Einrichtung d.h. auf eine Biogasanlage, insbesondere zum Betreiben des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 10 gelöst.
Diesbezügliche vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen abhängigen Anspüchen angegeben.
Ein Granulat für die Entschwefelung im beschriebenen Verfahren ist in Anspruch 18 angegeben.
Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass der erste Fermenter mit einer periodisch wiederholten Teilmenge von Gärsubstrat über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, bis dieser seine Vollmenge bei maximalem Füllstand erreicht hat, und dass sodann die Vollmenge des ersten Fermenters in einem einzigen Schritt in den zweiten Fermenter unter weitestgehend anaeroben Bedingungen überführt wird, und dass sodann der erste Fermenter wieder mit einer periodisch wiederholten Teilmenge über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, während die zuvor in den zweiten Fermenter überführte Vollmenge des Gärsubstrates dort über dieselbe Anzahl N von Tagen ohne weitere Befüllung verweilt.
D.h. nur der erste Fermenter erfährt noch eine tägliche Fütterung mit Gärsubstrat. Der zweite Fermenter hingegen läuft schon im Batchbetrieb, in dem eine gesamte Umfüllung des Gärbreies nur bspw alle 5 Tage erfolgt. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass der Gasertrag erheblich höher im Batchbetrieb ist, als in der Störung des Gärbreis mit einer täglichen Fütterung.
Dies haben die Erfinder durch Langzeitmessungen beweisen können. Der erste Fermenter wird aber noch täglich gefüttert, um die sogenannte Acetogenese als Vorstufe zur Methanogenese deutlich zu durchfahren und die frisch zugeführten Substrate bewusst in die Fettsäureumsetzung zu fahren.
Bei einer weiteren, in erheblichem Maße vorteilhaften Verfahrensausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens drei seriell gespeiste Fermenter vorgesehen sind, und dass nach wiederholtem Befüllen des ersten Fermenters bis nach weiteren N Tagen, der gesamte Inhalt des zweiten Fermenters in den dritten Fermenter überführt wird, und unmittelbar danach der Inhalt des ersten Fermenter wieder in den zweiten zuvor entleerten Fermenter überführt wird, und der erste Fermenter wieder mit einer periodisch wiederholten Teilmenge von Gärsubstrat über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, während das Gärsubstrat im zweiten und im dritten Fermenter wieder für eine Anzahl von N Tagen verweilt.
Im Wesentlichen wird mit der Erfindung der Gärprozess im Inneren der Biogasanlage vom bisher bekannten Konti-Verfahren auf ein Batchverfahren umgestellt, bei dem faktische reale, anstatt statistische Verweilzeiten des Gärsubstrates entstehen. Dem liegen Erkenntnisse aus Tests zugrunde, die die Erfinder durchgeführt haben, bei denen Gärreste aus bekannten Biogasanlagentypen ausschließlich im Batchverfahren nachvergärt wurden.
Die Gaserträge waren dabei so überraschend hoch, dass dies die Grundlage zur geschaffenen Erfindung sein konnte. Der Nachweis dieser Tatsache ergibt sich aus den im Batchverfahren gemessenen sogenannten FOS-, TAC und FOS/TAC-Werte. Der FOS-Wert repräsentiert den Anteil flüchtiger organischer Säuren, und der TAC-Wert, den Wert total anorganic Carbon.
Ein hoher FOS-Wert repräsentiert den Status der sogenannten Acetogenese oder Acetophase, bei der die Biomasse zunächst in flüchtige organische Säuren von einer ersten Bakteriengattung, sozusagen als Vorprodukt zerlegt wird. Erst in der nachfolgenden Methanogenese werden die Methanbakterien mit diesem Vorprodukt aktiv. Bei Biogasanlagen ist daher dieser symbiotische Effekt beider unterschiedlicher koexistenter Bakterien von maßgebender Bedeutung.
Es ist daher von Bedeutung, dass die Acetogenese in einem austarierten Verhältnis zur Methanogenese steht.
Ist dies nicht der Fall, und gewinnt die Acetogenese die Oberhand, dann sagt man, dass die Biogasanlage sauer abkippt, der pH-Wert sinkt dann gefährlich ab. Dies ist nicht nur ungünstig, sondern es kommt biologisch zu einer erheblichen bis mortalen Supression der Methanpopulation. Damit besteht dann sogar die Gefahr, dass die Methanogenese völlig zum Stillstand kommt, und der gesamte Prozess in einen rein chemischen exothermen Ammoniakprozess umkippt. Dies wäre der worst case an einer Biogasanlage.
Aus diesem Grund muss dem hohen aktiven FOS-Wert, bspw bei einer starken Fütterung der Biogasanlage, ein entsprechender TAC Wert entgegengestellt werden. Nicht zuletzt wirkt dieser dann quasi puffernd im sauren Medium, in dem Carbonsäuren entstehen.
Wichtig ist daher das Verhältnis FOS/TAC. Dieser wird nach Probennahme von aktivem Gärsubstrat aus der Biogasanlage durch Titration gemessen.
Anlagenbetreiber geben vor, dass der FOS/TAC-Wert idealerweise zwischen etwa 0,25 und 0,29 liegen sollte, aber auf keinen Fall höher als 0,5.
Mit dem neuen Verfahren fahren die Erfinder aber FOS/TAC-Werte die bei 0,75 und darüber liegen, und dies in stabilen Prozessen !
Damit wird schon deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren hohe FOS-Werte fahren kann, ohne die Gefahr, dass die Biogasanlagen in den beschriebenen worst case fahren.
Wesentlich wichtig ist dabei die Verwendung eines Biogasboosterstoffes wie er im selben Versuchsumfeld bereits im letzten nebengeordneten Anspruch des Patentes DE 10 2012 024 108 B1 beschrieben wird.
Dieser wird auch beim vorliegenden neuartigen Biogasverfahren eingesetzt.
Ein weiterer Vergleich der erzielten Effekte gegenüber dem Stand der Technik ist von Bedeutung.
Bekannte Betriebsverfahren an Biogasanlagen zeigen, dass der Methangehalt schwingt. Er schwingt mit einer Frequenz, die abhängig von der aktuellen Acetogenese ist. Dies bedeutet, sobald neu gefüttertes Gärsubstrat zugeführt wird, steigt der Anteil der Acetogenese, die zeitgleich zu einer Supression der Methanogenese führt. Man nennt diesen Effekt daher das sogenannte Fütterungsloch.
Wenn dies zu stark auftritt, d.h. wenn der Methangehalt zu stark absinkt, müssen bei bekannten Biogasanlagen eine oder mehrere Fütterungstakte im bekannten Kontiprozess ausgesetzt werden. Dann erholt sich der Methangehalt in der Regel wieder.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Problem völlig anders gelöst. Dem Grunde nach besteht also ein Hauptteil der Erfindung darin, dass die Biogasanlage in mindestens zwei seriell angeordnete Gärvolumen, d.h. in mindestens zwei seriell angeordnete Fermenter unterteilt wird, von denen nur das erste Gärvolumen, d.h. der erste Fermenter täglich mit einer Teilmenge von frischem Gärsubstrat gefüttert wird, und zwar nur so lange, dass heisst soviel Tage, bis das erste Gärvolumen bis zu einem Maximalfüllstand, respektive eines verbleibenden Gasraumes über dem Gärsubstrat befüllt ist. Vom leeren Zustand bis zum Maximalfüllstand liegen vorzugsweise 5 bis 10 Tage. Ist das erste Gärvolumen, d.h. der erste Fermenter nach dieser Zeit bis zum Maximalfüllstand befüllt, erfolgt eine anaerobe, also unter Luftsauerstoffausschluss durchgeführte Überführung des gesamten Gärsubstrates aus dem ersten Gärvolumen, d.h. dem ersten Fermenter in ein zweites, leeres oder zuvor entleertes zweites Gärvolumen, d.h. in einen zweiten Fermenter etwa gleicher Größe.
Das erste Gärvolumen, d.h. der erste Fermenter startet sodann wieder mit der ersten Fütterung und den täglichen Zufütterungen, bis das erste Gärvolumen dann nach bspw. 5 bis 10 Tagen wieder bis zum Maximalfüllstand befüllt ist. In derselben Zeit verharrt das Gärsubstrat im zweiten Behälter dann die gesamte Zeit bis zur getakteten Wiederbefüllung nur des ersten Gärvolumens, d.h. des ersten Fermenters. D.h. im zweiten Gärvolumen, d.h. im zweiten Fermenter wird tatsächlich im Batchverfahren über die besagte Zeit von 5 bis 10 Tagen Biogas erzeugt.
Ist das erste Gärvolumen, d.h. der erste Fermenter wieder bis zur Maximalfüllhöhe gefüllt, dann wird zunächst das zweite Gärvolumen, d.h. der zweite Fermenter entweder ganz in ein Gärrestelager entleert, wenn nur zwei Gärvolumen, d.h. zwei Fermenter vorgesehen sind. Oder wenn mehr als zwei Gärvolumen, d.h. mehr als zwei Fermenter vorgesehen sind, wird das Gärsubstrat aus dem zweiten Gärvolumen, d.h. aus dem zeiten Fermenter anaerob in ein drittes Gärvolumen, d.h. in einen dritten Fermenter überführt. Das damit frei werdende zweite Gärvolumen wird dann wieder anearob mit dem Gärsubstrat des ersten Gärvolumens befüllt, usw.
Bei bspw fünf seriell angeordneten und wie eine Art Schieberegister befüllte Gärvolumen, d.h. Fermenter entsteht so eine tatsächliche Batchzeit von bspw 4 mal 5 Tagen, d.h effektiv von 20 Tagen, in der praktisch kein neues Gärsubstrat zugeführt wird. Der Prozess der täglichen Fütterung entsteht nur im ersten Gärvolumen, d.h. im ersten Fermenter, und bewirkt einen effektiven, aber vom übrigen quasi Batchprozess abgeteilten Angasprozess.
Das erfindungsgemäße Verfahren erzielt damit eine einzigartige Besonderheit.
Nämlich von außen gesehen, wird die Biogasanlage immernoch täglich mit Gärsubstrat gefüttert. Nach innen entsteht aber tatsächlich der begehrte und höchst effektive Batchprozess, in der das Gärsubstrat ungehindert, und ohne Schwingung in der Aceto- und Methanochrakteristik entgasen kann.
Damit bleibt das gesamte logistische Konzept in der Peripherie der Biogasanlage erhalten, und nur im Inneren der Biogasanlage selbst wird der Batchprozess ermöglicht. Das Ergebnis ist offensichtlich.
Der Methangehalt normaler Biogasanlagen liegt im Mischgas bei ca 51 %. Beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt dieser bei mindestens 60 bis 65% im Mischgas.
Dies bedeutet bei gleichem Gastrieb bereits ein Plus im Biomethanergebnis von plus 17 bis 27%.
Es hat sich ferner gezeigt, dass durch den Batchprozess erheblich weniger Gärvolumen in Summe benötigt wird, weil die Biomasse, d.h. das Gärsubstrat auch schneller aufschließt also entgast, als im herkömmlichen Kontiprozess.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Biomasse oder der Gärbrei zur Befüllung des ersten Fermenters über eine Zykloneinrichtung erfolgt, die die Biomasse oder den Gärbrei in einen zylinderförmigen Zwischenbehälter exzentrisch zur Längsachse des zylinderförmigen Zwischenbehälters einpumpt, dessen Volumen kleiner als das Volumen des ersten Fermenters ist, und dass zum Gärbrei oder zur Biomasse in den so erzeugten Zyklonstrom Zuschlagstoffe injiziert werden, und dass der Zwischenbehälter sich im selben Maße wie die Durchleitung stattfindet, in den ersten Fermenter entleert.
Die Diffusion in Fermentern großer Biogasanlagen ist aufgrund er Textur des Gärbreies extrem gestört. Es bilden sich Agglomerate und Gasnester von nur wenigen Dezimetern Durchmesser. Diese können mit üblichen Flügelradmischern von 2 meter Durchmesser garnicht aufgerissen werden. Die Agglomerate werrden nur weitergeschoben. Außerdem können injizierte Additive garnicht vollständig vermischt werden in einem 2000 tonnen Gärraum. Der Gastrieb in bekannten Biogasanlagen ist damit ersichtlicherweise unoptimal. völlig anders ist dies bei einer Zwangdurchleitung des Gärbreies durch einen Zyklon, in dem jeder Kubikdezimeter Gärbrei aufgerissen wird. Auch die Injektion von Additiven ist mit einem solchen Zyklon anschließend vollständig gleichverteilt im Gärbrei.
Die hierdurch bewirkte neuartige Form der mechanischen Durchmischung des Gärbreies ist gegenüber Flügelrad betriebenen Mischern in Fermentern alleine in der Lage, Gasnester zu zerreisen, und andererseits auch Additive homogen zu verteilen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass auch die Überführung der Biomassen aus dem ersten Fermenter in den zweiten Fermenter, und ggfs vom zweiten Fermenter in den dritten Fermenter usw über jeweils eine Zykloneinrichtung erfolgt, und dass bei der jeweiligen Überführung ggfs weitere Zuschlagstoffe in den jeweiligen Zyklonstrom injiziert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass vor Einleitung in den ersten Fermenter, die Biomasse oder die dem Gärbrei zugemischte Biomasse zuvor durch einen Maischprozess und/oder einen Mälzprozess vorbehandelt wird. Insbesondere die Mälzung trägt hierbei Enzyme ein, die auch schwer vergasbare Biomasse aufschließen hilft.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die entstehende Biogasmengen der Fermenter zu einem Mischgas zusammengeführt werden, und dass zumindest an dem letzten Fermenter eine Teilmenge des begleitenden Kohlenstoffdioxidgases dem Biogas entnommen, und zumindest dem Gärbrei des ersten Fermenter zurückgeführt wird. Die erfindungsgemäße betriebsweise führt zu einer Anhebung des Populationsniveaus, insbesondere durch die Rezyklizierung, weil die anaeroben Methanbakterien in der letzten Phase, der Methanogenese, Kohlenstoffdioxid benötigen. Eine gezielte Recyclizierung aus der besagten leichten Gaswäsche bewrikt eine Steigerung der Effektivität der Methanproduktion durch die Methanbakterien.
In einer zusätzlichen und erheblich vorteilhaften Ausgestaltung wird, wie oben bereits ausgeführt, in jeder Umfüllung ein Booster gemäß des Patentes DE 10 2012 024 108 B1 zugeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der FOS/TAC-Wert durch Zugabe des genannten Boosters stetig von Gärvolumen zu Gärvolumen, d.h. von Fermenter zu Fermenter erhöht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei der Injektion von Zuschlagstoffen in jedem Zyklon auch ein Entschwefelungsmittel für die H2S-Entschwefelung mit injiziert wird.
Somit wird für jeden Fermenterstufe gesondert ein Entschwefelungsmittel, bspw Eisen2Chlorid mit in den via jeweiligem Zyklonstrom in den Fermenter überführten Gärbrei mit injiziert.
Die Überführung des Gärbreies ab dem zweiten Fermenter erfolgt logistisch wie ein Schieberegister.
In Bezug auf eine Biogasanlage zur Durchführung des Verfahrens besteht der Kern der Erfindung darin, dass die Biogasanlage aus einer Anzahl N von Einzelfermentern besteht, von denen mindestens eine Anzahl N-1 Fermenter im Batchbetrieb betreibbar sind.
D.h. mit anderen Worten, dass nur der erste Fermenter jeden Tag mit einer Teilmenge an Biogassubstrat gefüttert wird, so lange bis er voll ist. Hierzu werden eine Anzahl x von Tagen benötigt. Erst dann wird das gesamte Biogassubstrat in einem Schritt in den zweiten Fermenter überführt, der erst kurz zuvor in den dritten Fermenter, und dieser in den vierten Fermenter entleert wurde usw. Sodann ist der erste Fermenter wieder ganz leer und kann dann wieder x-Tage lang mit Teilmengen von Biogassubstrat gefüllt werden, bis er wieder entleert wird in den zweiten usw.
Dies hat zur Folge, dass in jedem Fermenter ab dem zweiten Fermenter das Biogassubstrat jeweils x Tage verweilt, ohne dass neues Substrat hinzu kommt.
Mit anderen Worten ergibt sich eine gesamte Batchbeztriebszeit für das Gärsubstrat in dem keine weitere Zufütterung, als nur Zuschlagstoffe und der genannte Booster von Fermenterüberführung zu Fermenterüberführung hinzu kommt.
Daraus resultiert bei dieser erfindungsgemäßen Betriebsweise, dass in allen Fermentern ab dem zweiten Fermenter ein realer Batchbetrieb läuft. Insgesamt ergibt sich eine Gesamtbatchzeit von $(N - 1) * x$
Tagen.
Das Biogassubstrat kann damit wesentlich effektiver, und durch die Zyklon-Mischung beim Überführungen von Fermenter zu Fermenter erheblich schneller und vollständiger ausgasen.
In weiterer Ausgestaltung ist angegeben,dass die Anzahl N mindestens 3 ist, die nacheinander, aus jeweils dem vorherghenden Fermenterinhalt befüllt, und bei denen mindestens 2 Fermenter im Batchbetrieb betrieben werden, und dass zur jeweilgen Umfüllung des Fermenterinhaltes in den nächsten Fermenter, zwischen den Fermentern jeweils eine Zykloneinrichtung vorgesehen ist, in die der Gärbrei exzentrisch zur Erzielung einer Rotation durchgeleitbar ist, und in den rotierenden Gärbreistrom Additive über Injektoren injzierbar sind.
In weiterer vorteilhaftr Ausgestaltung ist angegeben, dass das in den Fermentern abgezogene Biogas über eine an jedem Fermenter, oder zumindest am letzten Fermenter angeordnete oder mit diesem korrespondierende Biogaswäsche in auf ca 1°C bis 20°C gekühltem Wasser unter einer Druckerhöhung von ca 0,1 bis 3 Bar verbunden ist, und dass das im Wasser gebundene Kohlenstoffdioxid zumindest in die Erstbefüllung des ersten Fermenters rückführbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Fermenter in einer die Fermenter zumindest teilweise einhausenden und/oder umgebenden Umhüllung angeordnet sind, welche nach außen thermisch isoliert und innen mit einem wärmevermittelnden und/oder thermisch isolierenden Medium gefüllt ist.
Um auch bestehende Biogasalgen mit Großfermentern in der erfindungsgemäßen Weise nachzurüsten, ist weiterhin angegeben, dass die einzelnen Fermenter als Compartments durch Einbringung von vertikalen Schotts in einen herkömmlichen Fermenter gebildet werden, bei welchem die durch Schottung eines großen Fermenters gebildeten einzelnen Fermenter durch Überführung des Gärsubstrates von einem Fermentercompartment zum Nächsten in der gleichen Weise erfolgt, wie oben beschrieben. Die Schotts können nach oben offen sein. Wichtig ist nur, dass die Gärsubstrate der einzelnen Fermenter voneinander separiert werden. So ergeben sich ebenso eine Mehrzahl von Fermentern, die in der oben beschriebenen Wiese betrieben werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Biogasanlage als stationäre Biogasanlage ausgebildet ist. Dies resultiert dann in Großanlagen. Vorteilhafterweise lässt sich die erfindungsgemäße Biogasanlage aber wegen ihrer Kompaktheit des Biogaskonzeptes sehr vorteilhaft auf als transportable Biogasanlage ausgestalten, die in einem transportablen Container angeordnet ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das aus den Fermentern abgeführte Biogas durch einen Entschwefelungsfilter durchgeleitet wird, welcher mit einem Granulat als Schwefelabsorbanten gefüllt.
Dabei kann ein solcher Entschwefelungsfilter entweder am Biogasabgang eines jeden Fermenters, oder in der Biogas-Gesamtverbindungsleitung aller Fermenter des abgeführten Biogases eingebracht sein, so dass das Biogas durch das besagte Granulat hindurch geleitet wird.
In Bezug auf das besagte Granulat des Schwefelabsorbanten zum Einsatz in einer vorstehend beschriebenen Biogasanlage ist vorgesehen, dass der Schwefelabsobant aus Biomassepellets besteht, die in einem Pyrolyseschritt zumindest an der Oberfläche angekohlt wird, und an der Oberfläche mit einem Haftvermittler versehen sind, an dem ein Coating mit Eisenhydroxid-Pulver anhaftet.Zumindest an der Oberfläche angekohlt heißt, dass die Pellets nicht über den gesamten Querschnitt durchgekohlt sind. Stattdessen soll nur eine statisch feste Kohlehülle entstehen, so dass die Pellets, d.h. das Granulat im Entschwefelungsfilter nicht aufweichen.
Ferner soll mit dem inneren faserreichen Kern eine zusätzliche Hygroskopie entstehen, um das Biogas durch die Eisenhydroxid-Schicht zu ziehen.
Diese ist die eigentlich aktive Schicht zur Entschwefelung.
Ein solches Granulat ist natürlich auch bei herkömmlichen Biogasanlagen einsetzbar.
Insgesamt lässt sich das genannte Verfahren auch bei bekannten Biogasanlagen umsetzen, wenn die bestehenden Großfermenter, in voneinander separierte Fermenterräume zumindest im Gärbrei durch Zwischenwände unterteilt. d.h. voneinander abgeteilt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:

1: Übersicht aller Komponenten der erfindungsgemäßen Biogasanlage, Alternative 1
2: Schematische Draufsicht mit Anordnung der Fermenteranordnung gemäß Alternative 1
3: Schematische Draufsicht mit Anordnung der Fermenteranordnung gemäß Alternative 2

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei der erfindungsgemäßen Biogasanlagen nach einer ersten Alternative. Hierbei, wie auch bei der später dargestellten zweiten Alternative ist wesentlich, dass die Fermentation nicht mehr in einem einzigen Fermenter, einem sogenannten Hauptfermenter, stattfindet, sondern auf mehrere verteilt wird, in denen dann ab dem zweiten Fermenter das der Gärprozess im sogenannten Batchverfahren, d.h. Verweilung über mehrere Tage, ohne zwischenzeitliche Fütterung weiteren Biogassubstrates, vorgenommen wird. Bei bekannten Biomassefermentern wird jeden Tag eine Teilmenge neue Biomasse eingefüttert und auch jeden Tag wieder eine Teilmenge Biomasse ausgeleitet. Dabei ist es logisch, dass bei der besagten Teilmenge die ausgeleitet wird, auch noch unvergorene, nur einen oder wenige Tage gasende Biomasse wieder ausgeleitet wird.
Ganz anders bei der vorliegenden Erfindung.
Dabei wird in den ersten Fermenter F1 eine bspw tägliche Teilmenge des Füllvolumens von F1 von gärfähigem Biomassesubstrat des Füllvolumens eingefüllt. Diese Biomasse wird zunächst in einer Gärsubstrataufbereitung 7 vorbereitet. Dies erfolgt bspw dadurch, dass dem Gärbrei gemälztes Biosubstrat zugegeben wird, und dass gffs die Biomasse in eine feinere Textur durch Mahlung gebracht wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch Zugabe von gemälzter Biomasse, bspw angekeimte Gerste und/oder Roggen und/oder Grünroggen Enzyme mit zugeführt werden, die eine bessere Aufschlussrate bei Ligninose und/oder Zelluslose enthaltender Biomasse herbeiführen.
Daher verweilt die Biomasse auch einen bis mehrere Tage in dieser Gärbreiaufbereitung 7. Diese ist vom Volumen her so dimensioniert, dass die mehrere Fütterungsmengen mehrerer Tage dort hineinpassen, also bspw einmal das gesamte Füllvolumen des Fermenters F1.
Von dort wird die Biomasse entsprechend mit einem Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt) von ca 8% bis 12% über einen Zyklon Z1 in den Fermenter Z1 geleitet.
Der Zyklon beteht aus einem zylindrischen, aufrecht stehenden Gefäß. Unten wird die vorkonditionierte Biomasse, d.h. das Gärsubstrat extrentrisch zur Zylinderachse über einen hier noicht dargestelle Pumpe eingeleitet, so dass im Zyklon Z1 ein Wirbel entsteht, und der Flüssigkeitsspiegel ansteigt. Oben ist der Zyklon Z1 mit einem Überleitungsrohr versehen, so dass der darin zwangsweise aufsteigende Gärbrei in den Fermenter F1 läuft.
Hierbei ist es schon wichtig zu vermerken, dass bereits die Einleitung des Gäbsubstrates in den Zyklon Z1 und von dort in den Fermenter F1 vorteilhafterweise anaerob erfolgt, bzw. erfolgen sollte.
In den Zyklon Z1 wird zusätzlich zum konditionierten Gärsubstrat ein sogennannter Biogasbooster in den Wirbel des Gärsubstrates eingeleitet. Dieser muss und wird dadurch auch extrem homogen mit dem Gärsubstrat vermischt, indem er dosiert zugeführt wird, und zwar über die gesamte Durchleitungszeit von Gärsubstrat.
Als Biogasbooster wird ein Stoff verwendet, wie er in der DE 10 2012 024 108 B1 beschrieben ist.
Zusätzlich wird in den Zyklon Z1 auch ein Recyclat aus dem letzten Fermenter F5 recycliziert. Damit werden hohe Populationen an wirksamen Methanbakterien sogleich in den ersten Fermenter F1 mit überführt. Das Recyclat wird dabei aber nicht direkt aus dem letzten Fermenter F5 entnommen, sondern zunächst in einen separaten Brutbehälter überführt, wo sie unter günstigsten Bedingungen, d.h. mit Nährsubstrat und bei ca 38 bis 42°C hochpopuliert werden. Erst dann werden sie zeitverzögert aus der Brutbehälter in den Zyklon Z1 gepumpt. Auch sie werden in den Wirbel des Zyklons Z1 mit eingepumpt, damit sie eine perfekte Durchmischung mit dem Gärsubstrat erfahren. Wichtig bei der Erfindung ist nun, dass der der Fermenter F1 nicht sofort ganz gefült wird, sondern bspw am ersten Tag mit einem Fünftel seines maximalen Gärvolumens. Sodann wird an weiteren 4 Tagen die Fütterung mit der jeweilgen Teilmenge von bspw jeweils einem Fünftel. Auch hierbei wird das Recyclat absolut anaerob, also ohne Luftsauerstoff überführt, um die Methanpopulation nicht zu dezimieren. Optional kann bereits ein Schwefelwasserstoffbinde- oder Fällungsmittel auch bereits in den Fermenter F1 eingespeist werden, wass dabei auch über eine entsprechende Zudosierung über den Zyklon Z1 erfolgen würde. Nach bspw 5 Tagen ist der Fermenter F1 bis zu seinem maximalen Füllvolumen, respektive einem verblebenden Gasvolumen gefüllt. Nach bspw 5 Tagen erfolgt dabei die Überführung des gesamten Gärsubstrates aus dem Fermenter F1 in den Fermenter F2.
Diese Überführung geschieht ebefalls wieder mit einer Pumpe, die in den Zyklon Z2 in derselben Weise einpumpt, und in den dortigen Wirbel dann ein Biogasbooster, ggfs ein vom ersten Biogasbosster verschiedene Boosterzusammensetzung mit injiziert wird. Dies ebenfalls über die gesamte Überführungszeit verteilt dosiert. Zusätzlich wird nun auch ein Schwefewasserstoffbinde- oder Fällungsmittel mit zudosiert, das eine gezielte Reduktion/Bindung des Schwefelwasserstoffes insbesondere aus der Acetogenese des Biogasprozesses vornimmt. Insbesondere durch die perfekte Einmischung ins Gärsubstrat wird das Gärsubstrat für die nachfolgenden 5 Tage im Batchbetrieb vorbreitet. Ist nun der gesamte Fermenter F2 maximal befüllt, so beginnt unmittelbar nach der Überführung des Gärsubstrates von F1 zu F2, sofort wieder die schrittweise tägliche Teilbefüllung des ersten Fermenters F1 in weiteren bspw 5 Tagen. Anders ist es nun im Fermenter F2. Dort verweilt nun das entsprechend überführte und „geboosterte“ Gärsubstrat für bspw 5 Tage im Batchbetrieb. Nach diesen weiteren 5 Tagen ist der erste Fermenter F1 wieder vollständig gefüllt. Nun wird Fermenterinhalt F2 komplett in den Fermenter F3 durch Pumpung über einen weiteren Zyklon Z3 in derselben Weise vorgenommen, mit Boosertzumischung B3 und Schwefelwasserstoffbindung H3. Sodann ist Fermenter F2 leer, und dieser wird wieder gefüllt mit dem Inhalt von Fermenter F1. F1 ist damit leer, und es beginnt wieder die Teilbefüllung in bspw 5 Tagen, während in Fermneter F2 und F3 nun jeweils 5 Tage Batchbetrieb folgen. Nach weiteren 5 Tagen ist F1 wieder gefüllt und der Inhalt von F3 wird in F4 überführt, der Inhalt von F2 in F3 überführt, und der Inhalt von F1 in F2 überführt, und in F1 beginnt wieder bspw die 5 Tage schrittweise Befüllung. Danach wird der Inhalt von F4 in F5 überführt, Dr Inhalt von F3 in F4, der Inhalt von F2 in F3, und der Inhalt von F1 in F2 usw. Sind alle Fermenter F1 bis F5 in Betrieb, dann wird jeweils der Inhalt des letzten Fermenters F5 bspw in ein Gärrestelager überführt und alle Fermenterinhalte rücken um einen Fermenter weiter, so dass F1 wieder voll ist. Grundsätzlich wird immer nur der erste Fermenter täglich gefüttert, alle anderen laufen während der mehrtägigen Verweilzeit im Batchbetrieb. Im Batchbetrieb ist der Biogasprozess wesentlich effektiver auf die tatsächliche Ausgasung des möglichst gesamten Gspotentials aus der Biomasse. Wichtig ist hierbei, dass zwischen jeder Überführung die Möglichkeit besteht, über den jeweiligen Zyklon Z2, Z3, Z4, Z5, eine perfekte mechanische Durcharbeitung des Gärsubstrates zu erzielen, und außerdem in jede der Zyklonströmungen, also bei jeder Überführung eine auf den jeweilgen Gasungszustand angepassten Booster zu injizieren. Ferner kann in jeder Stufe auch ein Entschwefelung vorgenommen werden. Das in jeder Stufe oben abgenommene geht über eine einfache Gaswäsche durch einperlen in Wasser. Es kommt dort zu einer Lösung von Schwefelverbindungen und zu einer leichten Lösung Kohlenstoffdioxid. Am Ausgang der Gaswäscher GW1 bis GW5 sind die Biogasabgriffe mit einer Biogassammelleitung GP verbunden. Am Ausgang der Biogassammelleitung GP wird das gesamte aus allen Fermentern F1 bis F5 beigetragene Biogas 100 entnommen und entweder einem Biogasmotor-Generatoraggregat zugeführt, oder zu einer Aufmethanisierunganlage geleitet, in der erdgasäquivalentes Gas in Erdgasnetz einleitfähig vorbereitet wird. Teilmengen der aus der Kraft-Wärme-Kopplung entnommenen Wärme werden zur Temperierung der Gärsubstrataufbereitung 7 und/oder dem Brutvolumen 8 für Methanbakterien zurückgeführt. Optional können auch die Überführungleitungen und/oder die Zyklone Z1 bis Z5, und/oder die Boosterreservoire B1 bis B5 beheizt werden, zumindest in dem Moment, in dem diese für die oben beschriebenen Momente der Gärsusbtratüberführung benötigt werden. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, dsss die aktuell ja gasenden Gärsubstrate auf Temperatur bleiben, und die Bakterienpopulationen keine Kälteschock erleiden. Ein solcher ist nämlich bis zum Wiedererreichen eines benötigten Temperaturlevels gashemmend. Sind die Leitungen und Zyklone aber für die Überführungsmomente beheizt, bleibt der Gastrieb auch ohne Dämpfung hoch. Dies macht sich in einem höheren Biogas-Ertrag bemerkbar. Wichtig ist, dass die Zyklone Z2 bis Z5 so betrieben werden, dass unten im Fermenter Fi der Inhalt des Fermenters abgesagut wird und über eine Pumpe in den Zyklon Z_i+1 gepumpt wird. Die Einpumpung findet dort bondenseitig extzentrisch zur Vertikalsachse des aufrecht stehenden zylindrischen Zyklons statt. Dadurch steigt der Liquid-Spiegel des Gärsubstrates darin auf einer Spirallinie nach oben und tritt oben in ein Überführungsrohr dann in den nachfolgenden Fermenter aus, bis dieser gefüllt ist. Eingefüllt wird in den Fermenter von oben. Vorteilhafterweise können beim Start die der Biogasanlage die Fermenter vorab mit CO₂ gefüllt werden, damit diese ab intio anaerob sind. Auch der Zyklon Z1 wird so betrieben, um den Fermenter F1 mit seiner jeweiligen täglichen Teilmenge zu befüllen.
Die erste Verfahrenalternative läuft nach folgendem Befüllschema ab.

- Fermenter F 1 mit Fermenterfütterung am jeweiligen Tag
- Anzahl Xj der Tage begonnen ab ersten Befülltag von Fermenter F1
- Gärsubstratmenge Gi in Fi
- Tag

Befüllungsstatus bei Erststart oder Start Biogasanlage
Fi, Gi T	F1	G1	F2	G2	F3	G3	F4	G4	F5	G5
1.T	1/5	1/5	0	0	0	0	0	0	0	0
2.T	1/5	2/5	0	0	0	0	0	0	0	0
3.T	1/5	3/5	0	0	0	0	0	0	0	0
4.T	1/5	4/5	0	0	0	0	0	0	0	0
5.T	1/5	5/5	0	0	0	0	0	0	0	0
Umf .	0	5/5->	5/5	5/5
6. T	1/5	1/5	0	5/5	0	0	0	0	0	0
7.T	1/5	2/5	0	5/5	0	0	0	0	0	0
8.T	1/5	3/5	0	5/5	0	0	0	0	0	0
9.T	1/5	4/5	0	5/5	0	0	0	0	0	0
10.T	1/5	5/5	0	5/5	5/5	5/5	0	0	0	0
Umf .	0	5/5->	5/5	5/5->	5/5	5/5	0	0	0	0
11.T	1/5	1/5	0	5/5	0	5/5	0	0	0	0
12.T	1/5	2/5	0	5/5	0	5/5	0	0	0	0
13.T	1/5	3/5	0	5/5	0	5/5	0	0	0	0
14.T	1/5	4/5	0	5/5	0	5/5	0	0	0	0
15.T	1/5	5/5	0	5/5	0	5/5	0	0	0	0
Umf .	0	5/5->	5/5	5/5->	5/5	5/5->	5/5	5/5	0	0
16.T	1/5	1/5	0	5/5	0	5/5	0	5/5	0	0
17.T	1/5	2/5	0	5/5	0	5/5	0	5/5	0	0
18.T	1/5	3/5	0	5/5	0	5/5	0	5/5	0	0
19.T	1/5	4/5	0	5/5	0	5/5	0	5/5	0	0
20.T	1/5	5/5	0	5/5	0	5/5	0	5/5	0	0
Umf.	0	5/5->	5/5	5/5->	5/5	5/5->	5/5	5/5->	5/5	5/5
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
25.T	1/5	5/5	5/5	5/5	5/5	5/5	5/5	5/5	5/5	5/5
Umf.	0	5/5->	0	5/5->	0	5/5->	0	5/5->	0	5/5->
26.T	1/5	1/5	0	5/5	0	5/5	0	5/5	0	5/5

Die Tabelle 1 ist selbsterklärend und zeigt kurz gefasst die zyklischen Befüllungszustände der einzelnen Fermenter F1 bis F5, in einer ersten Alternative.Dabei sind nur beispielhaft fünf Fermenter gezeigt. Es können auch weniger oder auch mehr als fünf Einzelfermenter sein.Bei dieser Anlage sind nur beim Neustart Alle Fermenter erst nach 20 Tagen gefüllt.Nach dem 20. Tag sind alle Fermenter in Betrieb. Lediglich der erste Fermenter F1 wird täglich immer nur mit Teilmengen, in diesem Fall 1/5 seines Fassungsvermögens zugefüttert. Alle anderen Gärsustrate Gi in den Fermentern Fi werden nach fünf Tagen aus auf die beschriebene Weise vom Fermenter Fi in den Fermenter Fi+1 über einen jeweiligen Zyklon als ganzes überführt. Lediglich das Gärsubstrat des letzten Fermenters, hier F5 wird dann im selben Takt nach einer Batchzeit von hier 5 Tagen in ein Gärrestelager, oder eine anderweitige Verwertung überführt.
Somit folgt daraus erfindungsgemäß, dass nur der erste Fermenter im Kontibetrieb, mit täglicher Teilfütterung gefahren wird. Allen anderen Fermenter fahren einen Batchbetrieb, der solange andauert, wie die Teilbefüllungsfolge des ersten Fermenters F1 dauert. Ergo: für den Biogasanlagenbetreiber bleibt die Anlage von außen betrachtet eine Kontianlage, bei welcher der Betreiber seine täglich anfallenden Güllemengen so mit in die Fütterung mit entsorgen kann. Von innen betrachtet ist die Anlage aber eine viel effizientere Batchbetriebanlage. Weiterhin kommt hinzu, dass bei der Überführung von Fermenter F2 bis hier F5, jeweils andere Abbauzustände entstehen. Bei dieser Betriebsweise ist daher enorm vorteilhaft, dass bei der jeweiligen Überführung von einem batchbetriebenen Fermenter in den nächsten, jeweils eine Entschwefelung über die Dosierung Hi mit injiziert werden kann. Da die mikrobiologischen Abbauraten bei dieser erfindungsgemäßen Biogasanlage deutlich höher sind, ist dies nicht nur wichtig sondern auch notwendig. Durch die Injektion in den Überführungstrom des Gärsubstrates über den Zyklon wird dieser perfekt verteilt in den ganze Gärsubstrat homogen eingemischt. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist, dass auch in jeden Zyklon, d.h. in jede Überführungsstrecke ein der Abbaurate angepasster anderer Booster mit injiziert wird. Bspw kann an den Boosterstellen B1 bis B5 stufenweise die Fettsäure-, und/oder Fettsäureester, und/oder Fettalkoholinjektion in der Konzentration im jeweilgen Booster Bi aufsteigend oder absteigend konzentriert werden. Auf diese Weise lässt sich der zunehmenden Abbaurate folgen. Gleiches gilt für die Zugabe ligninoseaktiver Enzyme.Das am Gasabzug und zwar an der Gaswäsche GWi jeweils abgeriffene gelöste CO₂, ggfs durch Druckbeaufschlagung gelöste CO₂ wird durch Entspannung und/oder Ausperlung jeweils mit in den Überführungsstrom rückgeleitet. D.h. auch das CO₂ wird in den Zyklon perfekt und homogen verteilt in das überführte Gärsubstrat gemischt. Dies aus folgendem Grund. Das Gärsubstrat schließt beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich schneller auf, als herkömmlich. Dabei muss beachtet werden, dass die eigentlichen Edukte bei der biochemischen Reaktion zu Methan CH₄ der Methanbakterien, die Edukte Wasserstoff und zwar als H+ und ein weiteres Edukt CO₂ ist, aus dem das CH₄ dann als Produkt entsteht. Ist das Gärsubstrat in der dissoziativen Reaktionstrecke entsprechend durch den Booster im höchsten Maße aktiviert, dann bedarf es auf einer ausreichenden „Versorgung“ mit CO₂. Genau dies wird mit dem hier dargestellten Recyclizieren von CO₂ bewirkt. Wichtig ist anzumerken, dass in den Gaswäschern keine Aufmethanisierung im üblich bekannten Maße stattfindet, sondern lediglich um die Entnahme nur weniger Prozente CO₂ aus dem Biogas. Ein zu hohe Recyclizierungsrate von CO₂ würde sich trotz erhöhter Aktivität im Gärprozess kontraproduktiv auf den resultierenden CH₄-Gehalt im Mischgas auswirken. Ebenso wichtig ist, dass spätestens im letzten Fermenter F5 eine Entnahme eine Gärsubstrat-Rezylikates vorzunehmen, dies aber nicht direkt zu recyclizieren in Fermenter 1, sondern dies zuerst gemäß 1 über ein Anbrütbehältnis zu führen, in dem günstige Fütterungbedingungen zu einem Hochpopulieren der im Gärsubstrat-Rezylikates enthaltenen Methanpopulationen vorzunehmen. Erst nach Hochpopulation bsw nach 24 oder 48 Stunden wird das „bebrütete“ Gärsubstrat-Rezylikat in den Zyklon Z1 des ersten Fermenters injiziert. Dies verkürzt die Angaszeit des zugeführten Gärsubstrates in Fermenter F1. Der oben beschriebene 5 Tagestakt ist nur ein mögliches Beispiel. Es können auch andere Teittakte gewählt werden, die bspw zu einer noch höheren Verweilzeit in Summe führen. Hierzu muss entweder die Zahl der Fermenter erhöht werden, oder aber es müssen die gefütterten Teilmengen in Fermenter 1 reduziert werden, oder auf eine Fütterung im Zweittagestakt umgestellt werden.
2 zeigt die Anordnung bezüglich der Alternative 1 aus 1 in einer nur schematisierten Draufsicht. Dort sind die Fermenter F1 bis F5 in einer Umhüllung oder Einhausung oder Teileinhausung 20 platziert. Die Fermenter F2 bis F5 sind um den zentrisch angeordneten Fermenter F1 in dem als einziger die tägliche Teilfütterung in der oben beschriebenen Weise stattfindet. Die weitere Befüllung und Umfüllung erfolgt dann wie oben beschrieben, und zwar in der Alternative seriell. Die Fermenter F1 bis F5 sind dabei in der Umhüllung so platziert, dass die Zwischräume zwischen den Fermentern mit einem wärmeisolierenden, und/oder wärmevermittelnden Medium, bspw ein entsprechendes Granulat gefüllt sind. Die Fermenter können zwar aus verfahrensoptimierenden Gründen auf verschiedenen Temperaturniveaus gefahren werden, aber sie sollten nach außen hin thermisch gemeinsam isoliert sein, um Wärmeverluste nach außen zu reduzieren.
Gemäß 3 ist eine zweite Ausgestaltungs-Alternative des erfindungsgemäßen Biogasverfahrens angegeben, bei der die Gärbreiüberführung vom Fermenter F1 wie oben beschrieben über Zyklon erfolgt. Auch hier wird der Fermenter F1 im Kontobetrieb mit täglicher Teilbefüllung, und die übrigen Fermenter im Batchbetrieb betrieben. Aber anders als bei der ersten Alternative wird nicht seriell von einem Fermenter zum nächsten überführt, sondern die Fermenter F_1+i werden aus dem Fermenter F1, wenn dieser voll ist, dann aus Fermenter 1 befüllt, und zwar parallel. Diese Fermenter F1+i werden dann gleichzeitig im Batchbetrieb betrieben, so lange bis der Fermenter F1 wieder voll ist usw. Dabei ist bspw der Fermenter 1 um ein Vielfaches größer als die Fermenter F_1+i.
Im Idealfall ist der Fermeter F1 von der Größe her der Summe der Fermenter F_1+i.
Wenn dann die Fütterungsteilmenge in Fermenter F1 z.B. 1/8 ist, und Fermenter F1 auch acht mal größer als jeder einzelne weitere Fermenter F_1+i ist, dann ist die Batchzeit in den Fermentern F_1+i dann in diesem Beispiel 8 Tage. In Summe ergäben sich dann 8 bis 16 Tage Gaszeit, was nur bei schnell aufschließbarem Substrat sinnvoll wäre.
Alle weiteren Verfahrenabläufe sind wie oben beschrieben. Die günstigste Anzahl der Fermenter ist in beiden Alternativen von der gewünschten Verweilzeit abhängig.
Bezugszeichenliste

1: Pumpleitung aus Fermenter 1
2: Pumpleitung aus Fermenter 2
3: Pumpleitung aus Fermenter 3
4: Pumpleitung aus Fermenter 4
5: Pumpleitung aus Fermenter 5
6: Rückführungleitung Impfung
7: Gärsubstrataufbereitung
8: Separates Brutvolumen für bspw Methanbakterien
9: Entnahme für Rückimpfung
10: CO2-Rückführungsleitung
20: Umhüllung oder Einhausung
21: Thermisch isolierendes oder wärmevermittelndes Granulat
100: Biogassammelleitung
F1-F5: Fermenter 1 bis 5
Z1-Z5: Zyklon 1 bis 5
B1-B5: Einspeisung Biogasboostermaterial 1 bis 5
H2-H5: Einleitung Schwefelwasserstoff-Bindemittel
GW1-GW5: Gaswäscher 1 bis 5

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Biogas, bei welchem ein Gärsubstrat in mindestens zwei seriell gespeisten Fermentern vergärt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fermenter mit einer periodisch wiederholten Teilmenge von Gärsubstrat über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, bis dieser seine Vollmenge bei maximalem Füllstand erreicht hat, und dass sodann die Vollmenge des ersten Fermenters in einem einzigen Schritt in den zweiten Fermenter unter weitestgehend anaeroben Bedingungen überführt wird, und dass sodann der erste Fermenter wieder mit einer periodisch wiederholten Teilmenge über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, während die zuvor in den zweiten Fermenter überführte Vollmenge des Gärsubstrates dort über dieselbe Anzahl N von Tagen ohne weitere Befüllung verweilt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei seriell gespeiste Fermenter vorgesehen sind, und dass nach wiederholtem Befüllen des ersten Fermenters bis nach weiteren N Tagen, der gesamte Inhalt des zweiten Fermenters in den dritten Fermenter überführt wird, und unmittelbar danach der Inhalt des ersten Fermenter wieder in den zweiten zuvor entleerten Fermenter überführt wird, und der erste Fermenter wieder mit einer periodisch wiederholten Teilmenge von Gärsubstrat über eine Anzahl N Tagen gefüllt wird, während das Gärsubstrat im zweiten und im dritten Fermenter wieder für eine Anzahl von N Tagen verweilt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse oder der Gärbrei zur Befüllung des ersten Fermenters über eine Zykloneinrichtung erfolgt, die die Biomasse oder den Gärbrei in einen zylinderförmigen Zwischenbehälter exzentrisch zur Längsachse des zylinderförmigen Zwischenbehälters einpumpt, dessen Volumen kleiner als das Volumen des ersten Fermenters ist, und dass zum Gärbrei oder zur Biomasse in den so erzeugten Zyklonstrom Zuschlagstoffe injiziert werden, und dass der Zwischenbehälter sich im selben Maße wie die Durchleitung stattfindet, in den ersten Fermenter entleert.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Überführung der Biomassen aus dem ersten Fermenter in den zweiten Fermenter, und ggfs vom zweiten Fermenter in den dritten Fermenter usw über jeweils eine Zykloneinrichtung erfolgt, und dass bei der jeweiligen Überführung ggfs weitere Zuschlagstoffe in den jeweiligen Zyklonstrom injiziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Einleitung in den ersten Fermenter, die Biomasse oder die dem Gärbrei zugemischte Biomasse zuvor durch einen Maischprozess und/oder einen Mälzprozess vorbehandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehende Biogasmengen der Fermenter zu einem Mischgas zusammengeführt werden, und dass zumindest an dem letzten Fermenter eine Teilmenge des begleitenden Kohlenstoffdioxidgases dem Biogas entnommen, und zumindest dem Gärbrei des ersten Fermenter zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Umfüllung ein Biogasbooster mit einer Grundzusammensetzung gemäß der Patentschrift DE 10 2012 024 108 B1 zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der FOS/TAC-Wert durch Zugabe des genannten Biogasboosters stetig von Gärvolumen zu Gärvolumen, d.h. von Fermenter zu Fermenter erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Injektion von Zuschlagstoffen in jedem Zyklon auch ein Entschwefelungsmittel für die H2S-Entschwefelung mit injiziert wird.
Biogasanlage bei welchem ein Gärsubstrat in mindestens zwei seriell gespeisten Fermentern vergärt wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Biogasanlage eine Anzahl N von Einzelfermentern beszteht, von denen mindestens eine Anzahl N-1 Fermenter im Batchbetrieb betreibbar sind.
Biogasanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl N mindestens 3 ist, die nacheinander, aus jeweils dem vorherghenden Fermenterinhalt befüllt, und bei denen mindestens 2 Fermenter im Batchbetrieb betrieben werden, und dass zur jeweilgen Umfüllung des Fermenterinhaltes in den nächsten Fermenter, zwischen den Fermentern jeweils eine Zykloneinrichtung vorgesehen ist, in die der Gärbrei exzentrisch zur Erzielung einer Rotation durchgeleitbar ist, und in den rotierenden Gärbreistrom Additive über Injektoren injzierbar sind.
Biogasanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Fermentern abgezogene Biogas über eine an jedem Fermenter, oder zumindest am letzten Fermenter angeordnete oder mit diesem korrespondierende Biogaswäsche in auf ca 1°C bis 20°C gekühltem Wasser unter einer Druckerhöhung von ca 0,1 bis 3 Bar verbunden ist, und dass das im Wasser gebundene Kohlenstoffdioxid zumindest in die Erstbefüllung des ersten Fermenters rückführbar ist.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das aus den Fermentern abgeführte Biogas durch einen Entschwefelungsfilter durchgeleitet wird, welcher mit einem Granulat als Schwefelabsorbanten gefüllt.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fermenter in einer die Fermenter zumindest teilweise einhausenden und/oder umgebenden Umhüllung angeordnet sind, welche nach außen thermisch isoliert und innen mit einem wärmevermittelnden und/oder thermisch isolierenden Medium gefüllt ist.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Fermenter als Compartments durch Einbringung von vertikalen Schotts in einen herkömmlichen Fermenter gebildet werden, bei welchem die durch Schottung eines großen Fermenters gebildeten einzelnen Fermenter durch Überführung des Gärsubstrates von einem Fermentercompartment zum Nächsten in der gleichen Weise erfolgt, wie oben beschrieben.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Biogasanlage als stationäre Biogasanlage ausgebildet ist.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Biogasanlage als transportable Biogasanlage in einem transportablen Container angeordnet ist.
Schwefelabsorbant für einen Entschwefelungsfilter einer Biogasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelabsorbant aus Biomassepellets besteht, die in einem Pyrolyseschritt zumindest an der Oberfläche angekohlt wird, und an der Oberfläche mit einem Haftvermittler versehen sind, an dem ein Coating mit Eisenhydroxid-Pulver anhaftet.