DE102019006623A1 - Biokonverter zur Herstellung von Biogas mit elementarem Wasserstoff und aktivierten Kohlemassen in der Gärflüssigkeit - Google Patents

Abstract

Einstufiger oder mehrstufiger Biokonverter (BK) und einstufiges oder mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von Biogas (BG) gemäß Figur 13 durch Fermentation von Biomasse (BM) in einer mit Agitationsmitteln (AG) bewegten Gärflüssigkeit (23) in der Gegenwart von elementarem Wasserstoff, hydrogenotrophen und methanogenen Archaeen und aktivierten Kohlemassen (3) sowie die Verwendung der konvertierten Biomasse oder Gärprodukte und/oder der in dem Verfahren verwandten aktivierten Kohlemassen (3) als Düngemittel oder zur Herstellung von Terra preta.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft Biokonverter zur Herstellung von Biogas mit elementarem Wasserstoff und aktivierten Kohlemassen in der Gärflüssigkeit.
• Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Konvertierungsverfahren zur Herstellung von Biogas in Biokonvertern durch Fermentation von Biomasse in einer mit Agitationsmitteln bewegten Gärflüssigkeit in der Gegenwart von elementarem Wasserstoff, hydrogenotrophen und methanogenen Archaeen und aktivierten Kohlemassen.
• Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des durch die Konvertierungsverfahren erzeugten konvertierten Biomassen und Gärprodukte und/oder den dem Verfahren verwandten aktivierten Kohlemassen als Dünger oder zur Herstellung von Terra preta.
• Stand der Technik
• Um Methangas zu gewinnen, wird Biomasse in Biokonvertern anaerob fermentiert. Unter dem Begriff »Fermentierung« oder »Fermentation« wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Umsetzung von biologischen, insbesondere organischen Materialien mit Hilfe von Mikroorganismen (Bakterien, Pilze und/oder anderen Zellkulturen) verstanden. Eine Fermentation kann aber auch durch den Zusatz von stoffwechselaktivierten Enzymen oder anderen biologisch aktivierten Molekülen erfolgen, wie zum Beispiel Nährstoffsubstrate der Mikroorganismen. Die Fermentation kann sowohl aerobe Vorgänge, z.B. Essigsäuregärung, als auch anaerobe Vorgänge, z.B. Milchsäuregärung, einschließen.
• In ihrem Artikel »Steigerung des Biogasertrages durch die Zugabe von Pflanzenkohle« in Müll und Abfall, 2014, Seiten 476 bis 480, beschreiben Dipl. Wi.-Ing. Jan-Markus Rödger, M.Eng.-M.Sc. Waldemar Ganagin, Dipl.-Ing.agr. Andreas Krieg, B.SC. Christian Roth und Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen die Steigerung des Biogasertrages durch die Zugabe von Pflanzenkohle. In diesem Artikel wird deutlich, dass durch das Hinzufügen von großen Kohlepartikeln in den Nachgärer der Mehrertrag von Methangase innerhalb von 91 Tagen um 24% gestiegen ist.
• Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2014 111 287 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von Methan in Biokonvertern aus Biomasse, bei dem Wasserstoff den Biokonvertern zugeführt wird. Der Wasserstoff wird vorzugsweise durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen. Die Mitverwendung von aktivierten Kohlemassen wird nicht beschrieben.
• Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2015 012 436 A1 offenbart die Verwendung von Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel zur Wachstumsförderung von Mikroorganismen und/oder zur Steigerung des Metabolismus und/oder Katabolismus und/oder Anabolismus und/oder zur Steigerung des Ertrages verschiedener Produkte und/oder zum Schutz der Beton-Wände in Konvertern. Eine Elektrolyse von Wasser bei der Fermentierung oder Konvertierung der Gärflüssigkeit wird nicht erwähnt.
• Das deutsche Patent DE 10 2016 004 026 B4 offenbart die Verwendung von Schwebekörpern mit aktivierten Kohlemasse zur Erhöhung der Methanausbeute bei der Konvertierung der Gärflüssigkeit. Eine Elektrolyse von Wasser bei der Fermentierung oder Konvertierung der Gärflüssigkeit wird nicht erwähnt.
• Die amerikanische Patentanmeldung US 2012/0100590 A1 offenbart einen Biokonverter zur Herstellung von Methan mit Elektrolysezellen für die Elektrolyse von Wasser. Die Gärflüssigkeit enthält hydrogenotrophe und methanogene Archaeen. Die Mitverwendung von aktivierten Kohlemasse bei der Fermentierung oder Konvertierung der Gärflüssigkeit wird nicht beschrieben.
• Die amerikanische Patentanmeldung 2012/0088266A1 beschreibt einen Biokonverter zur Herstellung von Wasserstoff durch ein Wasserstoff produzierendes Bakteriengemisch in einem Wirbelschichtbett. Die Wirbelschicht enthält aktivierte Kohlepartikel und damit beschichtete Partikel aus Stahl, Kies, Glas und Kohleasche. Der bekannte Biokonverter eignet sich nicht zur Herstellung von Methan.
• Aufgabe der Erfindung
• Der vorliegenden Erfindung lag der Aufgabe zu Grunde, Biokonverter bereitzustellen, bei denen die Methanausbeute noch höher ist als bei den bekannten Biokonvertern. Außerdem soll das gewonnene Methan einen hohen Reinheitsgrad aufweisen. Insbesondere soll sein Gehalt an Schwefelwasserstoff und Kohlenmonoxid unterhalb der Nachweisgrenzen für diese Noxen liegen. Darüber hinaus soll das Kohlenmonoxid ebenfalls zur Herstellung von Methan genutzt werden können.
• Erfindungsgemäße Lösung
• Demgemäß wurde der Biokonverter zur einstufigen oder mehrstufigen Herstellung von Biogas durch Fermentation von Biomasse in einer mit Agitationsmittel bewegten Gärflüssigkeit in der Gegenwart von elementarem Wasserstoff und hydrogenotrophen und methanogenen Archaeen und aktivierten Kohlemasse gefunden.
• Im Folgenden wird dieser Biokonverter als »erfindungsgemäßer Biokonverter« bezeichnet.
• Außerdem wurde das einstufige oder mehrstufige Verfahren zur Herstellung von Biogas mithilfe des erfindungsgemäßen Biokonverters gefunden, was im Folgenden als »erfindungsgemäßes Konvertierungsverfahren« bezeichnet wird.
• Nicht zuletzt wurde die Verwendung der durch das erfindungsgemäße Konvertierungsverfahren erzeugten konvertierten Biomassen oder Gärprodukte sowie der bei dem erfindungsgemäßen Konvertierungsverfahren verwandten aktivierten Kohlemassen als Düngemittel und zur Herstellung von Terra preta gefunden, was im Folgenden als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet wird.
• Vorteile der Erfindung
• Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag mithilfe des erfindungsgemäßen Biokonverters, des erfindungsgemäßen Konvertierungsverfahrens und der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst werden konnte.
• Überraschenderweise konnte durch den erfindungsgemäßen Biokonverter und das erfindungsgemäße Konvertierungsverfahren eine signifikante Erhöhung der Methanausbeute erzielt werden.
• Durch die Einbringung der aktivierten Kohlemassen in die erfindungsgemäßen Biokonverter in Schwebekörpern, Schwimmkörpern, festen Schichten, immobilen, fluiddurchlässigen Behältern, Wirbelkörpern eines Wirbelschichtbetts und einem Festbett konnten der aktivierte und/oder passive Abrieb und Abtrag und/oder die Erosion unterdrückt werden. Dies hatte den Vorteil, dass die aktivierte Kohlemasse sich langsamer zersetzte als die Biomasse. Ein weiterer, besonders wesentlicher Vorteil war, dass keine vagabundierende, elektrisch leitfähigen Kohlepartikel entstanden, die zu Kurzschlüssen in den Elektrolysezellen hätten führen können.
• Die Zurückgewinnung der aktivierten Kohlenmassen geschah nicht mehr durch die Teilnahme am Stoffstrom. Dadurch resultierte ein längeres Verbleiben der aktivierten Kohlemassen im erfindungsgemäßen Konvertierungsverfahren, wodurch auch die Mikroorganismen, die durch Impfung eingebracht worden waren, eine längere Verweilzeit aufwiesen.
• Vor und/oder während des erfindungsgemäßen Konvertierungsverfahrens konnten die aktivierten Kohlemasse mit Spurenelementen, Mikroelementen, Ultraspurenelementen, Ultramikroelementen, Mengenelementen, Nährstoffen, essentiellen Nährstoffen, Kohlenhydraten, Fetten, Proteinen, Mineralstoffen und/oder Vitaminen beladen werden.
• Insbesondere überraschte, dass sich durch die aktivierten Kohlemasse Schwermetalle binden ließen, wodurch die konvertierten Biomassen oder Gärprodukten besonders niedrige Schwermetallwerte aufwiesen. Dadurch konnten diese hervorragend als Dünger oder zur Herstellung von Terra Preta verwendet werden.
• Dadurch, dass die bei dem erfindungsgemäßen Konvertierungsverfahren verwandten aktivierten Kohlemassen diese Schwermetalle durch Adsorption und Chemiesorption besonders fest banden und nicht mehr an die Umgebung abgaben, konnten auch sie hervorragend zur Herstellung von Terra preta und als Dünger verwendet werden.
• Weitere wertvolle Dünger und Ausgangsprodukte für Terra preta konnten erhalten werden, indem man die Konvertierungsprodukte und die verwandten aktivierten Kohlemassen miteinander vereinigte.
• Der allerwesentlichste Vorteil war aber die hohe Ausbeute an Methan eines Reinheitsgrades >90 Vol.-%, vorzugsweise >95 Vol.-%, worin der Gehalt an Noxen wie Schwefelwasserstoff und giftigen Schwefelverbindungen, Kohlenmonoxid und Ammoniak unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenzen lag. Außerdem konnte durch die nahezu vollständige oder vollständige Umwandlung von Kohlendioxid in Methan auf eine aufwändige und teure Gaswäscher mit NaOH verzichtet werden.
• Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Der erfindungsgemäße Biokonverter und seine Peripherie, die eine zentrale elektronische Steuerungseinheit elektronische, mechanische, hydraulische Regelkreise, Messgeräte, Durchflussmesser, Gasuhren, Manometer, Überdruckventile, Drosselventile, Druckhalteventile, Transportleitungen für Flüssigkeiten, Gase, Schlämme und Feststoffe, Energiequellen, Stromquellen, Pumpen und Sichtfenster umfasst, sind aus mechanisch stabilen, säure- und basenstabilen, korrosionsstabilen, temperaturstabilen, druckstabilen und formstabilen Materialien aufgebaut. Beispiele geeigneter Materialien sind Stahl, Edelstahl, Chromstahl, eloxiertes Aluminium, Metalllegierungen, thermoplastische und duroplastische Kunststoffe, Beton, Keramiken, Glaskeramiken und Gläser.
• Für den erfindungsgemäßen Biokonverter und das erfindungsgemäße Konservierungsverfahren kommen alle üblicherweise verwendeten Biomassen, die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen enthalten, in Betracht.
• Beispiele geeigneter Biomassen sind Gülle, Jauche, Fäkalien, Gärreste, Trockenfermente, Klärschlämme, Fermente, Komposte, Bioabfälle, pflanzlichen Abfälle, Laub, Schnittholz, Maischen, Trester, Lebensmittelindustrieabfälle, biotechnologische Abfälle, gentechnologische Abfälle, tierische Abfällen, Cellulosen, Hemicellulosen, Liginocellulosen, Cellulosen, Hemicellulosen und/oder Liginocellulosen enthaltende Biomassen und Abfälle, hochmolekulare Eiweiße und Struktureiweiße, Konzentrate der biologischen Reinigungsstufen von Kläranlagen, chemischen Wäschern und Filtern, Abwässer, feste Ablagerungen aus der Abluftbehandlung, Lebensmittel, Futtermittel, Seetang, Wasserpflanzen, Algen und durch Hydrolyse, Acidogenese und Acetogenese erzeugte organische Verbindungen wie Carbonsäuren und deren Ester.
• Die Biomassen werden üblicherweise über mindestens einen Biomassezulauf in die Gärflüssigkeit in den erfindungsgemäßen Biokonverter geleitet.
• Die Gärflüssigkeit wird mithilfe mindestens eines, insbesondere eines, Agitationsmittels bewegt. Im allgemeinen soll die Gärflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, bei der die Mikroorganismen nicht geschädigt werden. Beispiele geeigneter Agitationsmittel sind Rührer, insbesondere Blattrührer, und mindestens ein, insbesondere ein, Seitenkreis oder Bypass, der die Gärflüssigkeit nahe ihrer Oberfläche aus mindestens einem, insbesondere einem, Auslass mittels mindestens einer, insbesondere einer, Umwälzpumpe ausleitet oder absaugt und als Rücklauf durch mindestens eine, insbesondere eine, Rücklaufleitung zu mindestens einem, insbesondere einem, vorzugsweise kreisförmigen Rücklaufverteiler zur Eindüsung des Rücklaufs in den unteren Bereich der Gärflüssigkeit in dem Reaktorvolumen weiter transportiert.
• Die Fermentation oder Konvertierung der Biomasse findet in der Gegenwart von elementarem Wasserstoff statt.
• Der elementare Wasserstoff kann aus einem externen Wasserstoffvorrat in die Gärflüssigkeit eingeleitet werden. Beispiele für geeignete externe Wasserstoffvorräte sind Druckgasflaschen und Druckbehälter, die mit Metallhydriden wie Aluminiumhydrid oder Lithiumaluminiumhydrid gefüllt sind, welche bei höheren Temperaturen den elementaren Wasserstoff wieder freisetzen.
• Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bioreaktors wird der Wasserstoff über eine Wasserstoffleitung vorzugsweise über ein elektronisch gesteuertes Drosselventil zu einem Gasmischer geleitet. Das Drosselventil empfängt die Steuerungssignale vorzugsweise über eine Output-Signalleitung von einer elektronischen Steuerungseinheit. Diese wiederum erhält und verarbeitet die Messwerte, die sie über eine Input-Signalleitung von einer Wasserstoffsonde in der Gasphase oberhalb der Oberfläche der Gärflüssigkeit erhält.
• Es ist von Vorteil, wenn der Wasserstoff in dem Gasmischer mit Kohlendioxid aus einem Kohlendioxidvorrat, beispielsweise aus einer Druckflasche, vermischt wird. Der Zustrom des Kohlendioxids erfolgt über eine Kohlendioxidleitung, die ebenfalls mit einem elektronisch gesteuerten Drosselventil ausgerüstet ist. Dieses Drosselventil empfängt seine Steuerungssignale vorzugsweise über eine Output-Signalleitung von der elektronischen Steuerungseinheit. Diese wiederum erhält und verarbeitet die Messwerte, die sie über eine weitere Input-Signalleitung von einer Kohlendioxidsonde in der Gasphase oberhalb der Oberfläche der Gärflüssigkeit erhält.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gasgemisch einem Gas-Flüssigkeit-Mischer zugeleitet, worin das Gasgemisch mit dem Rücklauf aus der Rücklaufleitung des Seitenkreises oder Bypasses vermischt wird. In dem Seitenkreis befindet sich eine Umwälzpumpe, die die Gärflüssigkeit unterhalb ihrer Oberfläche aus mindestens einem, insbesondere einem, Auslass absaugt und zu dem Gas-Flüssigkeit-Mischer weitertransportiert.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das resultierende Gas-Flüssigkeit-Gemisch durch den Reaktorboden zu mindestens einem, insbesondere einem, bevorzugt ringförmigen Gas-Flüssigkeit-Verteiler transportiert, der das Gas-Flüssigkeit-Gemisch in die Gärflüssigkeit, vorzugsweise bei erhöhten Druck, eindüst. Beim Eindüsen können Gasblasen entstehen, die sich aber rasch auflösen.
• In noch einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform dieses Biokonverters kann der Gärflüssigkeit noch Sauerstoff zugemischt werden, um Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid zu oxidieren, was ebenfalls zur Erhöhung der Methanausbeute bei trägt. Außerdem wird dadurch der giftige Schwefelwasserstoff und andere giftige Schwefelverbindungen wie Mercaptane und Thioether zu unschädlichen Schwefelverbindungen und Ammoniak zu Stickstoff oxidiert.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Wasserstoff durch die sogenannte dunkle Fermentation zusammen mit Kohlendioxid erzeugt. Hierbei wird die Hydrolyse und die Acidogenese in mindestens einem ersten separaten Biokonverter durchgeführt. Die dabei entstehenden organischen Fermentierungsprodukte wie Carbonsäuren und deren Ester werden mindestens einem zweiten Biokonverter, worin die Methanogenese durchgeführt wird, als Gärflüssigkeit zugeführt. Das im ersten Biokonverter erzeugte Gasgemisch wird in diese Gärflüssigkeit des zweiten Biokonverters eingeleitet, wodurch die Methanausbeute erhöht wird.
• Die hohe Methanausbeute, die durch die kaskadenartige fluidmäßige Verbindung der Gasphasen und der Gärflüssigkeiten mindestens eines wasserstofferzeugenden Biokonverters für die Hydrolyse, Acidogenese und Acetogenese und mindestens eines Biokonverters für die Methanogenese erzielt wird, kann weiter gesteigert werden, indem man zusätzlich Wasserstoff in dem erfindungsgemäßen Biokonverter für die Methanogenese, wie nachstehend beschriebenen, erzeugt. Dadurch wird Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidiert, welches in der Folge ebenfalls in Methan umgewandelt wird, und es werden der giftige Schwefelwasserstoff und andere giftige Schwefelverbindungen wie Mercaptane und Thioether zu unschädlichen Schwefelverbindungen und Ammoniak zu Stickstoff oxidiert.
• In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Methanogenese von Biogas aus einem Biokonverter, insbesondere einem erfindungsgemäßen, Biokonverter und Wasserstoff in einer Konverterkaskade durchgeführt, die mindestens zwei rohrförmige Biokonverter umfasst. Diese sind mit einer Füllkörperschüttung gefüllt, die als Aufwuchsfläche für die methanogenen Archaeen dient, erfindungsgemäß zu verwendende aktivierte Kohlemasse enthält und durch ihre Geometrie die Wege des Gasgemischs durch die Biokonverter verlängert. Als methanogene Archaeen werden Mikroorganismen-Mischkulturen aus einer Mischung von verschiedenen separierten Gärresten verwendet. Das Gasgemisch wird zusammen mit einer Nährflüssigkeit von unten dem ersten Biokonverter zugeführt. An dessen oberen Ende wird die Nährflüssigkeit entnommen und im Kreis zurückgeführt. Das resultierende Gas wird von unten dem mindestens einen weiteren Biokonverter zugeführt und zusammen mit weiterer zurückführbarer Nährflüssigkeit durch den mindestens einen weiteren Biokonverter geleitet. Das resultierende Methan wird am oberen Ende des mindestens einen weiteren Biokonverters entnommen.
• Ganz besonders bevorzugt wird der Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser in der Gärflüssigkeit erzeugt.
• Die Elektrolyse kann in situ und/oder außerhalb der Gärflüssigkeit in mindestens einer internen und/oder in mindestens einer externen Elektrolysezelle bei einer Spannung von 1,8 bis 12 V, einer Stromdichte <0,01A/cm² _EF und einer volumetrischen Energieaufnahme von 0,01 Wh/L_RV bis 1 Wh/L_RV durchgeführt werden, wobei die Indizes die folgende Bedeutung haben: EF = Elektrodenfläche in cm² und RV = Reaktorvolumen in Liter. Dabei ist darauf zu achten, dass die Elektroden der mindestens einen Elektrolysezelle zur Vermeidung von Kurzschlüssen und mechanischer Schädigung vor dem direkten Kontakt mit den elektrisch leitfähigen, aktivierten Kohlemassen geschützt sind.
• Die Elektroden können aus Edelmetallen aufgebaut sein. Es ist jedoch ökonomischer, unedle katalytische Materialien wie Edelstahl, Graphit, auf Graphen basierende Materialien, Nickel, Metalllegierungen oder Metalloxide wie Titandioxid und/oder Iridiumoxid zu verwenden. Die Kathoden können dabei in nahem räumlichen Kontakt mit Platten aus nicht leitenden Materialien stehen, die mit Biofilmen aus methanogenen und hydrogenotrophen Mikroorganismen belegt sind. Beispiele für solche Bio-Kathoden werden in der amerikanischen Patentanmeldung US 2012/0100590 A1 , Absätze [0019] bis [0021] und in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 01 3 413 A1 , Absätze [0017] bis [0021] in Verbindung mit den 2, 2a und 2b, beschrieben.
• Die Anodenräume können von den Kathodenräumen durch Ionenaustauschermembranen, die für Protonen durchlässig sind, getrennt sein. Dadurch können in den Anodenräumen organische Säuren mithilfe exoelektrogener Bakterien zu Kohlendioxid umgewandelt werden.
• Der an den Anoden gebildete Sauerstoff wird vorzugsweise für die Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid als weiterer Methanquelle sowie von toxischen Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff, Mercaptane, Thioether und Disulfide sowie von Ammoniak zu Stickstoff verwendet. Zu große Sauerstoffmengen sind aber zu vermeiden, um die anaerobe Fermentation nicht zu inhibieren und die betreffenden Archaeen nicht zu schädigen. Die Sauerstoffkonzentration kann deshalb mit Vorteil als Regelgröße für die Elektrolyse verwendet werden. Eine andere Möglichkeit ist, die Elektrolysezellen so auszulegen, dass der Sauerstoff zumindest teilweise aus dem Reaktorvolumen entfernt wird.
• Sind die Elektrolysezellen in dem Reaktorvolumen in der Gärflüssigkeit angeordnet, so sind sie vorzugsweise durch mechanisch stabile Gitter mit enger Maschenweite vor mechanischer Schädigung und dem Eindringen von elektrisch leitfähigen Partikeln in den Elektrodenraum geschützt.
• Liegen die Elektrolysezellen in dem Bypass oder dem Seitenkreis können sie, in Durchflussrichtung der Gärflüssigkeit gesehen, vor der Umwälzpumpe oder dahinter angeordnet sein. Bei dieser Anordnung empfiehlt es sich, den mindestens einen, insbesondere einen, Auslass für die Gärflüssigkeit durch ein mechanisch stabiles Sieb, das das Eindringen elektrisch leitfähiger Partikel und andere Feststoffe in den Seitenkreis verhindert, zu schützen.
• Der elektrolysierte Rücklauf wird über die Rücklaufleitung und mindestens einen Rücklaufverteiler wieder in die im Reaktorvolumen befindliche Gärflüssigkeit eingedüst.
• Die erfindungsgemäß zu verwendende aktivierte Kohlemasse kann aus mineralischer Kohle, teilpyrolysierter Kohle, Biokohle, Aktivkohle, Tierkohle, Tierabfallkohle, Knochenkohle, pyrogenem Kohlenstoff unterschiedlichen Pyrolysegrades und Braunkohle hergestellt werden. Die Kohlen können funktionalisiert, oberflächenmodifiziert, vorbehandelt, gewaschen, eingesumpft, eingesumpft und getrocknet, getrocknet und angefeuchtet, eingesumpft und teilgetrocknet und/oder extrahiert werden.
• Außerdem können die Kohlen als Nanopartikel wie Kohlenstoffnanoröhrchen, Fullerene, Graphen und/oder Nanokonen einer mittleren Teilchengröße von 1 nm bis <1 µm, als Mikropartikel einer mittleren Teilchengröße von 1 µm bis <1 mm und als Makropartikel einer mittleren Teilchengröße >1 mm vorliegen. Die mittleren Teilchengrößen können vom Fachmann mithilfe der üblichen und bekannten Methoden, die den jeweiligen Größenordnungen angepasst sind, gemessen werden.
• Vorzugsweise werden Biokohlen, insbesondere Tierkohle, Knochenkohle und/oder Pflanzenkohle verwendet. Bevorzugt wird Pflanzenkohle verwendet. Besonders bevorzugt hat die Pflanzenkohle eine innere Oberfläche nach BET von mindestens 300 m²/g, besonders bevorzugt von mindestens 500 m²/g und insbesondere von mindestens 700 m²/g, was das Anwachsen der Bakterien begünstigt. Sie weist eine hohe Kapillardichte auf, die für besonders effektive Stoffströme und eine Substratversorgung sorgt. Besonders bevorzugt liegt ihr pH-Wert bei 8 bis 8,7, was besonders vorteilhaft für das Wachstum der Archaeen ist. Vorzugsweise ist das H / C-Verhältnis <0,7, bevorzugt <0,6 und insbesondere <0,5 gemäß der Richtlinie des European Biochar Certificate. Eine optimierte Pflanzenkohle wird in der Firmenschrift der LUCRAT® GmbH, Pflanzenkohle optimiert,, Energy-Dezentral 2018 / Eurotier, beschrieben.
• Bei der Herstellung der aktivierten Kohlemassen könne die vorstehend beschriebenen Kohlen mit Spurenelementen, Mikroelementen, Ultraspurenelementen, Ultramikroelementen, Mengenelementen, Nährstoffen, essenziellen Nährstoffen, Kohlenhydraten, Fetten, Proteinen, Mineralstoffen, Vitaminen, Huminstoffen, 5-(Hydroxymethyl)furfural, anorganischen Nitraten und/oder Klebstoffen funktionalisiert, oberflächenmodifiziert, eingesumpft und getrocknet, getrocknet und angefeuchtet und/oder eingesumpft und teilgetrocknet und/oder mit hydrogenotrophen und/oder methanogenen Archaeen beladen werden.
• Vorzugsweise werden die Spurenelemente, Ultraspurenelemente, Mikroelemente und Ultramikroelemente aus der Gruppe, bestehend aus Lithium, Rubidium, Cäsium, Strontium, Barium, Chrom, Kobalt, Eisen, Fluor, Brom, Jod, Kupfer, Mangan, Molybdän, Wolfram, Quecksilber, Selen, Bor, Aluminium, Thallium, Blei, Silicium, Zink, Arsen, Antimon Nickel, Rubidium, Zinn und Vanadium, und die Bakterien aus der Gruppe der Archaeen ausgewählt.
• Vorzugsweise werden die Spurenelemente, Mikroelemente, Ultraspurenelemente und Ultramikroelemente aus der Gruppe, bestehend aus Chrom, Kobalt, Eisen, Fluor, Jod, Kupfer, Mangan, Molybdän, Selen, Silicium, Zink, Arsen, Nickel, Rubidium, Zinn und Vanadium, ausgewählt.
• Bevorzugt liegen die Spurenelemente, Mikroelemente, Ultraspurenelemente, Ultramikroelemente und/oder die Mengenelemente in natürlichen und/oder synthetischen Mineralien und/oder Keramiken und/oder Metallen vor, die so schwer löslich sind, dass sie die Spurenelemente, Mikroelemente Ultraspurenelementen, Ultramikroelemente und/oder Mengenelemente nur langsam im Sinne von Slow Release an die Gärflüssigkeit abgeben. Ein Beispiel für natürliches Mineral ist Kobalt enthaltendes Asbolan oder mit Spurenelementen, Mikroelementen, Ultraspurenelementen und Ultramikroelementen dotierter Kalkstein.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen die Spurenelemente, Mikroelemente, Ultraspurenelementen, Ultramikroelemente und/oder Mengenelemente in der Form ihrer Komplexe vor.
• Vorzugsweise werden die Komplexierungsmittel aus der Gruppe der zweizähnigen, dreizähnigen, vierzähnigen und fünfzähnigen Liganden und höherzähnigen Liganden wie Kronenether und Stickstoffananloga ausgewählt. Insbesondere enthalten die komplexierenden Gruppen Boratome, Sauerstoffatome, Stickstoffatome, Phosphoratome, Schwefelatome und/oder Selenatome.
• Ganz besonders bevorzugt werden die Komplexierungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Lignin, Stärke, Polysaccharide, Aminosäuren, Polyvinylalkohole, Polyglykole, Polyethylenimine, Acetylaceton, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Iminodiacetat, Triethylentetramin, Triaminotriethylamin, NTA Nitrilotriessigsäure, Bis(salicyliden)ethylendiamin, 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraacetat, Oxalat, Citrat, Dimethylglyoxim, 8-Hydroxychinolin, 2,2'-Bipyridin, 1,10-Phenanthrolin, Dimercaptobernsteinsäure, 1,2-Bis(diphenylphosphino)ethan, 2-(2-Aminoethylamino)ethanol, Ethylendiamintriacetat, EDTA Ethylendiamintetraacetat, EGTA (Ethylenglycolbis(aminoethylether)-N,N,N',N'-tetraessigsäure), DOTA (1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure), NTA (Nitrilotriessigsäure), EDDS (Ethylendiamindibernsteinsäure), D-Penicillamin, Deferoxamin, Zitronensäure, Polycarboxylate, Zeolithe, Phosphonate, Triethanolamin, Gluconate, Alanindiessigsäure-Natriumsalz (ADA), Methylglycindiessigsäure (MGDA), Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Propylendiamintetraessigsäure (PDTA), Isoascorbinsäure (E315), Natriumisoascorbat (E316), Citronsäure (E330), Natriumcitrat (E331), Kaliumcitrat (E332), Calciumnitrat (E333), Weinsäure (E334), Natriumtartrate (E335), Kaliumtartrate (E336), Natriumkaliumtartrate (E337), Natriumphosphate (E339), Kaliumphosphate (E340), Calciumphosphate (E341), Calciumtratrat (E354), Triammoniumcitrat (E380), Calcium-EDTA (E385), Polyoxyethylensorbitanmonolaurat (Polysorbat 20) (E432), Polyoxyethylensorbitanmonooleat (polysorbat 80) (E433), Polyoxyethylensorbitanmonopalmitat (Polysorbat 40) (E434), Polyoxyethylensorbitanmonostearat (Polysorbat 60) (E435), Polyoxyethylensorbitantristearat (Polysorbalt 65) (E436), Beta-Cyclodextrin (E459), Diphosphate (E450), Triphosphate (E451), Polyphosphate (E452), Gluconsäure (E574), Natriumgluconat (E576), Kaliumgluconat (E577), Calciumgluconat (E578), Eisen-II-gluconat (E579), Phytat, Bentonit, Zeolithe und Montmorillonit, ausgewählt.
• Die aktivierten Kohlemassen sind vorzugsweise fixiert
• Die fixierten, aktivierte Kohlemassen können in einer Ausführungsform als mindestens eine Schicht, die mithilfe mindestens eines Klebstoffs fixiert ist, vorliegen. Der mindestens eine Klebstoff kann eine separate Schicht bilden oder im Gemisch mit der fixierten, aktivierten Kohlemasse vorliegen.
• Geeignete Klebstoffe können aus der Gruppe, bestehend aus Biopolymeren, Polysacchariden, chemisch härtenden Klebstoffen, Polymerisationsklebstoffen, Cyanacrylat-Klebstoffen (Sekundenkleber), Methylmethacryl-Klebstoffen, anaerob härtenden Klebstoffen, ungesättigten Polyestern (UP Harze), strahlenhärtenden Klebstoffen, Polykondensationsklebstoffen, Phenol-Formaldehydharz Klebstoffen, Silikon-Silan vernetzten Polymerklebstoffen, Lignin-Klebstoffen, Polyimidklebstoffen, Polysulfidklebstoffen, Polyadditionsklebstoffen, Expoxidharz-Klebstoffen, Polyurethan-Klebstoffen, Silikon-Polyisocyanat-Klebstoffen, physikalisch abbindenden Klebstoffen, lösemittelhaltigen Klebstoffen, Kontaktklebstoffen, Dispersionsklebstoffen, Zement, zementbasierten Klebstoffen, Schaumbeton, gipsbasierten Klebstoffen, Plastisolen, Klebstoffen ohne Verfestigungsmechanismus und Löschkalk und hierauf basierte Klebstoffen, ausgewählt werden.
• Die vorstehenden Klebstoffe können teiloffene Strukturen aufweisen, sie können durch Punktverbindungen zusammengehalten umhüllt, teilumhüllt, nicht umhüllt und/oder auf einen Hintergrund geklebt sein und/oder einen Backbone haben. Sie können außerdem mit Härtern und/oder Fließmitteln versetzt sein.
• Die vorstehenden Klebstoffe für die Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel, die funktionalisiert, oberflächenmodifiziert, eingesumpft, eingesumpft und getrocknet, getrocknet, getrocknet und angefeuchtet sowie eingesumpft und teilgetrocknet sind, sind nur beispielhaft und nicht abschließend aufgezählt. Die Aufzählung soll demnach die Vielfalt der Möglichkeiten verdeutlichen, und der Fachmann kann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens ohne Weiteres, weitere Möglichkeiten angeben.
• Bevorzugt werden biologisch abbaubare und/oder organische Kleber verwendet.
• Solchermaßen fixierte, aktivierte Kohlemassen können beispielsweise zur Beschichtung der Wände des Biokonverters dienen, wie dies in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 012 436 A1 beschrieben wird.
• Des Weiteren können die fixierten, aktivierten Kohlemassen in immobilen, fluiddurchlässigen Behältnissen eingeschlossen sein. Beispiele geeigneter Behältnisse sind Tüten, Beutel, Säcke, Eimer, Dosen, Schachteln, Briefkuverts und Kartonagen aus Papier, papierähnlichen Materialien, Textil, Metall und/oder jegliche Kombinationen hiervon. Des Weiteren kommen Gefrierbeutel, Druckverschlussbeutel, Müllbeutel, Allzweckbeutel, Stoffbeutel, Einkaufsnetze, luftdurchlässige Beutel für die Lagerung von Lebensmitteln sowie Staubsaugerbeutel in Betracht. Außerdem können Ventilsäcke, Kreuzbodensäcke, Klotzbodensäcke, Pinchsäcke, Flachsäckel, Faltensäcke und/oder Netze verwendet werden. Wesentlich ist, dass diese Behältnisse für die Gärflüssigkeit durchlässig sind, jedoch keine elektrisch leitfähigen Partikel in das Reaktorvolumen abgeben.
• Die Behältnisse können in unterschiedlicher Weise in den erfindungsgemäßen Biokonverter eingebracht werden. So können sie am Boden, an den Seitenwänden, vor den Seitenwänden abgesetzt, mitten im Biokonverter und/oder an den Rührern platziert werden und/oder an und/oder in Systemen wie Trägermaterialien wie Gardinen, Gittern, Hölzern und/oder an an und/oder in sonstigen beliebigen Körpern eingebracht werden.
• In einer weiteren Ausführungsform enthält der erfindungsgemäßen Biokonverter mindestens einen, vorzugsweise mindestens zwei bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier und insbesondere mindestens fünf Schwebekörper, die die aktivierte und vorzugsweise fixierte Kohlemassen tragen, in der Gärflüssigkeit.
• Die Schwebekörper sind in der Gärflüssigkeit frei beweglich oder an der Oberfläche des Reaktorbodens, des Deckels, des Daches oder der Abdeckung, vorzugsweise an der Oberfläche des Reaktorbodens, des Biokonverters verankert.
• Der erfindungsgemäß zu verwendende Schwebekörper umfasst mindestens einen Auftriebskörper, mindestens eine fixierte, aktivierte Kohlemasse und mindestens eine Beschwerung.
• Die mindestens eine fixierte, aktivierte Kohlemasse und die mindestens eine Beschwerung sind so austariert, dass der Auftriebskörper den Schwebekörper in der Gärflüssigkeit vorzugsweise vertikal oder im Wesentlichen vertikal in der Schwebe hält.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff »in der Schwebe« den Fall, dass der Auftriebskörper des Schwebekörpers in der Gärflüssigkeit teilweise oder vollständig untergetaucht ist oder auf der Oberfläche der Gärflüssigkeit schwimmt.
• Die Größe und das Gewicht des Schwebekörpers können sehr breit variieren und daher hervorragend an die konstruktiven Besonderheiten eines gegebenen erfindungsgemäßen Biokonverters und die Erfordernisse eines gegebenen erfindungsgemäßen Konvertierungsverfahren angepasst werden.
• Vorzugsweise beträgt die Gesamtlänge des Schwebekörpers, d.h. die Strecke von seiner Beschwerung bis zum höchsten Punkt des Auftriebskörper, 10 bis 100 cm.
• Vorzugsweise beträgt das Gewicht des Schwebekörpers 10 bis 1000 g.
• Die erfindungsgemäß zu verwendenden Auftriebskörper können die unterschiedlichsten Formen und Größen aufweisen. Wesentlich ist, dass ihr Auftrieb ausreicht, um den Schwebekörper in der Schwebe zu halten. Die Ermittlung des notwendigen Auftriebs kann rechnerisch oder mithilfe weniger einfacher Versuche erfolgen.
• Die Auftriebskörper können Hohlkörper, massive Körper oder schwammartige Körper sein. Wesentlich ist, dass sie sich in der Gärflüssigkeit nicht zersetzen. Sie können beliebige dreidimensionale Formen haben. Beispiele geeigneter Formen sind platonische Körper wie Kugeln, Pyramiden, Zylinder, Octaeder, Dodecaeder oder Icosaeder. Des Weiteren kommen Halbkugeln oder Ringe infrage. Ihre Größe richtet sich nach dem Gewicht der fixierten, aktivierten Kohlemassen, die sie in der Schwebe halten sollen. Geeignete Materialien für die Auftriebskörper sind Kunststoffe, Holz, Leichtmetalle oder Glas. Vorzugsweise werden für Hohlkörper Kunststoffe verwendet. Für massive Körper werden vorzugsweise Kunststoff oder Holz verwendet.
• Beispiele geeigneter Polymere, die gegenüber der Gärflüssigkeit stabil sind, sind Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Polybutadien, Polyisopren und ihre Copolymerisate, Polyvinylaromaten wie Polystyrol, Poly(alpha-methylstyrol) und ihre Copolymerisate, Poly(meth)acrylate, Polyester, Polyether, Polyamide, Polyesterimide, Polyketone, Polyetherketone oder Polysulfone. Weitere geeignete Polymere kann der Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens leicht auswählen. Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn die Polymere dreidimensional vernetzt sind. Noch ein weiterer Vorteil resultiert, wenn die Polymere biologisch abbaubar sind.
• Die Hohlkörper können mit Luft, Stickstoff oder Helium gefüllt sein. Vorzugsweise wird Luft verwendet. Sie können aber auch evakuiert sein. Die Hohlkörper können außerdem in ihrer Wandung Stellen enthalten, die mit der Zeit durch die Gärflüssigkeit aufgelöst werden, so dass sie sich allmählich oder rasch mit der Gärflüssigkeit füllen, wodurch die Schwebekörper auf den Reaktorboden sinken. Dies kann auch kontrolliert dadurch geschehen, dass in der Wandung Ventile eingebaut sind, die per Funkfernsteuerung geöffnet werden können. Die auf den Reaktorboden abgesunkenen Schwebekörper können dann in einfacher Weise entsorgt werden.
• Die Herstellung der Auftriebskörper kann in der unterschiedlichsten Weise durchgeführt werden. So kommen für die Herstellung massiver Auftriebskörper abtragende Verfahren wie Spanen, Schneiden, Schleifen oder Fräsen in Betracht. Für die Herstellung von Hohlkörpern kommen aufbauende Verfahren wie Spritzgießen oder 3-D-Drucken in Betracht.
• Der erfindungsgemäß zu verwendende Schwebekörper umfasst mindestens eine fixierte, aktivierte Kohlemasse. Für spezielle Anwendungen können auch mehrere, beispielsweise 2 bis 30 fixierte, aktivierte Kohlemassen verwendet werden.
• Die Menge der fixierten, aktivierten Kohlemasse wird so gewählt, dass sie zusammen mit der Beschwerung oder, falls der Schwebekörper am Reaktorboden verankert ist, alleine von dem mindestens einen Auftriebskörper in der Schwebe gehalten wird.
• Die fixierte, aktivierte Kohlemasse kann in einer Ausführungsform als mindestens eine Schicht, die mithilfe mindestens eines Klebstoffs fixiert ist, vorliegen. Der mindestens eine Klebstoff kann eine separate Schicht bilden oder im Gemisch mit der fixierten, aktivierten Kohlemasse vorliegen.
• Geeignete Klebstoffe können aus der Gruppe, bestehend aus Biopolymeren, Polysacchariden, chemisch härtenden Klebstoffen, Polymerisationsklebstoffen, Cyanacrylat-Klebstoffen (Sekundenkleber), Methylmethacryl-Klebstoffen, anaerob härtenden Klebstoffen, ungesättigten Polyestern (UP Harze), strahlenhärtenden Klebstoffen, Polykondensationsklebstoffen, Phenol-Formaldehydharz Klebstoffen, Silikon-Silan vernetzten Polymerklebstoffen, Lignin-Klebstoffen, Polyimidklebstoffen, Polysulfidklebstoffen, Polyadditionsklebstoffen, Expoxidharz-Klebstoffen, Polyurethan-Klebstoffen, Silikon-Polyisocyanat-Klebstoffen, physikalisch abbindenden Klebstoffen, lösemittelhaltigen Klebstoffen, Kontaktklebstoffen, Dispersionsklebstoffen, Zement, zementbasierten Klebstoffen, Schaumbeton, gipsbasierten Klebstoffen, Plastisolen, Klebstoffen ohne Verfestigungsmechanismus und Löschkalk und hierauf basierte Klebstoffen, ausgewählt werden.
• Die vorstehenden Klebstoffe können teiloffene Strukturen aufweisen, sie können durch Punktverbindungen zusammenhalten, sie können umhüllt, teilumhüllt, nicht umhüllt, auf einen Hintergrund geklebt sein und/oder einen Backbone haben. Sie können außerdem mit Härtern und/oder Fließmitteln versetzt sein.
• Die vorstehenden Klebstoffe für die Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel, die funktionalisiert, oberflächenmodifiziert, eingesumpft, eingesumpft und getrocknet, getrocknet, getrocknet und angefeuchtet sowie eingesumpft und teilgetrocknet sind, sind nur beispielhaft und nicht abschließend aufgezählt. Die Aufzählung soll demnach die Vielfalt der Möglichkeiten verdeutlichen, und der Fachmann kann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens ohne Weiteres, weiter Möglichkeiten angeben.
• Bevorzugt sind biologisch abbaubare und/oder organische Kleber.
• Die mithilfe von Klebstoffen fixierte, aktivierte Kohlemasse kann bei einer Ausführungsform auf der Oberfläche der Auftriebskörper und/oder der Beschwerungen fixiert werden.
• Die Beschwerungen selbst sind vorzugsweise Feststoffe, die eine höhere Dichte als die Gärflüssigkeit aufweisen. Beispiele geeigneter Beschwerungen sind natürliche und synthetische Mineralien, synthetische und natürliche Keramiken, Glas und Metalle. Sie können die unterschiedlichsten dreidimensionalen Formen aufweisen und daher hervorragend dem jeweiligen Schwebekörper angepasst werden. Beispiele geeigneter dreidimensionaler Formen werden vorstehend bei den Auftriebskörpern aufgeführt.
• In speziellen Fällen kann das Eigengewicht der fixierten, aktivierten Kohlemasse die Funktion der Beschwerung übernehmen.
• Die vorstehend beschriebenen aktivierten Kohlemassen werden auch fixiert, indem man sie in Behältnisse einfüllt, die von den Auftriebskörpern und den Beschwerungen in Schwebe gehalten werden.
• Für das Behältnis ist es wesentlich, dass es semipermeabel ist, so dass die Gärflüssigkeit in Kontakt mit der fixierten, aktivierten Kohlemasse treten kann.
• Die Materialien für die Behältnisse müssen mechanisch stabil sein und dürfen nicht von der Gärflüssigkeit angegriffen werden. Beispiele geeigneter Materialien sind die vorstehend aufgeführten Polymere, Metalle oder Glas. Die Form der Behältnisse richtet sich in erster Linie nach den räumlichen Erfordernissen des Fermentationsreaktors und den Erfordernissen des mithilfe des Fermentationsreaktors durchgeführten Konvertierungsverfahrens. Beispielsweise können die Behältnisse die Form von Strümpfen, Säcken, Röhren oder Kästen haben, die gegebenenfalls mit Durchbohrungen versehen sind. Die Behältnisse selbst können wiederum in mindestens zwei Kompartimente unterteilt sein.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter „Durchbohrungen“ Öffnungen beliebiger Umrisse und Größen verstanden. So können sie einen runden, dreieckigen, viereckigen, sechseckigen, sternförmigen und/oder schlitzförmigen Umriss haben. Auch die lichte Weite kann breit weit variieren und kann daher hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. So kann die lichte Weite in der Größenordnung von 1 nm bis 5 mm liegen. Wesentlich ist, dass die lichte Weite nicht so groß wird, dass Teile der fixierten, aktivierten Kohlemasse ihren Halt an der Gesamtmasse verlieren und in die Gärflüssigkeit gelangen.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform haben die Behältnisse die Form von Strümpfen, die aus einem durchlässigen Gewebe oder Gewirke bestehen. Ganz besonders bevorzugt sind Strümpfe aus Glasgewebe.
• Vorzugsweise können die Behältnisse entleert und wieder mit frischer, fixierter, aktivierter Kohlemasse aufgefüllt werden. Dazu können verschließbare Einfüllöffnungen vorgesehen sein. Bei den Verschlussvorrichtungen kann es sich um Flansche und dazu passende Einschubrinnen, Schlauchklemmen, Gewinde oder Verschlusskappen handeln.
• Um zu verhindern, dass die Schwebekörper an bewegliche Vorrichtungen des Biokonverters geraten und die Vorrichtungen und die Schwebekörper dadurch beschädigt werden oder dass die Schwebekörper die Einlässe und Auslässe des Biokonverters verstopfen, ist es von Vorteil, wenn der oder die Schwebekörper sich hinter einem Schutzgitter oder Schutznetz befindet oder befinden. Dieses Schutzgitter gestattet zwar noch immer die freie Beweglichkeit der Schwebekörper innerhalb des eingezäunten Bereichs, es verhindert aber dass die Schwebekörper in die kritischen Bereiche des Biokonverters gelangen.
• Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Auftriebskörper beispielsweise mit Fäden, Drähten oder Ketten zu Verbänden miteinander verbunden sind.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegen die aktivierten Kohlemassen in der Form von Pulvern einer mittleren Teilchengröße >1 mm, gepressten Pellets, gepressten Stäbchen oder gepressten Ringen in Schwimmkörpern vor, die an und/oder auf der Oberfläche der Gärflüssigkeit schwimmen. Vorzugsweise werden diese Schwimmkörpern durch Spritzguss aus den vorstehend beschriebenen Polymeren hergestellt. Sie bestehen vorzugsweise aus einem Deckel der wiederablösbar mit dem Behältnis, das die aktivierten Kohlemassen aufnimmt, verbunden ist. Beispielsweise kann der Deckel mit dem Behältnis durch Feder-Nut-Verbindungen verbunden sein. Die Wände der Schwimmkörper weisen Durchflussöffnungen auf, die den Zutritt und den Ablauf der Gärflüssigkeit ermöglichen. Die Durchflussöffnungen haben eine lichte Weite, die den Austritt von festen, elektrisch leitfähigen Materialien verhindert.
• Die Schwimmkörper können eine beliebige Form aufweisen wie beispielsweise Hohlzylinder, die senkrecht in der Flüssigkeit schwimmen, Hohlkegel, die mit der Spitze nach unten schwimmen, oder plattenförmige Schwimmkörper, deren Höhe kleiner ist als ihr horizontaler Durchmesser. Die plattenförmigen Schwimmkörper können beliebige Umrisse aufweisen. So können sie dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig oder achteckig sein. Die Decke, die Seitenwände und/oder der Boden der Schwimmkörper können geradlinig und eben oder konvex gebogen sein. Die Ecken der Schwimmkörper können auch abgerundet sein. Es ist von Vorteil, wenn sich die Schwimmkörper nicht zu einer geschlossenen parkettartigen Struktur auf der Oberfläche zusammenlegen können, sondern dass zwischen ihnen Öffnungen vorhanden sind, die den Austritt des Biogases erleichtern.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die aktivierten Kunststoffmassen in fluiddurchlässigen kugelförmigen Behältern vorzugsweise eines Durchmessers von 0,5 cm bis 5 cm eingehüllt. Die fluiddurchlässigen kugelförmigen Behälter sind aus mindestens einem der vorstehend beschriebenen Polymeren, die Füllstoffe einer Dichte >1 g/cm³ enthalten, aufgebaut. Diese Wirbelkörper könne mit Vorteil in einer Wirbelschicht in der Gärflüssigkeit aufgewirbelt werden, wodurch eine besonders hohe Kontaktfläche geschaffen wird. In diesem Falle ist es von Vorteil, wenn die Elektrolysezellen in mindestens einem Seitenkreis oder Bypass liegen, damit sie nicht durch die heftig bewegten Wirbelkörper geschädigt werden. Wenn die Agitationsmittel abgeschaltet werden, sinken die Wirbelkörper auf die Siebböden der Wirbelschichtreaktoren, wonach sie wieder aufgewirbelt werden können.
• In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die aktivierten Kohlemassen auf und/oder in mindestens einem, insbesondere einem, Festbett fixiert. Als Träger für das Festbett können beliebige Materialien verwendet werden, solange sie von der Gärflüssigkeit nicht angegriffen werden. Das Festbett kann aber auch aus gepressten Pellets, Kugeln, Ringen und Stäbchen aus den aktivierten Kohlemassen aufgebaut sein. Das mindestens eine Festbett befindet sich vorzugsweise in mindestens einem, insbesondere einem Festbettreaktor, der sich in mindestens einem, insbesondere einem, Auflaufseitenkreis mindestens eines, insbesondere eines, Zweistufenkonverters. Hierbei wird die Gärflüssigkeit aus dem mindestens einen, insbesondere einen Biokonverter der ersten Stufe an dessen Boden abgesaugt und als Auflaufstrom durch den mindestens einen Festbettreaktor geleitet und von dessen oberen Ende wieder in den Biokonverter der ertsen Stufe von oben eingeleitet.
• Für den erfindungsgemäßen Biokonverter und das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, dass die Gärflüssigkeit und gegebenenfalls die aktivierte Biokohlenmasse hydrogenotrophe Mikroorganismen und anaerobe Mikroorganismen, insbesondere Archaeen, enthalten.
• Beispiele geeigneter hydrogenotropher Archaeen sind Methanosaeta spp. und Metanosarcina spp. Weitere Beispiele gehen aus der internationalen Patentanmeldung WO 2011/003081 , Seite 25, Absatz [0099]. Methanothermobacter Thermautotropicus Linien und Varianten gehen aus dem europäischen Patent EP 2 661 511 B1 hervor.
• Beispiele geeigneter methanogener Archaeen sind Chlostridium spp., Selenomonas spp., Acetobacterium spp., Pelobacter spp., Butyrobacterium spp., Eubacterium spp., Laczobacillus spp., Riminococus spp., Streptococcus spp. Propionibacterium spp., Butyrivibrio spp. und Acetivibrio spp.. Weitere Beispiele sind in den Tabellen 2 und 3 der internationalen Patentanmeldung WO 2011/003081 aufgeführt.
• Der erfindungsgemäße Biokonverter dient der Durchführung des erfindungsgemäßen Konvertierungsverfahrens oder Fermentierungverfahrens. Dieses fördert mithilfe von Kohlenstoff in der Form der vorstehenden beschriebenen aktivierten Kohlemassen bezüglich der Kohlemasse verlustfrei oder nahezu verlustfrei das Wachstum von nützlichen Mikroorganismen und/oder die Steigerung des Metabolismus und/oder des Katabolismus und/oder des Anabolismus und/oder steigert den Ertrag von Biogas. Durch die Elektrolyse und die Verwendung hydrogenotropher methanogener Mikroorganismen und Archaeen wird die Ausbeute von Biogas über das bisher bekannte Maß hinaus gesteigert.
• Das erfindungsgemäße Konvertierungsverfahren wird vorzugsweise bei Temperaturen von 45 °C bis 100 °C, bevorzugt 50 °C bis 80 °C und insbesondere 50 °C bis 75 °C durchgeführt. Vorzugsweise ist der Druck in dem erfindungsgemäßen Biokonverter >1,0 bar, bevorzugt >2 bar und insbesondere >3 bar. Im Allgemeinen soll der Druck aus sicherheitstechnischen Gründen 30,0 bar nicht übersteigen. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Konvertierungsverfahren bei einem pH-Wert von 5,5 bis 8,5 und bevorzugt 6 bis 7,5 durchgeführt.
• Besonders vorteilhaft ist, dass die durch das erfindungsgemäße Konvertierungsverfahren erzeugten konvertierten Biomassen oder Gärprodukte und/oder die in dem Verfahren verwandten aktivierten Kohlemassen hervorragend als Düngemittel und/oder zur Herstellung von von Terra Preta verwendet werden können.
• Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft und nicht abschließend aufgeführt. Die Beispiele sollen demnach die Vielfalt der Möglichkeiten verdeutlichen, und der Fachmann kann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens ohne Weiteres, weitere Möglichkeiten angeben. Es versteht sich daher, dass die vorstehend genannten und nachstehend näher erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen und Konfigurationen, sondern auch in anderen Kombinationen und Konfigurationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Figurenliste
• Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten 1 bis 21 genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
• 1 die Seitenansicht einer Ausführungsform eines Schwebekörpers 1;
• 2 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Schwebekörpers 1;
• 3 die Seitenansicht von mehreren Schwebekörpern 1 mit einem gemeinsamen Auftriebskörper 2;
• 3a die Draufsicht auf einen Querschnitt durch einen Schwebekörper 1 gemäß der 3;
• 4 die Seitenansicht auf einen Schwebekörper 1 mit Durchbohrungen 17;
• 4a die Draufsicht auf einen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus der Wand des Schwebekörpers 1 gemäß der 4;
• 5 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörpers 1;
• 6 die Seitenansicht auf eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörpers 1;
• 7 die Seitenansicht auf ein Schutzgitter 22, das mehrere Schwebekörper 1 umschließt;
• 8 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörper 1 mit zweier Auftriebskörpern 2;
• 9 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines vollständig beschichteten Schwebekörpers 1;
• 10 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines vollständig beschichteten Schwebekörpers 1;
• 11 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörpers 1 mit mehreren Armen 28;
• 12 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Biokonverter BK mit einem Rührer RÜ als Agitationsmittel AG, fixierten aktivierten Kohlemassen 3 und Elektrolysezellen EL in der Gärflüssigkeit 23;
• 13 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Biokonverter BK mit aktivierten Kohlemassen 3 enthaltenden Schwebekörpern 1, mit einem Seitenkreis oder Bypass SK mit einer Umwälzpumpe UP als Agitationsmittel AG für die Gärflüssigkeit 23 und einem ringförmigen Rücklaufverteiler RVT, sowie einer von mechanischer Schädigung geschützten Elektrolysezelle EL;
• 14 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Biokonverter BK mit aktivierten Kohlemassen 3 enthaltenden Schwebekörpern SCH und Wandbelägen sowie Elektrolysezellen EZ im Seitenkreis oder Bypass SK mit einem ringförmigen Rücklaufverteiler RVT für die Gärflüssigkeit 23 und die Gasblasen GB;
• 15 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Biokonverter BK in der Ausführungsform eines Dreiphasenwirbelschicht-Biokonverters mit einer Wirbelschicht WS aus aktivierte Kohlemassen 3 enthaltenden Wirbelkörpern WK sowie Elektrolysezellen EL im Seitenkreis oder Bypass SK;
• 16 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Biokonverter BK mit einem Seitenkreislauf SK und einer Umwälzpumpe UP als Agitationsmittel, aktivierte Kohlemasse 3 enthaltende Schwimmkörper SCH und am Boden 21 verankerte Schwebekörper 1; VA, einem ringförmigen Gas-Flüssigkeits-Verteiler GFV, einem Gas-Flüssigkeits-Mischer GFM, einem Wasserstoffvorrat H2V, einem Kohlendioxidvorrat CO2V und einem Gasmischer GM;
• 17 die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Biokonverter BK mit Elektrolysezellen EZ und einem in einem Auflaufseitenkreis AU mit Umwälzpumpe UP als Agitationsmittel AG angeschlossenen Festbett-Biokonverter FBR mit einem aktivierte Kohlemasse 3 enthaltenden Festbett FB;
• 18 die Draufsicht von oben auf den konvex gebogenen Deckel KGD des Schwimmkörpers SCH;
• 19 die Seitenansicht des Schwimmkörpers SCH mit den konvex gebogenem Deckel KGD;
• 20 die Draufsicht auf den Längsschnitt durch den flüssigkeitsdurchlässigen Schwimmkörper SCH mit Pellets PK aus aktivierten Kohlemassen 3; und
• 21 die Draufsicht auf den Längsschnitt durch das Fermentersystem FS.
• Bezugszeichenliste

1

Schwebekörper

2

Auftriebskörper

3

aktivierte Kohlemasse

4

fluiddurchlässiges Behältnis

5

Beschwerung

5a

beschichtete Beschwerung 5

6

verstellbare Schlinge

7

Füllöffnung

8

durch die verstellbare Schlinge 6 hervorgerufene Faltung in der Wandung des Behältnisses 4

9

Gewinde

10

Klebstoff

11

Schicht mit aktivierter Kohlemasse 3

12

Vorhangclip mit Haltekrallen

13

Gewebeschlaufe

14

Rahmen der Beschwerung 5

15

Haken

16

Öse

17

Durchbohrung

18

Flansch

19

Einschubrinne

20

Befestigung an der Oberfläche 21des Reaktorbodens

20a

Befestigung der Wandung 4 an der Befestigung 20

21

Reaktorboden

22

Schutzgitter

22a

Befestigung von 22 an 21

23

Gärflüssigkeit

23a

Oberfläche der Gärflüssigkeit 23; in den 12 bis 21 auch als OF bezeichnet

23b

Durch Hydrolyse, Acidolyse und Acetogenese konvertierte Gärflüssigkeit 23

23c

Gas-Flüssigkeit-Gemisch 23b/Kohlendioxid/Wasserstoff

23d

Durch Methanogenese konvertiertes Gas-Flüssigkeit-Gemisch 23c

24

Schlauchklemme

25

Rohrstück

26

Verschlusskappe

27

Halterung des Auftriebskörper 2 an der Verschlusskappe 27

28

„Krakenarme‟8

29

Schwimmkörper

30

Kohlenstoffbelag

31

Immobile Kohlenstoffmasse

AB

Auslass für Biogas

AG

Agitationsmittel

AE

Abgerundete Ecke

AKB

Ablauf für konvertierte Biomassen oder Gärprodukte

AL

Auslass

ASK

Auflaufseitenkreis

AU

Auflauf

AV

Ablassventil; elektronisch gesteuertes Auslassventil

AVS

Elektronisch gesteuertes Auslassventil für abgesetzten Gärschlamm

AGS

Abgesetzter Gärschlamm

BE

Behälter des Schwimmkörpers SCH

BG

Biogas, Methan

BH

Wasserstoffhaltiges Biogas

BK

Biokonverter, Dreiphasenwirbelschicht-Biokonverter

BKH

Wasserstofferzeugender Biokonverter

BL

Biogasleitung, Methangasleitung

BMZ

Biomassezulauf

CO2L

Kohlendioxidleitung

CO2S

Kohlendioxidsonde

CO2V

Kohlendioxidvorrat

DFÖ

Durchflussöffnung

DHV

Druckhalteventil

DV

Elektronisch gesteuertes Drosselventil

EF

Elektrodenfläche

EI

Einlass für den Auflaufseitenkreis ASK

EL

Elektrode, Kathode, Anode

EQ

Energiequelle

ES

Elektronische Steuerung

ESI

Einlasssieb

EV

Elektronisch gesteuertes Einlassventil

EZ

Elektrolysezelle

FA

Flüssigkeitsabscheider

FB

Festbett mit aktivierter Kohlemasse 3

FBR

Festbettreaktor

FK

Flüssigkeitskanal

FS

Fermentersystem

FNV

Feder-Nut-Verschluss

GB

Gasblase

GFG

Gas-Flüssigkeit-Gemisch

GFM

Gas-Flüssigkeits-Mischer

GFV

Gas-Flüssigkeits-Verteiler

GK

Gebogene Kante

GL

Gasleitung

GM

Gasmischer

GV

Gasverteiler

H2L

Wasserstoffleitung

H2S

Wasserstoffsonde

H2V

Wasserstoffvorrat

KGB

Konvex gebogener Boden

KGD

Konvex gebogener Deckel

KGK

Konvex gebogene Kante

KGO

Konvex gebogene Oberkante

KGS

Konvex gebogene Seitenwand

KGU

Konvex gebogene Unterkante

M

Manometer

MO

Motor

NFA

Nährflüssigkeitsauslass

NFZ

Nährflüssigkeitszufuhr

OF

Oberfläche der Gärflüssigkeit 23; in den 1 bis 11 auch als 23a bezeichnet

O2S

Sauerstoffsonde

PK

Pellets aus aktivierter Kohlemasse 3

Q---Q

Schnittlinie

RB

Rührblatt

RL

Rücklauf

RLL

Rücklaufleitung

RÜ

Rührer

RV

Reaktorvolumen

RVT

Ringförmiger Rücklaufverteiler

SCH

Schwimmkörper

SE

Sektor

SG

Schutzgitter

SI

Sieb, Siebboden

SLI

Input-Signalleitung

SLO

Output-Signalleitung

SK

Seitenkreis, Bypass

Ü

Überdruckventil

UKP

Umhüllte Kohlenstoffpartikel

ÜL

Überlaufleitung

UP

Umwälzpumpe

UR

Umdrehungsrichtung

VA

Verankerung der Schwebekörper 1 am Reaktorboden 21

VO

Vortex

WK

Wirbelkörper

WS

Wirbelschicht

ZP

Zentrale Plattform

ZSR

Zweistufenkonverter

• Ausführliche Beschreibung der Figuren
• Vorbemerkung
• Die im Folgenden verwendeten aktivierte Kohlemassen 3 wurden aus Buchenholzkohle einer inneren Oberfläche nach BET von 800 m²/g, einer hohen Kapillardichte und eines pH-Wert svon 8 bis 8,7 hergestellt. Die Buchenholzkohle wurde mit methanogenen und hydrogenotrophen Archaeen und mit 1 Gew.-% an anorganischen Nitraten, Spurenelementen, Ultraspurenelementen, Mikroelementen, Ultramikroelementen und Mengenelementen sowie Nährstoffen, essenziellen Nährstoffen, Kohlenhydraten, Fetten, Proteinen, Mineralstoffen und Vitaminen beladen.
• Den im Folgenden beschriebenen Gärflüssigkeiten 23 konnten noch über Zulaufleitungen, die der Einfachheit halber nicht dargestellt wurden, Nährstoffe für die Mikroorganismen hinzugefügt werden.
• Figur 1
• Die 1 zeigt die Seitenansicht eines Schwebekörpers 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der Schwebekörper 1 umfasste einen 40 cm langen, handelsüblichen Strumpf 4 aus Glasgewebe, der in drei Kompartimente unterteilt war. Die Unterteilung in Kompartimente erfolgte mittels feststellbarer Kunststoffschlingen 6. Die zugezogenen Kunststoffschlingen 6 riefen Faltungen 8 in der Wandung des Glasstrumpfs 4 hervor. Das obere Kompartiment enthielt einen hohlen Kunststoffball als Auftriebskörper 2. Am oberen Ende dieses Kompartiments war die nunmehr durch die zugezogene Kunststoffschlinge 6 verschlossene Füllöffnung 7 angeordnet. Das mittlere Kompartiment enthielt eine eingesumpfte, durch die Wandung des Glasstrumpfs 4 fixierte, aktivierte Kohlemasse 3. Das untere Kompartiment enthielt eine massive Kugel aus Stein als Beschwerung 5. Die jeweiligen Mengen wurden so gewählt, dass der Schwebekörper 1 austariert war, d.h., dass der Auftriebskörper 2 den Schwebekörper 1 in der Gärflüssigkeit 23 des Biokonverters unterhalb der Oberfläche 23a in Schwebe hielt.
• Es wurden zehn Schwebekörper 1 in den Biokonverter oder Fermentationsreaktors gegeben Das durch die Zugabe von Biomasse gestartete Konvertierungsverfahren lieferte nach mehreren Tagen signifikant mehr Methan und Wertprodukt, als der gleiche Biokonverter ohne Schwebekörper 1.
• Figur 2
• Die 2 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Schwebekörpers 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der zylinderförmige Schwebekörper 1 war in der Vertikalen 40 cm lang und wies im Querschnitt einen Durchmesser von 5 cm auf. Er bestand aus eloxierten Aluminium. Der Schwebekörper 1 enthielt ebenfalls drei Kompartimente, nämlich den hohlen Auftriebskörper 2, der mit einem Gewinde 9 auf das fluiddurchlässige Behältnis 4 aufgeschraubt war und so die Füllöffnung 7 verschloss. Und die Beschwerung 5. Die Durchlässigkeit wurde durch Löcher in der Wandung des Behältnisses 4 gewährleistet. Das Behältnis 4 war mit der bei 1 im Einzelnen beschriebenen, fixierten, aktivierten Kohlemasse 3 gefüllt. Die Beschwerung 5 bestand aus einer Scheibe aus Stahl, die in den Boden des Behältnisses 4 eingeschoben wurde.
• Das Konvertierungsverfahren wurde mit diesen Schwebekörpern 1 durchgeführt und lieferte die gleiche vorteilhafte Steigerung der Ausbeute an Methan und Wertprodukt, wie bei 1 beschrieben.
• Figuren 3 und 3a
• Die 3 zeigt die Seitenansicht von mehreren Schwebekörpern 1 mit einem gemeinsamen Auftriebskörper 2 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Die 3a zeigt einen Querschnitt durch eine beschichtete Beschwerung 5a, die mit mit einer Haftschicht 10 fixierten, aktivierten Kohlemasse 3, 11 beschichtet war. Es wurde die gleiche fixierte aktivierte Kohlemasse 3 verwendet, wie sie bei der 1 beschrieben ist.
• Der Auftriebskörper 2 war ein 60 cm langer, 10 cm durchmessender Kunststoffhohlkörper, an dem sieben beschichtete Beschwerungen 5a mittels Glasgewebeschlaufen 13 und Vorhangclips 12 mit Haltekrallen befestigt waren. Die Faltungen 8 in den Gewebeschlaufen 13 wurden durch diese Vorhangclips 12 hervorgerufen. Die Vorhangclips 12 waren mit den Beschwerungen 5 mit senkrechten Schrauben verbunden. Auch hier waren die Gewichtsverhältnisse so austariert, dass die Schwebekörper 1 unterhalb der Oberfläche 23a der Gärflüssigkeit 23 schwebten.
• Bei der Durchführung des Konvertierungsverfahrens wurden die gleichen Vorteile erhalten, wie sie vorstehend bereits beschrieben sind.
• Figuren 4 und 4a
• Die 4 zeigt die Seitenansicht auf einen Schwebekörper 1 in einer weiteren Ausführungsform mit einer durchlöcherten, plattenförmigen Beschwerung 5 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonvertern gemäß den 13 und 16.
• Die 4a zeigt die Draufsicht auf einen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus der durchlöcherten, plattenförmigen Beschwerung 5.
• Der Auftriebskörper 2 war ein 50 cm langer, 10 cm durchmessender Kunststoffhohlkörper. An dem Auftriebskörper 2 waren vier Haken 15 angeordnet, die in die Ösen 16 eingehängt wurden. Die mit dem Rahmen 14 gehaltene Beschwerung 5 mit den Durchbohrungen 17 bestand aus Aluminium und war mit der vorstehend beschriebenen, mittels der Haftschicht 10 fixierten, aktivierten Kohlemasse 3, 11 beschichtet. Auch hier waren die Gewichtsverhältnisse so austariert, dass die Schwebekörper 1 unterhalb der Oberfläche 23a der Gärflüssigkeit 23 schwebten.
• Bei der Durchführung des Konvertierungsverfahrens wurden die gleichen Vorteile erhalten, wie sie vorstehend bereits beschrieben sind.
• Figur 5
• Die 5 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörpers 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der kastenförmige Schwebekörper 1 bestand aus Kunststoff und war in der Vertikalen 40 cm und in der Horizontalen 20 cm lang. Sein Durchmesser betrug 10 cm. An dem hohlen Auftriebskörper 2 war auf beiden Seiten längsseitig zwei horizontale Einschubrinnen 19 angeordnet, in die die beiden Flansche 18 eingeschoben wurden, so dass die Füllöffnung 7 geschlossen war. Das fluiddurchlässige Behältnis 4 war mit der vorstehend beschriebenen, fixierten, aktivierten Kohlemasse 3 gefüllt. Die Durchlässigkeit wurde durch Öffnungen in der Wandung des Behältnisses 4 gewährleistet. Das untere Ende des Behältnisses 4 war durch einen massiven Metallboden als Beschwerung 5 verschlossen.
• Auch hier waren die Gewichtsverhältnisse so austariert, dass die Schwebekörper 1 unterhalb der Oberfläche 23a der Gärflüssigkeit 23 schwebten.
• Bei der Durchführung des Konvertierungsverfahrens wurden die gleichen Vorteile erhalten, wie sie vorstehend bereits beschrieben sind.
• Figur 6
• Die 6 zeigt eine Seitenansicht auf eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörpers 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der Schwebekörper 1 hatte eine Gesamtlänge von 50 cm. Er wird durch eine Kunststoffhohlkugel 2 in der Schwebe gehalten. Die Kunststoffhohlkugel 2 war mit einer dünnen Metallkette 2a mit dem fluiddurchlässigen Behältnis 4 aus eloxiertem Aluminium verbunden. Die Durchlässigkeit wurde durch Löcher in der Wandung von 4 gewährleistet. Das Behältnis 4 war mit der vorstehend beschriebenen, fixierten, aktivierten Kohlemasse 3 gefüllt und mit einer an seinem Boden angebrachten Metallkette 20a und der Befestigung 20 an der Oberfläche 21 des Reaktorbodens verankert. Die Länge der Metallketten und die Gewichtsverhältnisse waren so austariert, dass der Schwebekörper 1 unterhalb der Oberfläche 23a der Gärflüssigkeit 23 schwebte.
• In einen Biokonverter BK wurden 15 dieser Schwebekörper 1 an der Oberfläche 21 des Reaktorbodens verankert. Bei der Durchführung des Konvertierungsverfahrens wurden die gleichen Vorteile erhalten, wie sie vorstehend bereits beschrieben sind.
• Figur 7
• Die 7 zeigt die Seitenansicht auf ein Schutzgitter 22, das mehrere Schwebekörper 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16 umschließt.
• Das Schutzgitter oder Schutznetz 22 bestand aus Edelstahl und umschloss einen runden Raum in der Gärflüssigkeit 23. Das Schutzgitter 22 war am Reaktorboden 21 durch Schrauben 22a befestigt. Innerhalb des Schutzgitter 22 befanden sich fünf Schwebekörper 1 unterhalb der Oberfläche 23a der Gärflüssigkeit 23 vertikal in der Schwebe. Die Schwebekörper 1 konnten aus den in den vorstehend und nachstehend Figuren gezeigten Schwebekörpern 1 ausgewählt werden.
• In einem Biokonverter BK waren drei dieser Schutzgitter 22 mit jeweils fünf Schwebekörper 1 angeordnet. Bei der Durchführung des Konvertierungsverfahrens wurden die gleichen Vorteile erhalten, wie sie vorstehend bereits beschrieben sind.
• Figur 8
• Die 8 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörpers 1 mit zwei Auftriebskörpern 2 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der Schwebekörper 1 wurde von einem Glasstrumpf 4 gebildet an dessen Ende zwei Kunststoffhohlkugeln als Auftriebskörper 2 angebracht waren. In die beiden offenen Enden des Glasstrumpfs 4 wurden passende Rohrstücke 25 aus Kunststoff eingeschoben, die aus den Enden hervorragten. Die Rohrstücke 25 und der Glasstrumpf waren mittels Schlauchklemmen 24 fest miteinander verbunden. Die Öffnung der Rohrstücke 25 wurden als Füllöffnungen 7 genutzt und nunmehr durch Verschlusskappen 26 aus Kunststoff verschlossen. Die beiden Auftriebskörper 2 waren mit den beiden Verschlusskappen 26 durch die Halterungen 27 verbunden. Der Glasstrumpf 4 war mit der fixierten aktivierten Kohlemasse 3 gefüllt. Durch die Anordnung resultierte ein U-förmiger Schwebekörper 1. Bei Bedarf konnte an dem unteren Punkt des Behältnisses 4 eine Beschwerung 5 angehängt werden, um den Schwebekörper 1 auszutarieren.
• Es wurden vier dieser Schwebekörper 1 in einen Biokonverter BK eingebracht, und es wurde das Konvertierungsverfahren damit durchgeführt. Auch hier wurden die gleichen Vorteile wie vorstehend beschriebenen erhalten.
• Figur 9
• Die 9 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform mit vollständig beschichtetem Schwebekörper 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der Auftriebskörper 2 war eine Kunststoffhohlkugel mit einem Durchmesser von 20 cm. Ihre Oberfläche war mit einer Haftschicht 10 bedeckt. Darauf befand sich eine Schicht 11 aus fixierter, aktivierter Kohlemasse 3 einer mittleren Dicke von 0,5 cm. Die Anordnung war mittels einer dünnen Metallkette 20a an der Oberfläche 21 des Reaktorbodens befestigt. Der Reaktorboden bildete so gewissermaßen die Beschwerung 5.
• Es wurden sechs dieser Schwebekörper 1 in einen Biokonverter BK eingebracht, und es wurde das Konvertierungsverfahren damit durchgeführt. Auch hier wurden die gleichen Vorteile wie vorstehend beschriebenen erhalten.
• Figur 10
• Die 10 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines vollständig beschichteten Schwebekörpers 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der Auftriebskörper 2 war eine Kunststoffhohlkugel mit einem Durchmesser von 20 cm, in der eine Beschwerung 5 eingeschlossen war. Der Auftriebskörper 2 wurde in ein Netz 4 aus Glasgewebe platziert, und der Zwischenraum zwischen der Oberfläche des Auftriebskörper 2 und dem Netzwerk wurde mit der vorstehend beschriebenen, fixierten, aktivierten Kohlemasse 3 über die Füllöffnung 7 aufgefüllt. Die Füllöffnung 7 wurde anschließend mittels einer verstellbaren Kunststoffschlinge 6 verschlossen, wobei sich die Faltungen 8 in der Wandung von 4 bildeten.
• Es wurden sechs dieser Schwebekörper 1 in einen Biokonverter BK eingebracht, und es wurde das Konvertierungsverfahren damit durchgeführt. Auch hier wurden die gleichen Vorteile wie vorstehend beschriebenen erhalten.
• Figur 11
• Die 11 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schwebekörpers 1 mit mehreren Armen 28 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biokonverter BK gemäß den 13 und 16.
• Der Auftriebskörper 2 des Schwebekörpers 1 war eine hohle Halbkugel aus Kunststoff mit einem Durchmesser von 20 cm. Sie war umhüllt von einem Glasgewebe 4, das mehrere Arme 28 (Krakenarme) aufwies, die durch Beschwerungen 5 nach unten gezogen wurden. Die Krakenarme 28 waren mit der vorstehend beschriebenen, fixierten, aktivierten Kohlemasse 3 gefüllt. Durch diese Anordnung wurde die für die Gärflüssigkeit 23 zugängliche Oberfläche der fixierten, aktivierten Kohlemasse 3 stark vergrößert, so dass die Beschwerung entsprechend verbessert wurde.
• Es wurden drei dieser Schwebekörper 1 in einen Biokonverter BK eingebracht, und es wurde das Konvertierungsverfahren damit durchgeführt. Auch hier wurden die gleichen Vorteile, wie vorstehend beschriebenen, erhalten.
• Figuren 18, 19 und 20
• Die 18 zeigt die Draufsicht von oben auf den konvex gebogenen Deckel KGD des Schwimmkörpers SCH. Die 19 zeigt die Seitenansicht des Schwimmkörpers SCH mit den konvexgebogenen Deckel KGD. Und die 20 zeigt die Draufsicht auf den Längsschnitt durch den flüssigkeitsdurchlässigen Schwimmkörper SCH mit Pellets PK aus aktivierten Kohlemassen 3.
• Der Schwimmkörper SCH wurde mit Vorteil in den Bioreaktoren BK der 14 und 16 verwendet. Der Schwimmkörper wies einen Außendurchmesser von 10 cm und einen Innendurchmesser von 9 cm auf. Seine Wandstärke lag daher bei 0,5 cm. Der Abstand von der zentralen Plattform ZP des Deckels KGD zu der zentralen Plattform ZP des Behälters wie lag bei 9 cm. Die Länge der Seitenkanten KGS betrug 8 cm.
• Der Schwimmkörper SCH wurde durch Spritzgießen aus einem schlagzähen AcrylnitrilButadien-Styrol-Copolymerisat hergestellt. Sein konvex gebogener oder gewölbter Deckel KGD wies, wie bereits erwähnt, eine zentrale Plattform ZP auf, von der zwölf Sektoren SE bis zu den leicht konvex gebogenen Kanten GK; KGK (der Einfachheit halber geradlinig dargestellt) ausstrahlten. Die leicht zu den Kanten GK; KGK hin gebogenen Sektoren SE (der Einfachheit halber geradlinig dargestellt) wiesen Durchflussöffnungen DFÖ für die Gärflüssigkeit 23 und das austretende Biogas BG auf. Die Sektoren SE gingen in eine leicht konvex gebogene Seitenwand KGS (der Einfachheit halber geradlinig dargestellt) über, die sich passgenau an die leicht konvex gebogene Seitenwand KGS (der Einfachheit halber geradlinig dargestellt) des Behälters BE anschloss. Die wieder ablösbare Verbindung zwischen dem gewölbten Deckel KGD und dem Behälter BE wurde durch eine Feder-NutVerbindung FNV hergestellt. Der Behälter BE wies ebenfalls eine zentrale Plattform ZP auf, die deckungsgleich mit der zentralen Plattform ZP des Deckels KGD war. Der leicht konvex oder gewölbte Boden des Behälters BE (der Einfachheit halber geradlinig dargestellt) wies ebenfalls zwölf Sektoren SE (nicht sichtbar) auf, die von der zentralen Plattform ZP zu den leicht konvex gebogenen Unterkanten KGU (der Einfachheit halber geradlinig dargestellt) verliefen.
• Durch diese Ausführungsform der Schwimmkörper SCH wurde einerseits eine vergleichsweise dichte Belegung der Oberfläche OF der Gärflüssigkeit 23 erzielt. Andererseits war diese Belegung nicht so dicht, dass ein Entweichen des Biogases BG behindert wurde.
• Die Schwimmkörper SCH enthielten Pellets sowie kleine Kugeln und Stäbchen PK aus aktivierter Kohlemasse 3. Dadurch wurde eine lockere Schüttung erzielt, die von der Gärflüssigkeit 23 leicht durchdrungen werden konnte. Durch die Aufwirbelung der Gärflüssigkeit 23 und ihrer Oberfläche OF wurden die Schwimmkörper SCH heftig bewegt, wodurch die darin enthaltene lockere Schüttung ebenfalls durchgeschüttelt wurde, was den Kontakt mit der Gärflüssigkeit 23 optimierte.
• Figur 12
• Der rohrförmige Biokonverter BK der 12 mit kreisförmigen Querschnitt war mit zwei Elektrolysezellen EZ ausgerüstet, die in einem Drittel der Höhe der Reaktorwand einander gegenüber angeordnet waren. Die Anoden EL waren aus Graphit aufgebaut. Als Kathoden EL wurden die in der Offenlegungsschrift DE 10 2016 013 413 A1 beschriebenen mehrphasigen Bio- Kathoden verwendet, die abwechselnd aus elektrisch leitfähigen, wasserstofferzeugenden Teilen und aus nicht leitfähigen, keinen Wasserstoff erzeugenden Teilen aufgebaut waren. Die nicht leitfähigen Teile trugen auf ihrer Oberfläche Biofilme aus hydrogenotrophen Mikroorganismen. Die Elektroden EL waren mit Energiequellen oder Stromquellen EQ verbunden. Die Elektrolyse wurde bei einer Spannung von 1,8 bis 12 V, einer Stromdichte <0,01A/cm² _EF und einer volumetrischen Energieaufnahme von 0,01 Wh/L_RV bis 1 Wh/L_RV durchgeführt, wobei die Indizes die folgende Bedeutung haben: EF = Elektrodenfläche in cm² und RV = Reaktorvolumen in Liter. Die Energieabgabe der Energiequellen EQ wurde elektronisch von einer zentralen elektronischen Steuerung ES über die Output-Signalleitungen SLO gesteuert. Die Steuergröße war die Sauerstoffkonzentration in der Gärflüssigkeit 23 und in der Gasphase. Diese Konzentrationen wurden mithilfe von Sauerstoffsonde O2S gemessen. Die Messwerte wurden über die Input-Signalleitungen SLI an die zentrale elektronische Steuerung ES geleitet und dort mithilfe eines üblichen und bekannten Algorithmus verarbeitet. Die Energieabgabe der Energiequellen EQ wurde so gesteuert, dass die Nachweisgrenze für Sauerstoff in der Gasphase unterhalb der Nachweisgrenze lag. Dies bedeutete, dass der anodisch erzeugte Sauerstoff in der Gärflüssigkeit 23 durch die Hydrolyse der Biomasse BM und der Oxidation des durch die Fermentation erzeugten Schwefelwasserstoffs, Kohlenmonoxids und Ammoniaks aufgebraucht worden war.
• Die Gärflüssigkeit 23 enthielt Gülle und geschreddertes Pflanzenmaterial als Biomasse BM, zwei Arten von methanogenen Mikroorganismen (z.B. Methanosaeta spp. und Methanosarcina spp.) und zwei Arten von hydrogenotrophen Mikroorganismen (z.B. Methanothermobacter thermautotropicus und Methanobakterium formicium). Die Biomasse BM wurde über die Biomassezuleitung BMZ in den Biokonverter BK eingeleitet. Die Gärflüssigkeit 23 wurde mit einem mit einem ex-geschützten Elektromotor MO angetriebenen Rührer RÜ mit mehreren übereinander angeordneten Rührerblättern RB intensiv gerührt, sodass sich ein Vortex VO in der Gärflüssigkeit 23 bildete.
• Auf der Oberfläche 21 des Reaktorbodens waren um den Vortex VO und unterhalb des Endes des Rührers RÜ geschlossene Gitterboxen aus Edelstahl mit einer Maschenweite von 1 mm befestigt. Die Gitterboxen waren mit 2 mm durchmessenden Kügelchen aus aktivierter Kohlemasse 3 gefüllt.
• Die Kohlemasse 3 war durch die Einlagerung geringe Mengen von anorganischen Nitraten und die Ansiedlung elektrogener Bakterien (z.B. Geobacter) und Methanbildner (z.B. Methanosarcina) aktiviert.
• Das durch die Fermentation erzeugte Biogas BG aus Methan und geringen Mengen an Wasserstoff, der den Brennwert erhöhte, wurde über den Auslass AB abgeleitet. Der Gehalt des Biogases BG an Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Ammoniak und Sauerstoff lag unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenzen. Der Methangehalt >90 Vol.-% des Biogases hatte daher den nach DVGW G 262 (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) zur Einspeisung in das L-Gasnetz erforderlichen Methananteil.
• Die konvertierte Biomasse BM wurde über den Ablauf AKP kontinuierlich oder diskontinuierlich abgelassen. Über den Biomassezulauf BMZ wurde kontinuierlich oder diskontinuierlich neue Biomasse BM zugeführt.
• Da bei dem Biokonverter BK die aktivierte Kohlemasse 3 räumlich fixiert war, bestand auch keine Gefahr, dass Kurzschlüsse zwischen den Elektroden EL auftraten.
• Figur 13
• Der Aufbau des Biokonverters BK der 13 unterschied sich von dem Aufbau des Biokonverters BK der 12, dadurch, dass anstelle des Rührers RÜ als Agitationsmittel AG ein Seitenkreis oder Bypass SK mit einer Umwälzpumpe UP verwendet wurde. Die Umwälzpumpe UP saugte die Gärflüssigkeit 23 unterhalb ihrer Oberfläche OF durch den Auslass AL in den Seitenkreis SK und transportierte sie als Rücklauf RTL über die Rücklaufleitung RLL durch den Reaktorboden zu dem ringförmigen Rücklaufverteiler RVT, durch dessen Öffnungen der Rücklauf RL wieder in das Reaktorvolumen eingedüst wurde. Der Auslass AL war durch ein Sieb SI vor dem Eindringen von Festkörperteilchen geschützt.
• Die beiden Elektrolysezellen EZ waren durch ein engmaschiges Schutzgitter vor mechanischer Einwirkung und vor dem Eindringen von elektrisch leitfähigen Partikeln aus aktivierter Kohlemasse 3 geschützt. Die aktivierte Kohlemasse 3 selbst befand sich in den Schwebekörpern gemäß der 2, die mithilfe von Verankerungen VA am Reaktorboden 21 befestigt waren. Die Elektrolyse wurde, wie bei 12 beschrieben, durchgeführt.
• Das durch die Fermentation erzeugte Biogas BG bestand aus Methan und geringen Mengen an Wasserstoff, der den Brennwert erhöhte. Der Gehalt des Biogases BG an Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Ammoniak und Sauerstoff lag unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenzen. Der Methangehalt >90 Vol.-% des Biogases hatte daher den nach DVGW G 262 (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) zur Einspeisung in das L-Gasnetz erforderlichen Methananteil.
• Figur 14
• Die Innenwand des Biokonverters BK der 14 war mit einer Schicht aus der vorstehend beschriebenen aktivierten Kohlemasse 3 und einem Silikon-Silan-vernetzten Polymer Klebstoffs ausgekleidet. Darüber hinaus wurden die Schwimmkörper SCH der 18, 19 und 20 verwendet. Der Gehalt des Sauerstoffs in der Gasphase oberhalb der Oberfläche OF der Gärflüssigkeit 23 und in der Gärflüssigkeit 23 wurde mithilfe der Sauerstoffsonden O2S gemessen. Die Messwerte wurden über die Input-Signalleitungen SLI an die zentrale elektronische Steuerung ES übermittelt. Dieser steuerte über die Output-Signalleitungen SLO die Energieabgabe durch die Energiequelle EQ, die in dem Seitenkreis oder Bypass SK in Durchlaufrichtung gesehen vor der Umwälzpumpe UP angeordnet war. Die Gärflüssigkeit 23 wurde durch das Schutzgitter und Sieb SI über den Auslass AL abgesaugt und in der Elektrolysezelle EZ unter den bei der 12 beschriebenen Bedingungen elektrolysiert. Als Kathode EL wurde die vorstehend beschriebene Bioelektrode verwendet. Die mit Wasserstoff und Sauerstoff beladene Gärflüssigkeit 23 wurde über die Rücklaufleitung RLL zu dem ringförmigen Rücklaufverteiler RVT gepumpt, aus dem der Rücklauf RL als Gas-Flüssigkeit-Gemisch GFG in das Reaktorvolumen eingedüst wurde. Dabei konnten sporadisch noch Gasblasen GB auftreten, die sich aber rasch durch die Umsetzung von Kohlendioxid mit dem Wasserstoff zu Methan und durch die Oxidation von Schwefelwasserstoff durch den Sauerstoff auflösten. Auch hier wurde frische Biomasse BM über den Biomassezulauf BMZ zugeführt. Die fermentierte Biomasse wurde über den Ablauf AKB abgelassen. Das resultierende Biogas BG wurde über den Auslass AB abgeleitet.
• Das durch die Fermentation erzeugte Biogas BG aus Methan und geringen Mengen an Wasserstoff, der den Brennwert erhöhte, wurde über den Auslass AB abgeleitet. Der Gehalt des Biogases BG an Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Ammoniak und Sauerstoff lag auch hier unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenzen. Der Methangehalt >90 Vol.-% des Biogases hatte daher den nach DVGW G 262 (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) zur Einspeisung in das L-Gasnetz erforderlichen Methananteil.
• Figur 15
• Der Biokonverter BK gemäß der 15 war als Dreiphasen-Wirbelschichtreaktor BK mit einem Seitenkreis SK, in dem sich die über eine Sauerstoffsonde O2S und die zentrale elektronische Steuerung geregelte, vorstehend bei 14 beschriebene Elektrolysezelle EZ und die Umwälzpumpe UP befand, ausgelegt. Die Elektrolyse im Seitenkreis SK wurde unter den bei der 12 beschriebenen Bedingungen durchgeführt.
• Über die Rücklaufleitung RLL wurde die elektrolysierte Gärflüssigkeit 23 als Rücklauf RL aus dem trichterförmigen Rücklaufverteiler RVT durch das Sieb Sl, das auch als Reaktorboden 21 diente, in die Dreiphasenwirbelschicht eingedüst.
• Die Dreiphasenwirbelschicht enthielt die mit Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid beladene Gärflüssigkeit 23 und die die aktivierte Kohlemasse 3 enthaltenden Wirbelkörper WK. In den kugelförmigen Wirbelkörper WK war die aktivierte Kohlemasse 3 von einem feinmaschigen Netz aus abriebfestem, mit Silikat gefülltem Kunststoff umhüllt, der die Wirbelkörper WK beschwerte, sodass sie nicht in der Garflüssigkeit schwebten, sondern sich nach dem Abschalten der Umwälzpumpe UP auf dem Siebboden Sl; 21 absetzten.
• Das durch die Fermentation erzeugte Biogas BG aus Methan und geringen Mengen an Wasserstoff, der den Brennwert erhöhte, wurde über den Auslass AB abgeleitet. Der Gehalt des Biogases BG an Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Ammoniak und Sauerstoff lag auch hier unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenzen. Der Methangehalt >90 Vol.-% des Biogases hatte daher den nach DVGW G 262 (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) zur Einspeisung in das L-Gasnetz erforderlichen Methananteil.
• Figur 16
• Der Biokonverter BK der 16 wies anstelle einer Elektrolysezelle EZ zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff eine mit Wasserstoff gefüllte Druckflasche als Wasserstoffvorrat H2V auf. Der Wasserstoff wurde über die Wasserstoffleitung H2L und ein elektronisch gesteuertes Drosselventil DR in einen Gasmischer GM dosiert. Das Drosselventil DR wurde von der zentralen Steuereinheit ES über die Output-Signalleitung SLO gesteuert. Die zentrale Steuereinheit ES erhielt die Wasserstoff-Messwerte über die Input-Signalleitung SLI von der Wasserstoffsonde H2S in der Gasphase oberhalb der Oberfläche OF der Gärflüssigkeit 23.
• Der Biokonverter BK wies des Weiteren eine mit Kohlendioxid gefüllte Druckflasche als Kohlendioxidvorrat CO2V auf. Das Kohlendioxid wurde über die Kohlendioxidleitung CO2L und das elektronisch gesteuerte Drosselventil DR ebenfalls in den Gasmischer GM dosiert. Das Drosselventil DR wurde gleichfalls von der zentralen Steuereinheit ES über eine Output-Signalleitung SLO gesteuert. Die zentrale Steuereinheit erhielt die Kohlendioxid-Messwerte über die Input-Signalleitung von der Kohlendioxidsonde CO2S in der Gasphase oberhalb der Oberfläche OF der Gärflüssigkeit 23.
• Das resultierende Wasserstoff-Kohlendioxid-Gasgemisch wurde in einen Gas-Flüssigkeit-Mischer GFM geleitet und dort mit dem über die Rücklaufleitung RLL im Seitenkreis oder Bypass SK eingespeisten Rücklauf RL vermischt. Der Rücklauf RL wurde an dem durch das Schutzgitter SG; SI geschützten Auslass AL der Gärflüssigkeit 23 entnommen und durch die Umwälzpumpe UP als Agitationsmittel AG zu dem Gas-Flüssigkeit-Mischer GFM transportiert.
• Das resultierende Gas-Flüssigkeit-Gemisch GFG wurde über den ringförmigen Gas-Flüssigkeit-Verteiler GFV in die Gärflüssigkeit 23 im Reaktorvolumen eingedüst. Dabei konnte es über dem Gas-Flüssigkeit-Verteiler GFV stellenweise zur Bildung von Gasblasen GB kommen, die sich aber rasch auflösten.
• In der Gärflüssigkeit 23 waren in unterschiedlichen Höhen Schwebekörper 1 gemäß der 6 durch die Verankerung VA; 20; 20a am Reaktorboden 21 verankert. Außerdem wurden Schwimmkörper SCH gemäß den 18, 19 und 20 verwendet. Als aktivierte Kohlemasse 3 wurde mit anorganischen Nitraten beladene Pflanzenkohle verwendet. Durch die Nitratkohle konnte zum einen der Nitratgehalt dem CSB-Wert angepasst werden und zum anderen konnte durch die Pflanzenkohle als Grundlage der Nitratkohle der Verbrauch von organischen Stoffen für die Denitrifikation gemäß der Gleichung I: 24 NO₃ ^- + 5 C₆H₁₂O₆ = 12 N₂ + 30 CO₂ + 18 H₂O + 24 OH^- (1) ausgeglichen werden. Darüber hinaus fördert die Nitratkohle den Elektronentransfer zwischen den unterschiedlichen Spezies der Bakterien und Archaeen (vgl. S. Chen et al. „Promoting Interspecies Electron Transfer with Biochar“, Science Reports, 2014, 4, 5091, doi: 10.1038/srep05019). Nicht zuletzt wurde der entstandene Schwefelwasserstoff oxidiert.
• Das durch die Fermentation erzeugte Biogas BG aus Methan und geringen Mengen an Wasserstoff, der den Brennwert erhöhte, wurde über den Auslass AB abgeleitet. Der Gehalt des Biogases BG an Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Sauerstoff lag auch hier unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenzen. Der Methangehalt >90 Vol.-% des Biogases hatte daher den nach DVGW G 262 (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) zur Einspeisung in das L-Gasnetz erforderlichen Methananteil.
• Figur 17
• Der Zweistufenkonverter ZSK der 17 umfasste einen Biokonverter BK mit Elektrolysezellen EZ; EL in der Gärflüssigkeit 23. Die Elektrolysezellen EL; EZ wurden von den Stromquellen oder Energiequellen EQ gespeist. Die Stromquellen EQ wurden von der zentralen elektronischen Steuerung ES über die Output-Signalleitungen SLO gesteuert. Die zentrale elektronische Steuerung ES erhielt ihre Messwerte über eine Input-Signalleitung SLI von einer in der Gärflüssigkeit befindlichen Sauerstoffsonde O2S. Die Gärflüssigkeit 23 enthielt methanogene und hydrogenotrophe Archaeen.
• Die Gärflüssigkeit wurde durch einen Rührer RÜ (nicht dargestellt) bewegt. Auch hat
• Die elektrolysierte Gärflüssigkeit 23 wurde über den durch das Schutzgitter Sl; SG geschützten Auslass AL im Reaktorboden 21 mithilfe der Umwälzpumpe UP in den Auflaufseitenkreis ASK abgesaugt und als Auflauf AU über den im Reaktorboden befindlichen Einlass El in den Festbettreaktors FBR gepumpt. Darin wurde die elektrolysierte Gärflüssigkeit 23 durch das aktivierte Kohlemasse 3 enthaltende Festbett FB gepumpt. In dem Festbett waren methanogene und hydrogenotrophe Archaeen als Biofilme angesiedelt.
• Die methanhaltige Gärflüssigkeit 23 wurde über den durch das Schutzgitter Sl; SG (nicht dargestellt) geschützten Auslass AL in die Rücklaufleitung RLL gepumpt, und der Rücklauf RL wurde über den Einlass EI in die Gasphase oberhalb der Oberfläche OF der Gärflüssigkeit 23 des Biokonverters BK entspannt. Das hochreine Methangas wurde über den Auslass AB abgeleitet. Der Methangehalt >90 Vol.-% des Biogases hatte daher den nach DVGW G 262 (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) zur Einspeisung in das L-Gasnetz erforderlichen Methananteil.
• Der besondere Vorteil des Zweistufenkonverters lag insbesondere darin, dass durch die räumliche Trennung der Kohlemasse 3 von den Elektrolysezellen EZ keine Gefahr mehr bestand, dass letztere mechanisch geschädigt wurden oder dass es zu Kurzschlüssen kam. Darüber hinaus konnte die Menge der aktivierten Kohlemasse 3 unabhängig von dem Reaktorvolumen des Biokonverters BK erheblich erhöht werden.
• Figur 21
• Das Fermentersystem FS der 21 umfasste die Biokonverterkaskade:
• - Wasserstofferzeugender Biokonverter BKH,
• - Erster Biokonverter BK und
• - Zweiter Biokonverter BK.
• Das gesamte Fermentersystem FS mitsamt seiner Peripherie wurde mithilfe einer Datenverarbeitungsanlage (nicht dargestellt) elektronisch gesteuert. Die Messwerte von Wasserstoffsonden H2S, Kohlendioxydsonden und Sauerstoffsonden O2S (nicht dargestellt), Manometern M, Temperaturmessgeräten (nicht dargestellt) und Durchflussmessern (nicht dargestellt) wurden über Input-Signalleitungen ISL (nicht dargestellt) an die Datenverarbeitungsanlage übermittelt, darin verarbeitet und über Output-Signalleitungen OSL (nicht dargestellt) als Steuersignale an die diversen elektronisch gesteuerten Aktuatoren, Energiequellen EQ (nicht dargestellt) und Elektrolysezellen EZ weitergegeben.
• Das gesamte erfindungsgemäße Konvertierungsverfahren zur Erzeugung von hochreinem Methan wurde in dem Fermentersystem FS bei einer Temperatur zwischen 45 °C und 55 °C und einem Druck von 3 bar durchgeführt. Die Temperatur wurde durch elektronisch gesteuerte Kühlvorrichtungen und Heizvorrichtungen (nicht dargestellt) eingestellt. Der Überdruck wurde durch elektronisch gesteuerte Druckhalteventile DHV gehalten. Überdruckspitzen konnten gegebenenfalls über elektronisch gesteuerte Überdruckventil Ü abgelassen werden.
• Die Biomasse BMZ wurde über das elektronisch gesteuerte Einlassventil EV unterhalb der Oberfläche OF in die Gärflüssigkeit 23 in dem rohrförmigen wasserstofferzeugenden Biokonverter BKH gepumpt. In dem wasserstofferzeugenden Biokonverter BKH wurde die Biomasse mithilfe geeigneter Mikroorganismen hydrolysiert (Hydrolyse), wodurch langkettige organische Verbindungen mittels Exoenzymen in niedermolekulare organische Verbindungen wie Aminosäuren und Zucker zerlegt wurden. Bei der in der zweiten Phase stattfindenden Acidogenese wurden die niedermolekularen organischen Verbindungen durch säurebildende Bakterien zu organischen Säuren wie Propionsäure und Buttersäure, Estern wie Acetate und Alkoholen sowie zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. In der Essigsäurephase (Acetogenese) wurden die organischen Säuren, Alkohole und Ester von acetogenen Bakterien zu Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. Das resultierende wasserstoffhaltige Biogas BH wurde über den Auslass AB für Biogas in einen Flüssigkeitsabscheider FA geleitet, worin sich die mitgerissene konvertierte Gärflüssigkeit 23b absetzte. Diese konnte über ein elektronisch gesteuertes Auslass- und Druckhalteventil AV; DHV abgelassen werden. Der sich in der Gärflüssigkeit 23 gegebenenfalls absetzende Gärschlamm AGS wurde oberhalb des Auslasses AL im Reaktorboden 21 von einem Sieb SI aufgefangen und konnte über das elektronisch gesteuerte Auslassventil AVS für den abgesetzten Gärschlamm AGS aus dem wasserstofferzeugenden Biokonverter BKH entfernt werden.
• Das wasserstoffhaltige Biogas BH wurde mithilfe einer Umwälzpumpe UP über die Gasleitung GL aus dem Flüssigkeitsabscheider FA zu dem Gas-Flüssigkeit-Mischer GFM gepumpt und dort mit der konvertierten Gärflüssigkeit 23b, die durch den Auslass AL aus dem wasserstofferzeugenden Biokonverter BKH durch eine Umwälzpumpe UP abgepumpt wurde, vermischt. Der resultierende Auflauf AU; 23c, der aus dem Gas-Flüssigkeit-Gemisch 23b / Kohlendioxid / Wasserstoff bestand, wurde durch das Einlasssieb ESI und das Schutzgitter und Sieb SG; SI in die Elektrolysezelle EZ mit den Elektroden EL des ersten rohrförmigen Festbett-Biokonverters BK; FBR gepumpt. In der Elektrolysezelle EZ wurde durch die Wasserelektrolyse Sauerstoff und weiterer Wasserstoff erzeugt, die zusammen mit dem Auflauf AU; 23c durch das Schutzgitter und Sieb SG; SI und durch den Festbett FB des rohrförmigen Festbettreaktors FBR; BK gedrückt wurden. Das Festbett FB bestand aus Raschigringen aus formstabilem und hydrolysestabilem Polyoxymethylen, die mit der vorstehend beschriebenen aktivierten Kohlemasse 3 belegt waren. In dem Festbett FB wurde aus dem Kohlendioxid und den organischen Verbindungen in der Gärflüssigkeit 23c weiteres Methan erzeugt, wodurch das durch Methanogenese konvertierte Gas-Flüssigkeit-Gemisch 23d resultierte. Dieses wurde durch ein Schutzgitter und Sieb SG; SI und einen Auslass AB; BG durch eine Umwälzpumpe UP in eine Überlaufleitung ÜL gesaugt und als Auflauf AU; 23d durch das Einlaufsieb ESI in den zweiten rohrförmigen Festbettreaktors FBR; BK gepumpt. Die Bauweise des zweiten Festbettreaktors FBR; BK entsprach derjenigen des ersten Festbettreaktors FBR; BK nur, dass an dem oberen Ende des Festbetts FB die flüssige Phase des durch weitere Reinigung und weitere Methanogenese konvertierte Gas-Flüssigkeit-Gemisch 23d über ein elektronisch gesteuertes Auslass- und Druckhalteventil AV; DHV durch den Ablauf AKP ausgeleitet wurden. Dadurch resultierte oberhalb des Festbetts FB und des Schutzgitters und Siebs SG; SI eine Gasphase BG aus Methan, die über den Auslass AB und die Methangasleitung BL in den Flüssigkeitsabscheider FA geleitet wurde, worin gegebenenfalls mitgerissene flüssige Phase 23d abgeschieden und über das elektronisch gesteuerte Auslass- und Druckhalteventil AV; DHV abgelassen wurde. Dass Methan BG wurde über die Biogasleitung BL und das elektronisch gesteuerte Druckhalteventil DHV in einen Gasbehälter oder in das L-Gasnetz geleitet und/oder lokal verbraucht.
• Der Methangehalt >95 Vol.-% des Biogases BG hatte den nach DVGW G 262 (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) zur Einspeisung in das L-Gasnetz erforderlichen Methananteil. Sein Gehalt an Schwefelwasserstoff, Schwefelverbindungen, Kohlenmonoxid, Ammoniak und Aminen lag unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenze. Da durch das erfindungsgemäße Konvertierungsverfahren in dem Fermentersystem FS auch das Kohlendioxid nahezu vollständig oder vollständig in Methan BG umgewandelt werden konnte, war eine nachträgliche Gaswäsche mit NaOH im Grunde nicht mehr notwendig.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014111287 A1 [0006]
• DE 102015012436 A1 [0007, 0063]
• DE 102016004026 B4 [0008]
• US 2012/0100590 A1 [0009, 0042]
• US 2012/0088266 A1 [0010]
• DE 102016013413 A1 [0042, 0152]
• WO 2011/003081 [0102, 0103]
• EP 2661511 B1 [0102]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• »Steigerung des Biogasertrages durch die Zugabe von Pflanzenkohle« in Müll und Abfall, 2014, Seiten 476 bis 480, beschreiben Dipl. Wi.-Ing. Jan-Markus Rödger, M.Eng.-M.Sc. Waldemar Ganagin, Dipl.-Ing.agr. Andreas Krieg, B.SC. Christian Roth und Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen [0005]

Claims (24)

1. Biokonverter (BK) zur einstufigen oder mehrstufigen Herstellung von Biogas (BG) durch Fermentation von Biomasse (BM) in einer mit Agitationsmitteln (AG) bewegten Gärflüssigkeit (23) in der Gegenwart von elementarem Wasserstoff, hydrogenotrophen und methanogenen Archaeen und aktivierten Kohlemassen (3).
2. Biokonverter (BK) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elementare Wasserstoff (i) in situ und/oder außerhalb der Gärflüssigkeit (23) durch Elektrolyse von Wasser in mindestens einer internen und/oder externen Elektrolysezelle (EZ) bei einer Spannung von 1,8 bis 12 V, einer Stromdichte <0,01A/cm² _EF und einer volumetrischen Energieaufnahme von 0,01 Wh/L_RV bis 1 Wh/L_RV herstellbar ist, wobei die Indizes die folgende Bedeutung haben: EF = Elektrodenfläche in cm² und RV = Reaktorvolumen in Liter und wobei die Elektroden (EL) der mindestens einen Elektrolysezelle (EZ) zur Vermeidung von Kurzschlüssen vor dem direkten Kontakt mit den aktivierten Kohlemassen (3) geschützt sind, und/oder (ii) aus einem externen Wasserstoffvorrat (H2V) in die Gärflüssigkeit (23) einleitbar ist und/oder (iii) aus einem wasserstofferzeugenden Biokonverter (BKH) zusammen mit Kohlendioxid in die Gärflüssigkeit (23) einleitbar ist.
3. Biokonverter (BK) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Regelung der mindestens einen Elektrolysezelle (EZ) - mindestens eine Sauerstoffsonde (O2S) in der Gasphase oberhalb der Oberfläche (OF) der Gärflüssigkeit 23 und/oder in der Gärflüssigkeit 23 selbst zur Messung der Sauerstoffkonzentration, - mindestens eine Input-Signalleitung (SLI) zur Übermittlung der Messwerte an mindestens eine zentrale elektronische Steuerungseinheit (ES) zur Verarbeitung der Messwerte und - mindestens eine Output-Signalleitung (SLO) zur Übermittlung der Steuerungssignale an mindestens eine Strom- oder Energiequelle (EQ) für die mindestens eine Elektrolysezelle (EZ) aufweist.
4. Biokonverter (BK) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er - einen Wasserstoffvorrat (H2V) und eine Wasserstoffleitung (H2L) mit einem elektronisch gesteuerten Drosselventil (DR) zur geregelten Zuleitung von Wasserstoff zu einem Gasmischer (GM), - einen Kohlendioxidvorrat (CO2V) und eine Kohlendioxidleitung (CO2L) mit einem elektronisch gesteuerten Drosselventil (DR) zur geregelten Zuleitung von Kohlendioxid zu dem Gasmischer (GM), - eine Leitung zur Zuleitung des resultierenden Gasgemischs von dem Gasmischer (GM) zu einem Gas-Flüssigkeit-Mischer (GFM) zur Vermischung mit der Gärflüssigkeit (23) und - eine Leitung zu mindestens einem Gas-Flüssigkeit-Verteiler (GFV) zur Eindüsung des Gas-Flüssigkeit-Gemischs (GFG) in die im Biokonverter (BK) befindliche Gärflüssigkeit (23) und/oder - einen wasserstofferzeugenden Biokonverter (BKH) und eine Gasleitung (GL) mit einem elektronisch gesteuerten Drosselventil (DR) zur geregelten Zuleitung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu einem Gas-Flüssigkeit-Mischer (GFM) zur Vermischung mit der Gärflüssigkeit (23) und - eine Leitung zu mindestens einem Gas-Flüssigkeit-Verteiler (GFV) zur Eindüsung des Gas-Flüssigkeit-Gemischs (GFG) in die im Biokonverter (BK) befindliche Gärflüssigkeit (23) aufweist.
5. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Agitationsmittel (AG) - mindestens ein Rührer RÜ zum Umrühren der im Reaktorvolumen befindlichen Gärflüssigkeit (23) und/oder - mindestens ein Seitenkreis oder Bypass (SK) zum (i) Ausleiten der elektrolysierten oder mit Wasserstoff und Kohlendioxid versorgten Gärflüssigkeit (23) nahe ihrer Oberfläche (OF) aus mindestens einem Auslass (AL) mittels mindestens einer Umwälzpumpe (UP) und (ii) Weitertransport des Zurücklaufs (RL) durch die Rücklaufleitung (RLL) zu mindestens einem Rücklaufverteiler (RVT) zur Eindüsung des Rücklaufs (RL) in den unteren Bereich der Gärflüssigkeit (23) in dem Reaktorvolumen (RV) ist oder sind.
6. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierte Kohlemasse (3) in der Gärflüssigkeit (23) - in Schwebekörpern (1), jeweils enthaltend - mindestens einen Auftriebskörper (2), - mindestens eine fixierte, aktivierte Kohlemasse (3) und - mindestens eine Beschwerung (5), frei beweglich oder durch Verankerungen (VA) an dem Reaktorboden (21) befestigt, - in Schwimmkörpern (SCH), - in mindestens einer Schicht (11) mithilfe von mindestens einem Klebstoff (10) fixiert, - in den Wirbelkörpern (WK) einer Wirbelschicht (WS) eines Dreiphasenwirbelschicht-Biokonverters BK, - in mindestens einem immobilen, fluiddurchlässigen Behältnis (5) eingeschlossen und/oder - in mindestens einem Festbett (FB) in mindestens einem Festbettreaktor (FBR), der sich in mindestens einem Auflaufseitenkreis (ASK) eines Zweistufenkonverters (ZSK) befindet, vorliegt.
7. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er - mindestens zwei kaskadenartig fluidmäßig miteinander verbundene Biokonverter (BK) und/oder - mindestens einen wasserstofferzeugenden Biokonverter (BKH) und mindestens einen Biokonverter (BK), deren jeweiligen Gasphasen und Gärflüssigkeiten (23) kaskadenartig fluidmäßig miteinander verbunden sind, aufweist.
8. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierte Kohlemassen (3) aus Kohlenstoffnanopartikeln, Kohlenstoffmikropartikeln und/oder Kohlenstoffmakropartikeln herstellbar sind.
9. Biokonverter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffnanopartikel, die Kohlenstoffmikropartikel und/oder die Kohlenstoffmakropartikel funktionalisiert, oberflächenmodifiziert, eingesumpft und getrocknet, getrocknet und angefeuchtet und/oder eingesumpft und teilgetrocknet sind.
10. Biokonverter (BK) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffnanopartikel, die Kohlenstoffmikropartikel und/oder die Kohlenstoffmakropartikel mit Spurenelementen, Mikroelementen, Ultraspurenelementen, Ultramikroelementen, Mengenelementen, Nährstoffen, essenziellen Nährstoffen, Kohlenhydraten, Fetten, Proteinen, Mineralstoffen, Vitaminen, Huminstoffen, 5-(Hydroxymethyl)furfural, anorganischen Nitraten und/oder Klebstoffen funktionalisiert, oberflächenmodifiziert, eingesumpft und getrocknet, getrocknet und angefeuchtet und/oder eingesumpft und teilgetrocknet und/oder mit methanogenen hydrogenotrophen Mikroorganismen und/oder Archaeen beladen sind.
11. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierte Kohlemasse (3) aus mineralischer Kohle, teilpyrolisierter Kohle, Biokohle, Aktivkohle und Braunkohle herstellbar ist.
12. Biokonverter (BK) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierte Kohlemasse (3) aus Biokohle herstellbar ist.
13. Biokonverter (BK) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biokohle Tierkohle, Knochenkohle und/oder Pflanzenkohle ist.
14. Biokonverter (BK) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle eine innere Oberfläche nach BET von mindestens 300 m²/g, eine hohe Kapillardichte und einen pH-Wert von 8 bis 8,7 hat.
15. Biokonverter (BK) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle noch die pflanzliche Struktur der Ausgangsmaterialien hat.
16. Biokonverter (BK) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsmaterialien der Pflanzenkohle aus der Gruppe, bestehend aus dem Holz von Kiribäume, Bambus, Sträuchern, Buchen, Eichen und Eschen sowie aus C4-Pflanzen, die eine Kranzanatomie aufweisen, ausgewählt sind.
17. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Biomassezulauf (BMZ) im oberen Bereich des Reaktorvolumens (RV) und mindestens einen Ablauf (AKB) für konvertierte Biomassen oder Gärprodukte am und/oder im Reaktorboden (21) aufweist.
18. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassen (BM) aus der Gruppe, bestehend aus Güllen, Jauchen, Fäkalien, Gärresten, Trockenfermenten Klärschlämmen, Fermenten, Komposten, Bioabfällen, pflanzlichen Abfällen, Laub, Schnittholz, Maischen, Trestern, Lebensmittelindustrieabfällen, biotechnologischen Abfällen, gentechnologischen Abfällen, tierischen Abfällen, Cellulosen, Hemicellulosen, Liginocellulosen, Cellulosen, Hemicellulosen und/oder Liginocellulosen enthaltenden Biomassen und Abfällen, hochmolekularen Eiweißen und Struktureiweißen, Konzentraten der biologischen Reinigungsstufen von Kläranlagen, chemischen Wäschern und Filtern, Abwässern, festen Ablagerungen aus der Abluftbehandlung, Lebensmitteln, Futtermitteln, Algen und durch Hydrolyse und Acidogenese erzeugten organischen Verbindungen, ausgewählt sind.
19. Biokonverter (BK) nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Ablauf (AKB) abgelassenen konvertierten Biomassen oder Gärprodukte Spurenelemente, Mikroelemente, Ultraspurenelemente, Ultramikroelemente, Mengenelemente, und/oder Mineralstoffe enthalten.
20. Einstufiges oder mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von Biogas (BG) durch Fermentation von Biomasse (BM) in einer mit Agitationsmitteln (AG) bewegten Gärflüssigkeit (23) in der Gegenwart von elementarem Wasserstoff, hydrogenotrophen und methanogenen Archaeen Mikroorganismen und aktivierten Kohlemassen (3), dadurch gekennzeichnet, dass es in mindestens einem Biokonverter (BK) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 durchgeführt wird.
21. Einstufiges oder mehrstufiges Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei Temperaturen von 45 °C bis 100 °C, einem Druck >1,0 bar bis 30 bar und einem pH-Wert von 5,5 bis 8,5 durchgeführt wird.
22. Einstufiges oder mehrstufiges Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren entstehendes Kohlenmonoxid mit Sauerstoff zu Kohlendioxid oxidiert wird, welches durch die Methanogenese zu Methan umgewandelt wird.
23. Einstufiges oder mehrstufiges Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Biogas (BG) in einem Sammelbehälter und/oder einem Erdgasspeicher gespeichert und/oder in das L-Gasnetz eingespeist und/oder lokal verwertet wird.
24. Verwendung der konvertierten Biomassen oder Gärprodukte und/oder der in dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23 verwandten aktivierten Kohlemassen (3) als Düngemittel und zur Herstellung von Terra preta.

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