DE102020124744A1

DE102020124744A1 - Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer Biogasanlage

Info

Publication number: DE102020124744A1
Application number: DE102020124744.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Dahmen; Jörg Meyer zu Strohe
Original assignee: Planet Biogas Group GmbH
Current assignee: Planet Biogas Group GmbH
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-03-24
Also published as: FR3114320B3; FR3114320A3

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage, wobei ein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Flüssigphase einer laufenden Biogasanlage eingeleitet wird, schlägt die Erfindung vor, dass ein Gas verwendet wird, das zu einem Anteil von wenigstens 50% Sauerstoffatome enthält. Eine Anordnung zum Betreiben einer Biogasanlage nach diesem Verfahren weist einen Fermenter auf, eine Gasquelle, die ein Gas bereitstellt, das zu einem Anteil von wenigstens 50% Sauerstoffatome enthält, und eine von der Gasquelle in den Fermenter führende Gasleitung, wobei die Gasleitung für ein Gas beständig ist, das zu einem Anteil von wenigstens 50% Sauerstoffatome enthält.

Description

In der Gärstrecke einer Biogasanlage werden organische Substrate, die jeweils auch als Biogas-Substrat bezeichnet werden, unter Luft und Sauerstoffabschluss von verschiedensten Mikroorganismen zersetzt. Bei diesem Prozess entsteht Biogas, eine Mischung aus Methan als Energieträger, Kohlendioxid und Spuren verschiedener Gase. Die Art des eingesetzten Substrates bestimmt bei diesem Prozess die gebildeten Konzentrationsverhältnisse sowie die Menge des gebildeten Biogases. Um die Biogasausbeute zu erhöhen, können verschiedene Vorgehensweisen eingesetzt werden, die den Umwandlungsprozess beschleunigen und somit die Wirtschaftlichkeit steigern sollen.
Einige Technologien zielen darauf ab, die eingesetzten Substrate vor dem Einsatz in der Biogasanlage zu bearbeiten. Es wird dabei versucht, die komplexen Strukturen von hauptsächlich pflanzlichem Material aufzubrechen und somit besser angreifbar für den bakteriellen Aufschluss in der Biogasanlage zu machen. Eingesetzt werden mechanische (häckseln, quetschen, Ultraschall, Kavitation), biologische (Enzyme) und chemische / physikalische Methoden (Temperatur, Detergenzien). Aus verschiedenen Gründen, beispielsweise in Anpassung an sich ändernde gesetzliche Rahmenbedingungen, kann ein Ersatz des eingesetzten Substrats in einer Biogasanlage von bspw. Maissilage mit hohem Energieinhalt hin zu Reststoffen aus der Landwirtschaft, Straßenbegleitgrün und weiteren herausfordernden Stoffarten erforderlich werden. Dadurch kann auch dem Einsatz von Aufschlussverfahren ein höherer Stellenwert zukommen, um die eingesetzten Substrate optimal ausnutzen zu können.
Aus der Praxis ist es bekannt, über eine Wasserelektrolyse Wasserstoff herzustellen und dieses Gas in die Flüssigphase einer laufenden Biogasanlage einzuleiten, um einen Mehrertrag an Biogas zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage dahingehend zu verbessern, dass die im Rahmen des Fermentationsprozesses aus dem Substrat gewonnene Energie in Form von Biogas weiter gesteigert wird. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist und mit der ein Energie-Mehrertrag erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Anordnung nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt vor, ein Gas mit einem hohen Sauerstoffanteil in den Fermenter einzuleiten, nämlich in der Art, dass wenigstens die Hälfte der Gasmoleküle Sauerstoffatome sind. Wenn nachfolgend von „dem Gas“ oder „dem Gasgemisch“ die Rede ist, so ist damit das in den Fermenter eingeleitete, Sauerstoff enthaltende Gas bzw. Gasgemisch gemeint.
Durch das vorgeschlagene Verfahren wird kein mechanischer, thermischer oder chemischer Aufschluss des eingesetzten Substrats bewirkt, sondern ein biologscher, so dass das Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage mit einem vergleichsweise geringen Energieeinsatz möglich ist.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Einleitung des Gases lokal begrenzt erfolgt, so dass einerseits der gewünschte Aufschluss des Substrats im Fermenter erreicht wird, andererseits jedoch auch ein möglichst großer Lebensraum für die Archaeen bereitgestellt wird. Beispielsweise kann eine Einblasung an einer einzigen, oder an mehreren verschiedenen verteilten Stellen erfolgen. Auf diese Weise können lokale aerobe Bereiche geschaffen werden, die einen erhöhten Substrataufschluss fördern, ohne jedoch andererseits den anaeroben Biogasbildungsprozess im gesamten Fermenter zu inhibieren.
Dort, wo eine Einblasung von Gas in die Biogasanlage erfolgt, und durch eine gezielte Begasungsrate wird ein lokaler Bereich in der Flüssigphase geschaffen, in dem durch das zur Verfügung stehende Gas eine vielfach erhöhte Abbauleistung generiert wird. Die Begasungsrate kann einerseits die Dosis der pro Zeiteinheit eingeblasenen Gasmenge betreffen und / oder die Zeitdauer, falls die Gaseinleitung zeitlich begrenzt erfolgt, entweder einmalig oder wiederholt in Intervallen.
Es kann vorgesehen sein, dass während der Einleitung des Gases Rühr- oder Mischorgane, welche auf die Flüssigphase einwirken, auf eine bestimmte, an das vorgeschlagene Verfahren angepasste Weise betrieben werden. Je nach den Eigenschaften des verwendeten Substrats und / oder Gases kann es beispielsweise wünschenswert sein, während der Einleitung des Gases die Rühr- oder Mischwirkung zu verstärken, beispielsweise indem die Drehzahl von drehbeweglichen Rühr- oder Mischorganen erhöht wird. Oder aber es kann vorgesehen sein, die Rühr- oder Mischwirkung zu reduzieren, beispielsweise durch eine Drehzahlabsenkung, durch eine Verstellung von Propellerflügeln oder dergleichen, bis hin zur Abschaltung der Rühr- oder Mischorgane. Oder aber es kann vorgesehen sein, die Rühr- oder Mischorgane während dieser Zeit nicht dauerhaft, sondern intervallartig laufen zu lassen, wobei durch Wahl der Ein- und Ausschaltzeiten die gewünschte Beeinflussung des Substrats erreichbar ist.
Durch das vorschlagsgemäße Verfahren wird eine einfache und schnell umsetzbare Lösung bereitgestellt, um vielfältige Herausforderungen gleichzeitig innerhalb einer Biogasanlage lösen zu können. Anspruchsvolle Substrate werden besser aufgeschlossen und sorgen dadurch für einen gesteigerten Energieertrag sowie für eine verringerte Viskosität im Fermenter.
Anhand der rein schematischen Darstellung wird der vorliegende Vorschlag nachfolgend näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Fermenter 1 einer Biogasanlage dargestellt, der einen festen, behälterartigen unteren Bereich 2 aufweist sowie darüber eine Abdeckung 3 aus einem flexiblen Material. Im unteren Bereich 2 des Fermenters 1 befindet sich eine Flüssigphase in Form eines Biogas-Substrats 4, welches mittels eines Rührwerks 5 regelmäßig durchmischt und homogenisiert werden kann. Oberhalb der Flüssigphase befindet sich unter der Abdeckung 3 eine Gasphase 6.
Dem Fermenter 1 zugeordnet ist eine Gasquelle 7, die ein Gas bereitstellt, das zu wenigstens 50 % Sauerstoffatome enthält. Von der Gasquelle 7 führt eine Gasleitung 8 in den unteren Bereich 2 des Fermenters 1 und zu mehreren Gasaustrittsdüsen 9. Rein beispielhaft sind zwei Gasaustrittsdüsen 9 dargestellt. Das austretende Gas sorgt, lokal begrenzt, für aerobe Verhältnisse innerhalb des Biogas-Substrats 4.
Bezugszeichenliste

1: Fermenter
2: Unterer Bereich
3: Abdeckung
4: Biogas-Substrat
5: Rührwerk
6: Gasphase
7: Gasquelle
8: Gasleitung
9: Gasaustrittsdüse

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage, wobei ein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Flüssigphase einer laufenden Biogasanlage eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas verwendet wird, das zu einem Anteil von wenigstens 50% Sauerstoffatome enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasmenge in der Art dosiert wird, dass die aeroben Zonen in der Flüssigphase lokal begrenzt sind und anaerobe Zonen in der Flüssigphase verbleiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des Gases zeitlich begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einleitung des Gases Rühr- oder Mischorgane, welche auf die Flüssigphase einwirken, mit einer erhöhten Rühr- oder Mischwirkung betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einleitung des Gases Rühr- oder Mischorgane, welche auf die Flüssigphase einwirken, mit einer reduzierten Rühr- oder Mischwirkung betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einleitung des Gases Rühr- oder Mischorgane, welche auf die Flüssigphase einwirken, intervallartig betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einleitung des Gases Rühr- oder Mischorgane, welche auf die Flüssigphase einwirken, abgeschaltet werden.
Anordnung zum Betreiben einer Biogasanlage nach dem Verfahren eines der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Fermenter (1), einer Gasquelle (7), die ein Gas bereitstellt, das zu einem Anteil von wenigstens 50% Sauerstoffatome enthält, und mit einer von der Gasquelle (7) in den Fermenter (1) führenden Gasleitung (8), wobei die Gasleitung (8) für ein Gas beständig ist, das zu einem Anteil von wenigstens 50% Sauerstoffatome enthält.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung (8) in den unteren, Biogas-Substrat (4) enthaltenden Bereich (2) des Fermenters (1) zu einer Gasaustrittsdüse (9) führt, die unterhalb des Füllstandsniveaus im Fermenter (1) angeordnet ist.