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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Biogasanlage bei der
sich zumindest der Reaktorraum tief im Erdreich befindet.
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Biogas
als regenerative Energiequelle stellt einen umweltfreundlichen Beitrag
zur Deckung des Energiebedarfs dar. Sein brennbarer Anteil Methan entsteht
bei jedem anaeroben Fäulnisprozess
in Sümpfen,
Reisfeldern, Deponien, Faultürmen
und in Viehhaltungsbetrieben. Als Ausgangsstoffe für die Biogasgewinnung
in Biogasanlagen kann neben Fäkalien
und Abwässern
nach entsprechender Vorbehandlung jegliche Form von Biomüll verwendet
werden. Entsprechende kommunale Biomüll-Sammelkonzepte sind schon verwirklicht.
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Biogasreaktoren üblicher
Bauart sind oberirdische Behälter
innerhalb von Biogasanlagen, die in der Regel mit Gülle und
anderen biologischen oben angesprochenen Substanzen arbeiten.
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Aus
der
DE 197 24 012
C2 ist eine komplexe Biogasanlage bekannt, wobei in dieser
Druckschrift auch schon der Gedanke geäußert wird, dass Teile der Biogasanlage
unterirdisch angeordnet sein können
(dort u.a. Anspruch 12).
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Die
Bildung von Biogas ist ein natürlich
ablaufender Prozess, in dem Mikroorganismen die organischen Substanzen
ohne Luftsauerstoff in ihre Grundbausteine zerlegen. Faulgas oder
auch Biogas genannt, besteht überwiegend
aus Methan und Kohlendioxid und ist brennbar. Neben verschiedenen
Reaktorformen und Baustoffen sind in der Praxis verschiedene Systeme
zur Durchmischung und Prozessführung
anzutreffen.
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Das
Biogas oder Faulgas entsteht auch außerhalb von Biogasanlagen,
wo seine Nichtnutzung eine Verschwendung von Energieressourcen darstellt.
Das dabei entweichende Methan reagiert im Laufe der Zeit an der
Luft zwar zu Kohlendioxid und Wasser, Methan selbst stellt allerdings
vor seiner natürlichen
Oxidation in der Atmosphäre
ein so genanntes Treibhausgas dar, Seine technische Nutzung als aus
Biogasanlagen gewonnener Brennstoff verursacht also im Gegensatz
zu fossilen Energieträgern in
der Gesamtenergiebilanz keine zusätzliche CO2-Belastung der Atmosphäre und somit
keinen zusätzlichen
Treibhauseffekt. Auch die Verwertung von Faulschlammabfällen aus
den Biogasanlagen als Naturdünger
ist ein wichtiger Beitrag zur Schließung der ökologischen Kreisläufe zwischen
Mensch, Landwirtschaft und Umwelt.
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Das
Gut Gülle
stellt bei der normalen Verwertung (Ausbringung auf den Feldern)
und bei der möglichen Überschreitung
von Grenzwerten ein reelles Umweltproblem dar. Dort, wo es im Überschuss
vorhanden ist, muss ein funktionierendes Logistiksystem aufgebaut
werden, welches wiederum andere Umweltbelastungen nach sich zieht.
Der heutige Schwerpunkt der Biogasgewinnung liegt daher bei landwirtschaftlichen
Betrieben und bei kommunalen Deponien und Kläranlagen.
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Ebenfalls
bekannt ist, dass nach dem Versiegen von Erdölfeldern große Mengen
von qualitativ minderwertigem Rest-Erdöl in den ausgeförderten Öl-Lagerstätten verbleiben.
Die Verwertung dieser Rest-Erdölmengen
ist derzeit unwirtschaftlich und unterbleibt aus diesem Grund.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, diese im Allgemeinen tief im
Erdreich ungenutzt verbliebenen Erdöl-Restmengen zu nutzen, wobei
die dazu erforderliche Anlage verhältnismäßig einfach zu erstellen sein
soll und die Anlage die Umwelt möglichst
wenig negativ beeinflussen soll.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Biogasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Auf
diese Weise findet eine hochprofitable, nahezu restlose Ausnutzung
der sonst nutzlosen Erdöl-Reste
in den ausgeförderten
Lagerstätten
statt.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Besondere
Vorteile weist eine Biogasanlage von der zumindest Teile unterirdisch
angeordnet sind dann auf, wenn die unterirdisch angeordneten Teile zumindest
den Reaktorraum umfassen, und wenn dieser Reaktorraum Erdöl-Reste
enthält,
die mit einem über
Rohrleitungen und Pumpeinrichtungen in den Reaktorraum geförderten
biologischen Präparat versetzt
und durch anaerobe Reaktion zu Methan-Gas umgewandelt werden, welches über weitere
Rohrleitungen in eine Weiterverarbeitungseinrichtung geleitet wird.
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Des
Weiteren ist eine Biogasanlage dann vorteilhaft, wenn der Reaktorraum
in unterirdischen Hohlräumen
wie Kapillaren, Porenspeichern oder Kavernen angelegt ist.
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Ferner
ist es bei einer erfindungsgemäßen Biogasanlage
von Vorteil, wenn der Reaktorraum mit oberirdischen Einrichtungen
wie Pumpeinrichtungen und/oder Weiterverarbeitungseinrichtungen über Rohrleitungen
verbunden ist, und wenn die oberirdische Weiterverarbeitungseinrichtung
durch ein Blockheizkraftwerk zur Wärme- und Stromgewinnung realisiert
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Biogasanlage, wenn die Rohrleitungen zum Befüllen mit
biologischem Präparat
und die Rohrleitungen zum Entnehmen des Methangases durch eine gemeinsame
Erdbohrung geführt
werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Biogasanlage ist
es besonders günstig,
wenn als biologisches Präparat
ein Gemisch von Wasser und Natriumalginat Anwendung findet.
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Zum
Betreiben einer erfindungsgemäßen Biogasanlage
ist ein Verfahren vorteilhaft, welches die Verfahrensschritte:
Bereitstellen
eines zur Vergärung
geeigneten biologischen Präparats;
Einbringen
des Präparats
in ausgeförderte
Erdöl-Lagerstätten;
Zuführen des
Präparats
zu den beispielsweise in den Kavernen der Erdöl-Lagerstätten befindlichen Erdöl-Resten;
Initiieren
der Umwandlung von Erdöl-Resten
in Methan CH4 durch mikrobiologische Vorgänge wie
Vergären;
Abführen des
Methan-Gases CH4 zu einer Weiterverarbeitungseinrichtung
umfasst.
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Bei
einem derartigen Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Biogasanlage
ist von Vorteil, wenn die Bereitstellung des biologischen Präparats u.
a. das Mischen von Wasser mit Natriumalginat umfasst.
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Außerdem ist
zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Biogasanlage ein Verfahren
vorteilhaft, bei dem das Einbringen des biologischen Präparats in
die ausgeförderten
Erdöl-Lagerstätten mittels Pumpeinrichtungen
und Rohrleitungen erfolgt, und bei dem die Abförderung des Methan-Gases CH4 ebenfalls mittels Rohrleitungen erfolgt.
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Besonders
günstig
ist bei der Biogasanlage, dass durch die Verwendung des biologische
Präparat die
Umwandlung der Erdöl-Reste zu Methan-Gas CH4 unter Vermeidung der Entstehung von Schwefel-Wasserstoff
H2S erfolgt.
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Mit
Hilfe der Zeichnung wird anhand eines Prinzip-Schaubildes die Erfindung
noch näher
erläutert.
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Die
Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße unterirdische Biogasanlage.
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Im
Erdreich 1 befindet sich in mehreren 1000 Meter Tiefe eine
Kaverne 2, die minderwertige Erdöl-Reste 3 aus der
Endphase der Erdölförderung
aufweist. Diese Erdöl-Reste 3 werden
nicht mehr genutzt, weil die Aufbereitung zu nutzbarem Erdöl wirtschaftlich
zu aufwändig
ist. Über
Rohrleitungen 4 und Pumpeinrichtungen 5 wird ein
biologisches Präparat 6 in
Form eines Gemischs aus Natriumalginat und Wasser in die Kaverne 2 gepumpt.
Mit Hilfe dieses biologischen Präparats 6,
welches gleichzeitig ein universeller Nährboden für Mikrolebewesen ist, wird durch
anaerobe Vergärung
der minderwertigen Erdöl-Reste 3 in
den Kavernen 2 auf biologischem Wege Methan CH4 erzeugt.
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Dabei
werden durch die einsetzende anaerobe Mikro-Biologie in der Kaverne 2 und/oder
auch in darüber
hinaus vorhandenen Kapillaren und in dem Schlamm der Kavernen 2 die
verbliebenen Erdöl-Reste 3 je
nach Mengeneinsatz des Präparats 6 sehr
schnell in Methan-Gas CH4 umgewandelt.
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Das
Methan-Gas CH4 wird über Rohrleitungen 7 durch
das Erdreich 1 an die Erdoberfläche geführt. Dort wird es in einer
oberirdischen Weiterverarbeitungseinrichtung 8 weiter verarbeitet.
Besonders geeignet zur Weiterverarbeitung ist ein Blockheizkraftwerk
zur Wärme-
und Stromgewinnung. Die erzeugte Wärme kann als Prozesswärme dem
Umwandlungsprozess zugeführt
werden, falls dies erforderlich oder vorteilhaft sein sollte. Die
Wärme kann aber
auch anderweitig verwendet werden. Der erzeugte Strom kann in das öffentlich
Stromnetz eingespeist oder ebenfalls anderweitig verwendet werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Abführung
des Methan-Gases CH4 durch Rohrleitungen 7 erfolgt, die
in unmittelbarer räumlicher
Nähe zu
den Rohrleitungen 4 verlegt sind, durch welche das biologische Präparat 6 in
den unterirdischen Reaktorraum 2 eingeleitet wird. Dies
ist zwar nicht zwingend für
eine Realisierung, aber doch sehr vorteilhaft, weil dann nur eine
kostenintensive Erdbohrung vorzunehmen ist. Diese Variante ist durch
eine gestrichelt gezeichnete Rohrleitung 7 in der Figur
dargestellt.
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Die
außerdem
mögliche
Realisierung, bei der die Rohrleitung 7 räumlich von
der Rohrleitung 4 getrennt durch das Erdreich 1 geführt wird,
ist in der Figur durch einer mit Volllinien gezeichnete Rohrleitung 7 dargestellt.
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Es
versteht sich, dass die Pumpeinrichtungen 5 räumlich mit
der Weiterverarbeitungseinrichtung 8 – beispielsweise in einem Gebäude – zusammen
gefasst sein können.
Dies muss zeichnerisch nicht dargestellt werden.
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Das
Mischungsverhältnis
des biologischen Präparats 6 und
die über
Rohrleitungen 4 und Pumpeinrichtungen 5 in die
Kaverne 2 eingeleitete Menge des biologischen Präparats 6 richtet
sich nach der Menge des verbliebenen Erdöl-Rests 3 und den
geologischen Eigenschaften der Kavernen 2 oder den Kapillaren
in denen sich die Erdöl-Reste 3 ebenfalls befinden
können.
Auch in Porenspeichern können sich
Erdöl-Restmengen
befinden, die in erfindungsgemäßer Weise
umgewandelt werden können.
Diese Varianten sind zeichnerisch schwer darstellbar, werden aber
von dem Erfindungs-Gedanken mit umfasst.
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Die
bei herkömmlichen
Biogasanlagen meistens erforderlichen Rühranlagen können ersatzlos entfallen, da
durch den unterirdischen Gärprozess eine
genügende
Durchmischung der umzusetzenden organischen Stoffe, nämlich des
Erdöls 3,
erfolgt.
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Der
heutige Schwerpunkt der Biogasgewinnung liegt bei landwirtschaftlichen
Betrieben und bei kommunalen Deponien und Kläranlagen, Die Nutzung gelingt
jedoch bedauerlicher Weise noch sehr eingeschränkt. Insbesondere bei Deponien
und Kläranlagen
wird das gewonnene Biogas oft einfach nur abgefackelt oder dient
allenfalls zum Heizen. Eine andere und bessere Nutzung des Biogases
kann erst nach dessen Reinigung erfolgen, weil im Biogas Verunreinigungen,
etwa in Form von giftigem und übel riechendem
Schwefel-Wasserstoff und anderem enthalten sind. Schwefel-Wasserstoff
ist ein farbloses Gas, das sowohl bei Mensch und Umwelt als auch beim
Betrieb von Biogasanlagen zu negativen Auswirkungen führt. Auf
den Menschen wirkt H2S stark toxisch. Es
greift die Schleimhäute
der Augen und der Atemwege an und ist bei höherer Konzentration in kürzester
Zeit tödlich.
Bei dem Betrieb von Biogasanlagen wirkt sich vor allem seine stark
korrosive Wirkung negativ aus. Der Schwefel-Wasserstoff verhindert
beispielsweise den Einsatz in geschlossenen Räumen als auch in herkömmlichen
Verbrennungsmotoren, wo Biogas prinzipiell zur Erzeugung von elektrischer
Energie und Wärme
dient. Beim Einsatz in derartigen Verbrennungsmotoren oxidiert er
zu giftigem SO2 und korrosiv wirkender Schwefelsäure. Betroffen
sind hiervon alle Teile der Biogasanlage, die mit dem H2S
in Berührung
kommen. In besonderem Maße
gilt das auch bei Blockheizkraftwerken (BHKW), in denen das Biogas
verbrannt und dadurch Strom und Wärme erzeugt wird. Bei der Verbrennung entsteht
auch hier SO2, welches zu einer Versäuerung der
Motorenöle
und damit zu einer drastischen Verkürzung der Ölwechselintervalle führt, Aber
auch andere Armaturen im BHKW, die mit dem Biogas in Berührung kommen,
sind betroffen. Die Folge ist oftmals eine erhebliche Verkürzung der
Anlagenstandzeiten, womit deren Lebensdauer gemeint ist. Zudem wird
der Brennwert durch den natürlichen
CO2-Gehalt erniedrigt, der je nach Anlage
zwischen 20 und 40 Vol.-% liegt.
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Das
biologische Präparat 6 aus
Wasser und beispielsweise Natriumalginat weist bereits hervorragende
Eigenschaften hinsichtlich des Verhinderns der Bildung von Schwefel-Wasserstoff H2S auf, so dass auch diesbezüglich das
gewonnene Methan-Gas CH4 günstige Eigenschaften
aufweist und die vorbeschriebenen Nachteile beseitigt.
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Zusammengefasst
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Biogasanlage bei
der sich zumindest der Reaktorraum tief im Erdreich, nämlich in
den Kavernen ausgeförderter
Erdölfel- der befindet. In
diesem Reaktorraum sind noch qualitativ minderwertige Erdöl-Reste
enthalten, die mit biologischen Präparaten wie Natriumalginat
versetzt und durch anaerobe Gärung
zu Methan-Gas CH4 umgewandelt werden.
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Auf
diese Weise findet eine hochprofitable, nahezu restlose Ausnutzung
der sonst nutzlosen Erdöl-Reste
in den ausgeförderten
Lagerstätten
statt.
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- 1
- Erdreich
- 2
- Kaverne
- 3
- Erdöl-Rest
- 4
- Rohrleitung
- 5
- Pumpeinrichtung
- 6
- biologisches
Präparat
- 7
- Rohrleitung
- 8
- Weiterverarbeitungseinrichtung