DE20319847U1

DE20319847U1 - Großfermenter zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse und eine Biogasanlage zur Erzeugung von thermischer, elektrischer und/oder mechanischer Energie aus Biogas mit einem solchen Großfermenter

Info

Publication number: DE20319847U1
Application number: DE20319847U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Bekon Holding AG
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2013-12-24

Abstract

Großfermenter zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Prinzip der Feststoffmethanisierung, mit
einem Faulbehälter (20) zur Aufnahme der Biomasse (6), der aufweist:
einen Biogasentnahmeanschluß (8),
eine Be- und Entladeöffnung (30) zum Be- und Entladen des Faulbehälters (20) mit Biomasse (6), wobei die Be- und Entladeöffnung (30) mittels einer Klappe (32) gasdichten verschließbar ist,
eine gasdichte Bodenplatte (22), und
eine sich von der Bodenplatte (22) in die Höhe erstreckende stabile Umfassung (24),
gekennzeichnet durch
eine Hülle (44) in Form einer gasdichten Folie (46; 52), die den Faulbehälter (20) gasdicht abschließt und
zum einen mit der Be- und Entladeöffnung (30) und zum anderen außerhalb der stabilen Umfassung (24) mit der Bodenplatte (22) und/oder der Außenseite der stabilen Umfassung (24) und/oder der Oberkante der stabilen Umfassung (24) gasdicht verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Großfermenter zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse und eine Biogasanlage zur Erzeugung von thermischer, elektrischer und/oder mechanischer Energie aus Biogas mit einem solchen Großfermenter.
Bislang hat sich die Biogastechnik hauptsächlich auf die "Nassvergärung" von Gülle und/oder Bioabfällen aus dem kommunalen Bereich konzentriert. Nachwachsende Rohstoffe mit hohen Trockensubstanzgehalten (z.B. Maissilage) oder Festmiste können bei diesen Verfahren nur in begrenztem Umfang beigemischt werden. Die so genannte "Trockenfermentation" erlaubt es, schüttfähige Biomassen aus der Landwirtschaft, aus Bioabfällen und kommunalen Pflegeflächen zu methanisieren, ohne die Materialien in ein pumpfähiges, flüssiges Substrat zu überführen. Es können Biomassen mit bis zu 50% Trockensubstanzanteil vergoren werden. Dieses Trockenfermentations-Verfahren ist beispielsweise ind der EP 0 934 998 beschrieben.
Bei der "trockenen" Vergärung wird das zu vergärende Material nicht in eine flüssige Phase eingerührt, wie das zum Beispiel bei der Flüssigvergärung von Bioabfällen der Fall ist. Stattdessen wird das in den Fermente r einge brachte Gärsubstrat ständig feucht gehalten, indem das Perkolat am Fermenterboden abgezogen und über der Biomasse wieder versprüht wird. So werden optimale Lebensbedingungen für die Bakterien erreicht. Bei der Rezirkulation des Perkolats kann zusätzlich die Temperatur reguliert werden, und es besteht die Möglichkeit, Zusatzstoffe für eine Prozessoptimierung zuzugeben.
Aus der WO 02/06439 ist ein Biorektor bzw. ein Fermenter in Form einer Fertiggarage bekannt, der nach dem Prinzip der Trockenfermentation im sogenannten Batch-Verfahren betrieben wird. Hierbei wird nach einer Animpfung mit bereits vergorenem Material wird das Gärsubstrat mit Radladern in den Fermenter gefüllt. Der garagenförmig aufgebaute Gärbehälter wird mit einem gasdichten Tor verschlossen. Die Biomasse wird unter Luftabschluss vergoren, dabei erfolgt keine weitere Durchmischung und es wird kein zusätzliches Material zugeführt. Das aus dem Gärgut sickernde Perkolat wird über eine Drainagerinne abgezogen, in einem Tank zwischenges peichert und zur Befeuchtung wieder über dem Gärsubstrat versprüht. Der Gärprozess findet im mesophilen Temperaturbereich bei 34–37 °C statt, die Temperierung erfolgt mittels einer Boden- und Wandheizung.
Das entstehende Biogas kann in einem Blockheizkraftwerk zur Gewinnung von Strom und Wärme genutzt werden. Damit immer genug Biogas für das Blockheizkraftwerk zur Verfügung steht, werden in der Trockenfermentationsanlage mehrere Gärbehälter zeitlich versetzt betrieben. Am Ende der Verweilzeit wird der Fermenterraum vollständig entleert und dann neu befüllt. Das vergorene Substrat wird einer Nachkompostierung zugeführt, so dass ein konventionellen Komposten vergleichbarer organischer Dünger entsteht.
Eine derartige Anlage läuft zur Zeit in München im Probetrieb.
Der aus der WO 02/06439 bekannte Fermenter nach Art einer Fertiggarage läßt sich nicht ohne weiteres vergrößern, falls Anlagen mit größerer Kapazität gewünscht sind. Eine einfache Vergrößerung, z. B. eine Verlängerung der Fertiggaragenfermenter führt zu größeren thermischen Spannungen, die zu Dichtigkeitsproblemen in dem gasdichten Beton führen können.
Ausgehend von dem aus der WO 02/06439 bekannten Fermenter ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Großfermenter anzugeben, der ein mehrfaches der Biomasse aufnehmen kann. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung eine Biogasanlage mit einem oder mehreren solchen Großfermentern anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1. 11 bzw. 19.
Durch die Hülle in Form einer gasdichten Folie wird die für die Großfermenter notwendige Gasdichtigkeit hergestellt. Die Biomasse wird auf einer Bodenplatte mit einer stabilen Umfassung, die sich in etwa senkrecht in die Höhe erstreckt, gelagert. Die Bodenplatte ist gasdicht ausgeführt, während die stabile seitliche Umfassung nicht gasdicht zu sein braucht, sondern lediglich dazu dient, die in den Großfermenter eingelagerte Biomasse zu halten. Der Großfermenter ist vorzugsweise über die Be- und Entladeöffnung mittels Radladern und dergleichen befahrbar.
Die gasdichte Hülle ist gasdicht mit der Be- und Entladeöffnung verbunden und ebenso mit der Bodenplatte. Hierbei ist es wichtig, daß die gasdichte Hülle außen an der stabilen Umfassung vorbeigeführt und gasdicht mit der Bodenplatte verbunden wird. Durch diese Außenanordnung der gasdichten Hülle wird gewährleistet, daß die empfindliche Hülle beim Be- und Entladen des Großfermenters nicht beschädigt wird.
Dieser Grundgedanke ist auch erfüllt, wenn die gasdichte Hülle nicht von der Bodenplatte ausgeht, sondern an der Außenseite der stabilen Umfassung gasdicht mit der stabilen Umfassung verbunden ist. Hierbei ist es natürlich dann wichtig, daß der Bereich der stabilen Umfassung unterhalb der Angriffslinie der gasdichten Hülle gasdicht ausgeführt ist.
Eine weitere Alternative besteht darin, daß die seitliche Umfassung gasdicht ausgeführt ist und die gasdichte Hülle an der Oberkante der seitlichen Umfassung gasdicht befestigt ist. Auch hierdurch wird gewährleistet, daß beim Be- und Entladen des Großfermenters durch hierfür vorgesehene Fahrzeuge keine Beschädigung der gasdichten Folie erfolgt.
Ein Anschrammen an der stabilen Umfassung beim Be- und Entladen ist unkritisch, da die stabile Umfassung gegenüber mechanischen Beanspruchungen wesentlich unempfindlicher ist als die dünne gasdichte Folie.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der gasdichten Hülle um eine elastische Folie, wodurch zum einen Druckschwankungen des erzeugten Biogases problemlos abgefangen werden können und zusätzlich in gewissem Umfang ein variabler Speicherraum für das erzeugte Biogas bereitgestellt wird (Anspruch 2).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die gasdichte Hülle als Doppelfolie mit einem Gasraum zwischen den beiden Folien ausgeführt. Hierdurch erhöht sich die Sicherheit, da ein Leck in einer der beiden Folien noch nicht notwendigerweise zu einem Gasleck führt (Anspruch 3).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenraum zwischen den beiden Folien mit einem Gas gefüllt, wodurch eine thermische Isolierung des Großfermenters von der Umgebung bereitgestellt wird. Als isolierendes Gas kommen insbesondere Luft oder Abgas aus dem BHKW in Frage. In wärmeren Regionen kann der Gasraum in der Doppelfolie zusätzlich als solarer Luftkollektor zum Bereitstellen von trockener Luft genutzt werden (Anspruch 4).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Hohlraum zwischen den beiden Folien der Doppelfolie von Abgas durchströmt, das bei der Verbrennung von Biogas, beispielsweise in einem BHKW entsteht. Dies ist insbesondere in kalten Gebieten vorteilhaft, da damit ein zu großer Wärmeverlust des Fermenters verhindert wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Abgas in dem Gasraum der Doppelfolie besteht darin, dass das Abgas inert ist. Sollte es zu einer Beschädigung der inneren oder der äußeren Folie kommen, kann sich kein explosives Umgebungsluft/Gas-Gemisch bilden (Anspruch 5).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in den Hohlraum zwischen den beiden Folien der Doppelfolie thermisches Isoliermaterial, z. B. Steinwolle, eingebracht, um den Großfermenter thermisch von der Umgebung zu isolieren (Anspruch 6).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt die Be- und Entladeöffnung mit der Bodenplatte ab, was sehr vorteilhaft ist, wenn es sich um einen befahrbaren Großfermenter handelt (Anspruch 7 und 8).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in die Be- und Entladeöffnung ein Klappenrahmen eingepaßt, d.h. die Klappe zum gasdichten Verschließen des Großfermenters dichtet gegenüber dem Klappenrahmen ab und die gasdichte Hülle ist gasdicht mit dem Klappenrahmen verbunden (Anspruch 9).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die gasdichte Hülle außen zumindest teilweise von einer widerstandsfähigen Schutzhülle umgeben. Hierdurch kann auf einfache Weise eine unbeabsichtigte oder mutwillige Beschädigung der gasdichten Hülle verhindert werden (Anspruch 10).
Eine erfindungsgemäß Biogasanlage nach Anspruch 11 umfaßt einen oder mehrere Großfermenter gemäß der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung von Biogas.
Sofern der Gasraum zwischen den beiden Folien der Doppelfolie der gasdichten Hülle mit Abgas aus dem Biogasverbraucher, z.B. einem BHKW, durchströmt wird, wird dieses Abgas zuvor über eine Kühleinrichtung soweit abgekühlt, daß es zu keiner Beschädigung der gasdichten Folie aufgrund hoher Temperaturen kommen kann (Anspruch 14, 15).
Die Abgaskühleinrichtung kann unbahängig von der vorliegenden Erfindung auch Fermentern eingesetzt werden, die vor dem Entladen mit Abgas gespült werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Perkolatkonzentriereinrichtung vorgesehen, die dem aus dem Fermenter abgezogenen Perkolat überschüssige Flüssigkeit entzieht und die für die Vergärung wichtigen Inhaltstoffe des Perkolats aufkonzentriert (Anspruch 18).
Diese Perkolatkonzentriereinrichtung kann unabhängig von der vorliegenden Erfindung auch in anderen Trockenfermentern eingesetzt werden.
Die Biogasanlage gemäß Anspruch 20 zeichnet sich durch eine erhöhte Sicherheit aus. Wenn Biogasfermenter undicht werden, kann sich in dem Fermenter ein leicht entzündliches, explosives Biogas/Sauerstoff-Gemisch bilden. Aufgrund von Funkentladung, Zigaretten oder statischer Elektrizität kann es damit zu schweren Explosionen kommen. Bei der Biogasanlage gemäß Anspruch 19 wird der Sauerstoffpartialdruck in dem jeweiligen Fermenter gemessen bzw. kontinuierlich überwacht. Übersteigt der Sauerstoffpartialdruck einen bestimmten Wert in dem jeweiligen Fermenter, ist dies ein Anzeichen dafür, daß ein Leck aufgetreten ist und Sauerstoff eindringt. Um diesen gefährlichen Zustand zu verhindern, wird bei Überschreiten eines Schwellwertes für den Sauerstoffpartialdruckes der jeweilige Fermenter von der Biogasleitung abgesperrt. Gleichzeitig wird gekühltes Abgas, d.h. im wesentlichen CO₂, aus dem Biogasverbraucher über über eine Abgasspülleitung in den Fermenter mit dem erhöhten Sauerstoffpartialdruck geführt und ein Spülventil in dem Fermenter geöffnet, so daß die in den Fermenter befindlichen Gase aus dem Fermenter entweichen können und schließlich nahezu ausschließlich Kohlendioxid in dem Fermenter verbleibt. Ist der jeweilige vermutlich lecke Fermenter mit Kohlen dioxid bzw. Abgas geflutet, kann er ohne Explosionsgefahr geöffnet werden und anschließend repariert werden.
Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigt die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen:
Es zeigt:
1 ein Blockschaltbild einer Biogasanlage gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Großfermenters gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schnittdarstellung durch die Ausführungsform nach 2;
4 eine perspektivische Darstellung einer Mehrzahl von Großfermentern gemäß 2 bzw. 3;
5 eine 3 entsprechende Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Großfermenters;
6 eine 2 entsprechende perspektivischen Darstellung einer dritten Ausführungsform des Großfermenters;
7 und 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Biogasanlage gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Biogasanlage gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Biogasanlage umfaßt einen Großfermenter 2 in dem Biogas nach dem Trockenfermentations-Verfahren erzeugt wird sowie einen Biogasverbraucher in Form eines Blockheizkraftwerkes (BHKW) 4. Das in dem Großfermenter 2 aus Biomasse 6 erzeugte Biogas wird über eine Biogasentnahmeleitung 8 dem BHKW 4 zugeführt. In dem BHKW 4 wird duch Verbrennung des Biogases elektrische Energie erzeugt und die entstehende Abwärme wird zu Heizzwecken verwendet. Mit der im BHKW 4 entstehenden Wärmeenergie wird der Großfermenter 2 über eine Heizleitung 10 beheizt.
Über eine Perkulatsammelleitung 12 wird das mittels einem nicht näher dargestellten Drainagesystem gesammelte Perkulat aus dem Großfermenter 2 gesammelt und über eine Perkolatkonzentriereinrichtung 14 einem Perkulatsammeltank 16 zugeführt. In der Perkulatkonzentriereinrichtung 14, bei der es sich im Prinzip um eine Filtereinrichtung handelt, wird dem Perkulat überschüssiges Wasser entzogen, so daß die für die Vergärung wichtigen Inhaltsstoffe und Bakterien in höherer Konzentration in dem so behandelten Perkulat vorliegen. Perkulatsammeltank ist über eine Perkulatheizleitung 17 ebenfalls mit dem BHKW 4 verbunden. Hierdurch wird die für die Wirksamkeit des Perkulats optimale Temperatur ermöglicht. Aus dem Perkulatsammeltank 16 führt eine Perkulatverteilerleitung 18 zu einem Perkulatverteiler 19 im Großfermenter 2, um dort das Perkulat von oben über die Biomasse 6 zu versprühen.
2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform des Großfermenters 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der ersten Ausführungsform handelt es sich um einen Großfermenter 2 in Form einer langgestreckten überlangen Garage. Der Großfermenter 2 umfaßt einen Faulbehälter 20 zur Aufnahme der Biomasse 6. Dieser Faulbehälter 20 umfaßt eine gasdichte Bodenplatte 22 aus Beton auf der eine stabile Umfassung 24 sich nach oben erstreckt und die Biomasse 6 aufnimmt. In der Bodenplate 22 sind nach Art einer Fußbodenheitzung Heizelemente 23 zum Beheizen des Großfermenters 2 vorgesehen. Die stabile Umfassung 24 ist eine Art Fachwerkstruktur mit einer linken Seitenwand 26, einer rechten Seitenwand 27, einer rückwärtigen Abschlußwand – nicht dargestellt – und einer Frontseite 28 mit einer Be- und Entladeöffnung 30, die durch eine gasdichte Klappe 32 abschließbar ist. Die Frontseite 28 besteht aus einem Klappenrahmen 34 mit der eigentlich Be- und Entladeöffnung 30, die durch die Klappe 32 gasdicht verschließbar ist. Der Klappenrahmen 34 und die nicht dargestellte Rückseite bestehen vorzugsweise aus gasdichtem Beton.
Die linke und die rechte Seitenwand 26 und 27 der stabilen Umfassung 24 bestehen aus einer Mehrzahl von senkrechten Säulen 36 in Form von doppel-T-förmigen Trägern mit Zwischenräumen 38. In den Zwischenräumen 38 sind Wandelemente 40 eingefügt, beispielsweise in Form von in die doppel-T-förmigen Säulen 36 eingreifenden Holzplatten oder Holzbretter – nicht näher dargestellt.
Die einzelnen Säulen 36 der linken und rechten Seitenwand 26 und 27 werden über ein Dachgerüst 42 miteinander verbunden. Der gesamte Faulbehälter 20 wird durch eine Hülle 44 in Form einer gasdichten Folie 46 gasdicht. Die gasdichte Folie 46 ist gasdicht mit der Bodenplatte 20 verbunden und überdeckt die stabile Umfassung 24 und das Dachgerüst 42. Zum gasdichten Abschluß des Faulbehälters 20 ist die gasdichte Folie 46 auch mit der nicht näher dargestellten Rückfront gasdicht verbunden. Ebenso ist die gasdichte Folie 46 gasdicht mit der Frontseite 28 bzw. genauer dem Klappenrahmen 34 verbunden.
4 zeigt eine Mehrzahl der Großfermenter 2 gemäß 2 bzw. 3 in einer Anordnung nebeneinander. Durch die Anordnung gemäß 4 wird trotz Batch-Betrieb eine kontinuierliche Gaserzeugung ermöglicht. Hierzu werden die einzelnen Großfermenter 2 zeitlich asynchron mit Biomasse 6 bestückt und entladen.
5 zeigt schematische eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß Großfermenters 50 in einer 3 entsprechenden Schnittdarstellung. Der wesentliche Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, daß die Hülle 44 aus einer gasdichten Doppelfolie 52 mit einer inneren Folie 54 und einer äußeren Folie 55 mit einem Gasraum 56 zwischen den beiden Folien besteht. Durch Einlagerung eines Gases, z.B. Luft, in diesen Gasraum 56 zwischen den beiden Folien 54 und 55 wird eine thermische Isolierung des Faulbehälters 20 erreicht.
Ein weiterer Unterschied der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform besteht darin, daß die stabile Umfassung 24 einen gasdichten Sockel 58 umfaßt, der sich von der Bodenplatten 22 nach oben wegerstreckt und zusammen mit der Bodenplatte eine Wanne bildet. Auf der Oberkante des gasdichten Sockels 58 schließt sich dann eine Seitenwandkonstruktion gemäß der ersten Ausführungsform an. Die Doppelfolie 52 ist daher nicht gasdicht mit der Bodenplatte 20, sondern außen am oberen Ende des gasdichten Sockels 58 mit dem Sockel 58 verbunden. Das Vorsehen eines gasdichten Sockels 58 ist vorteilhaft, wenn zusätzlich zu den Heizungselementen 23 in der Bodenplatte 22 noch weitere Heizelemente 23 benötigt werden, die dann in dem gasdichten Sockel 58 angeordnet werden.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Großfermenters 60 gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese dritte Ausfürungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dadurch, das der Sockel 58 aus der zweiten Ausführungsform weiter hochgezogen ist und eine linke und eine rechte Seitenwand 62 und 63 bildet. Die gasdichte Hülle 44 in Form einer einfachen Folie 46 oder in Form der Doppelfolie 52 überspannt bzw überdeckt lediglich das Dachgerüst 42 und ist gasdicht mit der Oberkante der linken und rechten Seitenwand 62 und 63 verbunden. Im übrigen entspricht die dritte Ausführungsform den beiden anderen Ausführungsformen.
Betrieben werden die erfindungsgemäßen Großfermenter mittels einem einstufigen Vergärungsverfahren im Batch-Betrieb. "Einstufig" bedeutet hierbei, dass die verschiedenen Abbaureaktionen (Hydrolyse, Säure-, und Methanbildung) zusammen in einem Fermenter ablaufen. Der Begriff "Batch-Betrieb" kennzeichnet ein Verfahrensprinzip, bei dem während des Gärprozesses kein weiteres Material zugeführt oder entnommen wird. Die einmal in den Fermenter gefüllte Biomasse verbleibt dort bis zum Ende der Verweilzeit. Im Gegensatz dazu arbeiten die meisten Flüssigvergärungsverfahren im kontinuierlichen Betrieb, es werden dabei regelmäßig kleinere Mengen Gärsubstrat abgezogen und durch frisches Material ersetzt.
Die erfindungsgemäßen Großfermenter werden über eine Boden- und gegebenenfalls über eine Wandheizung temperiert. Auf diese Weise kann die gesamte Kontaktfläche Gärsubstrat/Fermenter zur Wärmeübertragung genutzt werden. Die Heizschleifen werden bereits beim Bau der Behäl ter in die Betonwände integriert, so dass keine störenden Einbauten im Behälterinneren nötig sind. Zusätzlich kann über die Perkolatheizleitung 17 und einen Wärmetauscher das zugeführte Perkolat temperiert werden. So ist eine optimale Steuerung der Temperatur im Fermenter gewährleistet.
Die efindungsgemäßen Großfermenter bzw. Faulbehälter werden mit hydraulisch betriebenen, gasdichten Toren, den Klappen 32 verschlossen. Die Dichtung wird mittels einer aufblasbaren Dichtungslippe bewerkstelligt. Sie ist am Tor befestigt und schließt in aufgeblasenem Zustand zum Klappenrahmen aus Beton hin gasdicht ab. Vor dem Öffnen des Tores wird die Luft aus der Dichtung wieder abgelassen. Der Aufbau dieser Dichtung ist in WO 02/06439 beschrieben.
Die Tore werden nach oben hin geöffnet. Dadurch wird verhindert, dass beim Befüllen oder Entladen ein Radlader versehentlich gegen ein Tor stößt und dieses beschädigt. Die Dichtungslippe ist im Tor befestigt, kann also beim Befüllvorgang ebenfalls nicht verletzt werden.
Die Großfermenter werden mit einem leichten Überdruck von 20 hPa betrieben. Dadurch ist gewährleistet, dass zu keinem Zeitpunkt, auch nicht im Falle einer Leckage, ein explosionsgefährliches Gas-Luft-Gemisch entstehen kann.
Die Bodenplatte 22 der Großfermenter werden aus gasdichtem Beton hergestellt. Die Großfermenter sind langgestreckt garagenartig aufgebaut und können mit Radladern oder Frontladern befahren werden. Mehrere Fermenter werden in einem Block nebeneinander errichtet und zeitlich versetzt betrieben.
Da in den erfindungsgemäßen Trockenfermentationsanlagen Biomassen mit sehr hohem Trockensubstanzgehalt verarbeitet werden, ergibt sich eine kompakte Bauweise der Fermenter und damit der gesamten Anlage. Durch den modulartigen Aufbau mit mehreren Fermentern lässt sich die Anlage ohne großen Aufwand erweitern, wenn zu einem späteren Zeitpunkt die Kapazität erhöht werden soll.
Die erfindungsgemäßen Großfermenter eignen sich hervorragend als Ergänzung für bestehende Kompostierungsanlagen. Organische Reststoffe können zur Energiegewinnung genutzt werden, ohne dass die Verarbeitungsschiene auf Flüssigkeiten umgestellt werden muss. Die vorhandenen Gerätschaften können für den Betrieb der Biogasanlage mitgenutzt werden. Die Trockenvergärung kann als zusätzlicher Behandlungsschritt sehr gut in den Betriebsablauf der Kompostierung integriert werden.
Bei der Trockenfermentation können etwa die gleichen Gaserträge erzielt werden wie bei Nassvergärungsverfahren. Hervorzuheben sind der niedrige Schwefelgehalt und der hohe Methangehalt im Biogas bei der Trockenfermentation. Nach bisherigen Erkenntnissen ist keine Entschwefelung des Biogases erforderlich. Das in der Trockenfermentationsanlage gewonnene Biogas wird getrocknet, danach werden Gasqualität und -menge gemessen. Über eine Gasregelstrecke und einen Gasverdichter wird das Biogas dem Blockheizkraftwerk (BHKW) zugeführt. Das BHKW wird entsprechend dem Gasanfall geregelt, so dass keine aufwändige externe Gasspeicherung notwendig ist. Nur der Gasraum über dem Gärsubstrat in den Fermentern und im Falle der Doppelfolie der Gasraum 56 zwischen den beiden Folien 54 und 55 wird als Zwischenspeicher genutzt.
Mit dem BHKW wird das Biogas in Strom und Wärme umgewandelt.
Der Strom wird zum gültigen Einspeisetarif am Standort in das Stromnetz eingespeist. Die wärme wird zu einem geringen Teil zur Beheizung der Anlage verwendet. Der Großteil steht externen Wärmeverbrauchern zur Verfügung.
Neben der Nutzung in einem BHKW bestehen auch andere Möglichkeiten der Biogasnutzung: Nach einer Reinigung zur Anpassung an Erdgasqualität kann Biogas in Erdgasfahrzeugen verwendet oder direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden.
Die Trockenfermentationsanlagen gemäß der vorliegenden Erfindung verfügen über ein ausgefeiltes Sicherheitskonzept. Beispielsweise wird der Übergang von der Methanatmosphäre zur Luftatmosphäre vor dem Entleeren der Fermenter ex-geschützt bewerkstelligt. Zu keinem Zeitpunkt kann dabei im Fermenter ein explosionsgefährliches Luft-Methan-Gemisch entstehen. Während dem Befüllen und Entleeren sorgt eine Absaugung im hinteren Bereich des Fermenters dafür, dass dieser ständig von Frischluft durchströmt ist. So ist eine eventuelle Geruchsbelästigung für den Fahrer des Radladers ausgeschlossen. Durch Lichtschranken wird verhindert, dass die Tore versehentlich geschlossen werden, während sich eine Person im Fermenterraum befindet. Zusätzlich ist das Technikgebäude so positioniert, dass vom Steuerungsraum aus der direkte Blick auf die Tore möglich ist.
Obwohl die erfindungsgemäßen Biogasanlagen aufgrund ihrer robusten Technik eine hohe Betriebssicherheit aufweisen, sind zusätzliche Vorkehrungen für den Fall eventueller Betriebsstörungen getroffen. So sind beispielsweise die hydraulisch betriebenen Tore so gesichert, dass sie auch dann nicht herunterfallen können, wenn die Hydraulik nicht funktionsfähig sein sollte. Falls das BHKW einmal ausfällt, kann das Biogas über eine Fackel verbrannt werden.
Die Trockenfermentationsanlage wird über ein rechnergestütztes System gesteuert. Im Perkolatkreislauf, bei der Beheizung und im BHKW-Betrieb können verschiedene Prozessparameter jeweils für die einzelnen Gärbehälter eingestellt werden. Die kontinuierliche Überwachung der Kontrollparameter ermöglicht die ständige Optimierung des Prozesses und damit eine maximale Abbauleistung im Fermenter.
7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Biogasverbraucher 4 in Form eines BHKW und einem oder mehreren Großfermentern 2 mit einer gasdichten Folie 46 als Hülle 44. Das in dem BHKW 4 durch Verbrennung von Biogas entstehende Abgas wird über eine erste Abgasleitung 62 einem Abgaskühler 64 zugeführt. In dem Abgaskühler 64 wird das heiße Abgas aus dem BHKW 4 beispielsweise durch Einsprühen von Wasser gekühlt. Das gekühlte Abgas kann über eine Abgasspülleitung 66 dem oder den Großfermenter(n) 2 zugeführt werden. Über eine erste Auspuffleitung 68 können die in dem Fermenter enthaltenen Gas ausgeblasen werden. Die Spühlung der Fermenter 2 mit gekühltem Abgas erfolgt vor dem Entladen des jeweiligen Fermenters oder im Falle des Auftretens eines Lecks, was zu einem explosiven Biogas-Luft-Gemische in dem jeweiligen Fermenter führen könnte. Die einzelnen Leitungen 62, 66, 68 lassen sich über Ventile 70 absperren. Das Absperren und Öffnen dieser Ventile erfolgt rechnergestützt. Hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung Abgaspülung wird auf WO 02/06439 A2 verwiesen.
8 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach 7, die sich von der Ausführungsform nach 7 dadurch unterscheidet, dass ein odere mehrere Großfermenter 20 mit Doppelfolie 52 als Hülle 44 vorgesehen werden. Zusätzlich mündet eine zweite Abgasleitung 72 von dem Abgaskühler 64 kommend in den Gasraum 56 der Doppelfolie 52 und aus dem Gasraum 56 heraus führt eine zweite Auspuffleitung 74. Über die zweite Abgasleitung 72 und die zweite Auspuffleitung 74 kann gekühltes Abgas durch den Gasraum 56 der Doppelfolie 52 gepumpt werden. Auf diese Weise der Großfermenter thermisch isoliert werden. Der Grad der Abkühlung des Abgases kann hierbei den Umgebungstemperaturen und der Widerstandsfähigkeit der Doppelfolie 52 angepaßt werden.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung mit Doppelfolie 52 kann anstelle von Gas Isoliermaterial, z. B. Steinwolle in den Hohlraum 56 zwischen innerer und äußerer Folie 54, 55 eingebracht werden. Durch diese thermische Isolierung wird der Großfermenter thermische von den Umgebungstemperaturen entkoppelt.

2,50,60: Großfermenter
4: Biogasverbraucher
6: Biomasse
8: Biogasentnahmeleitung
10: Heizleutung zum Großfermenter
12: Perkulatsammelleitung
14: Perkolatkonzentriereinrichtung
16: Perkulatsammeltank
17: Perkulatheizleitung
18: Perkulatverteilerleitung
19: Perkulatverteiler
20: Faulbehälter
22: Bodenplatte
23: Heizelement in der Bodenplatte 22
24: stabile Umfassung
26,62: linke Seitenwand der stabilen Umfassung 24
27,63: rechte Seitenwand der stabilen Umfassung 24
28: Frontseite des Großfermenters
30: Be- und Entladeöffnung
32: gasdichte Klappe
34: Klappenrahmen
36: Säulen der stabilen Umfassung
38: Zwischenräume in der stabilen Umfassung
40: Wandelement der stabilen Umfassung
42: Dachgerüst des Großfermenters
44: Hülle des Großfermenters
46: gasdichte Folie
52: Doppelfolie
54: innere Folie der Doppelfolie 52
55: äußere Folie der Doppelfolie 52
56: Gasraum zwischen innerer und äußerer Folie
58: Sockel der stabilen Umfassung
62: erste Abgasleitung
64: Abgaskühler
66: Abgasspülleitung
68: erste Auspuffleitung
70: Ventile
72: zweite Abgasleitung
74: zweite Auspuffleitung

Claims

Großfermenter zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Prinzip der Feststoffmethanisierung, mit einem Faulbehälter (20) zur Aufnahme der Biomasse (6), der aufweist: einen Biogasentnahmeanschluß (8), eine Be- und Entladeöffnung (30) zum Be- und Entladen des Faulbehälters (20) mit Biomasse (6), wobei die Be- und Entladeöffnung (30) mittels einer Klappe (32) gasdichten verschließbar ist, eine gasdichte Bodenplatte (22), und eine sich von der Bodenplatte (22) in die Höhe erstreckende stabile Umfassung (24), gekennzeichnet durch eine Hülle (44) in Form einer gasdichten Folie (46; 52), die den Faulbehälter (20) gasdicht abschließt und zum einen mit der Be- und Entladeöffnung (30) und zum anderen außerhalb der stabilen Umfassung (24) mit der Bodenplatte (22) und/oder der Außenseite der stabilen Umfassung (24) und/oder der Oberkante der stabilen Umfassung (24) gasdicht verbunden ist.
Großfermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdichte Hülle (44) aus einer elastischen Folie (46; 52) besteht.
Großfermenter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (44) aus einer Doppelfolie (52) mit einem Gasraum (56) zwischen den beiden Folien (54, 55) besteht.
Großfermenter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gasraum (56) zwischen den beiden Folien (54, 55) Gas zur thermischen Isolierung des Faulbehälters (20) von der Umgebung eingelagert ist.
Großfermenter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (56) zwischen den beiden Folien von Abgas durchströmbar ist, das bei der Verbrennung von Biogas entsteht.
Großfermenter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gasraum (56) zwischen den beiden Folien (54, 55) Isoliermaterial zur thermischen Isolierung des Faulbehälters (20) von der Umgebung eingelagert ist.
Großfermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- und Entladeöffnung (30) teilweise durch die Bodenplatte (22) begrenzt ist.
Großfermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faulbehälter (20) über die Be- und Entladeöffnung (30) befahrbar ist.
Großfermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- und Entladeöffnung (30) von einem Klappenrahmen (34) umgeben ist, gegenüber dem die Klappe (32) gasdicht abschließt und dass die Hülle (44) gasdicht mit dem Klappenrahmen (34) verbunden ist.
Großfermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über der gasdichten Hülle (44) zumindest teilweise eine widerstandsfähige Schutzhülle vorgesehen ist.
Biogasanlage zur Erzeugung von thermischer, elektrischer oder mechanischer Energie aus Biomasse, mit wenigstens einem Großfermenter (2; 50; 60) zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem Biogasverbraucher (4) zur Erzeugung von thermischer, elektrischer und/oder mechanischer Energie, einer Biogasleitung (8) zur Zuführung des Biogases aus dem wenigstens einen Großfermenter (2; 50; 60) zu dem Biogasverbraucher (4).
Biogasanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Biogasverbraucher (4) das Biogas verbrannt wird.
Biogasanlage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Abgaskühler (64) zum Kühlen des bei der Verbrennung von Biogas entstehenden Abgases.
Biogasanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das entstehende Abgas über eine erste und eine zweite Abgasleitung (62, 72) in den Gasraum (56) zwischen den beiden Folien (54 , 55) der Doppelfolie (52 ) einbringbar und über eine zweite Auspuffleitungleitung (74) aus dem Gasraum (56) der Doppelfolie (52) abführbar ist.
Biogasanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (64) zwischen erste und zweite Abgasleitung (62, 72) geschaltet ist.
Biogasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch eine Abgasspüleinrich tung (62, 64, 66, 68, 70) zum Spülen der Großfermenter (2; 20; 60) mit Abgas.
Biogasanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasspüleinrichtung (62, 64, 66, 68, 70) eine Abgasspülleitung (66) umfaßt, die von dem Abgaskühler (64) zu dem jeweiligen Großfermenter (2; 20; 60) führt.
Biogasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch eine Perkolatkonzentriereinrichtung (14) zum Aufkonzentrieren des Perkolats.
Biogasanlage zur Erzeugung von thermischer, elektrischer oder mechanischer Energie aus Biomasse, mit wenigstens einem Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Prinzip der Feststoffmethanisierung, einem Biogasverbraucher (4) zur Erzeugung von thermischer, elektrischer und/oder mechanischer Energie mittels Verbrennung von Biogas, einer Biogasleitung (8) zur Zuführung des Biogases aus dem wenigstens einen Fermenter (2; 50; 60) zu dem Biogasverbraucher (4), einer Abgasspüleinrichtung zum Spülen der Fermenter mit Abgas, das bei der Verbrennung von Biogas in dem Biogasverbraucher entsteht, vor dem Entladen der Fermenter, und einer Abgaskühleinrichtung zur Kühlung des Abgases aus dem Biogasverbraucher vor der Zuführung zu den Fermentern.
Biogasanlage nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, mit einer Partialdruckmeßeinrichtung zur Erfassung des Sauerstoffpartialdrucks in dem wenigstens einen Fermenter, einer Abgasspülleitung zur Zuführung von Abgasen aus dem Biogasverbraucher in den wenigstens einen Fermenter, einer Ventileinrichtung für jeden Fermenter zum Verbinden der Abgasspülleitung mit dem jeweiligen Fermenter und zum Verbinden des jeweiligen Fermenters mit der Umgebung, und einer Steuereinrichtung zum Betätigen der Ventileinrichtung und zum Fluten des jeweiligen Fermenters, wenn der Sauerstoffpartialdruck in dem jeweiligen Fermenter einen bestimmten Wert überschreitet.