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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Heizwärme unter
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Ausnutzung der mikrobiellen Zersetzung von organischen Sllbstanzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Heizwärme
unter Ausnutzung der mikrobiellen Zersetzung von organischen Substanzen, wobei die
Substanzen in Reaktionsräumen durch Beeinflussung der Paktoren Feuchtigkeit, Sauerstoff
und Temperatur aktiviert werden und die Heizenergie übertragen wird.
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Die sinnvolle Verwertung von organischen Abfällen :st für die Erhaltung
des natürlichen Stoffkreislaufes besoiiders wünschenswert. Die zunehmende Spezialisierung
der landwirtschaftlichen Betriebe hat nicht nur in Deutschland, sondern weltweit
die anfallenden Ernterückstände zu einem immer größer werdenden Problem werden lassen.
Da meist die landwirtschaftlichen Betriebe einseitig auf Ackerbau oder Viehzucht
ausgerichtet sind, können die in den Betrieben anfallenden Ernterückstände im eigenen
Betrieb nicht mehr sinnvoll verwertet werden. Bei den organischen Abfällen sind
hier insbesondere Getreide- oder Mais stroh, Traubentrester, Reisspelzen und in
den tropischen Gebieten zum Beispiel Kakao- und Kaffeeschalen zu nennen. Diese hier
ohne eine Wertung aufgezählten Substanzen werden heute häufig einfach verbrannt,
ohne daß dort die Abwärme gewonnen wird.
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Es ist bekannt, daß bei der mikrobiellen Lebenstätigkeit von Eleinstlebewesen
während der Umsetzung von verwertbarer organischer Substanz Überschußwärme entstehen
kann, wenn genügend Nährstoff und Sauerstoff in dem organischen Material vorhanden
sind. Besonders wertvoll ist dabei, daß nur ein Teil der organischen Substanz, nämlich
die leichter zersetzlichen
Stoffe abgebaut werden und somit der
größte Teil der organischen Masse erhalten bleibt. Ebenfalls wird durch die Lebenstätigkeit
der Mikroorganismen in nennenswerten Mengen wertvolles Körperprotein gebildet, das
bei einer späteren Rückführung der organischen Substanz in den Naturkreislauf zu
einer Steigerung der Bodenfruchtbarkeit führt. Die Erhaltung des Großteils der organischen
Substanz macht die Gewinnung der Abwärme bei Rottevorgängen nicht nur im Sinne der
Erhaltung des natürlichen Stoffkreislaufes interessant, sondern bietet darEberhinaus
noch den wirtschaftlichen Aspekt, daß diese abgerotteten Materialien als Alternativprodukte
zu bisher bekannten Bodenverbessjrungsmitteln, wie z. B. Torfprodukten noch mit
einem wirtschaftlichen Gewinn vermarktet werden können.
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Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es nachteilig, daß
die Abwärme solcher Rottereaktionen nicht sinnvoll genutzt werden kann, weil ein
geeigneter Verbraucher nicht in die Nähe des Wårmeerzeugungsortes gebracht werden
kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
vorzuschlagen, das bzw. die eine wirtschaftlich sinnvolle Ausnutzung der Abwärme
von Rotteprozessen ermöglicht und hierbei die Wärme ohne große teitungsverluste
zu einem Bedarfsort, d. h. einem Verbraucher, abgeleitet werden kann.
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Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst,
daß eine solche Menge an organischen Substanzen verwendet wird, daß eine optimale
Stoffwechseltätigkeit der Bakterien gewährleistet ist, auch wenn der Spitzenbedarf
an Warme entzogen wird, während bei geringerem oder fehlendem Warmeentzug sich die
Substanzen in mehr oder weniger inaktivem Zustand befinden.
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Ein vorteilhafter Verfahrensschritt besteht darin, daß die organischen
Substanzen nach dem Ablauf der exothermen Abbaureaktionen durch neue eventuell schon
in Rotte befindliche Substanzen ersetzt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die aufbereiteten organischen Substanzen
in geschlossene Behälter abgefüllt zur Belieferung mit Heizwärme von bestehenden
Heizungsanlagen verwendet werden.
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Als organische rottefähige Materialien kommen alle landwirtschaftlichen
Ernterückstände und auch Müll in Frage. Bevorzugt lassen sich jedoch speziell aufbereitete
organische Abfälle einsetzen, die durch Hinzufügen von Wasser, Nährstoffen und rottefördernden
Substanzen quantitativ und qualitativ in ihrem Rotteverhalten zu beeinflussen sind
und eine hohe Ausnutzung der Abwärme ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß es
erstmals möglich ist, in wirtschaftlicher Form die bei der Verrottung entstehende
Wärme technisch sinnvoll auszunutzen und hierbei die eingesetzten organischen Substanzen
als Bodenverbesserungsmittel erhalten werden.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens besteht
darin, daß ein die organischen Substanzen enthaltender Behälter vorgesehen ist,
der auswechselbar bzw. transportabel ist und mit dem zu heizenden Gegenstand in
unmittelbarem oder mittelbarem Kontakt steht, wobei an dem Behälter Belüftungseinrichtungen
vorgesehen sind.
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Vorteilhaft geht man so vor, daß der Behälter im Aufbau und den äußeren
Abmessungen in etwa einem Seefrachtcontainer entspricht.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Leitungen des Behälters mit
schnell trennbaren und anschließbaren Kupplungen versehen sind.
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Vorteilhaft ist die Behälterwand isoliert.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß innerhalb der organischen Substanzen
Umwälzeinrichtungen, wie Schnecken oder Kratzböden vorgesehen sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß innerhalb
des Behälters Wärmetauscher vorgesehen sind, die mit den Substanzen in Bertihrung
stehen.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Prozeßluft umgewälzt und
über innen- oder außenliegende Wårmetauscher leitbar ist.
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Schließlich besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
darin, daß die organischen Substanzen in aufbereiteter Form lose oder in luftdurchlässigen,
verrottungsfesten Säcken in dem Behälter eingefüllt sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich vorteilhaft zum Abrotten
und Hygienisieren organischer Substanzen verwenden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den wesentlichen Vorteil, daß
das Behältnis mit dem verrottenden Material am Ort des Wårmeverbrauches an ein bestehendes
Heizungssystem angeschlossen werden kann oder die wärme direkt auf den zu erwärmenden
Körper übertragen wird. Man kann vor Abschluß des Rotteprozesses bereits einen aktivierten
Ersatzbehälter bereitstellen, so daß die Wårmelieferung kontinuierlich fortgesetzt
werden kann.
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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es zeigen, Figur 1 zwei nebeneinander angeordnete mit verrottbaren
Substanzen gefüllte Behälter zum Beheizen von mit Erde gefüllten Pflanzschalen,
Figur 2 einen Querschnitt durch einen geschlossenen Behalter in Form eines Seecontainers,
Figur 3 einen Schnitt nach der Linie A-A in Figur 2, Figur 4 eine vergrößerte Darstellung
mit der Anordnung eines umlaufenden Kratzbodens und Figur 5 eine vergrößerte Darstellung
der Belüftungseinrichtung des Behälters nach den Figuren 2 und 3.
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Wird ein Stapel optimal aufbereiteter organischer Substanz in einen
geschlossenen Raum so zur aeroben Verrottung gebracht, daß Sauerstoff und Feuchtigkeit
im Optimum vorhanden sind, so steigt die Temperatur im Prozeß über den Optimalwert
auf eine Maximaltemperatur, bei der die Mikroben in einen inaktiven Zustand übergehen
(versporen). Im Versuch ist dieser Zustand dadurch feststellbar, daß sowohl die
Prozeßtemperatur, als auch der C02-Gehalt der Prozeßluft deutlich langsamer ansteigen
bzw. zum Stillstand kommen.
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Entnimmt man dem Prozeß keine Wärme, so kommt die Wärmeerzeugung oberhalb
einer Maximaltemperatur zum Erliegen. Der Behälter stellt dann einen Wärmespeicher
dar. In einem gut isolierten Reaktor bzw. Behälter bleibt die Temperatur dann längere
Zeit auf der Maximaltemperatur. Sinkt die Temperatur im Rottestapel, z. B. durch
Entnahme durch die Heizung, so werden die inaktiven Mikroben (Sporen) reaktiviert
und erreichen
nach wenigen Stunden ihr Leistungsoptimum im Bereich
der Optimaltemperatur.
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Die Masse des Rottestapels muß dabei so groß sein, daß bei der Maximaltemperatur
die gespeicherte Energie genügt, auch den Spitzenbedarf durch die Heizungsanlage
so zu befriedigen, daß die Minimaltemperatur der thermophilen Bakterien nicht unterschritten
wird.
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Dieses vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß
Figur 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel verwirklicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind zwei aus einzelnen Platten zusammengesetzte Behälter 1 nebeneinander angeordnet,
wobei sich im Inneren dieses Behälters 1 die organischen Substanzen 2 befinden,
die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Säcken 3 verpackt sind, wobei diese
Säcke luftdurchlässig sind und aus nichtverrottbarem Material bestehen. Zur Gewährleistung
einer Belüftung dieser Substanzen 2 befindet sich im unteren Bereich des Behälters
1 ein Siebboden 4 und unterhalb dieses Siebbodens 4 ein Luftschacht 5. Auf den Behälter
1 ist oben eine Pflanzschale 6 aufgesetzt, die mit einer Erdfüllung 7 versehen ist.
In dieser Pflanzschale 6 befinden sich Belüftungsschlitze 8.
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Das zersetzliche organische Material wird vorteilhaft auf eine gleichmäßige
Ueilchenlänge von kleiner 10 mm zerkleinert und in die Säcke 3 eingefüllt. Durch
Tauchen in eine Lösung mit rottefördernden Substanzen und Nährstoffen werden diese
Säcke mit einer derartigen Konzentration an notwendigen Zusatzstoffen versehen,
daß sofort nach dem Einbringen der Säcke in den Behälter 1 die exotherme Abbaureaktion
einsetzt.
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Die Prozeßluft wird durch die Erde 7 nach außen abgeleitet,
wobei
eventuell auftretende Gerüche oder schädliche Bestandteile der Prozeßluft mit Hilfe
dieser Erde 7 ausgefiltert werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Bahälter
1 läßt sich auf vielfältige Weise eine Anpassung des Heizsystems an die verschiedensten
Gegebenheiten ermöglichen.
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Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 bis 5 handelt
es sich um einen transportablen Behälter, der die Abmessungen eines herkömmlichen
Seefrachtcontainers aufweisen soll. Damit wird der Transport und das Auswechseln
erleichtert. Dieser geschlossene Behälter 9 besitzt eine rundum verlaufende wärmeisolierte
Wandung 11, wobei an einer Stirnseite eine Tür 10 zum Befüllen und Entleeren vorgesehen
ist. Die organischen Substanzen 2 sind lose in den Behälter 9 eingefüllt, wobei
sich in dem Behälter 9 unten ein Siebboden 9 befindet, der als Belüftungseinrichtung
einen unterhalb angeordneten Belüftungsschacht 13 abdeckt. Dieser Belüftungsschacht
13 ist über ein gelochtes Zuluftrohr 14 mit Anschlußstück 15 mit schnell trennbarer
Kupplung versehen.
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Zur iWårmeübertragung befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel
im Inneren des Behälters 9 ein aus einzelnen Platten zusammengesetzter Wärmetauscher
16, wobei das Medium des fårmetauschers 16 über einen Heizungsvorlauf 17 und einen
Heizungsrücklauf 18 unter Verwendung von Schnellkupplungen an das Heizungssystem
anschließbar ist. Die Abluft kann über einen Anschluß 19 aus dem Behälter 9 nach
außen geführt werden. Die zum Anschluß der verschiedenen Leitungen notwendigen Schnellkupplungen
sind mit dem Bezugszeichen 20 versehen.
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Zum Umschichten der organischen Substanzen 2 befindet sich im Inneren
des Behälters 9 ein über Umlenkrollen 21 geführtes
Band 22, vorteilhaft
ein Kettenband, an dem in bestimmten Abständen über die Breite des Behälters 9 reichende
Mitnehmer 23 vorgesehen sind. Anstelle dieser Kratzböden 22, 23 können auch, beispielsweise
bei einer anderen Ausgestaltwar des Behälters, Schnecken verwendet werden. Für den
lransnort sind oben am Behälter 9 Transporthaken 24 vorgesehen.
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Der zweckmäßigerweise nach außen hin mit einem isolierenden Kunststoffschaum
vollständig gegenüber Wårmeabstrahlung isolierte Behälter 9 besitzt sämtliche Anschlußleitungen
auf der Außenseite, so daß der Behälter während der Heieriode schnell von dem zu
beheizenden Objekt bzw. dessen Hlizlffleislauf getrennt werden kann. Der Boden des
Behälters 9 ist zweckmäßigerweise nach einer Seite geneigt, so daß eventuell auftretende
Sickersäfte aufgefangen und an der Oberseite des zu verrottenden Materials wieder
aufgegeben werden können.
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Die Substanzen 2 werden mit Nährstoffen und rottefördernden Substanzen
versehen, wobei die Befüllung des Behälters auch mit bereits in Rotte befindlichem
Material erfolgen kann.
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Dadurch kann die Zeitspanne bis zur Wiederverwendung des Behalters
verkürzt werden, da dem Material sofort die Warme entzogen werden kann. Der Behälter
läßt sich mit normalen Lastkraftwagen befördern, die durch geeignete Absetzvorrichtungen
direkt an der gewünschten Stelle abgeladen werden können. Der Behälter 9 läßt sich
für private und gewerblich genutzte Gebäude in Wärmeversorgungssysteme einbauen.
Nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion wird der Behälter 9 von dem Heizungssystem
abgetrennt und bei Bedarf gegen einen neuen Behälter 9 ausgetauscht. Das Transportfahrzeug,
das einen neuen Behälter 9 bringt, kann dann gleich den verbrauchten Behälter wieder
zur Befüllstelle mitnehmen.
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Da nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion der Behälter immer
noch eine beträchtliche Wärmemenge speichert, kann
durch Absaugen
der warmen Prozeßluft aus dem Behälter die restliche Warme aus dem Behälter gewonnen
werden und das Material dabei gleichzeitig getrocknet werden. Das abgetrocknete
Material ist dann noch als hochwertiges Bodenverbesserungsmittel verwendbar.
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Der geschlossene Behälter 1, 9 kann auch zur Gewinnung von Gasen benutzt
werden, da er nahezu gasdicht verschlossen werden kann. Bei der aeroben Verrottung
entsteht im Überschuß Kohlendioxid. Durch Steuerung der Luftzufulir kann der Anteil
des Kohlendioxidgehaltes in der Abluft erhöht werden. Diese Abluft kann dann zur
Begasung verwender werden. Durch weitere Verminderung der Zuluft bzw. des Sauerstoffgehaltes
im Rottebehälter kann die aerobe Verrottung so weit beeinflußt werden, daß anaerobe
Verrottungsprozesse entstehen. Bei diesen Vorgängen werden dann Faulgase gebildet,
die brennbare Gase, z. B. Methan, enthalten. Durch Ableiten der Abgase ist es möglich,
die mit Methan angereicherten Gase einer geeigneten Verbrennungsanlage zuzuführen.
Der erfindungsgemäß beschriebene Behälter kann daher sowohl zur aeroben Verrottung,
als auch zur anaeroben Verrottung von organischen Abfällen eingesetzt werden.
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