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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bio-Gas
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bio-Gas aus
organischen Substanzen, z.B. aus bei der Tier -haltung, wie Schweinemast, Rindermast
und Geflügelhaltung in einem Stall anfallendem Stalldung, sowie eine Vorrichtung
zur Durchführlmg des Verfahrens.
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Die Herstellung von Bio-Gas aus otalldung ist grundsätzlich bekannt.
Bei der Tierhaltung anfallende flüssige Gülle wird dabei einem anaeroben Ausfaulungsprozeß
unterworfen, bei dem brennbares Bio-Gas freigesetzt wird. Die unter Gasfrei -setzung
stattfindende Ausfaulung der Gülle läuft jedoch nur bei Zufuhr von für den Prozeß
notwendiger Wärme ab, weil die für die Ausfaulung verantwortlichen Kleinatlebewesen,
insbe -sondere Bakterien, sich nur bei bestimmten Temperaturen optimal vermehren
können.
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Der Wirkungsgrad in der Gewinnung von Bio-Gas verschlechtert sich
durch die notwendige Zufuhr von Prozeßwärme, die aus Fremdenergie, z.B. elektrische
Aufheizung der Gülle oder der -gleichen gewonnen werden muB.
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Bei der Viehmast, insbesondere Schweinemast, fallen erhebliche
Mengen
Gülle an, deren Beseitigung für den Viehmsr ein Problem ist. Sollen große Mengen
von Gülle unter Gewinnung von Bio-Gas ausgefault werden, ist hierfür eine erhebliche
Energiemenge für die Erzeugung der notwendigen Prozeßwärme notwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden,
mit dem sich z.B. bei der Schweinemast anfallende Gülle kostengünstig und mit hohem
Wirkungsgrad unter Freisetzung von Bio-Gas ausfaulen läßt. Es ist auch Aufgabe der
Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des gefundenen Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst worden durch die Verwendung
der Körperwärme aufgestallter Tiere, z.B. Mastschweine, als Prozeßwärme für die
Zersetzung von organischer Substanz, vorzugsweise des bei der ierhaltung anfallenden
Stalldungs.
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In einem Stall sind Schweine auf engstem Raum zusammenge -pfercht
und die Körper strahlen laufend wärme ab, wodurch sich der Stall sogar aufheizen
kann.
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Es wurde gefunden, daß die Körperwärme einer Vielzahl von Schweinen
ausgenutzt werden kann, um organische Substanzen, vorzugsweise Gülle soweit anzuwärmen,
daß aer Ausfaulungsprozeß zur Gewinnung von Bio-Gas anläuft und aufrechterhalten
wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die organische Substanz
als homogene pumpfähige Gulle bereitgestellt, die Gülle wird in im Stall installierte,
als Wärmetauscher dienende Behälter gefüllt, in diesen Behältern wird die Gülle
zeitweise umgewälzt, wobei freigesetztes Gas in einem Sammeltank aufgefangen
wird
und die Gülle verbleibt in den Behaltern bis zur vollständigen Ausgasung, wird danach
abgelassen und durch frische Gulle bzw. organische Substanz ersetzt. Als organische
Sub -stanz ist z.B. Stroh, Gras, Unkräuter in kleingehackselter Form unter Zusatz
von wasser verwendbar.
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Gülle fällt grundsätzlich mit einem im sauren Bereich liegendem pH-Wert
an, bei dem sie nich optimal ausfaulen kann.
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Durch eine Zugabe von Kalk, z ß. in Form von Kalkmilch, läßt sich
der pH-'ert in einen neutralen Bereich anheben, bei dem die Ausfaulung optimal ablauft.
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Zur J)urchfuhrung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Stallbodenfläche
als zwischen Gülle und den Tieren wirksame Wärmetauscherfläche ausgebildet ist.
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Moderne Schweinemastatälle sind in Boxen unterteilt, von denen jede
eine vorbestimmte Anzahl von Schweinen aufnimmt. Di Bodenfläche jeder Box kann als
Wärmetauscherfläche in vorteil hafter 'eise genutzt werden.
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Vorzugsweise besteht die Liegefläche einer Stallbox aus mehreren
nebeneinander verlegten Behaltern, die mit Gülle oder anderer organischer Substanz
füllbar sind. Diese Behälter bilden somit die als Wärmetauscherfläche nutzbare Einrichtung,
an welche die in der Box aufgestallten Schweine ihre Körperwärme abgeben. Dadurch
wird die in jedem Behälter befindliche Gülle aufgewärmt, so daß der Ausfaulungsprozeß
unter Freisetzung von Bio-Gas ablaufen kann.
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Für das Auffangen des freigesetzten Bio-Gases ist vorge -sehen, daß
an jeden Behälter ein Sammeltank angeschlossen ist.
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Eine optimale Funktion der Vorrichtung wird dadurch er -reicht, daß
jeder Behalter aus zwei übereinander angeordneten Vierkantrohren besteht. Die Vierkantrohre
können quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen und sind so am Boden
einer Stallbox oder eines Stalles angeordnet, dalS die jeweils obenliegenden Vierkantrohre
mit ihren Oberseiten die Roden -flache des Stalles bzw. der Stallbox bilden. ble
von den Vierkantrohren umschlossenen Hohlräume sind mit Gülle füllbar, so daß der
Wärmeübergang von den auf den Rohren stehenden, liegenden und laufenden Tieren direkt
an die in den Rohren befindliche Gülle erfolgt.
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Bei einer bevorzugten Ausführung eines solchen aus Vier -kantrohren
gebildeten Bodens im Bereich der Liegefläche einer Stallbox ist vorgesehen, daß
ein unteres Vierkantrohr des Be -hälters an einer der beiden Endseiten dicht ist
und an der gegenüberliegenden offenen Endseite mlt einzeln lewellf erliegenden offenen
Ende des oberen Vierkantrohres in die Gülle leitender Verbindung steht und daß die
diesem Bereich ;egenüberliegende Endseite des oberen Vierkantrohres in den Sammeltank
mündet. Die Vierkantrohre sind aus Kunststoff hergestellt. Als Werkstoff kann jedoch
auch Aluminium oder Chromnickelstahl verwendet werden.
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Die Ausbildung eines halters aus jeweils zwei übereinanderliegenden
Vierkantrohren, die miteinander in Strömungsver -bindung stehen, hat den Vorteil,
daß in jedem Behälter ver -haltnismäßig große Giillemengen aufgenommen werden können,
die Erwärmung jedoch nur eines Teils der Gülle jeweils in den oberen
Vierkantrohren
stattfindet, welche die Bodenfläche der Stallbox oder des Stall es bilden. In den
unteren Vierkantrohren ist die Gülle kuhler. Dort läuft der Ausfaulprozeß durch
die ge -ringere Temperatur langsamer. Die erfindungsgemaße Anordnung von zwei Vierkantrohren
übereinander hat somit den Vorteil, daß die in einem Behalter befindliche Güllemenge
nur jeweils teilweise und somit schneller bzw. intensiver erwärmt werden kann. Die
im oberen Vierkantrohr befindliche Teilmenge der Gül le fault schneller und optimaler
aus, wobei das Bio-Gas freigesetzt wird.
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Jedem Behalter mit Sammeltank ist eine Umwälzpumie für die Gülle
zuztXordnet, welche bewirkt, daß die im oberen Vierkantrohr des Behälters und im
Sammeltank befinoliche wärmere Gulle über geeignete Leitungen abgeführt werden kann,
und gleichzeit über die Umwälzpumpe in das untere Vierkantrohr des Behalters gedrückt
wird, D dem sich kältere Gülle befindet, die in das obere Vierkantrohr geschoben
wird, so daß sich auch diese Teil menge der Gülle schnell erwärmen kann und der
Ausfaulprozeß unter Freisetzung von Bio-Gas weiterläuft.
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Der konstruktive Aufwand kann dadurch vermindert werden, daiS eine
Umwälzpumpe über Ventile und Rohrleitungenenf jeden der Behälter einzeln schaltbar
ist, daß also mehrere Behälter eine Umwälzpumpe gemeinsam haben.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen,
daß wenigstens 15 bis a5 Behälter in einem Stallboden eingebaut sind.
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Gülle benötigt, åe nach Temperatur, 15 bis 25 Tage bis zur optimalen
Ausfaulung. Werden die Abmessungen der Behälter so gewählt, daß ein gegebener Stallboden
aus 15 bis 25 Behältern gebildet werden kann, so bietet diese Maßnahme den Vorteil,
daß nach einer Anlaufzeit der Vorrichtung, jeden 'hat: einer der Behalter abgelassen
und mit frischer Gülle geffillt werden kann, wobei dann dem zuerst gefüllten Behälter
eine Ausfaulzeit von 15 bis 25 Tagen zur Verfügung steht, bis seine neue Befüllung
mit frischer Gülle erfolgt.
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Die Bereitstellung der notwendigen Gülle ist in einem Schweinestall
dadurch sehr leicht möglich, daß eine unter einem Spaltenboden im Abmistbereich
des Stalles angeordnete Giillegrube eine Zwischendecke aufweist. Diese auch nachtriglich
einfach einziehbare Zwischendecke unterteilt die in jedem all vorhandene Güllegrube
in zwei Bereiche, wobei in einem unter der Zwischendecke befindlichen Raum der Güllegrube
aus den Behältern abgelassene ausgefaulte Gülle speicherbar ist.
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Die ausgefaulte Gülle kann als Dünger besser genutzt werden als frische
Gülle.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die aus Behältern gebildete
Bodenfläche eines Stalls zur Erwärmung von durchgeleitetem Wasser zu verwenden,
das für eine lITarmwasserbereitung und/oder für den Betrieb einer Wärmepumpe genutzt
werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, als dem sich weitere erfinderische
Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
teig.
1 eine schematische Perspektivansicht des Bodens einer Stallbox, Fig. 2 eine schematische
Schnittansicht des Bodens einer Stallbox gemäß Fig. 1 mit angedeuteter Einrichtung
für die Zufuhr und Abfuhr von Gülle, Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht
von die Liegefläche einer Stallbox gemäß Fig.1bildenden Behältern mit angeschlossenen
Sammeltanks und Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Behälters mit Sammeltank
gemäß Fig. 3.
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In Fig. 1 ist schemaEsch eine Stallbox in der Perspektive dargestellt.
Die Stallbox hat quadratischen oder rechteckigen GrundrilJ und wird von lediglich
angedeuteten hochgezogenen Seitenwänden umschlossen. Mehrere Stallboxen dieser Art
können in einen Stall eingebaut werden. Jede Stallbox ist mit nicht weiter dargestellten
Fütterungseinrichtungen für Schweine ausgerüstet.
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Die Bodenfläche einer Stallbox ist unterteilt in Abmistbereich und
Liegefläche. Bei dem dargestellten Ausführungs -beispiel ist der Abmistbereich mit
einem an sich bekannten K altenboden 1 versehen, durch den der Mist der Tiere in
die darunter befindliche Güllegrube 2 fällt. Der Boden der Liegefläche ist erfindungsgemäß
durch mehrere parallel nebeneinanderliegende Behalter 3 gebildet, wobei å jeder
Behälter aus zwei übereinanderliegenden Vierkantrohren 4 und 5 besteht. Die Behälter
ruhen auf einer Isolierschicht 6, welche Wärmeverluste durch Ableitung an einen
zementierten Boden des Stalls verhindert.
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Den Behältern ist eine elektrische Heizung zugeordnet, die in Betrieb
gesetzt wird, wenn vor der Einstallung der Tiere eine zu kalte Liegefläche vorhanden
ist, welche zu Erkrankungen der Tiere führen könnte. Um beim Ausstallen der Tiere
die Bio-Gas-Bildun in den Behältern nicht zu unterbrechen, wird die Heizung ebenfalls
in Betrieb genommen.
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Jeder Behälter 3, bzw. Jedes Vierkantrohr 4, 5 wird mit aus der Güllegrube
2 abgepumpter Gülle gefüllt. Durch uuIX der Liegefläche der Stallbox liegende schweine
wird deren Körperwärme an das obere Vierkantrohr 4 jedes Behälters 3 übertragen,
so daß sich die darin befindliche Gülle erwärmt. Dadurch läuft ein ausfaulungsprozeß
an, bei dem sich Bio-Gas entwickelt, das einer weiteren Verwendung zugeführt werden
kann.
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In regelmäßigen Intervallen, die durch Erfahrung im Umgang mit der
Anlage zu bestimmen sind, wird die Gülle in den ehltern umgewälzt, wobei der ältere
Inhalt des unteren Vierkantrohres 5 in das obere Vierkantrohr strömt, um ebenfalls
der Erwärmung und Vergasung ausgesetzt zu werden. Durch das Umwälzen wird auch bereits
im oberen Vierkantrohr 4 entwickeltes Bio -Gas freigesetzt und kann abgeleitet werden.
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Die Anzahl der Behälter 3 in einem Stall steht in einem vorbestimmten
Verhältnis zur Ausfaulungszeit der Gülle.
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Benötigt die Gülle beispielsweise 20 Tage bis zur vollstundigen Ausfaulung,
so werden zweckmäßigerweise auch 20 Behälter in einem Stall eingebaut, so daß täglich
ein Behälter entleert und mit frischer Gülle versehen werden kann. Werden z.B. 40
Behälter eingebaut, kann alle 12 stunden d Ablassen d Wiederbefüllen eines Behälters
erfolgen.
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In ig. 2 ist wiederum ein schematischer schnitt durch eine Stallbox
dargestellt. Der Boden der Stallbox ist, wie in Fig. 1 dargestellt, ebenfalls durch
eine Vielzahl aneinanderliegender Behälter 3 gebildet, die aus übereinander -liegenden
Vierkantrohren 4 und 5 bestehen. Mit 7 ist ein Trog für die Fütterung der aufgestallten
Schweine bezeichnet. Un -ter dem bpaltenboden 1 befindet sich die Güllegrube 2,
die bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine eingezogene Zwischen decke 8 in zwei
Aufnahmeräume unterteilt ist.
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Der von den aufgestallten Schweinen durch den Spaltenboden 1 gedrückte
Mist fällt auf die Zwischendecke 8 und wird durch eine nicht weiter dargestellte,
an sich bekannte mechanische ntmistung, z.B. mit einem Schieber 9 oder auch eine
Schwemmentmistang in eine Abflußleitung 10 befördert und fließ von dort in einen
Zwischenbeheilter 11. Aus diesem Zwischenbehälter wird über die Rohrleitung 12 und
die Pumpe 13 die frische Gülle in einen Mischbehälter 14 befördert, in welchem die
Gülle unter Einsatz eines Rührwerks 15 mit Elektromotorantrieb 16 zu einer homogenen
Masse verarbeitet wird.
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Aus dem Mischbehälter 14 kann die Gülle über die Leitung 17 abfließen
und bei Bedarf jedem der Behälter 3 zugeführt werden. Jedem der Behälter ist ein
Einlaßventil 18 zugeordnet durch welches die Gülle aus dem Mischbehälter in den
zugehörigen Behälter 3 strömt.
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Die aus den Behältern 3 nach vollständiger Ausfaulung abzulassende
verbrauchte Gülle wird über eine Rohrleitung 19 in das unter der Zwischendecke 8
der Güllegrube befindliche peicherabteil 20 abgelassen. Dort bleibt die ausgefaulte
Gülle bis zur weiteren Verwendung, beispielsweise als Düngemittel. Durch Zugabe
von ungelöschtem Kalk kann daraus
ein hochwertiger Dünger mit trockener,
krümeliger Substanz gebildet werden.
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in Fig. 3 ist in schematischer perspektivischer Darstellung angegeben,
wie die Behälter 5 aus Vierkantrohren 4 und 5 mit je einem oammeltank 21 verbunden
sind. Mehrere oammeltanks können in dargestellter Weise ebenso wie die Behälter
3 aneinandergereiht werden, so daß jeder Behälter seinen eigenen bammeltank hat.
Selbstverständlich ist es auch möglich, allen Behältern einen gemeinsamen Sammeltank
zuzuordnen.
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Jeder Sammeltank weist einen Entlüftungsstutzen 22 und Ablaßstutzen
23 für in dem bammeltank freigesetztes Bio-Gas auf. Alle Ablaßstutzen sind mit einem
zugeordneten Ventil ausgerüstet, so daß jeder Sammeltank bei Bedarf entlüftet bzw.
das darin gespeicherte Bio-Gas abgelassen werden kann.
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In Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht durch einen mit Sammeltank
21 ausgerüsteten Behälter 3 aus Vierkantrohren 4 und 5 dargestellt. Xntlüftungs-
und lLblaISstutzen sind wiederum mit 22 und 23 bezeichnet und die zugeordneten Ventile
durch 3innbilder angedeu tet.
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Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß das untere Vierkantrohr
5 des Behälters 3 an einer Seite mit einem Blind -flansch 24 gegenfiber dem Sammeltank
21 verschlossen i t. Das obere Vierkantrohr 4 ist beidseitig offen. An der dem Sammeltank
gegenüberliegenden Endseite des Behälters besteht eine strö -mungsmäßige Verbindung,
so daß Gülle aus dem unteren Vierkantrohr 5 in Pfeilrichtung in das obere Vierkantrohr
4 des Behälters 3 strömen kann. Mit 25 ist eine Umwälzpumpe bezeichnet,
die
bei geöffnetem Ventil 26 Gulle iiber den Stutzen 27 aus dem Sammeltank 21 absaugt
und über den Druckstutzen 28 in das un -tore Vierkantrohr 5 des Behälters 3 druck.
Gleichzeitig wird die im unteren Vierkantrohr 5 befindliche Gülle in das obere Vierkantrohr
gedrückt. Der AUsfaulun ;sprozeß findet im oberen Vierkantrohr 4 statt, dessen Oberfläche
29 den Boden eines Stalls bzw. die Liegefläche einer Stallbox bildet. Die Körperwärme
der aufgestallten Tiere wird somit für den im Behälter 3 stattfindenden Ausfaulungsprozeß
zur Gewinnung von Bio-Gas verwendet.