DE3305624A1

DE3305624A1 - Vorrichtung zur erzeugung von biogas aus guelle

Info

Publication number: DE3305624A1
Application number: DE3305624A
Authority: DE
Inventors: Martin Alfred Prof. Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Frank; Bernd Prof. Dr.rer.nat. 2852 Bederkesa Stephan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-08-23

Description

Vorrichtung zur erzeugung

von Biogas aus Gülle

Im Zeichen sich verknappender Rohstoffe erhalten erneuerbare Energie- und Rohstoffquellen eine zunehmende Bedeutung. Verfahren, die derartige Quellen nutzen können, stellen wichtige Beiträge zum Umweltschutz d,ar. Sie besitzen für Entwicklungsländer eine besondere Bedeutung, da mit ihnen Devisen für Rohstoff- und Energieimporte eingespart werden und diese Prozesse die Regionalentwicklung positiv beeinflussen.

Unter diesen Verfahren kommt der Erzeugung und Nutzung von Eisgäs besondere Bedeutung zu und es stellen sich dabei folgende Vorteile ein:

Energiegewinnung aus lokal verfügbaren organischen Abfällen und Versorgung insbesondere von ländlichen Haushalten;

Erzeugung eines hochwertigen organischen Düngers;

Verbesserung der sanitären Verhältnisse, da Biogasanlagen dezentrale Abfallbehandlungssysteme darstellen;

Schonung des· Wald- und Buschbestandes durch die Nutzung der Wärmeenergie des Biogases;

Förderung handwerklich-technischer Fähigkeiter, durch Bau und Betrieb der Biogasanlagen.

Die zentrale Einheit zur Erzeugung von Biogas stellt der Faulbehälter ("Digester") dar, in dem unter anaeroben Bedingungen organische? Material - vorzugsweise organische Abfälle wie menschliche oder tierische Exkremente, pflanzliche Rest stoffe a:-gebauö werden. Dabei entsteht Biogas, eine Mischung aus ca. 60 % CH,, und 40 % CO₀.

4 C.

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Di-3 Erfindung betrifft eine Vorrichtung ::ur erzeugung von Biogas aus Gülle, .insbesondere eine solche, die einen flexiblen, zylindrischen und gasdichten Behälter umfaßt.

Zum optimalen Prozeßablauf der Ausfaulung in diesem ist eine Gärtemperatur von 32 - 35 ⁰C einzustellen und für die Dauer des Gärprosesses aufrecht zu erhalten, wobei schnelle Temperaturschwankungen des Sustrates zu vermeiden sind.

In gemäßigten Klimata muß folglich Wärmeenergie zum Teil aus dem gewonnenen Gas zur Aufrechterhaltung der Temperatur in den Gärbehälter zurückgeführt v/erden, was die effektive Ausbeute des Verfahrens schmälert, wenn nicht Abwärmen "aus anderen Quellen verfügbar sind.

In tropischen und subtropischen Gebieten ist: das Heisproblem von untergeordneter Bedeutung und kann bisweilen sogar unbeachtet bleiben. Geht in der kurzen Jahreszeit gesenkter Umgebungstemperaturen in unbeheizten Anlagen die Gasproduktion zuri-ckj dann ist dieser Verlust ökonomisch vertretbar gegenüber kostenaufwendiger Heizanlagen.

1;. diesen geographischen Gebieten wird- hauptsächlich Land- und ; Viehwirtschaft betrieben,und es sind dort mannigfaltige Biogas-; anlagen unterschiedlichster Gestaltung der Faulbehälter bekannt.· Diese arbeiten mehr oder weniger zufriedenstellend. Die ausgefaulte Masse ist ein hochwertiger Dünger und ist zur Steigerung: der landwirtschaftlichen Erträge dort dringend notwendig.

Eine gewisse Verbreitung hat ein liegend angeordneter flexibler Zylinder aus einem PVC ähnlichen 'Kunststoff als Faulbehälter erfahren. Dieser flexible B-ehälter, allgemein "Bag" genannt, liegt in einer flachen Betonschale auf dem Erdboden und ist d'2r Witterung ausgesetzt. Allenfalls ist dieser Bag mit einer Kunststoffplane abgedeckt. Diese Ausführung ist einfach und in Ländern eines niedrigeren Standes praktizierter Technik diesem £-=recht und im Eigenbau günstig.

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AIc großer "lachteil hat sich die Empfindlichkeit dieses 3ag gegenüber mechanischen Beanspruchungen von au.:-in erwiesen, die von liagetieren, "Vögeln bis hin zu Termiten herrühren können. Weiterhin kann bei diesen einfachsten Anordnungen nur unzureichend Einfluß auf die erforderliche Führung der Temperatur genommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine, solche "vorrichtung zu'schaffen, die den Gärbehälter aus Kunststoff vor mechanischen Beanspruchungen von außen schützt und eine Beeinflussung der Temperatur im Innenraum des Behälters ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch in Verbindung mit Anspruch 2 gelöst.

Die folgend beschriebene Erfindung bezieht sich auf die Anwendung des Gärbehälters aus flexiblen Plastik-Weri-cstoffen in einem Transportcontainer international vereinbarter Abmessungen, wobei neben dem so gegebenen mechanischen Schutz des Bags eine Temperaturführung durch Ausnutzung z.B. der Sonnenergie vorgeschlagen wird.

Für diesen Zweck kommen Container in Betracht, wie diese in der Schiffahrt eingesetzt sind und auch auf der Straße und Schiene befördert werden. Mit diesen Einheiten ist dem Kernstück einer Biogasanlage, dem leeren Digester, eine gewisse Mobilität gegeben, und es können größere Anlagen aus mehreren gleichen Einheiten zusammengestellt werden, d.h. eine die Kosten senkende Standardisierung ist hiermit gegeben.· Gemäß der Aufgabe, durch einen biologischen Prozeß aus dem latenten Energiepotential in der Biomasse brennbares Gas zu. erzeugen, kann hier von einer Energieumsetzungseinheit gesprochen werden.

Ebenso ist die noch zu beschreibende Vorrichtung an geeigneter Stelle zwischen Farmen, die gemeinsam den für die Größe der gesamten Biogasanlage erforderlichen Viehbestand aufweisen, zu errichten und kann so auch als Gemeinschaftsanlage dienen. Ferner ist hier auch an eine dezentrale Abfallbehandlung bei Siedlungen zu denken.

_. t— _w-.

Für den hier vorgeschlagenen Zweck genügt ein Transportcontainer ,der nicht mehr im Frachtverkehr eingesetzt wird und im sogenannten Second-Hand-Kandel preisgünstig zu erwerben is~ .

Die hier in Betracht kommenden Container haben mit den InnenmaSen Länge χ Breite χ Höhe von 6 058 χ 2 438 χ 2 591 mm einen Inhalt von 32 r?? und können eine Masse von maximal 24 400 kg laden. Der größte Container dieser Bauform hat die Abmessungen 12 000 χ 2 333x 2 591 mm und einen Inhalt von ■ 66 m . Die maximale Beladung liegt bei 35 000 kg.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Dabei zeigen

Fig. 1 die Ansicht der gesamten Vorrichtung mit Aufbrüchen zur Darstellung von Einzelheiten;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie A-B

durch diese Vorrichtung
und

Fig. 3 die Einzelheit; der Warmwasser auf gäbe, dargestellt durch den Schnitt C-D in Fig. 1 .

In den zur Aufnahme des Plastik-Bag (1) vorbereiteten und noch näher zu beschreibenden Container (2) tritt das zu vergärende Gutj z.B. Gülle von Schweinen und/oder Rindern sowie geeignet zerkleinerte pflanzliche Reststoffe an der Seite "V" in den Faulraum (3), durchläuft diesen nach dem plug-flow-Verfahren in einer Verweilzeit von ca. 15 Tagen und verläßt diesen ausgefault an der Seite "W".

Die Gülle (3 a) füllt den Faulraum zu etwa 6ö bis 75 /5 j und üi::er dieser ist der Sammelraum (3 b) für das Biogas, das an der obersten Stelle durch die Leitung (·4) zum Verbraucher direkt oder in einen Zwischenspeicher abgeleitet wird.

I:: einfachster Weise kann der Bag (1) an d"-n glatten Innenwänden und dem Boden des Containers anlieger.. 'Alt einem dunklen Außenanstrich versehen, absorbiert die Containeroberfläche

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die Strahlung der Sonne und gibt; die Wärme an den Innenraum ab durch Wärmeleitung in den anliegenden Flächen des Bags und durch Konvektion im Luftraum um diesen.

Zum Schutz der Plastikhaut gegen örtliche überhitzung an den Berührungsstellen der durch die Sonne erhitzten Wandteile und zur Führung der Temperatur im Innenraum wird erfindungsgemäß vorgeschlagen wie insbesondere in Fig.. 2 dargestellt:

Der Bag (1) ruht auf einem Tragegerüst· bestehend aus Längsholmen (4 a) über annähernd Contäinerlänge'und in Abständen Querholme (4 b) mit Formstücken (4 c) so, daß am Boden zwischen den Längsholmen Kanäle längs des Containers, begrenzt durch die Holme (4 a), Containerboden und Bag gebildet werden. Als Werkstoff sei hier Hartholz, z.B. Eichen- oder Teakholz, vorgesehen. Zur seitlichen Abstützung des Bag sind längs der Wand wärmedämmende Platten (5) ebenfalls aus Hartholz angeordnet, die die Funktion von Scheuerleisten übernehmen. Der Innenraum des Containers ist an. beiden Türseiten hinter den Türen durch die Wände (6) abgeschottet, scdaß eine wasserdichte Wanne entsteht. Bis zur Linie "z" ist diese Wanne mit Viasser gefüllt, das zur Beheizung des Bag erwärmt wird und so einen Wärmespeicher darstellt. Zur Begrenzung der Wassermenge und zur Verhinderung einer überfüllung ist in eine Schottwand der Überlauf (7) eingesetzt. Der Innenraum des Containers ist im Bereich der Wasserfüllung mit einem geeigneten Schutzanstrich gegen Korrosion versehen.

Zur Begrenzung der Wärmeverluste dieses Containerraumes ist außen an den Längswänden bis über die Wasserlinie "z" eine · Wärmedämmschicht (8) angebracht. Zur Wärmedämmung des Bodens ist eine die Hohlräume zwischen den Streifenfundamenten (9) am Rande schließende Erdaufschüttung (10) ausreichend, derart, daß keine Luftströmung unter dem Boden entsteht.

Zur Beheizung des Wassers wird ein Sonnenkollektor in einfachster Bauform an der der Sonne zugewandten Wand des Containers vorgeschlagen. Er besteht aus einer den Wärmeübertrager bildenden Rohrschlange (11), die auf der schwarzen

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V.'and aufliegt und mit dieser verbunden ist. Zur Herstellung eines Zwangsumlaufes des Wassers ist eine Umwälzpumpe (12) (einzige Fremdenergiezufuhr) vorgesehen., die aas Wasser von der Digesteraustrittsseite "W" durch das Rohr (11 a) abzieht, durch den Wärmeübertrager (11) fördert und erwärmt auf der Eintrittsseite "V" zur Aufheizung der frischen Gülle durch das Rohr (11 b) wieder zurück in den Wasserraum bringt. Die Schaltung der Pumpe kann abhängig von der Ausgangstemperatur des Wassers im Kollektor mit Vergleich der Temperatur des Wassers, irr. Container erfolgen. Hierfür gibt es bewährte Apparaturen ..mit Schaltungen j die nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Statt Sonnenenergie zur Erwärmung des Wassers kann auch die Abwärme eines mit Biogas aus der-Anlage betriebenen Verbrennungsmotors eingesetzt werden wie dies im Prinzip z.3. bei Blockhe.izkraf werken durchgeführt wird. Diese Möglichkeit irt ohne weiteren Aufwand gegeben, wenn das Biogas mittels Verbrennungsmotor-Generator-Kombination verströmt wird und die entstehende Abwärme der Biogasproduktion zugeführt wird. •Oder aber es wird eine Therme eingesetzt, in der Biogas zur Wcrir.wasserbereitung verbrannt wird, z.B. so gesteuert, daß bei Überschreitung der günstigsten Gärtemperatur das Heizgerät (lurehlauferhitzer) eingeschaltet wird.

In Fig. 3 ist das Ende des 'Rohres (11 b) des Sonnenkollektors (11) mit seinen Bohrungen (11 c) zum Wasseraustritt vor den Kanälen zwischen den Längsholmen ('4 a) dargestellt.

Neben dem dargestellten Sonnenkollektor an der senkrechten i'.'and des Containers können einer oder mehrere davon auf der Dachseite angeordnet sein, geneigt gemäß der geographischen Breite des Aufstellungsortes wie es in Fig. 2 in gestrichelten Linien dargestellt ist.

Dor Verfahrensablauf ist in Fig. 1 ersichtlich:

Z '.ε- Gülle, eine Tage^menge beispielsweise, /;ird in den Behälter (13) gefördert, ο ei es durch H.'indbetrJ. -'; oder Pumpe und 'Jiuf-, durch, das Rohr (l'O, das durch einen ■ ^:.cht darge3tellt'.-n

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Schieber absperrbar ist, in o.en Digester, verdränge die Menge j die longitutional durch den Paulraum strebt. Die ausgefaulte gleiche Menge verläßt das Behältnis durch den Auslaß (15) und überströmt dessen Wehr (16). Die Wehrhöhe bestimmt das Niveau "y" der Gülle im Digester. Der hydrostatische Druck, bemessen durch die Höhendifferenz zwischen der Oberkante des Auslaufrohres. (15) und des Wehres (16) bestimmt den Gasdruck im Gassammelbehälter. Dieser Sammelbehälter ist nicht dargestellt und sollte einfacherweise ein gleicher Plastik-Behälter sein wie der Digester in einem ebensolchen Container, dessen Oberfläche aber von heller Wärmestrahlung reflektierender Farbe sein sollte.

Die Container sind stapelbar, so, daß mit dem Gasspeicher-Container auf den Digester-Container gestellt, der kleinstmögliche Flächenbedarf für die Aufstellung der Anlage vorliegt.

Mit dieser Anordnung der Wehrhöhe und somit Niveauhöhe im Digester ist eine einfache Selbstregelung der Güilamenge im Faulprozeß gegeben. Weitere hier nicnt näher beschriebene Modifikationen des Verfahrens bringen durchaus Verbesserungen der Gasausbeute, jedoch zusätzliche mechanische Einrichtungen wie z.B. Rührmechanismen verkomplizieren den Digester und beeinflussen sehr stark die Investitionskosten, die für den Einsatz der beschriebenen Anlage in Entwicklungsländern von ausschlaggebender Bedeutung sind und begrenzen die Möglichkeit des Selbstbaues, der Eigenaufsteilung und Wartung durch den Betreiber.

Die Einsatzbereiche der erfindungsgemäß beschriebenen Anlagen mit Containern von 6 O58 und 12 000 nun Länge gestalten sich wie folgt:

Container mit 6 058" mm Länge:

Füllmenge an Gülle ca 15 m³ entsprechend 70 % Füllung des Bags. Bei einer Verweilzeit des biologischen Materials im Bag von 15 Tagen sind das täglich 1 000 kg Frischgülle. Bei Schweinen von 75 kg Masse fällt diese Menge an bei einem

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Mittelwert von 3 kg Gülle je Schwein und Tag von etwa 300 Tieren, also einer kleinen Schweinefarm. Die Gasausbeute von etwa. O₃2 Nm Biogas je Tier und Tag beträgt damit 60 m^. Diese 300 Schweine mit 75 kg Masse je Tier entsprechen etwa k5 Kühen, also 45 GVE (Großvieheinheit mit 500 kg Masse).

Der Container von 12 m Länge ist geeignet für eine Farm mit 50C Schweinen, also für eine Güllemenge von I₃5 m^/Tag. Die Füllung des Digesters für ebenfalls 15 Tage Verweilzeit der biologischen Masse ist 22 500 kg- Gülle und die Gasausbeute ist etwa 100 Normkubikmeter Biogas je Tag.

Geht nan von einem täglichen Gasbedarf von 0,2 Normkubikmeter je Person für Kochzwecke aus, dann ist die benannte Gasmenge ausreichend für die Versorgung von' 500 Personen.

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Claims

Ansprüche:

Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas aus Gülle, die einen flexiblen, zylindrischen und gasdichten Behälter zur Aufnahme der biologischen Masse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible zylindrische Behälter (1) einem üblichen Transportcontainer (2) angepaßt und in diesem gelagert ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Containerinnenraumes in dem Freiraum zwischen der Wand des Behälters (1) und den Containerseitenwänden u.nd dem Boden bis zur Wasserlinie ("z") ein Wasserbad errichtet ist zur' 'Beheizung der biologischen Masse im Gärbehälter;"⁵ ■·'> -^: ,.:! . =Uc!

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen "auf der Außenwand des Containers angeordneten Sonnenkollektors, Wärmeübertrager, zur Aufheizung des Wasserbades.

4. .. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet

durch eine Wärmedämmschicht auf der Außenwand des" Containers. . .

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