DE4440750C1 - Vorrichtung zur Gewinnung von Rohstoffen und Energie aus Biomasse und Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung - Google Patents
Vorrichtung zur Gewinnung von Rohstoffen und Energie aus Biomasse und Verfahren unter Verwendung der VorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Rohstoffen und
Energie aus Biomasse, die eine Anlage zur anaeroben Umsetzung von Biomasse, eine
Anlage zur aeroben Umsetzung von Biomasse, eine Vergasungsanlage und ein Kraftwerk,
vorzugsweise ein Blockheizkraftwerk aufweist. Ferner betrifft sie ein Verfahren unter Ver
wendung der Vorrichtung, bei dem sich die einzelnen Vorrichtungsteile ergänzen.
Die Nutzung von Biomasse als Rohstoff- und Energiequelle gewinnt zunehmend an Bedeu
tung, da fossile Rohstoffe, insbesondere Erdöl, knapper werden und eine weltweite Klima
veränderung durch den CO₂-Ausstoß, der die Energiegewinnung aus mineralischen Roh
stoffen begleitet, nicht auszuschließen ist.
Biomasse ist als nachwachsender Rohstoff nicht nur erneuerbar, sondern bietet auch eine
sog. CO₂-neutrale Nutzung, da Pflanzenwachstum durch Assimilation an den Verbrauch
von CO₂ gebunden ist.
Die pro Jahr zur Verfügung stehenden Mengen an Biomasse, beispielsweise in der Bundes
republik Deutschland, sind erheblich. Dies wird an einigen Zahlen deutlich:
Haushaltsabfälle | |
9 Mio. t | |
Klärschlamm, trocken | 4,8 Mio. t |
Gülle, Mist | 208 Mio. t |
stillgelegte Flächen | 50 Mio. t |
Waldnutzung | 6 Mio. t |
Altpapier | 7 Mio. t |
Zuckerindustrie | 7 Mio. t |
Von den Biomassen aus Hausmüll und Industrieabfällen werden ca. 70-80% deponiert
und 17-27% verbrannt. Die Umwandlung in Kompost durch aerobe Kompostierung liegt
bei ca. 3%.
Hierbei wird die organische Masse von Abfallstoffen oder landwirtschaftlichen Abfällen in
humusartige Substanz umgewandelt. Die Kompostierung ist nur eine Teilnutzung von Ab
fall. Sie muß daher im Verbund mit anderen Entsorgungsmethoden eingesetzt werden, in
der Regel mit geordneten Deponien oder Verbrennungsanlagen.
Eine Verunsicherung der Kompostanwender ergibt sich daraus, daß Schadstoffe im Kom
post nicht auszuschließen sind, wie z. B. Schwermetalle und Krankheitserreger. Auch Klär
schlämme können der aeroben Kompostierung unterworfen werden. Wesentlich bei der
Kompostierung ist die ausreichende Versorgung des Abfalls mit Sauerstoff bzw. Luft.
Schwer abbaubar durch Kompostierung sind Kohlehydrate. Sie benötigen zur Verrottung
Wochen bis Monate.
Eine Ergänzung der aeroben Kompostierung ist die anaerobe Gärung, bei der in Abwesen
heit von Sauerstoff eine Vergärung stattfindet. Die Ergänzung ergibt sich aus der Möglich
keit, Überschußwasser und Feststoffrückstände aus der anaeroben Gärung zumindest teil
weise in die aerobe Kompostierung einzusetzen. Solche Verbundsysteme im Unterschied
zur singulären Anwendung eines einzelnen Entsorgungsverfahrens, bei der Reststoffe übrig
bleiben, finden zunehmend Anwendung. Ein Verbund mit Deponien verliert jedoch an Be
deutung aufgrund der Verknappung von Deponieraum.
Die Fachwelt hat sich bereits mit Verbundsystemen befaßt, in denen versucht wird, durch
Anwendung mehrerer Entsorgungsverfahren Verbesserungen bei der Aufarbeitung von Bio
masse zu erzielen.
So beschreibt die DE 41 20 808 A1 ein Verfahren, bei dem aus Rohmüll nicht biogen-orga
nische Stoffe abgetrennt werden, die wäßrige Biomassesuspension thermisch-chemisch
behandelt wird und anschließend die Feststoffe, wie Fette, Proteine und dergleichen abge
trennt werden und hydrolytisch umgesetzt werden, während die wäßrige Phase anaerob
umgesetzt wird.
In der DE 36 07 920 A1 wird ein Verfahren offenbart, in dem organische Abfälle in zwei
Stufen anaerob und aerob umgesetzt werden.
Eine wichtige Aufgabenstellung auf dem Gebiet der Biomasseverwertung ist es daher, ver
besserte Verbundsysteme mit Synergiewirkung zu entwickeln, um Reststoffmengen zu ver
ringern und Rohstoff- und Energieerzeugung zu verbessern.
Der Anmelderin ist es nunmehr gelungen, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Rohstoffen
und Energie aus Biomasse zu entwickeln, deren Teile sich synergistisch ergänzen, sowie
ein Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß diese fol
gende Teile aufweist:
- a) eine Anlage zur anaeroben Gärung von Biomasse
- b) eine Anlage zur aeroben Kompostierung von Biomasse
- c) eine Vergasungsanlage
- d) ein Kraftwerk, insbesondere ein Blockheizkraftwerk,
wobei eine Leitung für Überschußwasser von der anaeroben Gärung zur Vergasungsan
lage und/oder zur aeroben Kompostierung, eine Leitung für Störstoffe, nicht umgesetzte
Feststoffe und Minderqualitäten von der anaeroben Gärung zur Vergasung und/oder von
der aeroben Kompostierung zur Vergasung, eine Leitung für Synthesegas von der Verga
sungsanlage zum Kraftwerk, eine Leitung für Biogas von der anaeroben Gärung zum
Kraftwerk, eine Leitung für Luft von der aeroben Kompostierung zum Kraftwerk, eine
Leitung zum Wärmetransport vom Kraftwerk zur anaeroben Gärung, eine Leitung zur
Stromversorgung vom Kraftwerk zur aeroben Kompostierung und Leitungen für Wärme
und/oder Strom aus der Vorrichtung nach außen bestehen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt Biomasse schlechthin, also auch solche, die speziell zu
der offenbarten Verwertung angebaut wird, wie z. B. Holz, schnell wachsende Pflanzen und
dergleichen, aber auch Abfälle, beispielsweise aus dem Baugewerbe, aus Brennereien, aus
Ölmühlen, aus der Hefeindustrie, aus der Stärkeindustrie, aus der Obst- und Gemüseverar
beitung, aus dem Schlachtgewerbe, aus Kaffeeröstereien. Ferner können Althölzer, insbe
sondere auch imprägnierte Althölzer, verarbeitet werden.
Bei singulären Anlagentechniken treten meist problematische Stoffströme auf ohne oder
nur mit geringer Nutzungsqualität, so kann man bei der Vergasung unerwünschte Rück
stände erhalten. Bei nur geringer Anlagengröße ist auch der Einsatz des Synthesegases für
Nutzungszwecke problematisch.
Bei der anaeroben Gärung erhält man verschmutztes Überschußwasser und nicht umge
setzte Feststoffe. Bei der aeroben Kompostierung erhält man ebenfalls Störstoffe und Min
derqualitäten. Häufiger sind die anfallenden Mengen an Kompost nicht verkäuflich, ohne
daß auf andere Entsorgungstechnologien ausgewichen werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Anlage zur aeroben Kompostierung auf. Die
Technologie der aeroben Kompostierung ist dem Fachmann bekannt. Die einzelnen Kom
postierverfahren, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sollen daher nicht näher
beschrieben werden. Von Vorteil sind solche Verfahren, bei denen Störstoffe, wie
Schwermetalle und Krankheitserreger vollständig bzw. nahezu vollständig entfernt werden
können.
Analoges gilt für die anaerobe Gärung, die biochemisch eine Vergärung darstellt. Beide
Kompostierungen ergänzen sich, da eiweißhaltige Biomasse durch Vergärung gut aufgear
beitet werden kann, zellulosehaltige Abfälle jedoch bevorzugt in der aeroben Kompostie
rung aufgearbeitet werden können.
Der erfindungsgemäße Verbund erlaubt es nun, in der anaeroben Gärung nicht aufgear
beitete Feststoffe der aeroben Kompostierung zuzuführen, ebenso das Überschußwasser.
Störstoffe aus den Kompostierungen können auch in die Vergasung eingesetzt werden,
ebenso Überschußwasser aus der anaeroben Gärung.
Das Kraftwerk als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung übernimmt Biogas aus der
anaeroben Gärung und Synthesegas aus der Vergasung. Zumindesten ein Teil des Luftbe
darfs des Kraftwerks kann aus der aeroben Gärung abgeführt werden, da diese nur bei
sehr großer Durchlüftung zufriedenstellend abläuft. Die Luft, die im geraden Durchgang
durch die aerobe Kompostierung aus dieser mit Verschmutzungen austritt, kann unter Zer
störung der Verschmutzungen im Kraftwerk verbrannt werden. Der Strombedarf der aero
ben Kompostierung, z. B. für die Belüftungsanlagen, wird vom Kraftwerk geliefert. Ebenso
kann der Wärmebedarf der anaeroben Gärung durch das Kraftwerk gedeckt werden.
Die Vergasungsanlage ist eine Anlage des Standes der Technik. Diese sind dem Fach
mann bekannt, wie z. B. Wirbelschichtvergaser, für die hier vorliegenden Einsatzprodukte
angepaßte Shell- und Texaco-Vergaser, die Thermoselect-Vergasung und auch Entwick
lungen, die vergleichbar kleine Mengen an Einsatzprodukten vergasen können. Das Syn
thesegas kann ohne Reinigung oder Konvertierung dem Kraftwerk zugeleitet werden. Aus
Korrosionsgründen in nachgeschalteten Anlagen kann jedoch eine Reinigung, zumindest
die Entfernung von Schwefel wünschenswert bzw. erforderlich sein. Bei der Verbrennung
wird bekanntlich durch Umsetzung kohlenstoffhaltiger Materialien mit Wasser ein Gemisch
von H₂-CO erzeugt, das auch H₂S, NH₃ enthalten kann.
Vorteilhaft sind Vergaser, bei denen die anorganischen Bestandteile in eine nicht eluierbare
Schlacke umgewandelt werden, wie z. B. im Thermoselect-Vergaser und anderen Verga
sern. Anfallende Aschen können jedoch auch in einen zusätzlichen Schritt verschlackt wer
den. Die Schlacke kann dann z. B. im Straßenbau eingesetzt werden.
Die Produkte sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen
Verfahren organisch-mineralische Naturdünger, in denen Kompost und gemahlene Schlacke
enthalten ist, Bodenhilfsstoffe, Kompostkultursubstrate, Mulchstoffe, Containerkultur
substrate, Spezialsubstrate, Strom, Wärme und nur ggf. ein Anteil Reststoffe aus der Ver
gasung. Natürlich können in die Vergasung und in das Kraftwerk auch direkt Biomasse ein
gesetzt werden oder ggf. auch andere vergasbare Stoffe, die dem Fachmann bekannt sind.
Gleiches gilt für das Kraftwerk.
Das erfindungsgemäße System ist in sich geschlossen, erzeugt aus Biomasse bzw. Abfall
biomasse wertvolle Rohstoffe und ist frei von unerwünschten, schwer entsorgbaren Neben
produkten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden durch die
Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 stellt singuläre Entsorgungslinien dar,
Fig. 2 stellt beispielhaft das erfindungsgemäße Verbundsystem dar. Es ist selbstverständ
lich auch eine nur teilweise Nutzung des Verbundes oder eine abgeänderte Nutzung des
Verbundes erfindungsgemäß möglich.
In Fig. 1 ist (1) eine Vergasung. Als unerwünschtes Nebenprodukt fallen Vergasungs
rückstände (2) an. (3) stellt eine anaerobe Gärung dar. Unerwünschte Nebenprodukte sind
Feststoffe (4) und Überschußwasser (5). (6) stellt eine aerobe Kompostierung dar. Uner
wünschte Nebenprodukte sind Störstoffe (7), nicht umgesetzt Feststoffe und Minderqualitä
ten (8).
In Fig. 2 sind (1) die Vergasung, (3) die anaerobe Gärung, (6) die aerobe Kompostierung,
(9) das Kraftwerk, (20) Rohstoffe und Energie zum Verkauf und (19) Reststoffe. Über (21)
gelangt Biomasse in (3) und (6). Störstoffe (7); nicht umgesetzte Feststoffe und Minder
qualitäten (8) gelangen von (3) und (6) nach (1). Feststoffe (4) und Überschußwasser (5)
gelangen von (3) nach (6) bzw. (1). Vergasungsrückstände (2) gelangen nach (20) als
Schlacke über (18) oder als unbrauchbarer Reststoff nach (19) (z. B. eine Deponie). Fertiger
Kompost gelangt über (17) nach (20). Biogas gelangt über (11) ins Kraftwerk (9). Das
Kraftwerk liefert Wärme über (12) nach (3) oder über (16) nach (20). Es liefert ferner Strom
über (13) nach (6) und über (15) nach (20). Über (14) wird Luft aus (6) ins Kraftwerk (9) ge
saugt. Über (10) liefert die Vergasung Synthesegas nach (9).
Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß Wärme- und Strombedarf der gesamten Vor
richtung durch das Kraftwerk gedeckt werden können und daß in die Vergasung auch Ein
satzmaterialien von außen eingesetzt werden können.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Gewinnung von Rohstoffen und Energie aus Biomasse, dadurch ge
kennzeichnet, daß diese folgende Teile aufweist:
- a) eine Anlage zur anaeroben Gärung von Biomasse
- b) eine Anlage zur aeroben Kompostierung von Biomasse
- c) eine Vergasungsanlage
- d) ein Kraftwerk, insbesondere ein Blockheizkraftwerk,
wobei eine Leitung für Überschußwasser von der anaeroben Gärung zur Vergasungs
anlage und/oder zur aeroben Kompostierung, eine Leitung für Störstoffe, nicht umge
setzte Feststoffe und Minderqualitäten von der anaeroben Gärung zur Vergasung
und/oder von der aeroben Kompostierung zur Vergasung, eine Leitung für Synthese
gas von der Vergasungsanlage zum Kraftwerk, eine Leitung für Biogas von der
anaeroben Gärung zum Kraftwerk, eine Leitung für Luft von der aeroben Kompostie
rung zum Kraftwerk, eine Leitung zum Wärmetransport vom Kraftwerk zur anaeroben
Gärung, eine Leitung zur Stromversorgung vom Kraftwerk zur aeroben Kompostierung
und Leitungen für Wärme und/oder Strom aus der Vorrichtung nach außen bestehen.
2. Verfahren zur Gewinnung von Rohstoffen und Energie aus Biomasse unter Verwen
dung der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Biomasse in der
anaeroben Gärung und/oder in der aeroben Kompostierung umgesetzt wird, daß Über
schußwasser aus der anaeroben Gärung in die Vergasung und/oder in die aerobe
Kompostierung eingesetzt wird, daß nicht umgesetzte Feststoffe aus der anaeroben
Gärung in der aeroben Kompostierung eingesetzt werden, daß Störstoffe, Feststoffe
und Minderqualitäten aus der aeroben Kompostierung und/oder der anaeroben Gärung
in ein Kraftwerk, bevorzugt ein Block-Heizkraftwerk eingesetzt werden, daß Syn
thesegas aus der Vergasung in dem Kraftwerk eingesetzt wird, daß aus dem Kraftwerk
der Wärmebedarf der anaeroben Gärung und der Strombedarf der aeroben Kompostie
rung gedeckt wird, daß Luft für das Kraftwerk aus der aeroben Kompostierung ange
saugt wird und daß Strom, Wärme, Kompost und Vergasungsrückstände als vermarkt
bare Produkte nach außen abgegeben werden.
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DE4440750A DE4440750C1 (de) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Vorrichtung zur Gewinnung von Rohstoffen und Energie aus Biomasse und Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung |
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