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Verfahren zur Erzeugung von brennbarem,Gas auf biologischem Wege Aus
allen. zellulosehaltigen Abfallstoffen, unter anderem auch aus Graßtiermist, läßt
sich Methan (CH4) gewinnen. Methan entsteht durch die Lebenstätigkeit der Methanb.akterien.
Diese gedeihen nur unter Luftabschluß (anaerob) und unter Lichtabschluß. Die beste
Gasausbeute wird erzielt, wenn das zu vergasende Material auf einer konstanten Temperatur
von + 30° C gehalten wird. Bei der gewöhnlichen Ausgaswng von zellulosehaltigem
Material entstehen neben Methan in geringeren Mengen noch Kohlensäure und Wasserstoff.
Das von den Bakterien @erzeugte Gas kann entweder urigereinigt oder gereinigt verwendet
werden.
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Der Dungwert des ausgegasten Mistes ist gegenüber dem frischen nicht
vermindert. Im Gegenteil wird durch die Ausgasung ein der Kompostierung ähnlicher
Zustand des Materials erreicht, so daß die Aufscblußfähigkeit des Mistes für .die
Bodenbakterien verbessert und damit sogar der Dungwert erhöht wird.
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Es ist bereits bekannt, Dümb r und andere Abfahstoffe unter Belüftung
und unter Impfung mit Abwasserschlamm in Gruben Bohne Methangewinnung zu vergären.
Zwecks Gewinnung von Methan war man bisher nur in der Lage, zell11ulosehaltiges
Material unter Wasser zu vergasen. Das Material mußte vorher zerkleinert und die
lästige Bildung der Schwimmdecke durch ein Rührwerk verhindert werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, da:ß@ frischer
Mist mit etwa dem natürlichen Feuchtigkeitsgehalt bei konstanter Temperatur von
+30'C brennbares Gas mit einem
Methangehalt von 6o bis 70 % liefert.
Ferner ist für die Erfindung die Erkenntns wichtig, daß. die Vergasungszeit verkürzt
und die Gasausbeute wesentlich gesteigert werden kann, wenn dem zu vergasenden Material
bestimmte Reizstoffe zugesetzt werden.
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Die Ausgasungszeit beträgt dann nur noch 3o Tage, zu denen noch 6
Tage Aufenth;altsaeit in dem thermophilen Vorwärmeraum kommen.
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Gegenüber den bisher bekanntgewordenen Verfahren bietet dae Erfindung
folgende Vorteile: i. keine Zerklenierung des Materials, 2. keine Schwimmdeckenbildung
und damit kein Rührwerk, 3. geringere Heizaufwendung, da das Volumen d:er zu erwärmenden
Masse durch den Wegfall der Vergasung unter Wasser wesentlich geringer ist, ¢. zusätzlicher
Wärmegeivsnn durch Ausnutzung der H@eizkiaft ,der thermophilen Bakterien, 5. Sbei:gerung
der Gasausbeute und Verkürzung der Gasnusbieube und Vergasungszeit durch Zugabe
vom. Reizstoffen, 6. einfaches Entfernen der ausgegasten Stoffe am Boden
der Behälter, kein Abfischen, wie bei der Ausgasunig unter Wasser.
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Die mikrobiologischen Prozesse, auf -denen das Verfahren beruht, werden
durch zwei biologisch scharf voneinander zu trennende Vorgänge gekennzeichnet, °nämlilch:
a) Ausnutzung der thermo.philen aeroben Bakterien für die Erwärmung von Mist und
Anreizung des Wachstums dieser Bakterien durch Hinzufügung von Reizstoffen, b) Vergasung
des von dien thermophüen Bakterien vorgewärmten Mistes, ohne denselhen unter Wasser
zu bringen, und Anreizeng des Wachstums der anaeroben Methanbakberiendurch Hinzufügung
von Wachsstoffen, die zugleich Kohlensäure entwickeln.
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Biologische Einzelheiten zu a) : Die thermophilen Bakterien sind :sauerstoffbedürf
'tag (aerob). Der therm@ophile Vorwärm@eraum m@uß. deshalb mit regulierbaren Luftlöchern
versehen sein. Die Regulierung hat den Zweck, daß. .die therm:ophilen Bakterien
zunächst den im Material vorhandenen Sauerstoff verbrauchen sollen und daß ihnen
dann durch die Lüftung Sauerstoff zunächst nur in geringen Mengen zugeführt wird.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Oxydationsprozesse hinausgezogen werden
und dadurch die durch die Lebenstätigkeit der Bakterien (erzeugte Temperatur nicht
rund + ¢o° C überschreibet.
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Nach Fülhunig des Raumes mit Mist wird je Kilogramm Frischmist mit
z 50 ccm Wasser von i 30° C überbraust. Dem Wasser werden je Liter 2,5g Hefe-P1asinolysat
zugefügt.
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Durch Zugabe dieser im Wasser rasch löslichen Reizstoffe wind das
Wachstum der thermophilen Bakterien so angeregt, daß die Temperatur innerhalb vom:
2q. Stunden auf -j- 30° C steigt und 6 Tage lang auf dieser Höhe bleibt bzw. durch
Regulierung der Luftzufuhr + q.0° C nicht Überschreitet.
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Biologische Einzelheiten zu b) : Der im aerobien Vorwärmeraum auf
mindestens + 30° C ierwärmte Mist fällt durch seine Klappe in den Vergas:ungs; r,aum.
Die hier wirksamen Bakterien sind sowohl sauerstoff- als auch lichtempfindlich.
Sie ientfalten sich am lebhaftesten bei einer Temperatur von
| --- 30° C. Der Vergasungsraum mufdeshalb luft- |
| dicht abgeschlossen und dunkel sein und konstant |
| auf + 30° C gehalten werden. |
| Nach Schüttang des Mistes aus dem Vorwärme- |
| riaum in: den Vergasungsraum wird je Kilogramm |
| Frischmist mit 25o ccm Wasser von +30° C übier- |
| braust, dem je Liter 2,5g Hiefe-P1asmolysat zu- |
| geführt werden. |
| Hefe-Plasm@olysatenthält Hormone, die wachs- |
| tumsfördernd auf die Methanbakterien wirken und |
| damit zugleich die Gasausbeute erhöhen bzw. die |
| Ausgasungszeit verkürzen. Außerdem -enthält es |
| eine Hefekomponente, die bewirkt, da:ß :den Methan- |
| bakberien im alkalischen Medium Kohlensäure ge- |
| liefiert wird, die wiederum wachtumsbeschleunigend |
| auf die Methanbakterien wirkt. Ferner kann der |
| abgespaltene Wasserstoff mit Kohlensäure zusammen |
| zu: Methan umgesetzt werden. |
| Hiefie-Plasm,olysat ist ein: Hefekonzentrat, dessen |
| Eiweiffinolekül durch Kochen, in Kochsalzlösung |
| nufgeschlioissen ist, so da:ß es für die Bakterien |
| leichter angrefbar wird; die Konzentration der |
| Kochsalzlösung ist so gewählt, daß sie denn optimalen |
| Wachstumsbedingungen der Bakteriiem entspricht. |
| Dieses Hefe-Plasm@olysat ist ,als Reizstoff für das |
| erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Noch besser |
| eignet sich Hefie-Pllasm@olysat, das ebenso zusammen- |
| gesetzt ist, jiedoch noch seinen Zusatz von Fol7ikel- |
| hormonen enthält. |
| Bei der fersten Füllung der Anlage wird das |
| Material gleich in den Vergasungsraum gefüllt und |
| je Kilogramm Material mit 55occm +3.o° warmem |
| Wasser übieAraust, Odem je Liter 5 g Hefe-Plas- |
| molysat zugefügt sind. |
| Ferner müssien bei tierersten Füllung zum Impfen |
| je Kilogramm Material ,etwa 5 ccm Faulschlamm |
| aus jener städtischen Kläranlage; Abortgrube oder |
| Jauchetonne zugegeben werden. |
| Nach der erste. Füllung steht bneniba:res Gas |
| in 7 bis i o Tagen zur Verfügung. Nach weiteren |
| 3o Tägen ist das Material im wesentlichen aus- |
| gegast. Es wird ,nun im regelmäßigen Turnus von |
| 6 Tagen immer ein Zehntel des alten Materials |
| unten entfernt und durch ein Zehntel des neuen |
| Materialsolen iersietzt. Dien neuen Material werden |
| die ob@engmannten Zusätze zugegeben, rund zwar in |
| diesien Zeitabständen. |
| Die Figuren @erläutern das Verfahren und zeigen |
| an seinem Beispiel eine erfindungsgemäße Anlage. |
| Es stellt dar |
| Fig. i -den Schnitt mach Linie A-B zu Fig. z, |
| Fig. z den, Grundruß zu Fig. i, |
| Fig. 3 den Schiritt nach Linie C-D zu Fig. q. und |
| Fig. q. .dien Grundruß zu Fig. 3. |
| Da von allen anderen zellulosehaltigen Abfall- |
| stoffen der Großtiermist den Hauptbeil für die Ver- |
| gasung bildet, mußbe zunächst diesem Stoff in |
| Konstruktion und Bauweisie- insbesondere Rechnung |
| getragen werdiem. Die Vergasung ;geschieht in einem |
| zweikammerig ausgeführten Silo; derselbe ist in |
| Viereckform in Beton ausgeführt wn:d hat innen |
| zwei runde Eisienbehältex i. Zwischen den Eis@en- |
| behälberin: und der äußienein Betonummantelung 2 |
ist ein Isolierraum vorgesehen, welcher mit einer starken Isolierung
verstehen ist und noch einen Luftisolierraum enthält. Die: Eisenbehälter sind o
ben domartig ausgebildet und haben dort
je eine Füllöffnung 3, welche
je nach dem Durchmesser des Behälters durch einen (oder zwei) gasdicht schließenden
Falldeckel q. ,abgeschlossen ist. Am unteren Ende jedes Behälters ist eine gasdichte
Entleerungsvorrichtung mit einer eingebauten, motorisch betriebenen Transportschnecke
5 vorgesehen. Im Innern der Eisenbehälter kann eine Rohrheizschlange 6 eingebaut
werden, welche jeweils direkt an der Wand -der Eisenbehälter entlang läuft und dort
angeschweißt ist. Diese Rohrheizschlange ist mit Wasser gefüllt und wird von einer
Heizquelle, die außerhalb des Silos liegt, beheizt und hält so den inneren Raum
der Behälter durch einen Regler konstant auf ,'- 30° C. Nach einer anderen Bauart
können die Eisenbehälter auch mit Doppelmantel ausgebildet werden, durch welchen
das Heizungswasser zirkuliert. In diesem Fall entfällt die vorher erwähnte Rohrschlange.
Soweit der eigentliche Gassilo, in welchem die Abfallstoffe, welche von oben eingefüllt
werden, zur Vergasung gebracht werden.
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.Auf dem Silo befindet sich ein in Beton angelegter zweiter Behälter
als thermophiler Vorwärmeraum 7, welcher in 'allen Fällen ein Zehntel des Rauminhaltes
des Eisienbehälters im Silo haben muß. Dort wird der im kontinuierlichen Betrieb
in gewissen Zeiabständen nachzufüllende Vergasungsstoff gelagert. Durch .entsprechend
regulierbare Jalousien 8 in der Außenwand dieses Vorbehälters 7 werden die thermophil@en
Bakterien des Füllgutes zur Aktivität gebracht, so da.ß sich dieses Füllgut vor
der Einbringung in den eigentlichen Gassilo auf -f- 3o bis 1-1 q.0° C erwärmt. Durch
diese Vorwärmumg ohnie künstliche Wärmequelle werden Wärmeverluste, welche beim
Füllen eintreten könnten, vermieden.
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Im Mittelpunkt dieses Vorwärmeraumes ist das Ausdehnungsgefäß 9 der
Heizung vorgesehen. Die Größe dieses Gefäßes ist von der Größe der Heizaräage !abhängig.
Da es vollkommen von dem Nachfüllmist umgeben, ist, sind Wärmevcrllu@ste nicht zu
befürchten.
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An, der Decke des Vorm ärmeraumes ist eine Brause io und in den Gasbehältern
je ein Brausering i i angebracht. Durch diese Einrichtung ist es möglich, den verdünnten
Reizstoff auf das Nachfüllgut zu versprühen. Die Mischung des Reizstoffes mit warmem
Wasser geschieht in einer Bodenreserve 12, welche im Maschinenhaus liegt und in
ihrer Abmessung derjenigen Wassermenge entspricht, welche zum Versprühen des Reizstoffes
für die jeweilige Nachfüllmenge notwendig ist. Das Kühlwasser des Verdichters hat
(etwa +35 bis q.o° C, so daß das für die Versprühung notwendige Warmwasser zur Verfügung
steht, ohne daß ein neuer Wärmeaufwand notwendig wird. Dieses Kühlwasser wird in
diesen Bodenwasserbehälter eingeleitet, dort wird :die entsprechende Reizstoifmenge
beigemischt und beides ,dann durch eine kleine Pumpleitung den Brauseeinrichtungen
im Vorwärm.eraum und den Ausgasungsbehältern zugeführt.
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An: den Silo angebaut ist ein Raum 13, in welchen das Gasauffangrohr
14. aus den Großbehältern i mündet, welches von den Vergasungsbehältern durch den
Isoliermantel des Silos nach unten geführt wird. Unter Zwisch@enschaltuing eines
Gaszählers führt dieses Gasrohr zu den Verbraucherstellen (Tanksäulien) und zu einem
Gassammelbehälter 15, welcher in der Nähe des Silos aufgestellt wird. Dias Maschinenhaus
zerfällt in drei Räume, welche ohne Verbindung zue-:mander sein müssen. Die drei
Räume sind nur von außen zugängig. Der eine Raum 13 ist lediglich für Gas eingerichtet,
während sich in dem anderen, 16, nur die Schaltungen und Motoren befinden; diese
Anordnung ist aus feuertechnischen Gründen unbedingt einzuhalten. Im dritten Raum
17 ist das Heizgerät für Siloraum,heizu:ng untergebracht. Das Gas, welches für Treibgas
zur Verwendung kommt, kann nach dem in Gaswerken üblichen Verfahren gereinigt und
dann durch maschinelle Kompressoranlagen in fesem vorher geschilderten Raum in Flaschen
abgefüllt und komprimiert werden. Die Reinigung des Gases ist .auch für TreibgaszvVecke
nicht unbedingt notwendig, wenn das Absinken des Heizwertes für sein Kubikmeter
Gas von 858o auf 5 i oo WE in Kauf genommen wird.
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Das Gas, welches für Licht und Raumheizung innerhalb seines zunächst
liegenden Versiorgungsgebietes benötigt wird, kann der Gasrohrleitung direkt entnommen
werden, während das für Fahrzwecke benötigte Treibgas in der schon zuerst geschilderten
Verdichtungsanlage in Flaschen abgefüllt wird. Der Mehranfall vorn Gas wird in dem
vorher beschriebenen Gassammelbehälter saufgespeichert werden. Die Beheizung kann
mit allen zur Verfügung stehenden Brennstoffen, wie Holz, Kohle, Torf, @eigenem
erzeugtem Gas unielektrischem Strom, durchgeführt werden,. Die Hauptsache bleibt
bei jeder dieser Brennstoffarten, da.ß ein Regler, welcher voll- automatisch und
zuverlässig arbeitet, die Temperatur im Vergasungsbehälter .immer auf 30" C hält.
Dieser Regler ist natürlich in seiner Bauweise jeweils konstruktiv von der Art des
Brennstoffes abhängig.
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Im Motor- und Schalterraum ist weiterhin der Motor 18, welcher sowohl
den Transportaufzug an der Außenseite des Gassilos zur Beförderung des Mistes beim
Füllen der Behälter als auch zum Betrieb der Transportschnecken 5 betätigt, welchen
die Aufgabe zufällt, dein ausgegasten Abfallstoff aus dem Silo herauszubefördern.
Die Transportschnecken fördern den ausgegasten Mist in -eine n;ächstliegemde Mistgrube,
von -#veücher aus die Abfuhr zu seiner weiteren landwirtschaftlichen Verwertung
verfolgt.
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Bei Anlagen, die um vieles größer werden sollen, empfiehlt :es sich,
den Sila statt 'zweikammerig, drei- oder mehrkammerig auszustatten.
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Der Grund hierfür ist folgender: Der erste Eisenbehälter wird mit
dem Mist oder anderen
Stoffen, welche in 4 Wochen anfallen, gefüllt
und dann abgeschlossen. Dieser Behälter bleibt nun 3o Tage anaerob (luftdicht) geschlossen.
Der Mist, welcher nun in diesen 3oTagen anfällt, wird mit den: zweiten Behälter
ebenfaills auf einmal gefüllt und dann in der vorher erwähnten Weise anaerob behandelt.
Die beiden Behälter sind nun in einem vierwöchigen Abstand hintereinandergeschaltet,
d. h. während der erste Behälter am 3o. Tage mit einem Zehntel seines Rauminhaltes
nachbeschickt werden kann, fängt der zweite Behälter erst seine erste anaerobe Vergasungszeit
am. Erst nach 8 Wochen (2 X 3o Tagen) können beide Behälter zusammen jeweils ,in
sechstägigem Abstand mit einem Zehntel ihres Rauminhaltes :nachbeschickt werden.
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Da der Mistanfall durch Weidezeit ruld andere Begebenheiten sich vermindert,
steht in diesen Jahreszeiten wesentlich weniger Stoff für die Vergasung zur Verfügung.
In diesem Fall kann dann wirtschaftlicher nur mit einem Behälter weitergearbeitet
werden.
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Es kann zweckmäßig sein, nicht nur einen. zellulosehaltigen Stoff
bestimmter Herkunft und Gattung, sondern ein Material, das aus verschiedenartigen
zellulosehaltigen Stoffen zusammengesetzt ist, z. B. Großtiermist und Laub und/oder
Gemüseabfälle od. dgl.,oder aber die letzterwähnten Stoffe allein je für
sich oder .in Kombination ohne Großtiermist, n -L, verwenden.