WO2002031104A2

WO2002031104A2 - Garagenförmiger biogasfermenter zur methanisierung von biomasse

Info

Publication number: WO2002031104A2
Application number: PCT/EP2001/011696
Authority: WO
Inventors: Ludwig Schiedermeier; Manfred Hoffmann
Original assignee: Ludwig Schiedermeier; Manfred Hoffmann
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2002-04-18
Also published as: JP3913676B2; JP2004511331A; DE10050623A1; DE10050623B4; AU2002221665A1; WO2002031104A3

Abstract

Ein garagenförmiger Biogasfermenter (1) zur Methanisierung von Biomasse (9) umfaßt einen Boden (5), Wände (2, 3, 4), einen Biogasaustritt (15) und eine mittels eines Tores (8) gasdicht verschließbare Beschickungs- und Entleerungsöffnung (7). Dabei weist der Boden (5) ein in Richtung auf die rückwärtige, der Beschickungs- und Entleerungsöffnung (7) gegenüberliegende Wand (4) geneigtes Gefälle auf.

Description

Garagenförmiger Biogasfermenter zur Methanisierung von

Biomasse

Die vorliegende Erfindung betrifft einen garagenförmi- gen Biogasfermenter zur Methanisierung von Biomasse, umfassend einen Boden, Wände, einen Biogasaustritt und eine mittels eines Tores gasdicht verschließbare Beschickungs- und Entleerungsöffnung.

Bei der Vergärung von biogenem Material handelt es sich um eine Alternative zu der bereits verbreitet eingesetzten Kompostierung. Dabei wird Biomasse in einem anaeroben Milieu von geeigneten Bakterien unter Bildung von Biogas (insbesondere Methan) zersetzt, wobei sowohl einstufige Verfahren wie auch zweistufige Verfahren (Hydrolysestufe und Methanisierungsstufe) vorgeschlagen wurden (vgl. z.B. DE 19516378 AI und DE 19518234 AI).

Überwiegend ist dabei bisher an Verfahren der Naßfermentation gearbeitet worden, bei denen die Biomasse vor der Vergärung zur Erzeugung eines homogenen pump- und rührfähigen Breis aufbereitet wird. Nachteilig bei derartigen Verfahren ist der mit der Aufbereitung der Biomasse verbundene hohe Aufwand; zudem sind derartige Verfahren der Naßfermentation vergleichsweise störanfällig, insbesondere im Hinblick auf Fremdstoffe. Vor diesem Hintergrund ist in jüngster Zeit zunehmend die Trockenfermentation in das Interesse gerückt .

Aus der EP 0934998 A2 ist ein Verfahren zur Methanisierung von schüttfähigen, stapelbaren oder stückigmachbaren inoculierten Biomassen bekannt, bei dem der in einem Behälter angeordneten, von einer luftundurchlässigen Hülle (z.B. Folie) umgebenen Biomasse ein Impfmaterial als Einmalzugabe zugesetzt und die so gebildete Reaktionsmasse ohne weiteres Nachimpfen unter Luftabschluß vergoren wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird durch die die Biomasse umgebende Hülle ein Einstechdorn in die Biomasse eingebracht, durch den hindurch die Biomasse zunächst zum Zwecke einer Vorrotte belüftet, anschließend mit einem flüssigen Impfmaterial geflutet und während der Vergärung das entstehende Biogas abgezogen wird. Alternativ kann das Impfmaterial bereits bei der Herstellung des mit Folie umwickelten Preßballens aus Biomasse beigemischt werden; in diesem Falle wird der Ballen nach der Vorrotte entweder aktiv oder passiv entlüftet, gegebenenfalls unter Zugabe von Wasser.

Die DE 4437717 Cl betrifft einen Hauptfermenter für ein- und mehrstufige Prozesse, der volumenveränderlich ausgebildet und mit einem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Dieser Hauptfermenter soll alternativ zur Schaffung einer homogenen Biomasse und zur Trennung von Gasgemischen geeignet sein.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen praxisgerechten Fermenter zur Methanisierung von Biomasse bereitzustellen, der sich bei hoher Funktionalität und einem hohen sicherheitstechnischen Standard durch einen geringen Herstellaufwand und eine hohe Wirtschaftlichkeit auszeichnet, so daß er sich insbesondere für den dezentralen Einsatz eignet.

Gelöst wird diese Zielsetzung durch den Biogasfermenter nach Anspruch 1. Demnach sind die nachstehend im einzelnen gewürdigten Merkmale in Kombination miteinander besonders günstig in sicherheitstechnischer und funktionaler Hinsicht sowie im Hinblick auf die Herstel- lungskosten, die Praxistauglichkeit und die Wirtschaftlichkeit. Der erfindungsgemäße Biogasfermenter ist in einer garagenförmigen Bauweise errichtet, umfassend einen Boden, Wände und eine mittels eines Tores gasdicht verschließbare Beschickungs- und Entleerungsöffnung. Dies gestattet die kostengünstige Errichtung des Fermenters unter Verwendung vorgefertigter Bauelemente, insbesondere von Betonfertigteilen, wobei sich aufgrund der Möglichkeit zur Modulbauweise unterschiedliche, auf verschiedene Durchsätze ausgelegte Baugrößen mit geringetmöglichem Herstellaufwand errichten lassen. Die Beschickungs- und Entleerungsδffnung ist dabei in einer der Wände angeordnet bzw. ersetzt - bei entsprechender Dimensionierung - eine der Wände, was die funktionale ebenerdige Beschickung und Entleerung des Fermenters durch übliche, bei zahlreichen für die Anwendung der Vergärungstechnik in Betracht kommenden Personen- und Berufsgruppen verfügbare Fahrzeuge (z. B. Frontlader) ermöglicht. Die Neigung des Bodens des Fermenters durch ein in Richtung auf die rückwärtige, der Beschickungsund Entleerungsöffnung gegenüberliegende Wand gerichtetes Gefälle ist dabei in sicherheitstechnischer Hinsicht besonders bedeutsam. Durch diese Gestaltung wird verhindert, daß Biomasse infolge einer Gleitschichtbil- dung und begünstigt durch Setzungserscheinungen in Richtung auf das Tor wandert und so unbeherrschbare statische Belastungen und Unfallgefahren beim Öffnen des Tores entstehen. In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, daß an die Innenflächen des Fermenters im Bereich der Wände und insbesondere des Bodens besondere Anforderungen gestellt werden (z.B. Gasdichtheit und Säurefestigkeit) , die sich mit vertretbarem Aufwand nur durch eine geeignete Beschichtung erfüllen lassen, die jedoch in aller Regel eine die Gleitschichtbildung be- günstigende besonders glatte Oberfläche aufweist. Durch das in Richtung auf die der Beschickung- und Entleerungsöffnung gegenüberliegende Wand gerichtete Gefälle des Bodens wird ein Wandern der vergärenden Biomasse in Richtung auf das Tor hin sicher ausgeschlossen, ohne daß der Boden des Fermenters zum Verhindern des Wan- derns der Biomasse irgendwelche Unebenheiten aufweisen muß. Dies ist nicht nur im Hinblick auf die Funktionalität, sondern auch unter Hygienegesichtspunkten ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung; denn Unebenheiten des Bodens erschweren das vollständige Entleeren des Fermenters und verhindern die regelmäßig erforderliche gründliche Reinigung des Fermenterbodens .

Zur Klarstellung sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß sich das vorstehend erläuterte, gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehene Gefälle des Bodens nicht zwingend von der Beschickungs- und Entleerungsöffnung bis zu der gegenüberliegenden Wand erstrecken muß. Vielmehr genügt, um die hier maßgebliche Wirkung zu erreichen, daß ein überwiegender Flächenanteil des Bodens des Fermenters in dem dargelegten Sinne von der Beschickungs- und Entleerungsöffnung in Richtung auf die gegenüberliegende Wand hin geneigt ist.

Die hier in Rede stehende, vorstehend diskutierte Bauweise des erfindungsgemäßen Fermenters begünstigt die Errichtung von mehrere einzelne Fermenter umfassenden Baueinheiten, wobei die einzelnen Fermenter insbesondere nebeneinander mit gemeinsamen Wänden angeordnet sein können. Gerade vor dem Hintergrund, daß die Fermenter nach der vorliegenden Erfindung chargenweise betrieben werden und daß in aller Regel die zu vergärende Biomasse kontinuierlich anfällt, ist es besonders günstig, den Gesamtdurchsatz der Anlage auf mehrere einzelne Fermenter aufzuteilen. Dies ist in Anwendung der vorliegenden Erfindung unter wirtschaftlichen Bedingungen möglich.

Eine erste bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Biogasfermenters zeichnet sich dadurch aus, daß der Boden zusätzlich zu dem Gefälle von der Beschickungsund Entleerungsöffnung in Richtung auf die gegenüberliegende Wand hin ein zur Längsmitte, welche sich von der Beschickungs- und Entleerungsöffnung zu der rückwärtigen Wand erstreckt, verlaufendes Gefälle aufweist. Dabei kann in der Längsmitte des Bodens insbesondere eine Ablaufrinne angelegt sein, worauf weiter unten in größerem Detail eingegangen werden wird. Diese Gestaltung des Bodens mit einem Gefälle beiderseits der Längsmitte zu dieser hin bringt den Vorteil einer Schubentlastung für die Seitenwände, so daß sich die weiter oben erläuterte Gleitschichtbildung der vergärenden Biomasse insbesondere in Verbindung mit Setzungserscheinungen nicht in einer statischen Belastung der Seitenwände niederschlägt. Die Seitenwände können auf diese Weise mit praxisgerechten und kostengünstigen Wandstärken ausgeführt sein.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Boden des Fermenters im Bereich der rückwärtigen Wand eine Ablaufrinne auf. Diese kann, ebenso wie die gegebenenfalls in der Längsmitte des Bodens angeordnete Ablaufrinne (s.o.) an eine weiter unten in größerem Detail erläuterte Perkolatentsorgung angeschlossen sein. 3 H- Q rt rt Ά X 3 CD tr CD 3 r\ X <. < 11 3 Cd P. 0 11 CO 3 SJ X < X α

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B. während der Vorrotte und während der Belüftung nach Abschluß der Vergärung) . Besonders kostengünstig läßt sich ein derartiger Biofilter unter Verwendung mehrerer aufeinander gesetzter Ringe (z. B. Schachtringe aus Beton) herstellen, wobei zwischen jeweils zwei Ringen ein siebförmiger Zwischenboden eingeklemmt ist. Der betreffende Zwischenboden trägt das biologische Filtermaterial (z. B. Rindenmulch, Holzhäcksel, Rohkompost). Durch die Zwischenböden wird Setzungserscheinungen des biologischen Filtermaterials entgegengewirkt, so daß der Strömungswiderstand durch den Biofilter nicht nennenswert zunimmt. Auch dies ist ein Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit .

Der erfindungsgemäße Biogasfermenter verfügt bevorzugt über ein Perkolat-Umwälzsystem, welches eine Auffangeinheit, eine Speichereinheit, eine Pumpeinheit und eine Aufbringeinheit umfaßt . Die Aufbringeinheit ist dabei oberhalb der zu vergärenden Biomasse angeordnet; mit ihr wird das Perkolat zur entsprechend homogenen Benetzung der Biomasse verdüst oder verrieselt. Die Speichereinheit kann eine Perkolat-Heizung umfassen, welche gestattet, das Perkolat mit einer vorgegebenen Temperatur auf die Biomasse aufzubringen. Energetisch ist dabei besonders günstig, wenn die Perkolat-Heizung mit Abwärme eines zur Verwertung des Biogases vorgesehenen Blockheizkraftwerks betrieben wird. Unter Umweltgesichtspunkten ist dabei besonders günstig, daß der erfindungsgemäße Biogasfermenter bei geeigneter Verfahrenführung abwasserfrei betrieben werden kann.

Die Abwärme des Blockheizkraftwerks kann im übrigen der Temperierung des Fermenters bzw. der zu vergärenden Biomasse dienen. Hierzu können insbesondere der Boden

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einen dem Blockheizkraftwerk 41 zugeordneten Wärmetauscher angeschlossen, in welchem das in den Strδmungska- nälen zirkulierende Wärmeübertragungsmittel unter Ausnutzung der Abwärme des Blockheizkraftwerks erwärmt wird.

Claims

Ansprüche

1. Garagenförmiger Biogasfermenter (1) zur Methanisierung von Biomasse (9) , umfassend einen Boden (5) , Wände (2,3,4), einen Biogasaustritt (15) und eine mittels eines Tores (8) gasdicht verschließbare Beschickungs- und Entleerungsöffnung (7) , dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (5) ein in Richtung auf die rückwärtige, der Beschickungs- und Entleerungsöffnung (7) gegenüberliegende Wand (4) geneigtes Gefälle aufweist .

2. Biogasfermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (5) ein zur Längsmitte, welche sich von der Beschickungs- und Entleerungsöffnung (7) zu der rückwärtigen Wand (4) erstreckt, verlaufendes Gefälle aufweist.

3. Biogasfermenter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsmitte eine Ablaufrinne (13) angelegt ist.

4. Biogasfermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (5) an der rückwärtigen Wand (4) eine Ablaufrinne (11) aufweist.

5. Biogasfermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Biogasaustritt (15) im Bereich der rückwärtigen Wand (4) vorgesehen ist.

6. Biogasfermenter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Biogasaustritt (15) im wesentlichen über die gesamte Breite der rückwärtigen Wand (4) erstreckt .

7. Biogasfermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Tores (8) verschließbare Belüftungsöffnungen (19) vorgesehen sind.

8. Biogasfermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Biogasaustritt (15) ein Sauggebläse (18) angeschlossen ist.

9. Biogasfermenter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sauggebläse (18) ein Druckspeicher (34) nachgeschaltet ist.

10. Biogasfermenter nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sauggebläse (18) ein Biofilter (35) nachgeschaltet ist.

11. Biogasfermenter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Biofilter (35) ein Gehäuse aus mehreren aufeinander gesetzten Ringen (36) aufweist, zwischen die jeweils ein siebförmiger Zwischenboden (37) eingeklemmt ist.

12. Biogasfermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Perkolat-Umwälzsystem, umfassend eine Auf- fangeinheit, eine Speichereinheit (22) , eine Pumpeinheit (21, 23) und eine Aufbringeinheit (25) , vorgesehen ist.

13. Biogasfermenter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (22) eine Perkolat-Heizung umfaßt .

14. Biogasfermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspeisevorrichtung (28) für Cofermente vorgesehen ist, welche eine Einheit zum gleichmäßigen Aufbringen der Cofermente auf die Biomasse (9) umfaßt .