WO2008142007A2 - Fermenter zur erzeugung von biogas aus pumpbarem organischen material - Google Patents

Fermenter zur erzeugung von biogas aus pumpbarem organischen material Download PDF

Info

Publication number
WO2008142007A2
WO2008142007A2 PCT/EP2008/056005 EP2008056005W WO2008142007A2 WO 2008142007 A2 WO2008142007 A2 WO 2008142007A2 EP 2008056005 W EP2008056005 W EP 2008056005W WO 2008142007 A2 WO2008142007 A2 WO 2008142007A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fermenter
organic material
fixed bed
bed reactor
section
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/056005
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008142007A3 (de
Inventor
Wilhelm Gantefort
Jürgen Beck
Original Assignee
Wilhelm Gantefort
Beck Juergen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wilhelm Gantefort, Beck Juergen filed Critical Wilhelm Gantefort
Priority to MX2009012544A priority Critical patent/MX2009012544A/es
Priority to US12/601,500 priority patent/US8877490B2/en
Priority to CN200880025132.2A priority patent/CN101755041B/zh
Priority to EA200901485A priority patent/EA016682B1/ru
Priority to EP08759655.7A priority patent/EP2155854B1/de
Priority to DK08759655.7T priority patent/DK2155854T3/en
Priority to BRPI0812152A priority patent/BRPI0812152B1/pt
Priority to ES08759655.7T priority patent/ES2623842T3/es
Priority to NZ581369A priority patent/NZ581369A/en
Priority to JP2010508806A priority patent/JP2010527762A/ja
Priority to AU2008253058A priority patent/AU2008253058A1/en
Priority to CA2723334A priority patent/CA2723334C/en
Priority to KR1020097026703A priority patent/KR101507125B1/ko
Publication of WO2008142007A2 publication Critical patent/WO2008142007A2/de
Publication of WO2008142007A3 publication Critical patent/WO2008142007A3/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/12—Apparatus for enzymology or microbiology with sterilisation, filtration or dialysis means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/34—Internal compartments or partitions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/16—Particles; Beads; Granular material; Encapsulation
    • C12M25/18—Fixed or packed bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a fermenter for the production of biogas from pumpable organic material with a low content of organic dry substance (oTS) according to the present claim 1.
  • oTS organic dry substance
  • Fermenters for the production of biogas are attracting increasing interest since the discussion about renewable energies and their promotion has become more and more the focus of public attention.
  • Such fermenters are known from the use in farms and municipal sewage treatment plants.
  • the principle of these fermenters is that organic material is stored in a closed container and the organic carbon compounds contained are degraded by microbial activity to methane gas, which collected and for heat and / or
  • Power generation is used.
  • the energy gained in this way is almost CO 2 - neutral, as the carbon dioxide released during combustion was previously removed from the atmosphere by plant photosynthesis.
  • the entire fermentation process can be divided into several phases.
  • the first phase are contained in the substrate to be fermented
  • Carbohydrates fats and proteins are split into facultative and obligate anaerobic microorganisms in low-molecular hydrocarbon compounds (Ci-Cs-body).
  • Carbohydrates are successively degraded to propionic acid or butyric acid or butanol, fatty acids are decomposed progressively into C 2 units via the path of ⁇ -oxidation, which are liberated as acetic acid, and amino acids are coupled to acetic acid, ammonia and CO 2 after the Stickland reaction reduced.
  • methanogenic substrates acetic acid (CH 3 COOH), hydrogen (H 2 ), carbonic acid (H 2 CO 3 ), formic acid (HCOOH) and methanol (CH 3 OH).
  • methanogenic substrates are in turn degraded by obligate anaerobic, methanogenic (methanogenic) bacteria of the genera Methanobacterium, Methanosarcina and Methanospirillum in the following reaction to methane, carbon dioxide and water:
  • the HCO 3 " mentioned in reaction 2) is formed by dissolving carbon dioxide in the water according to the following equation:
  • More than 70% of methane is produced by the cleavage of acetic acid, ie via reaction 1. Since biogas fermentation is a mixing process in which different microorganisms are active in the different phases, the different requirements of all microorganisms must be taken into account the highest possible Yield. Decisive, however, are the conditions required for the activity of the methanogenic bacteria. Due to their properties as obligate anaerobes, the latter require a strictly oxygen-free environment. Moreover, they prefer a slightly alkaline pH.
  • a digester with agitator for use in agricultural biogas plants and municipal sewage treatment plants is known. This has a round bottom surface, a filler neck and attached to the periphery of the digester agitator with a drive axle.
  • the agitator is housed in a arranged below the filler neck stirring tube.
  • the stirring tube preferably runs vertically.
  • the content of the fermentation tank is tempered by a wall heating.
  • the substrate to be fermented is introduced into the fermentation vessel via a filler neck arranged at a relatively high level, while material which has been poured out much further down and is pumped further down into the container is transported to a fermentation residue store.
  • the substrates which can be used in such a fermenter must have a relatively high content of organic dry matter (OTS).
  • OTS organic dry matter
  • Energy crops such as corn or wheat have an OTS content of more than 60% by weight. With such energy crops, high biogas yields can be achieved with relatively small volumes of fermenters, since these plants can be used to adjust high volume loads.
  • volume load is a measure for the biological load of a fermenter
  • a volume load of 2 to 5 kg oTS / m 3 per day is to be striven for.
  • a space load of 2 kg oTs / m 3 per day is called
  • a load of more than 5 kg oTs / m 3 per day is called high load.
  • biogas fermenters are only suitable for substrates with high oTS content, ie, in particular substrates made from renewable raw materials (NaWaRo), in particular from so-called energy crops such as e.g. Cereals, silage maize or fodder beet.
  • substrates with high oTS content ie, in particular substrates made from renewable raw materials (NaWaRo), in particular from so-called energy crops such as e.g. Cereals, silage maize or fodder beet.
  • Substrates with low oTS components such as manure, fermentation residues, stillage (residues from alcohol fermentation, in particular bioethanol production), sewage sludge or highly contaminated waste water from the food industry are not suitable for exclusive use in these fermenters, but come at best as a seed substrate or in a mixture with energy plant substrates (ie for co-fermentation) in question, since the amount andaraus per m 3 digester volume of biogas produced is so small that it hardly recovered the energy required for the operation of the fermenter (heating energy, electricity for driving the agitators) can be.
  • Slurry represents an anoxic system with a relatively high pH and is therefore very well suited to create the conditions required for methane bacteria in a biogas digester.
  • the organic dry matter of the manure can be metabolized less rapidly by microorganisms than the organic dry matter from said energy crops. This actually requires a longer residence time of the manure in the fermenter.
  • a cattle-fattening farm with 400 GV livestock units, 1 GV equals 500 kg live weight
  • a fermenter with a volume of 1000 m 3 would be required with conventional design.
  • Cow manure has an average OTS content of about 6 wt .-% on.
  • an expected yield of 500 m 3 biogas per tonne of OTS the following equations result in the above example:
  • a biogas fermenter Since a biogas fermenter has a significant own energy consumption (especially for the agitator and the heater), is an exclusive or predominant use of Materials with a low proportion of organic dry matter (oTS), such as greases, are not economical in a conventional biogas fermenter.
  • oTS organic dry matter
  • liquid manure to agricultural land is subject to strict legal requirements. For example, on dairy cattle pastures only sanitary casings may be used. This sanitation is carried out by chemical (NaOH) or thermal means and in any case causes considerable costs.
  • NaOH chemical
  • thermal means in any case causes considerable costs.
  • thermophilic range > 55 0 C
  • the object of the present invention is therefore to provide a fermenter and a process for the production of biogas, which enables the economic fermentation of organic material with a low proportion of organic dry matter (oTS).
  • oTS organic dry matter
  • this fermenter should also produce highly efficient and stable methane with highly concentrated substrate mixtures at high space load (> 5 kg oTS / m 3 digester xd) can. This is achieved, inter alia, on the basis of the fixed biomass and the recovery of the active biomass (preferably methanogen) for recirculation and inoculation in the mixing area.
  • active biomass preferably methanogen
  • Another object is to provide a fermenter and a method for the economic treatment and hygienization of manure.
  • a fermenter for producing biogas from pumpable organic material with a low content of organic dry matter (oTS) is provided. This one points
  • organic material with low content of dry organic substance is to be understood as meaning essentially those materials which have an oTS content of less than 50% by weight, preferably less than 25% by weight and more preferably less than 10% by weight.
  • a material is, for example, liquid manure, that is to say a manure substrate consisting of animal excrements, urine, litter, food residues and drinking water losses, which usually has an oTS content of less than 10% by weight.
  • Such a material provides e.g. also the digestate from a conventional stirred tank biogas plant, but also substances such as vinasse (residues from alcohol fermentation, in particular bioethanol production), sewage sludge or highly contaminated wastewater from the food industry. Furthermore, the above definition also includes mixtures of manure or digestate with substrates of renewable raw materials (NaWaRO).
  • a fixed bed reactor dispenses with its own agitator, as is the case in stirred tank fermenters, since a directed material flow can be set within the fixed bed reactor. This can be compared with parallel intestinal packets, which are occupied inside and outside with intestinal villi and so a large
  • a more energy efficient pump may be used, in particular a double piston pump.
  • the stirrers conventionally used have by default a power consumption of about 18 kW.
  • energy savings of up to 90% are possible. In this way, the efficiency of the fermenter according to the invention is considerably increased
  • the proposed fixed bed reactor provides a colonization substrate for methane-forming microorganisms. In this way, in contrast to a stirred tank fermenter, stratified microbiocenoses can be established.
  • microbes work together in a confined space so efficiently that H + and CO 2 (as HC (V) can be synthesized to CH 4 (Reaction 2), thereby reducing the CO 2 content in the biogas and corresponding to the CH 4 content This serves to improve quality and increase efficiency.
  • biogas synthesis distinguishes between the steps of acetogenesis and methanogenesis, for which different microorganisms are responsible.
  • acetogenesis the lower fatty and carboxylic acids and the lower alcohols are converted by acetogenic microorganisms primarily to acetic acid, or their dissolved salt, the acetate.
  • methanogenesis which is an obligate anaerobic process, the acetic acid is transformed into methane and carbon dioxide as well as hydrogen by means of correspondingly acetoclastic methanogens.
  • the respective microorganisms are in symbiosis with each other, i. that one microorganism can use the metabolic products of the other as substrate or educt.
  • the microorganisms adapt faster and thus “retracts” (because it is permanently recirculated) by recovering the active (methane - forming) biomass of the fermenter, and thus the mentioned propionic acid is degraded better and faster by the microorganisms, resp can not arise at all.
  • the settling space can be found in two separate process parts in each header.
  • the recovery section provided for the first time recycles specific lighter fractions of the pumpable organic material and can be recycled to the rising (primary) section of the fixed bed reactor.
  • lighter specific fractions are, on the one hand, specific lighter organic fractions, e.g. volatile fatty acids or fibrous biomass in which the methane formers and their formed gas are entangled due to the buoyancy caused by methane and carbon dioxide release.
  • these fractions form a floating layer and thus evade the fermentation process, or hold the risk of a build-up substrate overpressure when the microbubbles can not solve the floating layer, such as the failure of the agitator).
  • the volatile fatty acids are incidentally z.T. easily into the gas phase and are thereby permanently withdrawn from the further fermentation process.
  • microorganisms which have detached themselves from the substrate of the fixed bed reactor and would be discharged from the fermenter without a recovery section with the fermentation residue, are contained in these specifically lighter organic fractions, which also causes a continuous loss of trace elements
  • active biomass the stocking density of biogas-producing microorganisms is steadily reduced, so that these fermenters are generally operated with a microorganism density which is too low for optimum biogas yield.
  • the recovery section according to the invention allows the recovery and refeeding of these microorganisms in the fermenter, so that the fermenter according to the invention a significantly higher microorganism density has as a conventional Fermenter and, in addition, a much better supply of trace elements that are circulated via the active biomass.
  • the possibility of recycling the active biomass has another advantage: Since the stocking density of active microorganisms in the fermentation room can be kept at a much higher level, the fermentation process is accelerated. Therefore, the throughput of the fermenter can be increased. Thus, a fermenter according to the invention can tolerate much higher volume loads.
  • the fermenter according to the invention makes the addition of trace elements often necessary in conventional stirred tank fermenters unnecessary, as well as the trace elements contained in the active biomass are recycled by the biomass recycling.
  • the fermenter contents must always be thoroughly mixed.
  • the digested substrate must serve the microorganisms as a nutrient substrate and as a habitat for their symbiosis colonies.
  • the substrate must therefore offer a certain minimum structure.
  • extremely stable symbioses of firmly settled methane bacteria form in the fermenter according to the invention, as a result of which the methanation can also proceed optimally in the case of readily degradable substrates with low structural properties.
  • microorganisms need not only organic acids for optimal fermentation, but also CO 2 .
  • the fermenter according to the invention therefore has an improved biogas yield, in particular in the case of materials with a low proportion of oTS.
  • the improved yield results from a further degradation of the oTS, in particular by better degradation of the acetic acid equivalents in the process of the plant and by re-use of the recovered bacteria, by exploiting their metabolic activities and / or, if dead, by exploiting their biomass ,
  • the fermenter volume can be reduced from 1000 m 3 to 200 m 3 compared to a conventional stirred tank fermenter, which reduces the construction and investment costs.
  • the primary section of the fixed bed reactor is an ascending section and the secondary section of the fixed bed reactor is a descending section.
  • the fermenter according to the invention is also able to produce highly efficient and stable biogas with highly concentrated substrate mixtures at high space load (> 5 kg oTS / m 3 digester xd). This succeeds due to the fixed biomass and the
  • CO 2 from external sources can be fed into the ascending section to intensify the reactions.
  • the latter can come from external sources, but in particular also from an upstream long-term hydrolysis reactor.
  • the fixed bed reactor comprises a material which provides a large colonization surface for microorganisms
  • materials with a structured surface and / or an inner surface come into question. These may be, for example, materials with a structured plastic surface, but also lava granules, expanded clay, ceramic pellets, textile, metal or wooden structures and the like.
  • the fixed bed reactor comprises a material which allows the formation of substantially longitudinally arranged channels.
  • substantially longitudinally disposed channels is intended to mean those materials which are suitable for giving the substrate to be fermented a uniform flow direction in the ascending (primary) and / or descending (secondary) section of the fermenter Possible materials for this purpose are, for example, vertically arranged tubes made of ceramic, clay, stoneware, metal, wood or plastic, or vertically arranged bars, boards, honeycombs, ropes, lines or cords ,
  • the fixed bed reactor has a material which provides both a large colonization surface for microorganisms and allows the formation of substantially longitudinally arranged channels.
  • plastic pipes with an enlarged surface such as the known flexible civil engineering drainage pipes with diameters between 50 and 400 mm thought.
  • These have a corrugated wall structure, which allows both the outer and the inner surface of these tubes can be colonized by microorganisms.
  • the said tubes are particularly advantageous because, in particular in the ascending section of the fixed bed reactor, they ensure that the rising gas bubbles (in particular CO 2 ) do not exceed a certain size.
  • the ascending gas bubbles grow disproportionately by decreasing the hydrostatic pressure and by absorbing further gas bubbles, which on the one hand reduces their relative surface area and on the other hand causes their rate of ascent to increase sharply. Both of these factors cause that the ascending CO 2 is practically no longer metabolised and can no longer be converted into methane gas according to reaction 2).
  • the design with tubes or similar hollow body structures limits the increase in size of the bubbles and, by compartmentalizing the substrate flow, ensures that ascending CO 2 can be further metabolized in parallel and thus stabilized structures.
  • a holding device for these plastic tubes is arranged at each upper and lower end of the fixed bed reactor, which fixes the best possible distance of the tubes to each other and does not narrow the tube passages, or prevents such constrictions.
  • This holding device can for example consist of stainless steel pipe sections ("cuffs"), which are arranged in a surface and welded together at angles, plugged, screwed or riveted.
  • Plastic tubes with an inner diameter of 100-300 mm and a distance of 50-300 mm from each other are preferably used. Particularly preferably, the inner diameter is 200 mm and the distance of the tubes to each other 100 mm.
  • the arrangement of at least one fixed bed reactor with at least one ascending (primary) and one descending (secondary) section prevents in particular the formation of short-circuit currents. This is particularly important because only by such a forced passage can it be ensured that the material is fermented (i.e., mineralized) in the best possible way and, on the other hand, complete sanitation of the fermentation material becomes possible.
  • the latter is for materials containing or produced from animal excrement, prior to application to certain agricultural areas, such as e.g. Dairy pastures, required by law. The same applies to the application in water conservation areas.
  • the arrangement according to the invention ensures that the entire material to be fermented passes through the entire fixed bed reactor. If this is in the thermophilic temperature range (ie at temperatures of more than 55 0 C, already a residence time of 24 hours sufficient for a sufficient sanitation.
  • the sanitation inactivates mesophilic germs (pathogenic, facultatively pathogenic and non-pathogenic), such as coliform bacteria, salmonella, brucellosis organisms and the like.
  • mesophilic germs pathogenic, facultatively pathogenic and non-pathogenic
  • the microorganisms necessary for the biogas synthesis are thermophilic throughout, so that you not only survive the said temperatures unscathed, but also unfold their activity maximum there.
  • they because of the good colonization substrate, they remain in the fermenter and are not flushed out with the digestate, so they can not be applied to a dairy cattle pasture, for example.
  • the heat released during biogas synthesis already suffices to set thermophilic conditions in the fermenter, ie an external heat input is dispensable, which leads to considerable energy savings.
  • the recovery section provided according to the invention which in a particularly preferred embodiment is connected to the settling space via an overflow edge, is designed such that specific lighter fractions of the pumpable organic material are recovered and can be fed again to the ascending (primary) section of the fixed bed reactor.
  • these specific lighter fractions contain a large portion of the methanogenic microorganisms that would otherwise be flushed out of the fermentor and lost for fermentation.
  • this recovered active material can also be recycled as part of the "repowering" in the conventional fermenter to be intensified, there to raise the concentration of methane formers and to allow an increase in throughput or performance.
  • the recovery section is connected to the settling space via peripheral bores or screening devices.
  • peripheral bores or screening devices those skilled in the art will find other ways of doing this without the need for inventive step to work out how the above-mentioned connection between the recovery section and the settling space can be accomplished.
  • a scraper is provided which prevents the same from clogging or the formation of a floating layer at the overflow edge.
  • the recovered material which is also referred to as "seed sludge" in some embodiments of the present invention, may be supplied to the fermenter newly fed organic material to be fermented, for which purpose a metering device is preferably provided which is preferably controlled electronically or by a microprocessor. In this way, the concentration of methane-forming microorganisms is permanently increased, which in turn benefits the biogas yield and quality.
  • the configuration of the recovery section can be used to set the volume ratio between the material newly fed to the fermenter and the material retained in the recovery section. This can e.g. by the selective selection of the height of a planned overflow edge with respect to the upper end of the rising portion of the fixed bed reactor. Likewise, this may e.g. via the targeted selection of the size and / or density of the peripheral boreholes.
  • inventive step there are other possibilities, without the use of inventive step, from this teaching, as to how the above-mentioned adjustment of the volume ratio can be achieved.
  • the volume ratio between the new material fed to the fermenter and the material retained in the recovery section is in the range between 1: 0.9-2: 0.1.
  • the volume ratio is particularly preferably 2: 1.
  • the "re-inoculation" with the retained material should in any case be so great that trouble-free fermentation is ensured and partial acidification does not take place. This can be easily understood by suitable methods (pH meter, NIRS, GC sampling) for the expert.
  • the recovery section consists of a possibly multi-part, substantially vertically arranged tubular element.
  • the recovery section is moreover preferably arranged between the ascending (primary) and the descending (secondary) section of at least one fixed bed reactor.
  • the biogas still generated in the recovery section can be collected by the same gas collecting device, which also collects the gas generated in the sections of the fixed bed reactor (s).
  • the recovery section is easy to bring to the same temperature as that of the fixed bed reactors or the.
  • the recovery section thus has an optimum position for recovering the specific lighter fractions since it is thus located at the center of the settling space; especially when the upper edge of the recovery section forms an overflow edge.
  • the recovery section is not located between the rising (primary) and descending (secondary) sections of at least one fixed bed reactor, but e.g. laterally or outside the actual fermenter.
  • a further recovery section is arranged after the descending (secondary) section of the fixed bed reactor.
  • the fermenter preferably has the external shape of one or two standing cylinders (s). It can be provided that the fermenter or the / the cylinder consists of several segments / exist, which can be produced in a manufacturing plant and are in place to a fermenter joined together.
  • two cylinder halves or more cylinder sections may be provided, which are erected in place and welded together or bolted together via mounting brackets.
  • one of the cylinder halves or cylinder sections already has the recovery section, which also facilitates manufacturing and assembly and thus reduces costs.
  • the inventors have calculated that such a prefabricated fermenter with a volume of 200-250 m 3 can be erected on site within one to two days. In this way, the assembly costs (man-hours, equipment, mobile crane) and the associated costs are significantly reduced. Moreover, on-the-spot operations (eg on a farm) are minimized. In addition, in this way, a standardized manufacturing method accomplished and thus the quality standard of the fermenter can be better ensured.
  • the fermenter has an at least partially disposed above the fixed bed reactor and / or the recovery device gas collecting device.
  • This gas collecting device may be, for example, a dome or roof construction with a gas-tight membrane arranged thereunder.
  • the gas collecting device also acts as a gas storage device.
  • the gas-tight membrane hangs as long as has not developed much gas, relatively limp above the fermentation chamber, but is then displaced by the resulting gas up and stretched. The gas formed can then be removed in a known manner and with known sampling devices.
  • the fermenter according to the invention also has a device for feeding the generated biogas into a gas pipeline network.
  • the fermenter according to the invention is coupled to a device for generating electricity of the biogas produced.
  • the biogas In order to convert the bound in the generated biogas chemical energy into electrical energy, the biogas is emitted for example in a combined heat and power plant (CHP) with contained therein gas engine or Zündstrahlmotor.
  • CHP combined heat and power plant
  • the gas to be burned In order to work economically, the gas to be burned must be supplied to the gas engine with a pre-pressure of about 100 mbar.
  • own gas blower In conventional biogas plants here own gas blower is required to bring the stored gas to the above form. This fan consumes on the one hand not insignificant amounts of energy, on the other hand it increases the maintenance and the acquisition costs and the control effort of a biogas plant.
  • the fermenter has a hydrostatic gas storage device.
  • hydrostatic gas storage device is to be understood in the following to mean a gas storage device in which the introduced gas displaces a previously existing liquid (in particular water) against the force of gravity (and thus against a developing hydrostatic pressure or a water column).
  • a gas storage device for example, designed so that the incoming gas builds up a maximum water column of 2000 mm in the displacement of the liquid therein, this corresponds to a hydrostatic pressure of 200 mbar.
  • the stored gas is maintained at a gas pressure corresponding to this pressure, and can be supplied to the gas engine of the CHP without waiving its own gas pressure blower.
  • the piping to the hydrostatic gas storage are dimensioned so that they meet the requirements for gas safety equipment (positive and negative pressure).
  • gas safety equipment positive and negative pressure
  • excess gas produced can escape through the hydrostatic gas storage in the environment, the liquid of the gas storage acts as a non-return and excludes a spark or flame entry into the fermenter.
  • a conventional gas storage device is not capable of this.
  • these can also serve as overflow protection for fermentation substrate fed excessively into the fermenter. This drains through the pipes and is collected by the hydrostatic gas storage.
  • the gas collector of the fermenter preferably has a conical, frusto-conical, paraboloid or hemispheric dome.
  • this dome is arranged on the fermenter such that the region of the upwardly directed taper of the dome begins already below an overflow edge of the recovery section. It is in this context on the drawings directed. In this way, the recovery of the active biomass is significantly improved.
  • the fermentation chamber, the gas reservoir and / or the settling chamber can be designed as Faraday cage. Both measures serve the fire and explosion prevention.
  • the housing of the fermenter as a whole be of a conductive metal (in particular V 4 A steel or corrosion-resistant coated steel), or of a non-metallic material to which a network of metallic conductors is added, for example in the form of a surrounding the housing material wire mesh material ,
  • the fermenter according to the invention has a settling channel arranged in the bottom region of the fermentation chamber.
  • this inorganic material such as sand, lime, stones, etc. can settle and, for example with the help of a
  • Screw conveyor are removed from the fermenter. Usually about 1 - 3% of the fermentation material is removed in this way daily. Solids can then be separated from the discharged material and the liquid components returned to the fermentation space.
  • the fermenter has in the region of its outlet a heat exchanger with which the fresh organic material to be fermented can be preheated.
  • the biogas fermenter according to the invention must be tempered.
  • Many heaters e.g. arranged in the fermenter heat exchanger, have on their surface at a higher temperature than is optimal for the microorganisms. Fermenting material that comes into contact with the heating device is therefore first heated to a temperature lying above the preferred temperature range, and then passes them successively to the surrounding material. Although in this way the desired temperature can be set in the entire fermentation space, the increased temperature in the region of the heating means leads to the death of the microorganisms, in particular methanogenic bacteria, located there or thus coming into contact, and thus to a reduction of the yield.
  • the fermenter has a tempering device for the organic material to be fermented, which is set up so that the temperature of the fermentation material in the fermentation chamber is adjustable solely by the temperature of the introduced via the inlet, to be fermented organic material.
  • At least one temperature sensor in the fermentation chamber and a corresponding control circuit is required.
  • This type of temperature control is particularly effective because the introduced into the fermentation chamber, tempered material spreads immediately and gives off its heat energy quickly to the environment. Due to the rapid heat exchange with the surrounding material, the
  • Methane bacteria in the fermenter are not affected in their life processes.
  • the fermenter To temper effectively so for this reason, no impairment of the methane bacteria in the fermenter is to be feared.
  • the filling device is arranged between the two agitators.
  • the tempered, to be fermented substrate is introduced in this way particularly effective in the fermentation chamber and mixes quickly with the fermentation material, where it gives its temperature very quickly to the environment. This also opens up the possibility of pasteurizing or sterilizing the substrate to be fermented before it is introduced into the fermentation chamber.
  • a method for producing biogas from pumpable organic material with a low content of organic dry matter (OTS) in a fermenter according to one of the preceding claims. This procedure includes the following steps:
  • Fermenter b) production and maintenance of an anaerobic environment, a pH of at least 7 and a temperature in the mesophilic to thermophilic range, c) generation of a material flow of the pumpable organic material through the
  • the pH can be adjusted with the conventional agents known to those skilled in the art.
  • Fixed bed reactor is generated continuously or pulsating. Both variants can have advantages and disadvantages, in particular with respect to the particular substrate used. Thus, a pulsating flow of material may be advantageous to provide a longer contact time between substrate to be fermented and the microorganisms.
  • suitable flow conditions speed, pulse intervals, etc., in particular with respect to the substrate used in each case
  • the invention provides that the recovered material with fresh, to be fermented material is pre-incubated before the latter is introduced into the fermenter.
  • the fermentation residues produced with the fermenter or process according to the invention have a high proportion of mineralized nutrients (N, P, K) and are well suited as Fertilizer.
  • the fermentation residues are less viscous compared to the fermenting substrate, since they contain a lower proportion of organic residue. Therefore, they can be applied better and used in plant-culture than eg manure. Due to the reduced proportion of organic matter after discharge of the digestate a much lower formation of climate-effective gases, such as carbon dioxide (CO 2 ),
  • Methane gas (CH 4 ), and nitrous oxide (N 2 O) to be feared.
  • methane gas (CH 4 ), and nitrous oxide (N 2 O) to be feared.
  • nitrous oxide (N 2 O) to be feared.
  • if necessary contained in the manure plant seeds, especially of weeds, and fungal spores are inactivated by the fermentation, and therefore can not germinate after the discharge.
  • Another advantage of the fermentation residues produced in this way is that they are hygienized in compliance with certain process conditions, and therefore - without further chemical or thermal treatment on critical areas, such as in water conservation areas or dairy cattle pastures may be applied.
  • liquid manure is heavily mineralized, so the nutrients it contains are much more beneficial to the plants to be fertilized.
  • non-fermented manure there is an incalculable potential of organically bound nutrients in the soil during fertilization, which can lead to significant groundwater contamination in natural mineralization spills, if the vegetation is unable to absorb the mineralized nutrient spills.
  • this is connected downstream of a conventional biogas fermenter (so-called “repowering") in such a way that fermentation residues from the conventional biogas fermenter can be fed via the feed for the pumpable organic material.
  • inventions will be referred to below as a post-fermenter.
  • the term "conventional biogas fermenter” is understood to mean the biogas fermenters of the prior art mentioned at the beginning, which are used for the fermentation of renewable raw materials Use find and consist essentially of a large stirred tank with a gas storage cupola or from a plug flow (a horizontal cylinder).
  • biogas produced in the post-fermenter is fed to the gas storage of the main plant.
  • Recovering section is designed such that the specifically recovered therein lighter fractions of the pumpable organic material can be fed to the upstream biogas fermenter again.
  • the possibility of recycling the active biomass has another advantage: Since the stocking density of active microorganisms in the fermentation room can be kept at a much higher level, the fermentation process is accelerated. Therefore, the throughput of the fermenter can be increased. Thus, a fermenter according to the invention can tolerate much higher volume loads.
  • the fermenter according to the invention - as an alternative or in addition to the aforementioned embodiment - is followed by a Langzeithydrolysereaktor (with liquid preservation of the substrates), as it is known for example under the term "LIGAVATOR” or "BETAVATOR”.
  • a Langzeithydrolysereaktor with liquid preservation of the substrates
  • Such a reactor has, for example, a volume of 1,500 m 3 .
  • an anaerobic fermentation process takes place (in particular an ensilage, ie a lactic / acetic acid fermentation in which it leads to the formation of short-chain metabolites (in particular lactate, ie lactic acid and acetate, ie acetic acid), comes to lower the pH and the formation of CO 2.
  • the said lactic and acetic acid may be particularly well-metabolised in the inventive fermentor.
  • the released CO 2 can be fed as in the inventive fermenter.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a fermenter 10 according to the invention for producing biogas from pumpable organic material in longitudinal section.
  • the fermenter has an inlet 11 for the pumpable organic material, a fixed bed reactor 12 for the pumpable organic material with at least one primary (ascending) section 12a and a secondary (descending) section 12b, and at least one outlet 13 for the resulting digestate.
  • the fixed bed reactor 12 comprises a material which permits the formation of substantially longitudinally disposed channels (analogous to paralleled intestinal tubes, i.e. intestinal packets).
  • a fixed bed reactor dispenses with its own agitator, as is the case in stirred tank fermenters, since a directed material flow can be set within the fixed bed reactor.
  • the directed material flow also prevents, in particular, the short-circuit currents which are unavoidable in stirred tank fermenters and which impair effective sanitation of the fermentation material and optimal fermentation.
  • the proposed fixed bed reactor provides a colonization substrate for methane-forming microorganisms. In this way, unlike a stirred tank fermenter, stratified microbiocenoses can set.
  • the recovery section 15 consists of a vertically disposed tubular member and is disposed between the ascending (primary) section 12a and the descending (secondary) section 12b of the fixed bed reactor.
  • the recovery section 15 communicates with the settling space 14 via an overflow edge and is designed so that specific lighter fractions 19 of the pumpable organic material can be recovered and fed back to the ascending (primary) section of the fixed bed reactor via a drain 16.
  • lighter specific fractions are, on the one hand, specific lighter organic fractions, e.g. volatile fatty acids. In conventional stirred tank fermenters, these fractions form a floating layer and thus escape the fermentation process. By the way, you are going z.T. easily into the gas phase and are thereby permanently withdrawn from the further fermentation process.
  • microorganisms which have detached themselves from the substrate of the fixed bed reactor and would be discharged from the fermenter without a recovery section with the fermentation residue are contained in these specifically lighter organic fractions, thereby making the stocking density of biogas in conventional biogas fermenters
  • the regenerating section according to the invention allows the recovery and reintroduction of these microorganisms into the fermenter, so that the fermenter according to the invention has a considerably higher microorganism density than a fermenter conventional fermenter.
  • the fermenter has two relatively small-sized agitators 17a, 17b in the region of the inlet 11 and in the region of the settling chamber 14, in regular Intervals are turned on and possibly prevent the deposition of solid particles.
  • the agitators shown have a considerably smaller dimensioning and power consumption in comparison to the agitators known from the conventional stirred tank fermenters.
  • the fermenter also has a pump 18 for pumping the fermentation material through the fixed bed reactor. Also, this pump has a significantly lower power consumption compared to the known from the conventional stirred tank fermenters agitators. It may in particular be a double-piston pump. In Fig. 1, a gas sampling device 20 for removing the generated biogas is also shown.
  • the solid arrows indicate the direction of material flow through the fermenter.
  • the broken arrows indicate the direction of the resulting biogas.
  • the fermenter according to the invention has a considerably smaller area requirement than a conventional stirred tank fermenter, which has a very large area requirement because of the large volumes of digester volume.
  • the fermenter according to the invention has an area requirement of only 29 m 2 of base area and can thus be ideally integrated into existing agricultural yardsteads.
  • Fig. 2 shows two cross-sections of the fermenter according to the invention along the lines AA '(Fig. 2A) and BB' (Fig. 2B).
  • Fig. 2a the ascending (primary) portion 22a and the descending (secondary) portion 22b of the fixed bed reactor and the recovery section 15 can be seen in plan view.
  • Fig. 2b only the upper edge of the recovery section can be seen in plan view of the overflow edge.
  • Fig. 3a shows an example of a plastic tube 31, which is preferably used as a material for the solid-state reactor, since it is the formation of substantially longitudinal arranged channels allows. This tube has both on the outside and on the inside of an enlarged surface, which provides a large colonization surface for microorganisms.
  • the plastic pipe is a pipe having similar characteristics to the known flexible civil engineering drainage pipes with diameters between 50 and 400 mm. Even more preferably, it is such a drainage tube type, since it is easy and inexpensive. It is preferably provided that many of these tubes are hung in the fermenter and thus form the fixed bed reactor. For this purpose, it may be provided that the fermenter has in its upper and its lower region in each case a suspension device for suspending the said plastic pipes.
  • Other materials for forming the fixed bed reactor are e.g. vertically arranged tubes or honeycomb-like hollow bodies of ceramic, clay, stoneware, wood, metal or plastic, or vertically arranged rods, ropes, linen or cords.
  • Fig. 3b shows an example of a holding device 33 for these plastic pipes, which is arranged at the respective upper and lower end of the fixed bed reactor, and the best possible distance of the tubes fixed to each other and the tube passages not narrowed, or such narrowing prevents.
  • This holding device consists of stainless steel pipe sections ("cuffs"), which are arranged in a surface and welded together at angles or otherwise connected, and in which the ends of the plastic pipes are fitted accurately.
  • FIG. 4 shows a part 40 of a fermenter according to the invention in an exploded view, consisting of the two cylinder-half-shaped segments 41a and 41b.
  • Fig. 4 further shows in plan view the rising (primary) section 42 of the fixed bed reactor.
  • the descending portion is covered in Fig. 4 by the wall of the segment 41b and therefore not visible.
  • the segments 41a and 41b are transferred in place Mounting bracket 43 screwed together.
  • one of the segments (here 41a) already has the recovery section 45, which also facilitates manufacturing and assembly and thus reduces costs.
  • FIG. 5 likewise shows a part 50 of a fermenter according to the invention in FIG. 5
  • FIG. 6 likewise shows a part 60 of a fermenter according to the invention in a section with the flow characteristics of the fermentation material.
  • the fermentation material passes from the ascending (primary) section 62 of the fixed bed reactor into the settling space 64.
  • specific lighter fractions 69 settle upwards and pass over an overflow edge into the recovery section 65.
  • the specific heavier fractions eg no longer gas-forming dead biomass ) enter, however, in the not shown descending (secondary) section of the fixed bed reactor.
  • FIG. 7 shows various complementary embodiments of the fermenter according to the invention.
  • a heat exchanger 74 arranged in the region of its outlet 73 is shown, with which the fresh organic material to be fermented can be preheated.
  • the heat exchanger is connected to the inlet 71 in connection.
  • FIG. 7b shows a further recovery section 75, which is arranged after the descending (secondary) section of the fixed bed reactor 72. In this way, the recovery of said substrates and microorganisms is further improved.
  • FIG. 8 shows a hydrostatic gas storage device 80 consisting of a container 81 with an intermediate bottom 82.
  • the lower part of the container is filled with a barrier liquid 83.
  • the gas storage device is connected to a gas sampling device 84 of a fermenter, not shown.
  • the gas introduced displaces the liquid (in particular water) against the force of gravity (and thus against an increasing hydrostatic pressure or a water column).
  • the water deviates through a riser 85 into the upper part of the container.
  • the gas storage device is e.g. designed so that the inflowing gas builds up a maximum water column of 2000 mm when displacing the liquid therein, this corresponds to a hydrostatic pressure of 200 mbar.
  • the stored gas is maintained at a gas pressure corresponding to this pressure, and can be supplied to the gas engine of the CHP without waiving its own gas pressure blower.
  • the biogas-producing microorganisms can continue to produce biogas against strong pressure gradients.
  • pressure gradients up to 160 bar are described. The described, developing pressure gradient of 200 mbar, which u.U. continues into the fermenter, so does not affect the biogas synthesis.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a fermenter 90 according to the invention, which in most points corresponds to the embodiment shown in FIG. Unlike the latter, however, it is provided here that the recovery section 95 is via peripheral Holes 96 and sieve means with the settling chamber 94 is in communication, and not via an overflow edge.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a fermenter 100 according to the invention, which also corresponds in most respects to the embodiment shown in FIG. In contrast to the latter, however, it is provided here that the recovery section 105 is arranged externally and is connected to the settling chamber 104. Via a valve 106, the amount of the return can be regulated. The recovery section can be easily separated from the fermenter in this construction together with all easy for maintenance.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of the fermenter with inlet 111, a fixed bed reactor 112 for the pumpable organic material with a primary (rising) section 112a and a secondary (descending) section 112b, which are spatially and structurally separated from one another (so-called partial fermenters) ), and a drain 113.
  • the sections 112a and 112b may be made from a commercially available, used LPG or gas tank that has been cut approximately centrally.
  • a recovery section 115 through which the recovered specific lighter fractions of the pumpable organic material can be recycled to the upstream biogas fermenter 116, is also provided in the header of the fractional fermenters. The material is conveyed in particular via the gas pressure arising in the rising section of the fermenter.
  • FIG. 11 furthermore shows an optionally provided conventional biogas fermenter 116 to which the fermenter 110 according to the invention is connected downstream of and opposite this
  • the biogas fermenter 116 consists essentially of a large stirred tank with a gas storage dome. Since this only imperfectly degrades the raw materials (ie high residual gas potential of the fermentation residue), it also suffers from a steady loss of methane-forming microorganisms and produces fermentation residues that are not sufficiently sanitized and mineralized (short circuit currents, see above) and also emits climate-effective gases (Methane, nitrous oxide, CO 2 , see above), it is extremely advantageous to feed the digestate of such a fermenter 116 into the fermenter 112 according to the invention.
  • the operator of a conventional biogas fermenter can sustainably improve the economic efficiency and the environmental friendliness of his plant with relatively little investment.
  • the biogas produced in the fermenter 112 is supplied to the gas storage of the biogas fermenter 116.
  • the recovery section 115 is designed in such a way that the specifically lighter fractions of the pumpable organic material recovered therein can be supplied to the upstream biogas fermenter 116 again.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS), aufweisend mindestens einen Zulauf für das pumpbare organische Material, mindestens einen Festbettreaktor für das pumpbare organische Material mit mindestens einem primären und einem sekundären Abschnitt, sowie mindestens einen Ablauf für den entstehenden Gärrest. Überdies kann der Fermenter optional mindestens einen Absetzraum für das pumpbare organische Material aufweisen, der zwischen dem primären und sekundären Abschnitt des Festbettreaktors angeordnet ist, sowie mindestens einen Rückgewinnungsabschnitt, der mit dem Absetzraum in Verbindung steht und so ausgebildet ist, dass spezifisch leichtere Fraktionen des pumpbaren organischen Materials zurückgewonnen und ggf. dem aufsteigenden (primären) Abschnitt des Festbettreaktors oder einem vorgeschalteten oder nachgeschalteten herkömmlichen Fermenter erneut zugeführt werden können.

Description

Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS) gemäß dem vorliegenden Anspruch 1.
Fermenter zur Erzeugung von Biogas stossen auf zunehmendes Interesse, seit die Diskussion um erneuerbare Energien sowie deren Förderung mehr und mehr in den Mittelpunkt der öffentlichen Aufmerksamkeit gerückt ist. Solche Fermenter sind aus dem Einsatz in landwirtschaftlichen Betrieben sowie kommunalen Kläranlagen bekannt. Prinzip dieser Fermenter ist, dass organisches Material in einem geschlossenen Behälter gelagert wird und die enthaltenen organischen Kohlenstoffverbindungen durch mikrobielle Aktivität zu Methangas abgebaut werden, welches aufgefangen und zur Wärme- und/oder
Stromerzeugung verwendet wird. Die auf diese Weise gewonnene Energie ist nahezu CO2- neutral, da das bei der Verbrennung freigesetzte Kohlendioxid zuvor durch pflanzliche Fotosynthese der Atmosphäre entnommen wurde.
Im Folgenden soll zunächst der unter Sauerstoffabschluss verlaufende Gärprozess zur
Erzeugung von Biogas beschrieben werden. Der gesamte Gärprozess kann in mehrere Phasen eingeteilt werden. In der ersten Phase werden die im zu vergärenden Substrat enthaltenen Kohlenhydrate, Fette und Proteine durch fakultativ und obligat anaerobe Mikroorganismen in niedermolekulare Kohlenwasserstoffverbindungen (Ci-Cs-Körper) aufgespalten. Kohlenhydrate werden dabei sukzessive zu Propionsäure oder Buttersäure bzw. Butanol abgebaut, Fettsäuren über den Weg der ß-Oxidation schrittweise in C2-Einheiten zerlegt, die als Essigsäure freigesetzt werden, und Aminosäuren nach der Stickland - Reaktion gekoppelt zu Essigsäure, Ammoniak und CO2 abgebaut.
Diese Zwischenprodukte werden wiederum zu den methanogenen Substraten Essigsäure (CH3COOH), Wasserstoff (H2), Kohlensäure (H2CO3), Ameisensäure (HCOOH) und Methanol (CH3OH) abgebaut. Diese methanogenen Substrate werden wiederum von obligat anaeroben, methanbildenen (methanogenen) Bakterien der Gattungen Methanobacterium, Methanosarcina und Methanospirillum in den folgenden Reaktion zu Methan, Kohlendioxid und Wasser abgebaut:
I) CH3COO" + H+ > CH4 + CO2
2) HCO3 " + H+ + 4H2 - - > CH4 + 3 H2O
3) HCOO" + H+ + 3H2 - - > CH4 + 2 H2O
4) CH3OH + H2 > CH4 + H2O
Das in Reaktion 2) erwähnte HCO3 " entsteht dabei durch Lösung von Kohlendioxid im Wasser nach folgender Gleichung:
5) H2O + CO2 > HCO3 " + H+.
Über 70% des Methans entstehen über die Spaltung von Essigsäure, also über Reaktion 1. Da es sich bei der Biogasvergärung um einen Mischprozess handelt, bei dem in den verschiedenen Phasen verschiedene Mikroorganismen aktiv sind, muss den unterschiedlichen Ansprüchen aller Mikroorganismen Rechnung getragen werden, um einen möglichst hohen Ertrag zu erzielen. Ausschlaggebend sind jedoch die für die Aktivität der methanogenen Bakterien erforderlichen Bedingungen. Letztere benötigen aufgrund ihrer Eigenschaften als obligate Anaerobier ein strikt sauerstofffreies Milieu. Überdies bevorzugen sie einen leicht alkalischen pH- Wert.
Aus der DE 197 564 85 ist ein Faulbehälter mit Rührwerk zum Einsatz in landwirtschaftlichen Biogasanlagen und kommunalen Kläranlagen bekannt. Dieser weist eine runde Bodenfläche, einen Füllstutzen und ein am Umfang des Faulbehälters angebrachtes Rührwerk mit einer Antriebsachse auf. Das Rührwerk ist in einem unterhalb des Füllstutzens angeordneten Rührrohr untergebracht. Das Rührrohr verläuft bevorzugt senkrecht. Der Inhalt des Gärbehälters wird über eine Wandheizung temperiert. Zu vergärendes Substrat wird Über einen relativ weit oben angeordneten Füllstutzen in den Gärbehälter eingebracht, während über einen sehr viel weiter unten angeordneten Ablauf ausgegorenes, weiter unten im Behälter befindliches Material abgepumpt und in ein Gärrückstandslager verbracht wird.
Die in einem solchen Fermenter verwendbaren Substrate müssen einen relativ hohen Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS) haben. So weisen z.B. Energiepflanzen wie Mais oder Weizen einen oTS-Anteil von mehr als 60 Gew.-% auf. Mit solchen Energiepflanzen lassen sich bei verhältnismässig kleinen Fermentervolumina hohe Biogasausbeuten erzielen, da sich mit diesen Pflanzen hohe Raumbelastungen einstellen lassen.
Die Größe „Raumbelastung" ist ein Maß für die biologische Belastung eines Fermenters. Für eine konventionelle Biogasanlage ist eine Raumbelastung von 2 bis 5 kg oTS/m3 pro Tag anzustreben. Unter einer Raumbelastung von 2 kg oTs/m3 pro Tag spricht man von Schwachlast. Eine Raumbelastung von mehr als 5 kg oTs/m3 pro Tag wird als Hochlast bezeichnet. - A -
Allerdings eignen sich herkömmliche Biogasfermenter lediglich für Substrate mit hohen oTS- Anteilen, also insbesondere Substrate aus nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRo), insbesondere aus sogenannten Energiepflanzen wie z.B. Getreide, Silomais oder Futterrüben.
Substrate mit geringen oTS-Anteilen, wie z.B. Gülle, Gärreste, Schlempe (Rückstände aus der Alkoholvergärung, insbesondere der Bioethanolproduktion), Klärschlämme oder hochbelastete Abwässer aus der Nahrungsmittelindustrie eignen sich nicht für die ausschließliche Verwendung in diesen Fermentern, sondern kommen allenfalls als Impfsubstrat oder in einem Gemisch mit Energiepflanzen-Substraten(d.h. zur Kofermentation) in Frage, da die Menge andaraus pro m3 Faulraumvolumen erzeugbarem Biogas so gering ist, dass damit kaum die für den Betrieb des Fermenters erforderliche Energie (Heizenergie,Strom für den Antrieb der Rührwerke) zurückgewonnen werden kann.
Dies liegt eben daran, dass aufgrund des geringen oTS-Anteils mit diesen Substraten keine hohen Raumbelastungen verwirklicht werden können, ohne massive Auschwemmung von Methanbildnern zu riskieren.
Hinzu kommt, dass herkömmliche Fermenter permanent mit dem Problem der Aufkonzentration von Propionsäure zu kämpfen haben, die ab einer bestimmten Konzentration bakteriostatische und fungistatische Wirkungen hat. Dieses Problem tritt dann auf, wenn bei höherer Raumbelastung die Bildung flüchtiger Fettsäuren wie z. B. Essigsäure schneller vonstatten geht als deren Abbau durch die Methanbildner. Deren Konzentration wird in herkömmlichen Fermentern permanent dazuhin durch Ausschwemmung reduziert und die Reduplikation der methanogenen Bakterien erfolgt mit 10 - 14 Tagen extrem langsam im Vergleich zu den Säurebildnern mit ca. 0,5 - 2 h, so dass es in den herkömmlichen Fermentersystemen sehr schnell zur Versauerung des Fermenterinhalts (gestoppte Methanbildung) und zur Bildung von Propionsäure kommt. Gülle stellt ein anoxisches System mit relativ hohem pH- Wert dar und ist aus diesem Grunde sehr gut geeignet, in einem Biogasfermenter die für Methanbakterien erforderlichen Bedingungen zu schaffen. Gleichwohl kann die organische Trockensubstanz der Gülle weniger schnell durch Mikroorganismen verstoffwechselt werden als die organische Trockensubstanz aus besagten Energiepflanzen. Dies macht eigentlich eine längere Verweildauer der Gülle in dem Fermenter erforderlich.
So erzeugt ein Rindermastbetrieb mit 400 GV (Großvieheinheiten, 1 GV entspricht 500 kg Lebendgewicht) am Tag etwa 20 m3 Gülle, die behandelt werden müssen. Bei einer Verweildauer von 50 Tagen wäre daher bei herkömmlicher Bauart ein Fermenter mit einem Raumvolumen von 1000 m3 erforderlich.
Rindergülle weist im Mittel einen oTS-Anteil von etwa 6 Gew.-% auf. Bei einer zu erwartenden Ausbeute von 500 m3 Biogas pro Tonne oTS ergibt sich in obigem Beispiel gemäß folgender Gleichungen:
20 m3 Gülle * 0,6 Gew.-% = 1 ,2 t oTS (Gleichung 1)
1 ,2 t oTS * 500 = 600 m3 (Gleichung 2)
eine Biogasausbeute von 600 m3/Tag.
Wird ein Fermenter derselben Größenordnung hingegen mit Energiepflanzen beschickt, so kann aufgrund des höheren oTS-Anteils eine höhere Raumbelastung gefahren werden, was sich in erheblich verbesserten reaktorspezifischen Biogasausbeuten äußert.
Da ein Biogasfermenter einen erheblichen Eigenenergieverbrauch aufweist (insbesondere für das Rührwerk und die Heizung), ist eine ausschließliche oder überwiegende Verwendung von Materialien mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS), wie z.B. Güllen, in einem herkömmlichen Biogasfermenter nicht wirtschaftlich.
Gleichwohl besteht auf landwirtschaftlichen Betrieben ein erheblicher Bedarf für eine biologische Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern (Tierexkrementen und Fäkalien), insbesondere von Gülle.
Die Ausbringung von Gülle auf landwirtschaftliche Flächen unterliegt strengen gesetzlichen Auflagen. So dürfen auf Milchviehweiden grundsätzlich nur hygienisierte Güllen ausgetragen werden. Diese Hygienisierung erfolgt auf chemischem (mit NaOH) oder thermischem Wege und verursacht in jedem Falle erhebliche Kosten.
Zwar wäre eine Hygienisierung in einem Biogasfermenter, der im thermophilen Bereich (> 55 0C) betrieben wird, denkbar, allerdings eignen sich wie oben angedeutet herkömmliche Biogasfermenter nicht für eine effektive großmassstäb liehe Aufbereitung von Gülle.
Hinzu kommt, dass sowohl hygienisierte als auch unbehandelte Gülle nach dem Ausbringen auf einen Acker, eine Wiese oder Weide die Entstehung von klimaschädlichen Gasen begünstigt, und zwar nicht nur von Kohlendioxid (CO2), sondern insbesondere auch von Methangas (CH4), Ammoniak (NH3) und Lachgas (N2O), die in die Atmosphäre entweichen und so den Treibhauseffekt begünstigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Fermenter sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas bereitzustellen, der die wirtschaftliche Fermentation von organischem Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS) ermöglicht.
Dieser Fermenter soll aber auch mit hochkonzentrierten Substratmischungen bei hoher Raumbelastung (> 5 kg oTS/m3 Faulraum x d) hocheffizient und stabil Methan erzeugen können. Dies gelingt u.a. auf Grund der fixierten Biomasse und der Rückgewinnung der aktiven Biomasse (vorzugsweise Methanbildner) zur Rückspeisung und Animpfung im Anmischbereich.
Weitere Aufgabe ist es, einen Fermenter sowie ein Verfahren für die wirtschaftliche Aufbereitung und Hygienisierung von Gülle bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an. Dabei ist zu beachten, dass die genannten Bereichsangaben durchweg einschließlich der jeweiligen Grenzwerte zu verstehen sind.
Demnach ist ein Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS) vorgesehen. Dieser weist
a) mindestens einen Zulauf für das pumpbare organische Material, b) mindestens einen Festbettreaktor für das pumpbare organische Material mit mindestens einem primären und einem sekundären Abschnitt, sowie c) mindestens einen Ablauf für den entstehenden Gärrest.
auf.
Unter der Definition „organisches Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS)" sollen im wesentlichen solche Materialien verstanden werden, die einen oTS- Anteil von weniger als 50 Gew.-% aufweisen, bevorzugt weniger als 25 Gew.-% und besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%. Ein solches Material stellt z.B. Gülle, also d.h. ein aus Tierexkrementen, Urin, Einstreu, Futterresten und Tränkwasserverlusten bestehendes Wirtschaftsdüngersubstrat dar, das meist einen oTS-Anteil von weniger als 10 Gew.-%- aufweist.
Ein ebensolches Material stellt z.B. auch der Gärrest aus einer konventionellen Rührkessel- Biogasanlage dar, aber auch Stoffe wie Schlempe (Rückstände aus der Alkoholvergärung, insbesondere der Bioethanolproduktion), Klärschlämme oder hochbelastete Abwässer aus der Nahrungsmittelindustrie. Weiterhin fallen unter die obige Definition auch Gemische aus Gülle oder Gärresten mit Substraten aus Nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRO).
Durch die Verwendung eines Festbettreaktors werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. So macht ein Festbettreaktor ein eigenes Rührwerk verzichtbar, wie dies in Rührkesselfermentern Verwendung findet, da sich innerhalb des Festbettreaktors ein gerichteter Materialstrom einstellen lässt. Dies ist zu vergleichen mit parallel ausgerichteten Darmpaketen, die innen und außen mit Darmzotten besetzt sind und so eine große
Besiedlungsfläche für Mikroben bieten und zu einem je nach Verfahrensabschnitt aufwärts oder abwärts gerichteten Substratstrom führen.
Stattdessen kann eine energieeffizientere Pumpe verwendet werden, insbesondere eine Doppelkolbenpumpe. Die herkömmlicherweise verwendeten Rührwerke weisen standardmäßig eine Leistungsaufnahme von etwa 18 kW auf. Durch Verwendung einer Doppelkolbenpumpe sind hier Einergieeinsparungen von bis zu 90 % möglich. Auf diese Weise wird die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Fermenters erheblich erhöht
Durch den gerichteten Materialstrom (Zwangspassage) werden insbesondere auch die in Rührkesselfermentern unvermeidlichen Kurzschlussströme verhindert, die eine effektive Hygienisierung des Gärmaterials sowie eine optimale Vergärung beeinträchtigen. Auf beide Punkte wird weiter unten noch eingegangen. Hinzu kommt, dass der vorgesehene Festbettreaktor ein Besiedlungssubstrat für methanbildende Mikroorganismen bereitstellt. Auf diese Weise können sich im Unterscheid zu einem Rührkesselfermenter geschichtete Mikrobiozönosen einstellen.
Dadurch gelingt es, den zweiten Stoffwechselweg der Methanerzeugung erst in größerem Umfang zu ermöglichen und ihn sogar zu optimieren. Hierbei arbeiten Mikroben auf engem Raum so effizient zusammen, dass H+ und CO2 (als HC(V) zu CH4 (Reaktion 2) synthetisiert werden können. Dadurch wird der Cθ2-Gehalt im Biogas reduziert und der CH4-GeIIaIt entsprechend gesteigert. Dies dient der Qualitätsverbesserung und Effizienzsteigerung.
Dies ist sehr wichtig, da bestimmte, für die Biogasbildung erforderliche Bakterien und Mikroorganismen keinen Kontakt mit dem zu vergärenden Substrat bekommen dürfen, während andere Mikroorganismen diesen Kontakt brauchen. In einem Rührkesselfermenter, in dem den Mikroorganismen kein Besiedlungssubstrat zur Verfügung gestellt wird, kann sich diese Schichtung nicht ausbilden, was zu erheblich geringerer Biogasausbeute führt.
So unterscheidet man bei der Biogassynthese insbesondere die Schritte der Acetogenese und der Methanogenese, für deren Ablauf jeweils unterschiedliche Mikroorganismen verantwortlich sind. Während der Acetogenese werden die niederen Fett- und Carbonsäuren sowie die niederen Alkohole durch acetogene Mikroorganismen primär zu Essigsäure, bzw. deren gelöstem Salz, dem Acetat umgesetzt. Während der Methanogenese, die obligat anaerob abläuft, wird die Essigsäure durch entsprechend acetoclastische Methanbildner in Methan und Kohlenstoffdioxid sowie Wasserstoff umgewandelt. Die jeweiligen Mikroorganismen stehen miteinander in einer Symbiose, d.h. dass die einen Mikroorganismen die Stoffwechselprodukte der anderen als Substrat bzw. Edukt verwenden können.
Gerade der Stoffwechselweg 2) HCO3 " + H+ + 4H2 - - > CH4 + 3 H2O
gelingt bei konventionellen Fermentern kaum, da der H -Ionen-Übergang im Bereich einer Nanosekunde zu erfolgen hat und dies eine Immobilisierung der symbiontischen Mikroben voraussetzt um die dafür nötige räumliche Nähe sicherzustellen.
Hinzu kommt, dass sich im Festbettreaktor die Mikroorganismen schneller adaptieren und durch die Rückgewinnung der aktiven (methanbildenden) Biomasse der Fermenter also schneller "einfährt" (da permanent rückgeimpft wird), und so die erwähnte Propionsäure besser und schneller durch die Mikroorganismen abgebaut wird, bzw. erst garnicht entstehen kann.
Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass der Fermenter außerdem
a) mindestens einen Absetzraum für das pumpbare organische Material aufweist, der zwischen dem primären und sekundären Abschnitt des Festbettreaktors angeordnet ist, sowie b) mindestens einen Rückgewinnungsabschnitt, der mit dem Absetzraum in Verbindung steht und so ausgebildet ist, dass spezifisch leichtere Fraktionen des pumpbaren organischen Materials zurückgewonnen und ggf. dem aufsteigenden (primären) Abschnitt des Festbettreaktors erneut zugeführt werden können aufweist.
Der Absetzraum kann bei zwei getrennten Verfahrensteilen in jedem Kopfteil zu finden sein. Durch den erstmals vorgesehenen Rückgewinnungsabschnitt werden spezifisch leichtere Fraktionen des pumpbaren organischen Materials zurückgewonnen und können dem aufsteigenden (primären) Abschnitt des Festbettreaktors erneut zugeführt werden.
Bei diesen spezifisch leichteren Fraktionen handelt es sich einerseits um spezifisch leichtere organische Fraktionen, wie z.B. flüchtige Fettsäuren oder faserige Biomasse, in der sich die Methanbildner und ihr gebildetes Gas auf Grund des durch die Methan- und Kohlendioxidfreisetzung bedingten Auftriebs verfangen. In herkömmlichen Rührkesselfermentern bilden diese Fraktionen eine Schwimmschicht aus und entziehen sich auf diese Weise dem Vergärungsprozess, bzw. bergen das Risiko eines sich aufbauenden Substratüberdrucks, wenn sich die Mikrogasbläschen nicht mehr aus der Schwimmschicht lösen können, etwa beim Ausfall des Rühraggregates).
Die flüchtigen Fettsäuren gehen im Übrigen z.T. leicht in die Gasphase über und werden dadurch dem weiteren Vergärungsprozess dauerhaft entzogen.
Weiterhin sind in diesen spezifisch leichteren organischen Fraktionen Mikroorganismen (sog „aktive Biomasse") enthalten, die sich vom Substrat des Festbettreaktors gelöst haben und ohne einen Rückgewinnungsabschnitt mit dem Gärrest aus dem Fermenter ausgetragen werden würden. Dies bedingt auch einen stetigen Verlust an Spurenelementen, die in konventionellen Rührkesselfermentern supplementiert werden müssen. Dies verursacht zusätzliche Kosten und bedeutet einen zusätzlichen Eintrag von Schwermetallen. Hierdurch wird in herkömmlichen Biogasfermentern die Besatzdichte an Biogas erzeugenden Mikroorganismen stetig reduziert, so dass diese Fermenter grundsätzlich mit einer für eine optimale Biogasausbeute zu geringen Mikroorganismendichte betrieben werden. Der erfindungsgemäße Rückgewinnungsabschnitt erlaubt die Rückgewinnung und erneute Einspeisung dieser Mikroorganismen in den Fermenter, so dass der erfindungsgemäße Fermenter eine erheblich höhere Mikroorganismendichte aufweist als ein herkömmlicher Fermenter und zusätzlich eine wesentlich bessere Versorgung mit Spurenelementen, die über die aktive Biomasse im Kreislauf geführt werden.
Es bietet sich so die Möglichkeit, die aktive Biomasse, die in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zusammen mit dem ausgegorenen Material in ein Gärrückstandslager verbracht wird und dort ungenutzt verbleibt, zurückzugewinnen und dem Gärprozess erneut zuzuführen. Auf diese Weise wird der Ertrag in den konventionellen Fermentern wesentlich erhöht. Hinzu kommt, dass durch die Rückführung der aktiven Biomasse in den Gärraum der Zeitraum zur Optimierung der Anlage im Erstbetrieb wesentlich verkürzt wird. Grundsätzlich ist es so, dass eine Biogasanlage eine gewisse Zeit zur Optimierung braucht. Ursache hierfür ist, dass sich in der Anlage zunächst eine stabile Mikroorganismen-Flora einstellen muss. Durch die Möglichkeit, die in dem aus dem Gärraum entnommenen, durchgegorenen Material noch befindlichen Mikroorganismen zurück zu gewinnen, wird der Zeitraum bis zum Aufbau einer stabilen und hocheffizienten Mikroflora erheblich verkürzt. Auf diese Weise wird der maximale Ertrag also wesentlich schneller erreicht.
Die Möglichkeit der Rückführung der aktiven Biomasse weist noch einen anderen Vorteil auf: Da die Besatzdichte an aktiven Mikroorganismen im Gärraum auf einem wesentlich höheren Niveau gehalten werden kann, wird der Gärprozess beschleunigt. Daher kann der Durchsatz des Fermenters erhöht werden. So kann ein erfindungsgemäßer Fermenter wesentlich höhere Raumbelastungen tolerieren.
Dieser Effekt stellt sich auch bei der Kombination des erfindungsgemäßen Fermenters mit einem konventionellen Rührkesselfermenter ein, wenn die rückgewonnene aktive Biomasse in den Rührkesselfermenter zurückgeführt wird (sogenanntes „Repowering", siehe unten).
Hinzu kommt, dass der erfindungsgemäße Fermenter die in herkömmlichen Rührkesselfermentern oftmals erforderliche Zugabe von Spurenlementen entbehrlich macht, da auch die in der aktiven Biomasse enthaltenen Spurenelemente durch die Biomasserückführung zurückgeführt werden.
Weiterhin muß in herkömmlichen Rührkesselfermentern der Fermenterinhalt stets wirksam durchmischt werden. Durch den Rührvorgang werden die Symbiosen der verschiedenen Mikroorganismen, insbesondere der Methanbakterien, permanent gestört. Eine länger dauernde Prozessstabilität kann so auf hohem Leistungsniveau nicht erreicht werden. Das Faulsubstrat muss hier den Mikroorganismen gleichzeitig als Nährsubstrat und als Besiedlungs fläche ihrer Symbiosekolonien dienen. Das Substrat muss daher eine gewisse Mindeststruktur bieten. Im erfindungsgemäßen Fermenter bilden sich dagegen äußerst stabile Symbiosen fest angesiedelter Methanbakterien, wodurch die Methanisierung auch bei leicht abbaubaren Substraten mit geringer Strukturalität optimal verlaufen kann.
Bakterien, die freien Wasserstoff produzieren und solche, die den Wasserstoff verwerten, sollten für eine optimale Symbiose fest angesiedelt sein. Daher kann im erfindungsgemäßen Fermenter auf den Besiedlungsflächen der Festbettreaktoren optimal Methangas produziert werden.
In den restlichen Bereichen des erfmdungsgemäßen Fermenters entfaltet sich die Biologie optimal und wird insbesondere nicht durch Aufrührvorgänge gestört.
Die Mikroorganismen benötigen zur optimalen Fermentation nicht nur organische Säuren, sondern auch CO2.
Im Bereich des Zulaufs für das organische Material bildet sich verstärkt CO2, welches in optimaler Weise den darüber liegenden aufsteigenden Abschnitt des Festbettreaktors durchströmt. Dieses CO2 steht somit den Methanbakterien ausreichend zur Methanisierung zur Verfügung. Somit wird eine optimale biologische Stabilität erreicht. Der erfϊndungsgemäße Fermenter weist daher eine verbesserte Biogasausbeute, insbesondere bei Materialien mit geringem oTS-Anteil auf. Die verbesserte Ausbeute resultiert aus einem weitergehenden Abbau der oTS, insbesondere durch besseren Abbau der Essigsäure- Äquivalente im Ablauf der Anlage sowie durch erneute Nutzung der wiedergewonnenen Bakterien, und zwar durch Ausnutzung von deren Stoffwechselaktivitäten und/oder, falls abgestorben, durch Ausnutzung von deren Biomasse.
Insgesamt weist der erfϊndungsgemäße Fermenter noch weitere Vorteile auf:
• Die Verweildauer der Substrate (insbesondere Gülle) wird von zuvor 50 auf 10 Tage reduziert; hierdurch erhöht sich der Durchsatz.
• Der Wärmebedarf wird rechnerisch auf 20 % reduziert (in der Praxis reicht in der Regel bereits die intrinsische Prozesswärme, d.h. eine externe Wärmezufuhr ist verzichtbar).
• Das Fermentervolumen kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Rührkesselfermenter von 1000 m3 auf 200 m3 reduziert werden, was die Bau- und Investitionskosten reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fermenters ist vorgesehen, dass der primäre Abschnitt des Festbettreaktors ein aufsteigender Abschnitt und der sekundäre Abschnitt des Festbettreaktors ein absteigender Abschnitt ist.
Auf diese gelingt es, den zweiten Stoffwechselweg der Methanerzeugung erstmals in größerem Umfang zu ermöglichen und zu optimieren. Hierbei arbeiten Mikroben auf engem Raum so effizient zusammen, dass H+ und HC(V zu CH4 (siehe Reaktion 2) synthetisiert werden können. Dadurch wird der CO2-GeIIaIt im Biogas reduziert und der CH4-GeIIaIt entsprechend gesteigert. Dies dient der Qualitätsverbesserung und Effizienzsteigerung. Im aufsteigenden Bereich besteht durch die fein verteilten Cθ2-Bläschen und deren große spezifische Oberfläche, die Chance, dass die Methanbildner in intensivem Kontakt diesen zweiten und wesentlich schwieriger zu realisierenden Pfad der Methanbildung beschreiten können.
Der erfindungsgemäße Fermenter ist jedoch auch in der Lage, mit hochkonzentrierten Substratmischungen bei hoher Raumbelastung (> 5 kg oTS/m3 Faulraum x d) hocheffizient und stabil Biogas erzeugen. Dies gelingt auf Grund der fixierten Biomasse und der
Rückgewinnung der aktiven Biomasse (vorzugsweise Methanbildner) zur Rückspeisung und Animpfung im Anmischbereich. Bei der Kombination der getrennten Abschnitte der Vergärung mit Aufwärtsströmung (Upflow) und Abwärtsströmung (Downflow) wird dabei überdies die Dünn- und Dickdarmfunktion simuliert und damit Prinzipien der Bionik in die Verfahrenstechnik übertragen.
Eine vorgeschaltete Langzeit hydro Iy se bzw. der Anmischbereich übernehmen in dieser Analogie gleichsam die Magenfunktion, durch die eine effiziente Versauerung des Inputsubstrates erfolgt.
Zusätzlich kann CO2 aus externen Quellen zur Intensivierung der Reaktionen in den aufsteigenden Abschnitt eingespeist werden. Letzteres kann aus externen Quellen stammen, insbesondere aber auch aus einem vorgeschalteten Langzeit-Hydrolysereaktor.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Festbettreaktor ein Material aufweist, das eine große Besiedlungsoberfläche für Mikroorganismen zur Verfügung stellt Hier kommen z.B. Materialien mit einer strukturierten Oberfläche und/oder einer inneren Oberfläche in Frage. Dies können z.B. Materialien mit einer strukturierten Kunststoffoberfläche sein, aber auch Lavagranulat, Blähton, Keramikpellets, textile, metallene oder hölzerne Strukturen und dergleichen.
Auf diese Weise wird eine große Besiedlungsoberfläche und damit eine hohe Besatzdichte und Stabilität für die Biogas erzeugenden symbiontisch lebenden Mikroorganismenkolonien ermöglicht.
Auf diese Weise wird eine große Besiedlungsoberfläche und damit eine hohe Besatzdichte und Stabilität für die Biogas erzeugenden symbiontisch lebenden Mikroorganismen ermöglicht.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Festbettreaktor ein Material aufweist, das die Ausbildung von im wesentlichen longitudinal angeordneten Kanälen ermöglicht.
Unter dem Begriff „im wesentlichen longitudinal angeordneten Kanälen" sollen solche Materialien verstanden werden, die geeignet sind, dem zu fermentierenden Substrat im aufsteigenden (primären) und/oder absteigenden (sekundären) Abschnitt des Fermenter eine einheitliche Fließrichtung zu geben. Dies ist überdies auch vorteilhaft, um Kurzschlussströme zu verhindern. Hierauf wird weiter unten noch eingegangen. Mögliche Materialien für diesen Zweck sind z.B. senkrecht angeordnete Röhren aus Keramik, Ton, Steingut, Metall, Holz oder Kunststoff, oder senkrecht angeordnete Stäbe, Bretter, Waben, Seile, Leinen oder Schnüre.
Besonders bevorzugt weist der Festbettreaktor dabei ein Material auf, das sowohl eine große Besiedlungsoberfläche für Mikroorganismen zur Verfügung stellt als auch die Ausbildung von im wesentlichen longitudinal angeordneten Kanälen ermöglicht. Hier ist insbesondere an Kunststoffrohre mit einer vergrößerten Oberfläche, wie z.B. die bekannten flexiblen Tiefbau-Drainagerohre mit Durchmessern zwischen 50 und 400 mm gedacht. Diese weisen eine gewellte Wandstruktur auf, die es ermöglicht, dass sowohl die Außen- als auch die Innenfläche dieser Rohre von Mikroorganismen besiedelt werden kann.
Die besagten Rohre sind besonders deswegen vorteilhaft, weil sie insbesondere im aufsteigenden Abschnitt des Festbettreaktors dafür sorgen, dass die aufsteigenden Gasblasen (insbesondere CO2) eine bestimmte Größe nicht überschreiten. In herkömmlichen Fermentern wachsen die aufsteigenden Gasblasen durch Abnahme des hydrostatischen Drucks sowie durch Aufnahme weiterer Gasblasen überproportional stark an, was einerseits ihre relative Oberfläche verringert und andererseits ihre Aufstiegsgeschwindigkeit stark zunehmen lässt. Beides ist Ursache dafür, dass das aufsteigende CO2 praktisch nicht mehr verstoffwechselt und so nicht mehr gemäß Reaktion 2) in Methangas umgewandelt werden kann. Die Ausführung mit Rohren oder ähnlichen Hohlkörperstrukturen setzt der Größenzunahme der Blasen Grenzen und sorgt durch die Kompartimentierung des Substratstroms so dafür, dass aufsteigendes CO2 in parallelen und dadurch stabilisierten Strukturen weiter verstoffwechselt werden kann.
Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass am jeweils oberen und unteren Ende des Festbettreaktors eine Halteeinrichtung für diese Kunststoffrohre angeordnet ist, welche den bestmöglichen Abstand der Rohre zueinander fixiert und die Rohrdurchgänge nicht verengt, bzw. solchen Verengungen vorbeugt.
Diese Halteeinrichtung kann z.B. aus Edelstahlrohrabschnitten ("Manschetten") bestehen, die in einer Fläche angeordnet und über Winkel miteinander verschweißt, gesteckt, verschraubt oder vernietet sind. Bevorzugt werden dabei Kunststoffrohre mit einem Innendurchmesser von 100 - 300 mm und einem Abstand zueinander von 50 - 300 mm verwendet. Besonders bevorzugt beträgt der Innendurchmesser 200 mm und der Abstand der Rohre zueinander 100 mm.
Durch die Anordnung aus mindestens einem Festbettreaktor mit mindestens einem aufsteigenden (primären) und einem absteigenden (sekundären) Abschnitt wird insbesondere die Ausbildung von Kurzschlußströmen verhindert. Dies ist insbesondere deswegen wichtig, weil nur durch eine solche Zwangspassage gewährleistet werden kann, dass das Material bestmöglich vergoren (d.h. mineralisiert) wird, und andererseits eine vollkommene Hygienisierung des Gärmaterials möglich wird.
Letztere ist für Materialien, die Tierexkremente enthalten oder aus solchen hergestellt wurden, vor der Ausbringung auf bestimmte landwirtschaftlich genutzte Flächen, wie z.B. Milchviehweiden, aufgrund gesetzlicher Bestimmungen erforderlich. Dasselbe gilt für die Ausbringung in Wasserschutzgebieten.
Die erfindungsgemäße Anordnung stellt sicher, dass das gesamte zu vergärende Material den gesamten Festbettreaktor passiert. Wird dieser im thermophilen Temperaturbereich (d.h. bei Temperaturen von mehr als 55 0C, reicht bereits eine Verweildauer von 24 Stunden für eine ausreichende Hygienisierung aus.
Die Hygienisierung inaktiviert dabei mesophile Keime (pathogene, fakultativ pathogene und nicht pathogene), wie z.B. coliforme Bakterien, Salmonellen, Brucelloseerreger und dergleichen mehr. Die für die Biogassynthese notwendigen Mikroorganismen sind durchweg thermophil, so dass Sie die besagten Temperaturen nicht nur unbeschadet überstehen, sondern dort auch ihr Aktivitätsmaximum entfalten. Hinzu kommt, dass Sie aufgrund des guten Besiedlungssubtrats im Fermenter verbleiben und nicht mit dem Gärrest ausgespült werden, also auch nicht z.B. auf eine Milchviehweide ausgebracht werden. Unter bestimmten Voraussetzungen reicht schon die bei der Biogassynthese freiwerdende Wärme aus, dass sich thermophile Bedingungen im Fermenter einstellen, d.h. eine externe Wärmezufuhr ist verzichtbar, was zu erheblichen Energieeinsparungen führt.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Rückgewinnungsabschnitt, der in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung über eine Überlaufkante mit dem Absetzraum in Verbindung steht, ist so ausgebildet, dass spezifisch leichtere Fraktionen des pumpbaren organischen Materials zurückgewonnen werden und dem aufsteigenden (primären) Abschnitt des Festbettreaktors erneut zugeführt werden können. Diese spezifisch leichteren Fraktionen enthalten insbesondere einen großen Teil der methanogenen Mikroorganismen, die ansonsten aus dem Fermenter ausgespült würden und für die Fermentation verloren gehen würden.
Dieser Effekt wird dadurch unterstützt, dass sich die besagten methanogenen Mikroorganismen auf den Oberflächen des Festbetts ansiedeln. So können sie nicht ausgeschwemmt werden.
Alternativ kann dieses rückgewonnene aktive Material auch im Rahmen des „Repowering" in den zu intensivierenden konventionellen Fermenter zurückgeführt werden, um dort die Konzentration an Methanbildnern anzuheben und eine Steigerung des Durchsatzes bzw. der Leistung zu ermöglichen.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Rückgewinnungsabschnitt über periphere Bohrungen bzw. Siebeinrichtungen mit dem Absetzraum in Verbindung steht. Für den Fachmann ergeben sich jedoch ohne Zutun erfinderischer Tätigkeit aus dieser Lehre auch andere Möglichkeiten, wie die oben angesprochene Verbindung zwischen Rückgewinnungsabschnitt und Absetzraum bewerkstelligt werden kann. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass an der Überlaufkante den Bohrungen bzw. Siebeinrichtungen ein Abstreifer vorgesehen ist, der eine Verstopfung derselben bzw. die Ausbildung einer Schwimmschicht an der Überlaufkante verhindert.
Das rückgewonnene Material, das in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch als „Impfschlamm" bezeichnet wird, kann dem dem Fermenter neu eingespeisten, zu vergärenden organischen Material zugeführt werden. Hierfür ist bevorzugt eine Dosiereinrichtung vorgesehen, die bevorzugt elektronisch oder mit einem Mikroprozessor gesteuert wird. Auf diese Weise wird die Konzentration der methanbildenden Mikroorganismen dauerhaft erhöht, was wiederum der Biogasausbeute und -qualität zugute kommt.
Grundsätzlich kann durch die Ausgestaltung des Rückgewinnungsabschnitts das Volumenverhältnis zwischen dem dem Fermenter neu eingespeisten Material und dem im Rückgewinnungsabschnitt zurückgehaltenen Material eingestellt werden. Dies kann z.B. durch die gezielte Auswahl der Höhe einer vorgesehenen Überlaufkante gegenüber dem oberen Ende des aufsteigenden Abschnitts des Festbettreaktors erfolgen. Ebenso kann dies z.B. über die gezielte Auswahl der Größe und/oder Dichte der peripheren Bohrungen erfolgen. Für den Fachmann ergeben sich jedoch ohne zutun erfinderischer Tätigkeit aus dieser Lehre auch andere Möglichkeiten, wie die oben angesprochene Einstellung des Volumenverhältnisses bewerkstelligt werden kann.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Volumenverhältnis zwischen dem dem Fermenter neu eingespeisten Material und dem im Rückgewinnungsabschnitt zurückgehaltenen Material im Bereich zwischen 1 : 0,9 - 2 : 0,1 liegt. Besonders bevorzugt beträgt das Volumenverhältnis 2 : 1. Die "Rückimpfung" mit dem zurückgehaltenen Material soll in jedem Falle so groß sein, dass eine problemlose Fermentation gewährleistet ist und eine partielle Übersäuerung nicht stattfindet. Dies lässt sich mit geeigneten Methoden (pH-Meter, NIRS, GC-Beprobung) für den Fachmann leicht nachvollziehen. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Rückgewinnungsabschnitt aus einem ggf. mehrteiligen, im wesentlichen senkrecht angeordneten röhrenförmigen Element besteht.
Der Rückgewinnungsabschnitt ist überdies bevorzugt zwischen dem aufsteigenden (primären) und dem absteigenden (sekundären) Abschnitt mindestens eines Festbettreaktors angeordnet.
Diese Ausführungsform weist eine Reihe von Vorteilen auf. So kann das im Rückgewinnungsabschnitt noch erzeugte Biogas von derselben Gasauffangeinrichtung aufgefangen werden, die auch das in den Abschnitten des oder der Festbettreaktoren erzeugte Gas auffängt. Hinzu kommt, dass auf diese Weise der Rückgewinnungsabschnitt leicht auf dieselbe Temperatur zu bringen ist wie die der oder die Festbettreaktoren. Weiterhin weist der Rückgewinnungsabschnitt so eine optimale Position für die Rückgewinnung der spezifisch leichteren Fraktionen auf, da er auf diese Weise in der Mitte des Absetzraums angeordnet ist; insbesondere dann., wenn der obere Rand des Rückgewinnungsabschnitts eine Überlaufkante bildet. Hinzu kommen im übrigen fertigungstechnische Vorteile, auf die weiter unten noch eingegangen wird.
Gleichwohl ist es jedoch nicht ausgeschlossen und daher vom Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche sehr wohl erfasst, dass der Rückgewinnungsabschnitt nicht zwischen dem aufsteigenden (primären) und dem absteigenden (sekundären) Abschnitt mindestens eines Festbettreaktors angeordnet ist, sondern z.B. seitlich oder außerhalb des eigentlichen Fermenters.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein weiterer Rückgewinnungsabschnitt nach dem absteigenden (sekundären) Abschnitt des Festbettreaktors angeordnet. Auf diese Weise wird die Rückgewinnung der genannten Substrate und Mikroorganismen nochmals verbessert. Der Fermenter weist bevorzugt die äußere Form eines oder zweier stehend angeordneten Zylinder(s) auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Fermenter bzw. der/die Zylinder aus mehreren Segmenten besteht/bestehen, die in einem Fertigungsbetrieb herstellbar sind und an Ort und Stelle zu einem Fermenter zusammenfügbar sind.
Hier können z.B. zwei Zylinderhälften oder mehrere Zylinderabschnitte vorgesehen sein, die an Ort und Stelle aufgerichtet und miteinander verschweißt oder über Befestigungswinkel miteinander verschraubt werden. Idealerweise weist eine der Zylinderhälften bzw. der Zylinderabschnitte bereits den Rückgewinnungsabschnitt auf, was darüber hinaus die Fertigung und Montage erleichtert und so Kosten reduziert.
Die Erfinder haben errechnet, dass sich ein solchermaßen vorgefertigter Fermenter mit einem Volumen von 200 - 250 m3 innerhalb von ein bis zwei Tagen an Ort und Stelle errichten lässt. Auf diese Weise wird der Montageaufwand (Arbeitsstunden, Gerät, Mobilkran) und die damit verbundenen Kosten erheblich reduziert. Überdies werden die Betriebsabläufe an Ort und Stelle (z.B. auf einem landwirtschaftlichen Betrieb) geringstmöglich beeinträchtigt. Hinzu kommt, dass auf diese Weise eine standardisierte Herstellungsweise bewerkstelligt und so der Qualitätsstandard des Fermenters besser gewährleistet werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Fermenter eine zumindest teilweise oberhalb des Festbettreaktors und/oder der Rückgewinnungseinrichtung angeordnete Gasauffangeinrichtung aufweist.
Bei dieser Gasauffangeinrichtung kann es sich z.B. um eine an sich bekannte Kuppel bzw. Dachkonstruktion mit einer darunter angeordneten gasdichten Membran handeln. In einer solchen Ausgestaltung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Gasauffangeinrichtung auch als Gasspeichereinrichtung fungiert. Dabei hängt die gasdichte Membran, solange sich noch nicht viel Gas entwickelt hat, relativ schlaff über dem Gärraum, wird dann aber durch das entstehende Gas nach oben verdrängt und gespannt. Das gebildete Gas kann dann auf bekannte Weise und mit bekannten Entnahmevorrichtungen entnommen werden.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Fermenter außerdem eine Einrichtung zur Einspeisung des erzeugten Biogases in ein Gasleitungsnetz aufweist. Es ist allerdings bevorzugt vorgesehen, dass der erfmdungsgemäße Fermenter mit einer Vorrichtung zur Verstromung des erzeugten Biogases gekoppelt ist.
Um die in dem erzeugten Biogas gebundene chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wird das Biogas beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) mit darin enthaltenem Gasmotor oder Zündstrahlmotor verströmt. Um wirtschaftlich arbeiten zu können, muss das zu verbrennende Gas dem Gasmotor mit einem Vordruck von etwa 100 mbar geliefert werden. Bei herkömmlichen Biogasanlagen ist hier ein eigenes Gasdruckgebläse erforderlich, um das gespeicherte Gas auf den genannten Vordruck zu bringen. Dieses Gebläse verbraucht einerseits nicht unerhebliche Mengen an Energie, andererseits erhöht es den Wartungsaufwand und die Anschaffungskosten sowie den Steuerungsaufwand einer Biogasanlage.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Fermenter eine hydrostatische Gasspeichereinrichtung aufweist.
Unter dem Begriff "hydrostatische Gasspeichereinrichtung" soll im Folgenden eine Gasspeichereinrichtung verstanden werden, in welcher das eingeleitete Gas eine zuvor vorhandene Flüssigkeit (insbesondere Wasser) gegen die Schwerkraft (und damit gegen einen sich aufbauenden hydrostatischen Druck bzw. eine Wassersäule) verdrängt. In Bezug auf diese Ausführungsform wird auf die Zeichnungen verwiesen. Ist die Gasspeichereinrichtung z.B. so konstruiert, dass das einströmende Gas bei dem Verdrängen der darin befindlichen Flüssigkeit eine maximale Wassersäule von 2000 mm aufbaut, so entspricht dies einem hydrostatischen Druck von 200 mbar. Gleichzeitig wird das gespeicherte Gas auf einem diesem Druck entsprechenden Gasdruck gehalten, und kann unter Verzicht auf ein eigenes Gasdruckgebläse dem Gasmotor des BHKW zugeführt werden. Entscheidend hierfür ist, dass die Biogas erzeugenden Mikroorganismen auch gegen starke Druckgradienten weiterhin Biogas erzeugen können. In der Literatur sind hier Druckgradienten bis zu 160 bar beschrieben. Der beschriebene, sich aufbauende Druckgradient von 200 mbar, der sich u.U. bis in den Fermenter fortsetzt, beeinträchtigt die Biogassynthese also nicht.
Bevorzugt sind die Rohrleitungen zu dem hydrostatischen Gasspeicher so dimensioniert, dass sie die Anforderungen an Gassicherheitseinrichtungen (Über- und Unterdruck) erfüllen. So kann im Überschuß produziertes Gas durch den hydrostatischen Gasspeicher in die Umwelt entweichen, wobei die Flüssigkeit des Gasspeichers als Rückschlagsicherung fungiert und einen Funken- oder Flammeintrag in den Fermenter ausschließt. Eine herkömmliche Gasspeichereinrichtung ist hierzu nicht in der Lage. Überdies können bei entsprechender Dimensionierung der Rohrleitungen diese auch als Überlaufsicherung für übermäßig in den Fermenter eingespeistes Gärsubstrat dienen. Dieses läuft durch die Rohrleitungen ab und wird durch den hydrostatischen Gasspeicher aufgefangen.
Die Gasauffangeinrichtung des Fermenters weist bevorzugt eine kegelförmige, kegelstumpfförmige, paraboloide oder hemispärische Kuppel auf.
Besonders bevorzugt ist diese Kuppel so auf dem Fermenter angeordnet, dass der Bereich der nach oben gerichteten Verjüngung der Kuppel bereits unterhalb einer Überlaufkante des Rückgewinnungsabschnitts beginnt. Es wird in diesem Zusammenhang auf die Zeichnungen verwiesen. Auf diese Weise wird die Rückgewinnung der aktiven Biomasse erheblich verbessert.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass im Bereich des Gärraums, des Gasspeichers und/oder des Beruhigungsraums keine elektrischen Einrichtungen vorgesehen sind. Ebenso kann der Gärraum, der Gasspeicher und/oder der Beruhigungsraum als Faradayscher Käfig ausgeführt sein. Beide Maßnahmen dienen der Feuer- und Explosionsverhütung. Dazu kann das Gehäuse des Fermenters als Ganzes aus einem leitenden Metall sein (insbesondere V4A- Stahl oder korrosionsfest beschichteter Stahl), oder aber aus einem nichtmetallischen Material, dem ein Netz aus metallischen Leitern beigegeben ist, z.B. in Form eines das Gehäusematerial umgebenden Maschendrahtmaterials.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der erfmdungsgemäße Fermenter eine im Bodenbereich des Gärraums angeordnete Absetzrinne auf. In dieser kann sich anorganisches Material wie Sand, Kalk, Steine etc. absetzen und, beispielsweise mit Hilfe einer
Förderschnecke, aus dem Fermenter entfernt werden. Üblicherweise werden täglich etwa 1 - 3% des Gärmaterials auf diese Weise entfernt. Feststoffe können dann aus dem ausgetragenen Material abgeschieden und die flüssigen Bestandteile wieder in den Gärraum zurückgeführt werden.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Fermenter im Bereich seines Ablaufs einen Wärmetauscher aufweist, mit welchem das frische zu fermentierende organische Material vorwärmbar ist.
Auf diese Weise wird die Einstellung meso- oder thermophiler Bedingungen im Fermenter erheblich erleichtert und gleichzeitig der hierfür erforderliche Energieaufwand reduziert. Im Idealfall reicht die intrinsische, sich bei der Vergärung entwickelnde Reaktionswärme zur Einstellung der genannten Bedingungen aus, so dass eine Wärmezufuhr von außen überflüssig ist.
In einigen Fällen, nämlich dann, wenn die intrinsische Reaktionswärme nicht ausreicht, muss der erfmdungsgemäße Biogasfermenter temperiert werden. Viele Heizeinrichtungen, z.B. im Fermenter angeordnete Wärmetauscher, weisen an ihrer Oberfläche eine höhere Temperatur auf, als für die Mikroorganismen optimal ist. Gärmaterial, das mit der Heizeinrichtung in Berührung kommt, wird daher zunächst auf eine oberhalb des bevorzugten Temperaturbereichs liegende Temperatur erwärmt, und gibt diese dann sukzessive an das umgebende Material weiter. Auf diese Weise lässt sich zwar im gesamten Gärraum die gewünschte Temperatur einstellen, allerdings führt die erhöhte Temperatur im Bereich der Heizeinrichtung zum Absterben der dort angesiedelten oder damit in Kontakt gekommenen Mikroorganismen, insbesondere methanogenen Bakterien, und damit zu einer Verminderung des Ertrags.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Fermenter eine Temperierungseinrichtung für das zu vergärende organische Material aufweist, die so eingerichtet ist, dass die Temperatur des Gärmaterials im Gärraum allein durch die Temperierung des über den Zulauf eingebrachten, zu vergärenden organischen Materials einstellbar ist.
Hierfür ist neben einer Heizeinrichtung für das zu vergärende Substrat mindestens ein Temperaturfühler im Gärraum und ein entsprechender Regelkreis erforderlich. Diese Art der Temperierung ist besonders effektiv, da das in den Gärraum eingebrachte, temperierte Material sich sofort verteilt und seine Wärmeenergie schnell an die Umgebung abgibt. Aufgrund des schnellen Wärmetauschs an das umgebende Material werden die
Methanbakterien im Fermenter in ihren Lebensvorgängen nicht beeinträchtigt. Außerdem reicht aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit und der effektiven Durchmischung bereits eine geringfügig höhere Temperatur des zu vergärenden Substrats aus, den Fermenter effektiv zu temperieren, sodass auch aus diesem Grunde keine Beeinträchtigung der Methanbakterien im Fermenter zu befürchten ist. Insgesamt wird zudem eine schnellere und gleichmäßigere Temperierung des Gärmaterials ermöglicht, was der Prozessstabilität zugute kommt. Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Einfülleinrichtung zwischen den beiden Rührwerken angeordnet ist. Das temperierte, zu vergärende Substrat wird auf diese Weise besonders effektiv in den Gärraum eingebracht und vermischt sich schnell mit dem Gärmaterial, wobei es seine Temperatur besonders schnell an die Umgebung abgibt. Außerdem eröffnet sich so die Möglichkeit, das zu vergärende Substrat vor Einbringung in den Gärraum zu pasteurisieren bzw. zu sterilisieren. Auf diese Weise kann es nach Einbringung in den Gärraum besonders schnell von Methanbakterien besiedelt werden, was zu einer Forcierung der Gärung und damit zu einer Steigerung des Ertrags führt. Diese Art der Temperierung erübrigt darüber hinaus das Vorhandensein weiterer Heizeinrichtungen oder Wärmetauscher im Gärraum und verhindert somit die oben genannten negativen Auswirkungen. Ausserdem erübrigt diese Art der Temperierung das Vorhandensein von elektrischen Schaltungen im Gärraum, die ansonsten zu Funken- und damit Explosionsgefahr führen könnten.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS) in einem Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche vorgesehen. Dieses Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
a) Einbringen des pumpbaren organischen Materials durch einen Zulauf in den
Fermenter, b) Erzeugung und Aufrechterhaltung eines anaeroben Milieus, eines pH- Werts von mindestens 7 und einer Temperatur im mesophilen bis thermophilen Bereich, c) Erzeugung eines Materialstroms des pumpbaren organischen Materials durch den
Festbettreaktor sowie den Absetzraum des Fermenters, d) Rückgewinnung der spezifisch leichteren Fraktionen des pumpbaren organischen Materials im Rückgewinnungsabschnitt e) ggf. erneute Zuführung des rückgewonnenen Materials zu dem Fermenter f) Auffangen des entstehenden Gases in und kontinuierliche oder schubweise Entnahme des vergorenen Gärrestes.
Der pH- Wert kann dabei mit den herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Mitteln eingestellt werden.
Insbesondere kann überdies vorgesehen sein, dass der Materialstrom durch den
Festbettreaktor kontinuierlich oder aber pulsierend erzeugt wird. Beide Varianten können Vor- und Nachteile haben, insbesondere in Bezug auf das jeweils verwendete Substrat. So kann ein pulsierender Materialstrom vorteilhaft sein, um eine längere Kontaktzeit zwischen zu vergärendem Substrat und den Mikroorganismen zu schaffen. Das Einstellen geeigneter Durchflussbedingungen (Geschwindigkeit, Pulsintervalle etc., insbesondere in Bezug auf das jeweils verwendete Substrat) kann der Fachmann durch routinemäßiges Austesten ohne Zutun eigener erfinderischer Tätigkeit leicht selbst in Erfahrung bringen.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das rückgewonnene Material mit frischem, zu vergärenden Material vorinkubiert wird, bevor letzteres in den Fermenter eingebracht wird.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass zu Zwecken der Vollauslastung dem zu vergärenden organischen Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS) weitere Biomasse aus nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Energiepflanzen, beigefügt wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Fermenter bzw. Verfahren produzierten Gärreste weisen einen hohen Anteil an mineralisierten Nährstoffen (N, P, K) auf und eignen sich gut als Dünger. In der Regel sind die Gärreste im Vergleich zu dem vergärenden Substrat dünnflüssiger, da sie einen geringeren Anteil an organischer Restsubstanz enthalten. Sie lassen sich daher besser ausbringen und pflanzenbaulich verwerten als z.B. Gülle. Aufgrund des reduzierten Anteils an organischer Substanz ist nach dem Austrag des Gärrestes eine sehr viel geringere Bildung von klimawirksamen Gasen, wie z.B. Kohlendioxiod (CO2),
Methangas (CH4), und Lachgas (N2O) zu befürchten. Hinzu kommt, dass ggf. in der Gülle enthaltene Pflanzensamen, insbesondere von Unkräutern, sowie Pilzsporen durch die Fermentation inaktiviert werden, und daher nach dem Austrag nicht mehr keimen können. Ein weiterer Vorteil der auf diese Weise hergestellten Gärreste ist, dass sie bei Einhaltung bestimmter Verfahrensbedingungen hygienisiert sind, und daher - ohne weitere chemische oder thermische Behandlung auch auf kritischen Flächen, wie z.B. in Wasserschutzgebieten oder auf Milchviehweiden, ausgebracht werden dürfen.
Hinzu kommt, dass die Gülle stark mineralisiert ist, die enthaltenen Nährstoffe also in wesentlich stärkerem Maße den zu düngenden Pflanzen zugute kommen. Bei unvergorener Gülle baut sich hingegen bei der Düngung ein unkalkulierbares Potenzial an organisch gebundenen Nährstoffen im Boden auf, welches bei natürlichen Mineralisierungsschüben zu erheblichen Grundwasserbelastungen führen kann, wenn die Vegetation nicht in der Lage ist, die mineralisierten Nährstoffschübe aufzunehmen..
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fermenters ist vorgesehen, dass dieser einem herkömmlichen Biogasfermenter nachgeschaltet ist (sogen. „Repowering"), dergestalt, dass über den Zulauf für das pumpbare organische Material Gärreste aus dem herkömmlichen Biogasfermenter einspeisbar sind.
Diese Ausgestaltung soll im folgenden als Nachgärer bezeichnet werden. Unter dem Begriff „herkömmlicher Biogasfermenter" werden die eingangs erwähnten Biogasfermenter aus dem Stand der Technik verstanden, die für die Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen Verwendung finden und die im wesentlichen aus einem großen Rührkessel mit einer Gasspeicherkuppel oder aus einem Pfropfenströmer (einem liegenden Zylinder) bestehen. Da diese die Rohstoffe nur unvollständig vergären, gleichzeitig unter einem stetigen Verlust an methanbildenden Mikroorganismen leiden und überdies Gärreste erzeugen, die nicht ausreichend hygienisiert sind (Kurzschlußströme, siehe oben) und überdies Klimawirksame Gase emittieren (Methan, Lachgas, CO2, siehe oben), ist es äußert vorteilhaft, die Gärreste eines solchen Fermenters in den erfindungsgemäßen Fermenter einzuspeisen, der in diesem Fall als eine Art Nachgärer fungiert. Der Betreiber eines herkömmlichen Biogasfermenters kann so die Wirtschaftlichkeit und die Umweltfreundlichkeit seiner Anlage mit relativ geringen Investitionen nachhaltig verbessern.
In dieser Ausführungsform kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass das im Nachgärer entstandene Biogas dem Gasspeicher der Hauptanlage zugeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass der
Rückgewinnungsabschnitt dergestalt ausgebildet ist, dass die darin zurückgewonnenen spezifisch leichteren Fraktionen des pumpbaren organischen Materials dem vorgeschalteten Biogasfermenter erneut zugeführt werden können.
Es bietet sich so die Möglichkeit, die aktive Biomasse, die in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zusammen mit dem ausgegorenen Material in ein Gärrückstandslager verbracht wird und dort ungenutzt verbleibt, zurückzugewinnen und dem Gärprozess erneut zuzuführen. Auf diese Weise wird der Ertrag wesentlich erhöht. Hinzu kommt, dass durch die Rückführung der aktiven Biomasse in den Gärraum der Zeitraum zur Optimierung der Anlage im Erstbetrieb wesentlich verkürzt wird. Grundsätzlich ist es so, dass eine Biogasanlage eine gewisse Zeit zur Optimierung braucht. Ursache hierfür ist, dass sich in der Anlage zunächst eine stabile Mikroorganismen-Flora einstellen muss. Durch die Möglichkeit, die in dem aus dem Gärraum entnommenen, durchgegorenen Material noch befindlichen Mikroorganismen zurück zu gewinnen, wird der Zeitraum bis zum Aufbau einer stabilen und Mikroflora erheblich verkürzt. Auf diese Weise wird der maximale Ertrag also wesentlich schneller erreicht.
Die Möglichkeit der Rückführung der aktiven Biomasse weist noch einen anderen Vorteil auf: Da die Besatzdichte an aktiven Mikroorganismen im Gärraum auf einem wesentlich höheren Niveau gehalten werden kann, wird der Gärprozess beschleunigt. Daher kann der Durchsatz des Fermenters erhöht werden. So kann ein erfindungsgemäßer Fermenter wesentlich höhere Raumbelastungen tolerieren.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Fermenter - alternativ oder zusätzlich zu der zuvor erwähnten Ausgestaltung - einem Langzeithydrolysereaktor (mit Flüssigkonservierung der Substrate) nachgeschaltet ist, wie er z.B. unter dem Begriff „LIGAVATOR" oder „BETAVATOR" bekannt ist. Ein solcher Reaktor hat z.B. ein Volumen von 1.500 m3. Während der Lagerung des zu fermentierenden Gutes in einem solchen Reaktor findet ein anaerober Gärprozess statt (insbesondere eine Silierung, d.h. eine Milch- /Essigsäuregärung, bei der es zur Bildung von kurzkettigen Metabo liten (insbesondere Lactat, d.h. Milchsäure und Acetat, d.h. Essigsäure), zur Absenkung des pH und zur Bildung von CO2 kommt. Insbesondere die besagten Milch- und Essigsäure können in dem erfindungsgemäßen Fermenter besonders gut verstoffwechselt werden. Das freiwerdende CO2 kann ebenso in den erfindungsgemäßen Fermenter eingespeist werden.
Zeichnungen und Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren und Beispiele genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren und Beispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fermenters 10 zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material im Längsschnitt. Der Fermenter weist einen Zulauf 11 für das pumpbare organische Material, einen Festbettreaktor 12 für das pumpbare organische Material mit mindestens einem primären (aufsteigenden) Abschnitt 12a und einem sekundären (absteigenden) Abschnitt 12b, sowie mindestens einen Ablauf 13 für den entstehenden Gärrest auf.
Weiterhin weit der Fermenter eine Absetzraum 14 für das pumpbare organische Material auf, der zwischen dem primären und sekundären Abschnitt 12a, 12b des Festbettreaktors angeordnet ist, sowie einen Rückgewinnungsabschnitt 15, der mit dem Absetzraum 14 in Verbindung steht und so ausgebildet ist, dass spezifisch leichtere Fraktionen des pumpbaren organischen Materials zurückgewonnen und ggf. dem aufsteigenden (primären) Abschnitt des Festbettreaktors erneut zugeführt werden können
Der Festbettreaktor 12 weist ein Material auf, das die Ausbildung von im wesentlichen longitudinal angeordneten Kanälen (Analogie zu parallel angeordneten Darmröhren, d.h. Darmpakete) ermöglicht.
Durch die Verwendung eines Festbettreaktors mit diesen Eigenschaften werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. So macht ein Festbettreaktor ein eigenes Rührwerk verzichtbar, wie dies in Rührkesselfermentern Verwendung findet, da sich innerhalb des Festbettreaktors ein gerichteter Materialstrom einstellen lässt. Durch den gerichteten Materialstrom werden insbesondere auch die in Rührkesselfermentern unvermeidlichen Kurzschlussströme verhindert, die eine effektive Hygienisierung des Gärmaterials sowie eine optimale Vergärung beeinträchtigen. Hinzu kommt, dass der vorgesehene Festbettreaktor ein Besiedlungssubstrat für methanbildende Mikroorganismen bereitstellt. Auf diese Weise können sich im Unterschied zu einem Rührkesselfermenter geschichtete Mikrobiozönosen einstellen. Der Rückgewinnungsabschnitt 15 besteht aus einem senkrecht angeordneten röhrenförmigen Element und ist zwischen dem aufsteigenden (primären) Abschnitt 12a und dem absteigenden (sekundären) Abschnitt 12b des Festbettreaktors angeordnet.
Der Rückgewinnungsabschnitt 15 steht über eine Überlaufkante mit dem Absetzraum 14 in Verbindung und ist so ausgebildet, dass spezifisch leichtere Fraktionen 19 des pumpbaren organischen Materials zurückgewonnen und dem aufsteigenden (primären) Abschnitt des Festbettreaktors über einen Ablauf 16 erneut zugeführt werden können. Bei diesen spezifisch leichteren Fraktionen handelt es sich einerseits um spezifisch leichtere organische Fraktionen, wie z.B. flüchtige Fettsäuren. In herkömmlichen Rührkesselfermentern bilden diese Fraktionen eine Schwimmschicht aus und entziehen sich auf dieser Weise dem Vergärungsprozess. Sie gehen im Übrigen z.T. leicht in die Gasphase über und werden dadurch dem weiteren Vergärungsprozess dauerhaft entzogen.
Weiterhin sind in diesen spezifisch leichteren organischen Fraktionen Mikroorganismen (sog. „aktive Biomasse") enthalten, die sich vom Substrat des Festbettreaktors gelöst haben und ohne einen Rückgewinnungsabschnitt mit dem Gärrest aus dem Fermenter ausgetragen werden würden. Hierdurch wird in herkömmlichen Biogasfermentern die Besatzdichte an Biogas erzeugenden Mikroorganismen stetig reduziert, so dass diese Fermenter grundsätzlich mit einer für eine optimale Biogasausbeute zu geringen Mikroorganismendichte betrieben werden müssen. Der erfindungsgemäße Rückgewinnungsabschnitt erlaubt die Rückgewinnung und erneute Einspeisung dieser Mikroorganismen in den Fermenter, so dass der erfindungsgemäße Fermenter eine erheblich höhere Mikroorganismendichte aufweist als ein herkömmlicher Fermenter.
Weiterhin weist der Fermenter zwei verhältnismäßig klein dimensionierte Rührwerke 17a, 17b im Bereich des Zulaufs 11 und im Bereich des Absetzraums 14 auf, die in regelmäßigen Abständen eingeschaltet werden und ggf. das Absetzen fester Partikel verhindern. . Die gezeigten Rührwerke weisen im Vergleich zu den aus den herkömmlichen Rührkesselfermentern bekannten Rührwerken eine erheblich geringere Dimensionierung und Leistungsaufnahme auf.
Der Fermenter weist überdies eine Pumpe 18 zum Pumpen des Gärmaterials durch den Festbettreaktor auf. Auch diese Pumpe weist im Vergleich zu den aus den herkömmlichen Rührkesselfermentern bekannten Rührwerken eine erheblich geringere Leistungsaufnahme auf. Es kann sich insbesondere um eine Doppelkolbenpumpe handeln. In Fig. 1 ist ferner eine Gasentnahmeeinrichtung 20 zur Entnahme des erzeugten Biogases dargestellt.
Die durchgezogenen Pfeile geben die Richtung des Materialstroms durch den Fermenter an. Die unterbrochenen Pfeile geben die Richtung des entstehenden Biogases an.
Es ist in Fig. 1 auch gut zu erkennen, dass der erfindungsgemäße Fermenter einen erheblich geringeren Flächenbedarf aufweist als ein herkömmlicher Rührkesselfermenter, der wegen der großen Faulraumvolumina einen sehr hohen Flächenbedarf hat. Der erfmdungsgemäße Fermenter weist in einer bevorzugten Ausgestaltung einen Flächenbedarf von nur 29 m2 Grundfläche auf und kann so ideal in vorhandene landwirtschaftliche Hofstellen integriert werden.
Fig. 2 zeigt zwei Querschnitte des erfindungsgemäßen Fermenters entlang der Linien A-A' (Fig. 2A) bzw. B-B' (Fig. 2B). In Fig. 2a sind in Draufsicht der aufsteigende (primäre) Abschnitt 22a und der absteigende (sekundäre) Abschnitt 22b des Festbettreaktors sowie der Rückgewinnungsabschnitt 15 zu erkennen. In Fig. 2b ist lediglich der obere Rand des Rückgewinnungsabschnitts in Aufsicht auf die Überlaufkante zu erkennen. Fig. 3 a zeigt beispielhaft ein Kunststoffrohr 31, das als Material für den Festkörperreaktor bevorzugt Verwendung findet, da es die Ausbildung von im wesentlichen longitudinal angeordneten Kanälen ermöglicht. Dieses Rohr weist sowohl an der Außen- wie auch an der Innenseite eine vergrößerte Oberfläche auf, die eine große Besiedlungsoberfläche für Mikroorganismen bereitstellt. Bei dem Kunststoffrohr handelt es sich um ein Rohr, das ähnliche Eigenschaften wie die bekannten flexiblen Tiefbau-Drainagerohre mit Durchmessern zwischen 50 und 400 mm aufweist. Besonders bevorzugt handelt es sich sogar um einen solchen Drainagerohrtyp, da dieser leicht und kostengünstig ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass viele dieser Rohre in den Fermenter eingehängt werden und so den Festbettreaktor ausbilden. Dazu kann vorgesehen sein, dass der Fermenter in seinem oberen und seinem unteren Bereich jeweils eine Aufhängungseinrichtung zum Aufhängen der besagten Kunststoffrohre aufweist.
Weitere Materialien zur Ausbildung des Festbettreaktors sind z.B. senkrecht angeordnete Röhren oder wabenartige Hohlkörper aus Keramik, Ton, Steingut, Holz, Metall oder Kunststoff, oder senkrecht angeordnete Stäbe, Seile Leinen oder Schnüre.
Fig. 3b zeigt exemplarisch eine Halteeinrichtung 33 für diese Kunststoffrohre, die am jeweils oberen und unteren Ende des Festbettreaktors angeordnet ist, und den bestmöglichen Abstand der Rohre zueinander fixiert und die Rohrdurchgänge nicht verengt, bzw. solchen Verengungen vorbeugt. Diese Halteeinrichtung besteht aus Edelstahlrohrabschnitten ("Manschetten"), die in einer Fläche angeordnet und über Winkel miteinander verschweißt oder anderweitig verbunden sind, und in welche die Enden der Kunststoffrohre passgenau gesteckt werden.
Fig. 4 zeigt einen Teil 40 eines erfindungsgemäßen Fermenters in Explosionsansicht, bestehend aus den beiden zylinderhälftenförmigen Segmenten 41a und 41b. Fig. 4 zeigt weiterhin in Draufsicht den aufsteigenden (primären) Abschnitt 42 des Festbettreaktors. Der absteigende Abschnitt ist in Fig. 4 durch die Wand des Segments 41b verdeckt und daher nicht erkennbar. Die Segmente 41a und 41b werden an Ort und Stelle über Befestigungswinkel 43 miteinander verschraubt. Idealerweise weist eines der Segmente (hier 41a) bereits den Rückgewinnungsabschnitt 45 auf, was darüber hinaus die Fertigung und Montage erleichtert und so Kosten reduziert.
Fig. 5 zeigt ebenfalls einen Teil 50 eines erfindungsgemäßen Fermenters in
Explosionsansicht. Dieser besteht im Unterschied zu dem in Fig. 4 gezeigten Fermenter aus vier Segmenten 51a - 5 Id. Der aufsteigende (primäre) Abschnitt des Festbettreaktors besteht folglich aus zwei Segmenten 52a und 52 b. Der absteigende Abschnitt ist in Fig. 5 durch die Wand der Segmente 51c und 5 Id verdeckt und daher nicht erkennbar. Ferner ist der Rückgewinnungsabschnitt 55 dargestellt.
Fig. 6 zeigt ebenfalls einen Teil 60 eines erfindungsgemäßen Fermenters im Anschnitt mit den Strömungsverläufen des Gärmaterials. Das Gärmaterial tritt aus dem aufsteigenden (primären) Abschnitt 62 des Festbettreaktors in den Absetzraum 64. Dort setzen sich spezifisch leichtere Fraktionen 69 nach oben ab und gelangen über eine Überlaufkante in den Rückgewinnungsabschnitt 65. Die spezifisch schwereren Fraktionen (z.B. nicht mehr Gas bildende abgestorbene Biomasse) gelangen hingegen in den nicht dargestellten absteigenden (sekundären) Abschnitt des Festbettreaktors.
Fig. 7 zeigt verschiedene ergänzende Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fermenters. So ist in Fig. 7a ein im Bereich seines Ablaufs 73 angeordneter Wärmetauscher 74 dargestellt, mit welchem das frische zu fermentierende organische Material vorwärmbar ist. Zu diesem Zweck steht der Wärmetauscher mit dem Zulauf 71 in Verbindung.
Auf diese Weise wird die Einstellung meso- oder thermophiler Bedingungen im Fermenter erheblich erleichtert und gleichzeitig der hierfür erforderliche Energieaufwand reduziert. Im Idealfall reicht die intrinsische, sich bei der Vergärung entwickelnde Reaktionswärme zur Einstellung der genannten Bedingungen aus, so dass eine Wärmezufuhr von Außen überflüssig ist.
Fig. 7b zeigt einen weiteren Rückgewinnungsabschnitt 75, der nach dem absteigenden (sekundären) Abschnitt des Festbettreaktors 72 angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Rückgewinnung der genannten Substrate und Mikroorganismen nochmals verbessert.
Fig. 8 zeigt eine hydrostatische Gasspeichereinrichtung 80, bestehend aus einem Behälter 81 mit einem Zwischenboden 82. Der untere Teil des Behälters ist mit einer Sperrflüssigkeit 83 gefüllt. Die Gasspeichereinrichtung ist an eine Gasentnahmeeinrichtung 84 eines nicht dargestellten Fermenters angeschlossen. Das eingeleitete Gas verdrängt beim Einströmen in den unteren Teil des Behälters die Flüssigkeit (insbesondere Wasser) gegen die Schwerkraft (und damit gegen einen sich aufbauenden hydrostatischen Druck bzw. eine Wassersäule). Das Wasser weicht durch ein Steigrohr 85 in den oberen Teil des Behälters aus. Ist die Gasspeichereinrichtung z.B. so konstruiert, dass das einströmende Gas bei dem Verdrängen der darin befindlichen Flüssigkeit eine maximale Wassersäule von 2000 mm aufbaut, so entspricht dies einem hydrostatischen Druck von 200 mbar. Gleichzeitig wird das gespeicherte Gas auf einem diesem Druck entsprechenden Gasdruck gehalten, und kann unter Verzicht auf ein eigenes Gasdruckgebläse dem Gasmotor des BHKW zugeführt werden. Entscheidend hierfür ist, dass die Biogas erzeugenden Mikroorganismen auch gegen starke Druckgradienten weiterhin Biogas erzeugen können. In der Literatur sind hier Druckgradienten bis zu 160 bar beschrieben. Der beschriebene, sich aufbauende Druckgradient von 200 mbar, der sich u.U. bis in den Fermenter fortsetzt, beeinträchtigt die Biogassynthese also nicht.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fermenters 90, die in den meisten Punkten der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform entspricht. Im Unterschied zu lezterer ist hier jedoch vorgesehen, dass der Rückgewinnungsabschnitt 95 über periphere Bohrungen 96 bzw. Siebeinrichtungen mit dem Absetzraum 94 in Verbindung steht, und nicht über eine Überlaufkante.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fermenters 100, die ebenfalls in den meisten Punkten der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform entspricht. Im Unterschied zu Letzterer ist hier jedoch vorgesehen, dass der Rückgewinnungsabschnitt 105 extern angeordnet ist und mit dem Absetzraum 104 in Verbindung steht. Über ein Ventil 106 kann die Menge des Rücklaufs reguliert werden. Der Rückgewinnungsabschnitt kann in dieser Bauweise mitsamt allen leicht zu Wartungszwecken vom Fermenter getrennt werden.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fermenters mit dem Zulauf 111, einen Festbettreaktor 112 für das pumpbare organische Material mit einem primären (aufsteigenden) Abschnitt 112a und einem sekundären (absteigenden) Abschnitt 112b, die räumlich und baulich voneinander getrennt sind (sogenannte Teilfermenter), sowie einem Ablauf 113. Die Abschnitte 112a und 112b können aus einem kostengünstig verfügbaren, gebrauchten Flüssiggas- oder Gastank gefertigt sein, der etwa mittig durchgetrennt wurde. Ein Rückgewinnungsabschnitt 115, über welchen die zurückgewonnenen spezifisch leichteren Fraktionen des pumpbaren organischen Materials dem vorgeschalteten Biogasfermenter 116 erneut zugeführt werden können, ist im Kopfbereich der Teilfermenter ebenfalls vorgesehen. Die Förderung des Materials erfolgt dabei insbesondere über den im aufsteigenden Abschnitt des Fermenters entstehenden Gasdruck.
Fig. 11 zeigt weiterhin einen optional vorgesehenen herkömmlichen Biogasfermenter 116, dem der erfindungsgemäße Fermenter 110 nachgeschaltet ist und diesem gegenüber als
Nachgärer fungiert (sogen. „Repowering"), dergestalt, dass über den Zulauf 111 Gärreste aus dem herkömmlichen Biogasfermenter einspeisbar sind. Der Biogasfermenter 116 besteht im Wesentlichen aus einem großen Rührkessel mit einer Gasspeicherkuppel. Da dieser die Rohstoffe nur unvollständig vergärt (d.h. hohes Restgaspotenzial des Gärrests), gleichzeitig unter einem stetigen Verlust an methanbildenden Mikroorganismen leidet und überdies Gärreste erzeugt, die nicht ausreichend hygienisiert und mineralisiert (ausgefault) sind (Kurzschlußströme, siehe oben) und überdies Klimawirksame Gase emittiert (Methan , Lachgas, CO2, siehe oben), ist es äußert vorteilhaft, die Gärreste eines solchen Fermenters 116 in den erfindungsgemäßen Fermenter 112 einzuspeisen. Der Betreiber eines herkömmlichen Biogasfermenters kann so die Wirtschaftlichkeit und die Umweltfreundlichkeit seiner Anlage mit relativ geringen Investitionen nachhaltig verbessern.
Das im Fermenter 112 entstandene Biogas wird dabei dem Gasspeicher des Biogasfermenters 116 zugeführt wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass der Rückgewinnungsabschnitt 115 dergestalt ausgebildet ist, dass die darin zurückgewonnenen spezifisch leichteren Fraktionen des pumpbaren organischen Materials dem vorgeschalteten Biogasfermenter 116 erneut zugeführt werden können.

Claims

Patentansprüche:
1. Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS), aufweisend
a) mindestens einen Zulauf für das pumpbare organische Material, b) mindestens einen Festbettreaktor für das pumpbare organische Material mit mindestens einem primären und einem sekundären Abschnitt, sowie c) mindestens einen Ablauf für den entstehenden Gärrest
2. Fermenter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser außerdem
a) mindestens einen Absetzraum für das pumpbare organische Material aufweist, der zwischen dem primären und sekundären Abschnitt des Festbettreaktors angeordnet ist, sowie b) mindestens einen Rückgewinnungsabschnitt, der mit dem Absetzraum in Verbindung steht und so ausgebildet ist, dass spezifisch leichtere Fraktionen des pumpbaren organischen Materials zurückgewonnen und ggf. dem aufsteigenden (primären) Abschnitt des Festbettreaktors erneut zugeführt werden können
3. Fermenter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Abschnitt des Festbettreaktors ein aufsteigender Abschnitt und der sekundäre Abschnitt des Festbettreaktors ein absteigender Abschnitt ist.
4. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festbettreaktor ein Material aufweist, das eine große Besiedlungsoberfläche für Mikroorganismen zur Verfügung stellt.
5. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festbettreaktor ein Material aufweist, das die Ausbildung von im Wesentlichen longitudinal angeordneten Kanälen ermöglicht.
6. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückgewinnungsabschnitt aus einem ggf. mehrteiligen, im Wesentlichen senkrecht angeordneten röhrenförmigen Element besteht.
7. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Rückgewinnungsabschnitt zwischen dem aufsteigenden (primären) und dem absteigenden (sekundären) Abschnitt mindestens eines Festbettreaktors angeordnet ist.
8. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Rückgewinnungsabschnitt nach dem absteigenden (sekundären) Abschnitt des Festbettreaktors angeordnet ist.
9. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser die äußere Form eines stehend angeordneten Zylinders aufweist
10. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus mehreren Segmenten besteht, die in einem Fertigungsbetrieb herstellbar sind und an Ort und Stelle zu einem Fermenter zusammenfügbar sind.
11. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine zumindest teilweise oberhalb des Festbettreaktors und/oder der Rückgewinnungseinrichtung angeordnete Gasauffangeinrichtung aufweist.
12. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine hydrostatische Gasspeichereinrichtung aufweist.
13. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauffangeinrichtung eine kegelförmige, kegelstumpfförmige, paraboloide oder hemispärische Kuppel aufweist.
14. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Bereich seines Ablaufs einen Wärmetauscher aufweist, mit welchem das frische zu fermentierende organische Material vorwärmbar ist.
15. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter eine Temperierungseinrichtung für das zu vergärende organische Material aufweist, die so eingerichtet ist, dass die Temperatur das Gärmaterials im Gärraum allein durch die Temperierung des über den Zulauf eingebrachten, zu vergärenden organischen Materials einstellbar ist.
16. Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material mit geringem Anteil an organischer Trockensubstanz (oTS) in einem Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend die folgenden Schritte:
a) Einbringen des pumpbaren organischen Materials durch einen Zulauf in den Fermenter, b) Erzeugung und Aufrechterhaltung eines anaeroben Milieus, eines pH- Werts von mindestens 7 und einer Temperatur im mesophilen bis thermophilen Bereich, c) Erzeugung eines Materialstroms des pumpbaren organischen Materials durch den Festbettreaktor sowie den Absetzraum des Fermenters, d) Rückgewinnung der spezifisch leichteren Fraktionen des pumpbaren organischen Materials im Rückgewinnungsabschnitt, e) ggf. erneute Zuführung des rückgewonnenen Materials zu dem Fermenter, f) Auffangen des entstehenden Gases und kontinuierliche oder schubweise Entnahme des vergorenen Gärrestes.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgewonnene Material mit frischem, zu vergärenden Material vorinkubiert wird, bevor letzteres in den Fermenter eingebracht wird.
18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zu Zwecken der Vollauslastung dem zu vergärenden organischen Material weitere Biomasse, z. B. aus nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Energiepflanzen, beigefügt wird.
19. Verfahren gemäß Anspruch 16 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensbedingungen so eingestellt sind, dass die Bildung von Propionsäure vermindert bzw. Propionsäure verstärkt abgebaut wird.
20. Fermenter gemäß einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einem herkömmlichen Biogasfermenter nachgeschaltet ist, dergestalt, dass über den Zulauf für das pumpbare organische Material Gärreste aus dem herkömmlichen Biogasfermenter einspeisbar sind.
21. Fermenter gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der
Rückgewinnungsabschnitt dergestalt ausgebildet ist, dass die darin zurückgewonnenen spezifisch leichteren Fraktionen des pumpbaren organischen Materials dem vorgeschalteten Biogasfermenter erneut zugeführt werden können.
22. Fermenter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einem Langzeithydrolysereaktor nachgeschaltet ist.
PCT/EP2008/056005 2007-05-23 2008-05-16 Fermenter zur erzeugung von biogas aus pumpbarem organischen material WO2008142007A2 (de)

Priority Applications (13)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MX2009012544A MX2009012544A (es) 2007-05-23 2008-05-16 Fermentacion para la generacion de biogas a partir de material organico susceptible de ser bombeado.
US12/601,500 US8877490B2 (en) 2007-05-23 2008-05-16 Fermenter for generating biogas from pumpable organic material
CN200880025132.2A CN101755041B (zh) 2007-05-23 2008-05-16 由可泵送有机材料生产沼气的发酵器
EA200901485A EA016682B1 (ru) 2007-05-23 2008-05-16 Ферментер для получения биогаза из поддающегося перекачке насосом органического материала
EP08759655.7A EP2155854B1 (de) 2007-05-23 2008-05-16 Fermenter zur erzeugung von biogas aus pumpbarem organischen material
DK08759655.7T DK2155854T3 (en) 2007-05-23 2008-05-16 MILLING TANK FOR MAKING BIOGAS OF PUMPABLE ORGANIC MATERIAL
BRPI0812152A BRPI0812152B1 (pt) 2007-05-23 2008-05-16 fermentador para a geração de biogás a partir de material orgânico bombeável
ES08759655.7T ES2623842T3 (es) 2007-05-23 2008-05-16 Fermentador para la producción de biogás a partir de material orgánico bombeable
NZ581369A NZ581369A (en) 2007-05-23 2008-05-16 Fermenter for generating biogas from pumpable organic material
JP2010508806A JP2010527762A (ja) 2007-05-23 2008-05-16 ポンプ注入可能な有機材料からバイオガスを生成するための発酵槽
AU2008253058A AU2008253058A1 (en) 2007-05-23 2008-05-16 Fermenter for generating biogas from pumpable organic material
CA2723334A CA2723334C (en) 2007-05-23 2008-05-16 A fermenter for generating biogas from pumpable organic material
KR1020097026703A KR101507125B1 (ko) 2007-05-23 2008-05-16 펌핑가능한 유기물로부터 바이오가스를 생성하기 위한 발효기

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007024378.4 2007-05-23
DE102007024378A DE102007024378B4 (de) 2007-05-23 2007-05-23 Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus pumpbarem organischen Material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008142007A2 true WO2008142007A2 (de) 2008-11-27
WO2008142007A3 WO2008142007A3 (de) 2009-07-16

Family

ID=39941964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/056005 WO2008142007A2 (de) 2007-05-23 2008-05-16 Fermenter zur erzeugung von biogas aus pumpbarem organischen material

Country Status (15)

Country Link
US (1) US8877490B2 (de)
EP (1) EP2155854B1 (de)
JP (1) JP2010527762A (de)
KR (1) KR101507125B1 (de)
CN (1) CN101755041B (de)
AU (1) AU2008253058A1 (de)
BR (1) BRPI0812152B1 (de)
CA (1) CA2723334C (de)
DE (1) DE102007024378B4 (de)
DK (1) DK2155854T3 (de)
EA (1) EA016682B1 (de)
ES (1) ES2623842T3 (de)
MX (1) MX2009012544A (de)
NZ (1) NZ581369A (de)
WO (1) WO2008142007A2 (de)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010015728A2 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Olavi Toukonummi Method of and apparatus for fermenting biomass
EP2345712A1 (de) * 2010-01-14 2011-07-20 GETproject GmbH & Co. KG Verfahren zur Fermentation von Presssaft
EP2669364A1 (de) * 2012-05-28 2013-12-04 Energiutvecklarna Norden AB Biogasreaktor
RU2520805C2 (ru) * 2010-11-25 2014-06-27 Азербайджанский Научно-Исследовательский Институт "Агромеханика" Способ использования энергоисточников солнца и биомассы в фермерском хозяйстве
DE102013114925A1 (de) * 2013-12-27 2015-07-02 Agratec Invest Ag Biogasproduktionsverfahren und Biogasproduktionsvorrichtung
EP2905327A1 (de) 2013-12-24 2015-08-12 SYGMA Sp. z o.o. System zur biogaserzeugung unter erhöhtem druck
EP2905328A1 (de) 2013-12-24 2015-08-12 SYGMA Sp. z o.o. Verfahren und system zur verarbeitung von organischem material durch anaerobe vergärung
CN105950447A (zh) * 2016-05-23 2016-09-21 嘉兴职业技术学院 一种沼液处理装置
WO2017174093A3 (en) * 2016-04-06 2017-11-16 Dong Energy Thermal Power A/S Methods and bioreactors for microbial digestion using immobilized biofilms

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011054298A1 (de) 2011-10-07 2013-04-11 Jürgen Beck Methanerzeugungseinheit und Biomasse-Vergärungsanlage
FR2981927B1 (fr) * 2011-10-27 2019-04-12 Veolia Proprete Procede de valorisation de dechets et dispositif correspondant
DE102012004164A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-05 Bioreact Gmbh Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Biogas
US9758416B2 (en) * 2013-04-15 2017-09-12 Veolia Water Solutios & Technologies Support System and method for treating wastewater and resulting sludge
DE102013009874B4 (de) 2013-06-13 2020-07-30 Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Biosynthese von Methan
DE102013114786A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 Aev Energy Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Biogasgewinnung
JP5580500B1 (ja) * 2014-02-10 2014-08-27 株式会社神鋼環境ソリューション 鋼板製消化槽
US20150324969A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Fluid Imaging Technologies, Inc. System and method for microorganism effectiveness analysis using particle imaging
EP2982740A1 (de) * 2014-08-07 2016-02-10 MicrobEnergy GmbH Verfahren zur erzeugung von methan
NO343456B1 (en) 2017-01-18 2019-03-18 Waterment As Apparatus and method for treatment of wet organic matter to produce biogas
JP7215822B2 (ja) * 2017-03-29 2023-01-31 住友重機械エンバイロメント株式会社 消化設備
CN107083323B (zh) * 2017-05-09 2018-06-12 张心才 一种单池多床沼气发酵装置
DE102017010229A1 (de) * 2017-11-06 2019-05-09 Michael Niederbacher Pfropfenstrom-Fermenter einer Biogasanlage
AU2019351725A1 (en) 2018-10-01 2021-05-20 The Regents Of The University Of Michigan Bioreactor insert and biofilm support, related apparatus and related methods
DE102019133040A1 (de) * 2019-12-04 2021-06-10 Hans Otto Mieth Biogasreaktor und Verfahren zu dessen Betrieb
JP7051141B2 (ja) * 2020-08-24 2022-04-11 バイオ畜産研究合同会社 スカムトラップ機能を有するメタンガス分離部および該メタンガス分離部を利用するメタン発酵浄化システム
CN116457451A (zh) * 2020-09-25 2023-07-18 尤尼沃尔塞尔斯技术股份公司 细胞培养器皿和相关方法
CN114873724B (zh) * 2022-06-02 2023-08-22 嘉兴学院 一种使用3d打印反刍仿生部件的沼气反应器

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4532042A (en) * 1982-12-20 1985-07-30 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Process and apparatus for the continuous anaerobic decomposition of organic compounds
DE3604415A1 (de) * 1986-02-12 1987-08-13 Caro Thomas Mehrstufiges verfahren und apparatur zur umwandlung von organischen und anorganischen stoffen durch katalysatore
DE3608466A1 (de) * 1986-03-14 1987-09-17 Kernforschungsanlage Juelich Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung gasbildender biotechnologischer prozesse in festbettreaktoren
DE3715952A1 (de) * 1987-05-13 1988-11-24 Wilfried Schraufstetter Hochleistungs-mehrkammer-festbett-fermenter zum abbau von biomasse und verfahren zum betreiben desselben
EP0335825A1 (de) * 1988-03-23 1989-10-04 MANNESMANN Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur zweistufigen anaeroben Aufbereitung flüssiger Substrate
DE4415017A1 (de) * 1994-04-29 1995-11-02 Bernstein Gmbh Ingenieurbuero Zweistufiger Kombi-Biogasreaktor
DE29521085U1 (de) * 1995-03-15 1996-11-14 Schulze Steffen Dipl Biochem Festbett-Bioreaktor zur anaeroben Behandlung von Abwässern
DE19756485A1 (de) * 1997-12-18 1999-07-01 Xaver Lipp Faulbehälter mit Rührwerk und Verfahren zum Betreiben eines Rührwerks in einem Faulbehälter
DE19805580C1 (de) * 1998-02-12 1999-09-16 Matthias Beisler Biogasfermenter
DE102005012936A1 (de) * 2005-03-15 2006-10-05 Busch, Günter, Prof.Dr.-Ing.habil. Verfahren zur Beschleunigung der Inbetriebsetzung und zur Verbesserung der Biogas-Produktion einer Biogas-Anlage mit immobilisierten Methanbakterien
WO2007054193A1 (de) * 2005-11-11 2007-05-18 Beck, Joachim Fermenter zur erzeugung von biogas aus organischem material

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3981800A (en) * 1974-11-22 1976-09-21 Era, Incorporated High quality methane gas through modified anaerobic digestion
NL8001959A (nl) * 1979-10-30 1981-06-01 Pacques Bv Gesloten inrichting voor het bereiden van biogas uit mest.
DE3414999A1 (de) * 1984-04-19 1985-10-31 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zum anaeroben abbau von organischem substrat
JP3973294B2 (ja) * 1998-07-17 2007-09-12 鹿島建設株式会社 貝のメタン発酵処理装置
US6342378B1 (en) * 1998-08-07 2002-01-29 The Regents Of The University Of California Biogasification of solid waste with an anaerobic-phased solids-digester system
JP2003326237A (ja) * 2002-03-05 2003-11-18 Osaka Gas Co Ltd 有機性廃棄物処理システム
JP4368171B2 (ja) * 2003-09-08 2009-11-18 鹿島建設株式会社 有機物含有液の嫌気処理方法及び装置
JP4604600B2 (ja) * 2003-09-29 2011-01-05 富士電機ホールディングス株式会社 メタン発酵処理方法及び装置
JP4218504B2 (ja) * 2003-11-13 2009-02-04 富士電機ホールディングス株式会社 メタン発酵処理方法
DE102004025318A1 (de) * 2004-05-19 2005-12-08 Rudolf Hartmann Verfahren und Vergärungsanlage zum anaeroben Vergären von biogenem Abfall
JP2007098369A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 有機性廃棄物の生物処理における管理システム及び該方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4532042A (en) * 1982-12-20 1985-07-30 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Process and apparatus for the continuous anaerobic decomposition of organic compounds
DE3604415A1 (de) * 1986-02-12 1987-08-13 Caro Thomas Mehrstufiges verfahren und apparatur zur umwandlung von organischen und anorganischen stoffen durch katalysatore
DE3608466A1 (de) * 1986-03-14 1987-09-17 Kernforschungsanlage Juelich Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung gasbildender biotechnologischer prozesse in festbettreaktoren
DE3715952A1 (de) * 1987-05-13 1988-11-24 Wilfried Schraufstetter Hochleistungs-mehrkammer-festbett-fermenter zum abbau von biomasse und verfahren zum betreiben desselben
EP0335825A1 (de) * 1988-03-23 1989-10-04 MANNESMANN Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur zweistufigen anaeroben Aufbereitung flüssiger Substrate
DE4415017A1 (de) * 1994-04-29 1995-11-02 Bernstein Gmbh Ingenieurbuero Zweistufiger Kombi-Biogasreaktor
DE29521085U1 (de) * 1995-03-15 1996-11-14 Schulze Steffen Dipl Biochem Festbett-Bioreaktor zur anaeroben Behandlung von Abwässern
DE19756485A1 (de) * 1997-12-18 1999-07-01 Xaver Lipp Faulbehälter mit Rührwerk und Verfahren zum Betreiben eines Rührwerks in einem Faulbehälter
DE19805580C1 (de) * 1998-02-12 1999-09-16 Matthias Beisler Biogasfermenter
DE102005012936A1 (de) * 2005-03-15 2006-10-05 Busch, Günter, Prof.Dr.-Ing.habil. Verfahren zur Beschleunigung der Inbetriebsetzung und zur Verbesserung der Biogas-Produktion einer Biogas-Anlage mit immobilisierten Methanbakterien
WO2007054193A1 (de) * 2005-11-11 2007-05-18 Beck, Joachim Fermenter zur erzeugung von biogas aus organischem material

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010015728A2 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Olavi Toukonummi Method of and apparatus for fermenting biomass
WO2010015728A3 (en) * 2008-08-07 2010-04-08 Olavi Toukonummi Method of and apparatus for fermenting biomass
EP2345712A1 (de) * 2010-01-14 2011-07-20 GETproject GmbH & Co. KG Verfahren zur Fermentation von Presssaft
RU2520805C2 (ru) * 2010-11-25 2014-06-27 Азербайджанский Научно-Исследовательский Институт "Агромеханика" Способ использования энергоисточников солнца и биомассы в фермерском хозяйстве
EP2669364A1 (de) * 2012-05-28 2013-12-04 Energiutvecklarna Norden AB Biogasreaktor
WO2013178621A1 (en) * 2012-05-28 2013-12-05 Energiutvecklarna Norden Ab Biogas reactor and method for producing biogas with a biogas reactor
EP2905327A1 (de) 2013-12-24 2015-08-12 SYGMA Sp. z o.o. System zur biogaserzeugung unter erhöhtem druck
EP2905328A1 (de) 2013-12-24 2015-08-12 SYGMA Sp. z o.o. Verfahren und system zur verarbeitung von organischem material durch anaerobe vergärung
DE102013114925A1 (de) * 2013-12-27 2015-07-02 Agratec Invest Ag Biogasproduktionsverfahren und Biogasproduktionsvorrichtung
WO2017174093A3 (en) * 2016-04-06 2017-11-16 Dong Energy Thermal Power A/S Methods and bioreactors for microbial digestion using immobilized biofilms
CN105950447A (zh) * 2016-05-23 2016-09-21 嘉兴职业技术学院 一种沼液处理装置
CN105950447B (zh) * 2016-05-23 2018-10-02 嘉兴职业技术学院 一种沼液处理装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100021483A (ko) 2010-02-24
US20100240094A1 (en) 2010-09-23
CA2723334A1 (en) 2008-11-27
DE102007024378A1 (de) 2008-12-11
EP2155854A2 (de) 2010-02-24
AU2008253058A1 (en) 2008-11-27
DE102007024378B4 (de) 2009-06-04
CN101755041A (zh) 2010-06-23
DK2155854T3 (en) 2017-05-01
CN101755041B (zh) 2014-05-14
KR101507125B1 (ko) 2015-03-30
BRPI0812152A2 (pt) 2011-08-16
BRPI0812152B1 (pt) 2017-02-21
EA200901485A1 (ru) 2010-06-30
CA2723334C (en) 2019-11-12
EP2155854B1 (de) 2017-01-11
JP2010527762A (ja) 2010-08-19
MX2009012544A (es) 2010-05-17
EA016682B1 (ru) 2012-06-29
WO2008142007A3 (de) 2009-07-16
NZ581369A (en) 2012-06-29
US8877490B2 (en) 2014-11-04
ES2623842T3 (es) 2017-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2155854B1 (de) Fermenter zur erzeugung von biogas aus pumpbarem organischen material
DE102005054323B4 (de) Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus organischem Material
EP2346997B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Methan aus Prozesswässern und biogenem Material
CN101164916B (zh) 一种利用水生植物治理富营养化水体的方法
EP3574080B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von biogas
EP1972691A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Biogas durch diskontinuierliche, 2-stufige Trockenfermentation
DE3427976C2 (de)
DE102006012130B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Biogas
EP1704221B1 (de) Biogasfermentationsanlage
DE102014011479A1 (de) Neues Verfahren zur Vergärung biogener Energieträger
DE202005021412U1 (de) Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus organischem Material
DE102013102642A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas
DE102010033442A1 (de) Verfahren zur Aufkonzentration von Mikroorganismen in wässrigen Substraten
DE102009007903A1 (de) Rohrsystem und Verwendung eines Rohrsystems
DE8326116U1 (de) Vorrichtung zur anaeroben behandlung von substraten mit organischen stoffen zur erzeugung von biogas
DD262421A1 (de) Verfahren zur anaeroben, biologischen intensivbehandlung von kohlehydratreichem abwasser, insbesondere staerkehaltigem industrieabwasser

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200880025132.2

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010508806

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: MX/A/2009/012544

Country of ref document: MX

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008253058

Country of ref document: AU

Ref document number: 581369

Country of ref document: NZ

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200901485

Country of ref document: EA

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2008759655

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008759655

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2008253058

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20080516

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20097026703

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 8354/DELNP/2009

Country of ref document: IN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08759655

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12601500

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2723334

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: PI0812152

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20091123