WO2019219852A1 - Einrichtung zum erzeugen von biogas - Google Patents

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WO2019219852A1
WO2019219852A1 PCT/EP2019/062695 EP2019062695W WO2019219852A1 WO 2019219852 A1 WO2019219852 A1 WO 2019219852A1 EP 2019062695 W EP2019062695 W EP 2019062695W WO 2019219852 A1 WO2019219852 A1 WO 2019219852A1
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waste container
gas
biomass
biogas
container
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PCT/EP2019/062695
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Wolfgang Niessen
Tobias FLÄMIG
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Duale Hochschule Baden-Württemberg
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Definitions

  • the invention relates to a device for generating biogas, a system for generating biogas, a device for generating biogas, a Ver drive for producing a device proposed here and a Ver use at least one device proposed here, a system proposed here or a proposed device for generating biogas.
  • the invention is particularly suitable for use in conjunction with conventional waste and recycling containers (AWB).
  • microbiogas plants are to be installed in a fixed location, for example in the garden of a house.
  • the known systems for a continuous operation conditionally suitable, because possibilities for external heating or absorption of process variables such. As temperature, methane production rate, etc. are not provided.
  • the operators of such facilities should also have a garden to be able to feed the digestate to a Nachkompost ist. Without a garden, the disposal of the remains is difficult.
  • Proposed here is a device for generating biogas, comprising: a gas outlet which can be connected to a gas connection,
  • connection area via which the device can be connected to a movable waste container.
  • the device is in the form of a lid, in particular in in the form of a replacement cover and / or suitable cover for a conventional waste and recycling container (eg AWB according to EN 840-2). More preferably, the device has a lid-shaped and / or shaped in the manner of a plate base. In this base, furthermore, the gas outlet is preferably formed. Alternatively or cumulatively, the gas outlet, for example in the manner of an outlet tube, extends through the base.
  • the device is formed in the form of a lid for a movable waste container.
  • the device can essentially consist of a lid.
  • the lid in the closed state closes the waste container in a gastight manner or is connected in a gastight manner to the waste container.
  • the waste container may be a conventional or standardized waste and recycling container (eg AWB according to EN 840-2), which may also be referred to here as a "standard waste container".
  • a direction for generating biogas (substantially) consisting of or gebil det with a lid, which closes a standard waste container gas-tight.
  • the lid preferably has suitable openings to allow at least: the addition of biomass, the discharge of biogas, the discharge of excess substrate. If necessary, additional bushings can be placed in the lid. These can serve to provide energy in the case container from mounted heating elements and / or water electrolysis cells.
  • Biogas is understood to mean, in particular, a combustible gas which is produced by fermentation of biomass (biowaste). Biogas has in most cases a high proportion of methane. As a rule, biogas contains several constituents besides methane, for example carbon dioxide. Biogas is usually a gas mixture. In addition, the biogas may also contain nitrogen, oxygen, hydrogen sulfide, hydrogen and / or ammonia. Biogas is preferably a gas mixture with a methane content of at least 50% or even at least 60%. Usually, the higher the methane content, the higher the energy content of the biogas.
  • the device has a gas outlet which is connectable or connected to a gas connection.
  • gas connection therefore refers to a component of a device which can be connected to the device and is preferably not itself part of the device.
  • the gas connection may be a connection to a local low pressure gas supply network.
  • the gas connection is a connecting piece of a (replaceable) gas container, which is releasably connectable to the device.
  • the gas container may be formed, for example, in the manner of a gas-tight bag, for example made of plastic, which has the gas connection.
  • the gas outlet of the device is preferential example formed such that it can be detachably connected to the gas connection. In example, the gas outlet can be fitted out with a corresponding connector.
  • the device further has a connection area, via which the Einrich device with a movable waste container (releasably) connectable or (releasably) is connected ver.
  • the connecting region is preferably shaped such that it forms a suitable counterpart for an upper edge of a conventional waste and valuable container (eg AWB according to EN 840-2 or according to EN 840-3).
  • a conventional waste and valuable container eg AWB according to EN 840-2 or according to EN 840-3.
  • the connecting portion is formed on an outer edge of the base.
  • a seal may be provided.
  • Be particularly preferably a sealing lip is formed in the connecting region and / or arranged a sealing strip.
  • the sealing lip or sealing cord is present Preferably, the device and / or its base circumferentially held in the connection area.
  • the waste container is (manually) movable.
  • the waste container is mobile or rollable.
  • the waste container can be equipped with wheels.
  • the waste container has two, four or more wheels.
  • the mobility of the waste container offers the particular advantage that it can always be pushed into the sun so that natural heat energy can be used to promote the fermentation process.
  • the waste container is, in particular, a conventional waste and recycling container (eg AWB according to EN 840-2), for example with a hinged flat cover or a sliding or round cover (according to EN 840-3).
  • the device is particularly adapted to be used in conjunction with such a conventional waste and recycling container.
  • microbiogas plant for home use, which can be regularly emptied by a waste disposal company, so that a separate garden or composter for disposing of the biomass residues remaining in the container is not required.
  • the microbiogas plant thus provided is comparatively inexpensive to purchase, since the waste container is generally already present.
  • there is a high acceptance of the microbiogas plant thus provided because only the relatively compact device must be additionally provided for the loading position and the already existing waste container can be used.
  • the device further comprises at least one of the following elements:
  • the biomass inlet is preferably funnel-shaped, in particular in the region of a throw-in opening.
  • the biomass inlet preferably has a diameter in the range of 50 mm to 70 mm [millimeters].
  • at least one (electric) heating element at least one sensor, in particular for process monitoring and / or process control (temperature sensor, pH sensor, C02 concentration sensor or the like), and / or at least two electrodes (cathode and anode, in particular for the production of hydrogen by means of electrolysis) may be provided.
  • One or more of these process means may be at least partially integrated in the device.
  • the device has at least one opening through which, for example, a wiring of one or more processing means can be passed.
  • An (electric) heating element can contribute to increasing the efficiency of the Fer ment michsvones within the waste container.
  • the two electric can advantageously contribute to the production of hydrogen by means of elec trolysis in the reprocessed in the waste container (biomass).
  • oxygen outlet oxygen produced during the electrolysis can be removed from the waste container.
  • one or more chambers exist for the production of hydrogen by means of electrolysis in the device.
  • At least the gas outlet, the biomass inlet, the overflow, the opening for one or more process means or the oxygen outlet are each formed by means of a tube.
  • the tubes each form a kind of passage through a base of the device.
  • an overpressure above the ambient pressure, which regularly amounts to about 1 bar
  • a few 10 mbar [millibar] can be constructed, which is particularly advantageous for filling a gas container connected to the gas outlet.
  • a drain valve is attached to the waste container, in particular at the bottom, via which water can be drained as needed.
  • a discharge valve is particularly advantageous if the biomass residues remaining in the waste container are to be picked up conventionally, for example by a waste disposal company.
  • the connec tion area is adapted to provide a gas-tight connection.
  • a seal which is suitably furnished for conventional waste and recycling containers (eg AWB according to EN 840-2 or EN 840-3), in particular for its upper edge, can be arranged in the connection region.
  • a connection means for example in the form of a clamping device, may be formed.
  • the gas-tight connection in particular by a combination of seal and clamping device, adapted to a gas tightness up to an overpressure of 100 mbar [millibar].
  • the seal is designed to compensate for irregularities and manufacturing tolerances of the edge of the waste and recycling container.
  • the seal is preferably flexible on the one hand to conform to the shape of the edge of the waste and recycling container.
  • the seal has a spring constant which produces sufficient pressure at the edge of the waste container when the device is attached to the waste container (as provided).
  • the seal may in particular also comprise a source seal which is activated after installation of the device on the waste and recyclable material container (for example, by moisture or by oxygen contact) in order to ensure gas tightness by swelling.
  • the device limits a space into which biomass can be introduced (manually).
  • the device is set up to limit at least an upward space within the waste container.
  • the A direction may comprise a (first) hollow body, for example, extends from a base of the device away (into the waste container) and the space in which the biomass can be introduced limited or surrounds or divided.
  • the device is set up to divide the waste container into several process zones.
  • a (first) hollow body in particular (first) Hohlzylin extending from a lid-shaped and / or shaped in the manner of a plate base of the device, in particular starting from the base down and / or at least partially into an interior of the refuse container into it.
  • the (first) hollow body is set up to delimit a first process zone located in the hollow body from a second process zone located outside the hollow body. Between the two process zones there is a so-called deflection area at the bottom of the container, which separates the two pro- Zesszonen connects.
  • Biomass then passes from the first process zone through the deflection to the second process zone.
  • further deflections and / or process zones may be provided.
  • the delimited process zones make it possible to provide different process conditions or different process milieus in the device. This allows a particularly effective production of biogas.
  • the capacity of the waste container is less than 2 m 3 [cubic meters].
  • the capacity is less than 1.5 m 3 , more preferably less than or equal to 1.3 m 3 or even less than or equal to 1.1 m 3 .
  • a small waste container has the advantage that it can simply be pushed by a person into the sun. When the waste container is exposed to the sun, this usually increases the efficiency of biogas production.
  • a large waste container (eg with about 1.1 m 3 or even about 1.3 m 3 ) may possibly already be sufficient to provide a household of sufficient for food preparation, especially for cooking gas quantity.
  • a system for producing biogas comprising:
  • a divider that is disposable spaced apart from the device in the waste container.
  • the separating element is a (second) hollow body, in particular (second) hollow cylinder, which can be placed on a waste container bottom of the waste container.
  • the separating element may be formed in the manner of an insert which can be introduced into the waste container.
  • the separating element or the (second) hollow body extends from a waste container bottom (ver tikal) upwards.
  • a concentric arrangement of first tem and second hollow body to effect a division of the waste container in several process zones.
  • the separating element and the device are so spaced apart arranged or arranged that the first hollow body and the second hollow body in the axial or vertical Rich partially (ie not completely) overlap.
  • the separating element rests tightly on the waste container bottom. In other words, this means in particular that there is a fluid-tight connection between the separating element and the waste container bottom.
  • the system may include a connection means.
  • the connecting means is adapted to clamp the device with the waste container (gas-tight).
  • a connecting means for example, serve a clamping device.
  • the clamping device also fulfills the function of placing a seal under the sufficient tension in order to ensure tightness of the seal of the device on the waste container.
  • an apparatus for producing biogas comprising:
  • a gas outlet which is connected to the room and connectable to a gas connection.
  • the room is usually surrounded by the waste container. In other words, this means in particular that the space meets the interior of the waste container or is formed in the interior of the waste container.
  • the gas outlet is preferential, in a ceiling of the room or formed therethrough. In this Ceiling or through this, a biomass inlet, an overflow, an opening for one or more process agents (and / or their connections) and / or an oxygen outlet (for oxygen, which is formed in the electrolysis) may be formed beyond.
  • Such a device may not be formed with the device described above.
  • the device regardless of whether it is formed with the described device has the advantage that it is movable. As a result, the device can be brought into the sun or, in general, places of increased heat exposure in a particularly simple manner.
  • a method for producing a device proposed here comprising the following steps:
  • step c) the separating element can be arranged at a distance from the device in the waste container.
  • a use of at least one device proposed here, a system proposed here or a device proposed here for producing biogas is proposed.
  • Fig. 3 another device proposed here in a Thomasdar position
  • FIG. 4c shows the waste container shown in FIG. 4a and that shown in FIG. 4a
  • Fig. 5 is a sectional view of another embodiment of the device proposed here.
  • Fig. 1 shows schematically a waste container 5 with a device 1 proposed here in a sectional view. Together, the device 1 and the waste container 5 form a device 13 also proposed here.
  • the device 1 is used to generate biogas 2.
  • the device 1 has a gas outlet 3, which can be connected to a gas connection (not shown here) is, and a connection region 4, via which the device 1 with a movable waste container 5 is connectable.
  • the gas outlet 3 is here for example connected to a (removable) gas container 19.
  • the generated biogas 2 is kept in the gas container 19.
  • the gas connection can be formed in the manner of a connector of the gas container 19, which can be connected to the gas outlet 3 of the device 1.
  • the gas container 19 may be formed, for example, in the manner of a gas-tight bag, such as plastic, which has the gas connection.
  • connection region 4 is here designed to provide a gastight connection between the device 1 and the container 5.
  • the Abfallbefflel ter 5 is an example of wheels 25 movable here mobile.
  • the device 1 illustrated in FIG. 1 furthermore comprises a biomass inlet 6 and an overflow 7. Via the biomass inlet 6, biomass 9 can be introduced into a space 8.
  • the device 1 limits the space 8 upwards.
  • the gas outlet 3 is connected to the space 8, so that biogas 2 accumulating regularly in the upper area of the space 8 can reach the gas container 19 via the gas outlet 3.
  • FIG. 1 essentially has three interfaces to the outside: inlet for biomass (biomass inlet 6), outlet for biogas (gas outlet 3) and overflow 7.
  • biomass inlet 6 biomass inlet 6
  • gas outlet 3 outlet for biogas
  • FIG. 1 illustrated schematically.
  • Devices 1 or devices 13 which operate according to the illustrated principle are generally suitable for continuous operation.
  • the inlet and outlet ports, such as gas outlet 3, biomas seeinlass 6 and / or overflow 7, are typically 10 cm [centimeters] or more above the ceiling of the fermentation tank, the fermentation tank is formed in Fig. 1 with the waste container 5, whose Ceiling is formed with the device 1.
  • an overpressure above the ambient pressure, the moderately about 1 bar
  • 10 mbar [millibar] build which is particularly advantageous to fill the gas tank 19.
  • the gas tank 19 may also be referred to as a primary gas tank, in particular if this is a compressor (not shown here) biogas 2 ent taken and a second (secondary) gas tank (not shown here) with high pressure is to be attacked.
  • the device 1 or device 13 according to FIG. 1 can be used, for example, as follows. Through the biomass inlet 6 biomass 9 and water (not shown here) is entered into the room 8. The resulting from an anaerobic fermentation biogas 2 flows through the gas outlet 3 in the gas tank 19. The gas pressure in the device 1 or 13 before direction (system pressure) corresponds substantially keitsklalen the height of the liquid in the tubes of the biomass inlet 6 and the overflow. 7 The device 1 or device 13 according to Fig. 1 thus allows a continuous operation.
  • Fig. 2 shows schematically a proposed device 13 in a sectional view.
  • the device 13 is used to generate biogas 2.
  • the device according to the illustration of FIG. 2 also has only by way of example an integrated hydrogen production by electrolysis.
  • the device 13 comprises a movable waste container 5, a space 8, in the biomass 9 can be introduced and a gas outlet 3, the ver with the space 8 connected and with a gas connection (not shown here) is connectable.
  • the waste container 5 is movable via wheels 25, namely mobile.
  • the gas outlet 3 is here for example connected to a (removable) gas container 19. He testified biogas 2 is kept in the gas tank 19.
  • the gas connection is here a part of the gas container 19.
  • the device 13 has a biomass inlet 6.
  • the device 13 is equipped with an overflow 7.
  • the device 13 according to FIG. 2 exemplary options for external heating and recording process variables, such. As temperature, methane production rate, etc. on.
  • a heating element 20 and a temperature sensor 21 are arranged in the space 8 by way of example.
  • the device 13 according to FIG. 2 is equipped, for example, in such a way that the biogas production can be increased by adding hydrogen 26.
  • a cathode 22 and an anode 23 are arranged in the space 8.
  • the heating element 20, the temperature sensor 21, the cathode 22 and the anode 23 are each connected to a control unit 24.
  • the cathode 22 and the anode 23 are operated so that in the region of the cathode 22 hydrogen 26 and in the region of the anode 23 oxygen 27 he testifies.
  • the hydrogen 26 is generated by electrolysis in the biomass 9.
  • An exemplary arrangement of cathode 22 and anode 23 is illustrated in FIG. 2.
  • the cathode 22 surrounds the anode 23.
  • the device 13 has an oxygen outlet 15, which is arranged such that it can guide the oxygen 27 from the anode 23 to the outside.
  • the hydrogen 26 can with the carbon dioxide (not shown here) in the sub strate, ie in the biomass 9, under the action of methane-forming bacteria (not shown here) to biogas 2, namely methane, react.
  • biogas 2 namely methane
  • the hydrogen 26 can be produced as described above by electrolysis in the substrate.
  • the presented in Fig. 2 Embodiment may also be referred to as a type of combination of biogas production and power-to-gas (short PtG or P2G, German about: "electrical energy to gas").
  • FIG. 3 shows schematically a further device 1 proposed here in a sectional view.
  • FIG. 3 shows schematically a sectional view of an upper region of a movable waste container 5 with which the device 1 is connected.
  • the device 1 comprises a gas outlet 3 and a connection region 4, via which the device 1 is connected to the movable waste container 5.
  • the connection region 4 according to the illustration of FIG. 3 is to tetrichrich provided a gas-tight connection between the device 1 and the Abfallbefflel ter 5.
  • the device 1 has a sealing cord 17 which bears against the waste container 5.
  • the connecting means 18 may be part of the device 1 or be provided separately. In the latter case, the connecting means 18 may be part of the system also proposed here.
  • the device 1 is formed in the form of a lid or replacement lid for the waste container 5.
  • various tubes are passed through the lid forming a biomass inlet 6, an overflow 7, an opening 14 for one or more processing means, such as heating elements, electrodes and / or sensors, and an oxygen outlet 15 of the device 1.
  • the device 1 is here by way of example a modi fi electer lid for a waste container 5.
  • Fig. 3rd by way of example and diagrammatically the inlets and outlets which pass through the lid.
  • the exact courses of the tubes and ducts inside and outside the waste container 5 can not be seen from FIG. 3 on the basis of the schematic illustration.
  • the replacement cover or the device 1 is provided with a seal (for example in the form of a sealing lip or sealing cord 17) and is fastened with, for example, by means of terminals connecting means 18 on the container edge of the container from falling 5 (see Fig. 3).
  • a seal for example in the form of a sealing lip or sealing cord 17
  • terminals connecting means 18 on the container edge of the container from falling 5 (see Fig. 3).
  • gas-tightness is achieved up to the maximum filling pressure of the gas container 19 or of the primary gas tank.
  • the replacement cover or in the form of a (replacement) lid shaped device 1 are preferably all inputs and outputs that are required to operate a biogas plant, such as the inlet for biomass (biomass inlet 6), outlets for biogas ( Gas outlet 3) and overflow 7.
  • other inputs and outputs can be integrated in the lid or the device 1, the z. B. the heating and senso cal control of the substrate or the biomass 9 can serve.
  • Fig. 4a shows schematically a waste container 5 with a device 1 proposed here in a side view.
  • the device 1 can be designed in the form of a replacement cover for a movable, here mobile, waste container 5.
  • the movable waste container 5 in Fig. 4a is a conventional waste and recycling container (eg AWB according to EN 840-2) with an exemplary capacity of 240 liters or 0.24 m 3 here .
  • the waste container 5 is equipped with wheels 25 and this mobile.
  • Fig. 4b shows schematically the device 1 shown in Fig. 4a in a plan view. There are the gas outlet 3 and the overflow 7 can be seen. In addition, the positions and outlines of a space 8 and a separating element 16 are indicated by dashed lines (hidden edges).
  • Fig. 4c shows schematically the waste container 5 shown in Fig. 4a and the device 1 shown in Fig. 4a in a sectional view.
  • the device 1 is placed on the waste container 5 (gas-tight).
  • the interior of the waste container 5 is divided into a plurality of process zones 10, 11, 12.
  • a system comprising the device 1 and a separating element 16 is provided here.
  • the device 1 is set up to divide the waste container 5 into a first process zone 10 and a second process zone 11.
  • a first hollow cylinder down which surrounds (at least reliesei tig) the space 8 and here is formed both above and below at least partially open.
  • the first process zone 10 Within this first hollow cylinder or the space 8 is the first process zone 10. Outside the first hollow cylinder or the space 8 is the second process zone 11.
  • the separating element 16 serves to delimit the first process zone 10 and the second process zone 11 from a third process zone 12, which is just inside the waste container 5.
  • the separating element 16 exemplified in the form of a second hollow cylinder extending upwards from a waste container bottom.
  • the separating element 16 is arranged at a distance from the device 1 such that it at least partially surrounds the device 1 of the first hollow cylinder.
  • the separating element 16 and the device 1 are spaced from one another in such a way that the first hollow cylinder and the second hollow cylinder partially (ie not completely) overlap in the axial and vertical directions.
  • Biogas production "goes through” different stages from fermentation to methanogenesis.
  • the acid content (ph value) forms an important process variable of the substrate-water mixture or biomass-water mixture.
  • the filled substrate (biomass) in the first fermentation has a ph value of 5 to 6 (acidic state). Whereas a ph value of 7 to 8 is desirable for methane formation.
  • a ph value of 7 to 8 is desirable for methane formation.
  • three process zones 10, 11 and 12 are formed, for example by the arrangement of two (concentric) hollow cylinders. Instead of hollow cylinders and other hollow body shapes are used.
  • the biomass 9 enters the second process zone 11.
  • the dwell time in the second process zone 11 is longer than in the first process zone 10, so that the zone volume of the second process zone 11 is greater than that of the first Process zone 10.
  • the biomass 9 passes from the second process zone 11 into the third process zone 12.
  • the residence time in the third process zone 12 is longer than in the first process zone 10 and the second process zone 11, so that the zone volume of the At the latest in the third process zone 12, the fermentation or methane formation is completed, so that in obe ren area of the waste container 5 and / or below the device 1 within the third process zone 12th Methane or biogas 2 accumulates, which can be withdrawn via the gas outlet 3.
  • FIG. 4c shows a sectional view of a further embodiment variant of the device 13 proposed here.
  • the representation in FIG. 5 largely corresponds to the representation in FIG. 2.
  • the same reference numerals will not be explained again here.
  • there is a chamber for generating hydrogen by means of electrolysis which is arranged on the device so that it is located within the biomass 9 within the device 13. This chamber is before given to set so that within this chamber, the production of hydrogen can take place by means of electrolysis.
  • the invention relates to a device, a system and a device for producing biogas as well as to a method for producing a device proposed here which at least partially solves the problems described with reference to the prior art.
  • the solution presented here contributes to open up the possibility for small households without a garden and without a composter to operate a microbiogas plant for the energy recovery of biowaste simply and inexpensively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zum Erzeugen von Biogas (2), umfassend: - einen Gasauslass (3), der mit einem Gasanschluss verbindbar ist, - einen Verbindungsbereich (4), über den die Einrichtung (1) mit einem bewegbaren Abfallbehälter (5) verbindbar ist.

Description

Einrichtung zum Erzeugen von Biogas
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen von Biogas, ein System zum Erzeugen von Biogas, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas, ein Ver fahren zur Herstellung einer hier vorgeschlagenen Vorrichtung sowie eine Ver wendung zumindest einer hier vorgeschlagenen Einrichtung, eines hier vorge schlagenen Systems oder einer hier vorgeschlagenen Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas. Die Erfindung ist insbesondere geeignet im Zusammenhang mit kon ventionellen Abfall- und Wertstoffbehältem (AWB) zur Anwendung zu kommen.
Wind, Sonne und Biomasse sind drei wichtige Quellen einer nachhaltigen und klimafreundlichen Energieversorgung. Bei der Nutzung von Biomasse haben Bio gasanlagen einen besonders großen Anteil. In ihnen können nicht nur Energie pflanzen unter Luftabschluss und unter Wirkung Methan-bildender Bakterien zu Biogas fermentiert werden, sondern auch Abfälle aus Küche und Garten. Das ent stehende Gas besteht in der Regel zu ca. 60% aus Methan, das als Energieträger genutzt werden kann. Bei großen, stationären Biogasanlagen ist jedoch in der Re gel erforderlich, dass die Biomasse bis zu 50 km weit transportiert werden muss, um energetisch verwertet werden zu können. Dies verursacht Kosten und schmä lert die Gesamteffizienz. Es wäre also sinnvoll Biomasse dort zu verwerten, wo sie entsteht. Dies kann durch eine möglichst kleinteilige Erzeugung von Biogas mit kleinen, stationären Anlagen, z. B. mit stationären Mikrobiogasanlagen er reicht werden. Diese haben Gärbehälter mit ca. 100 Liter bis 1000 Liter Volumen und die Kapazität, Biomüll (Küchen- und Gartenabfall) von kleinen Haushalten zu verarbeiten.
Es gibt jedoch derzeit nur wenige Mikrobiogasanlagen auf dem Markt und eine signifikante Akzeptanz dieser Anlagen ist (noch) nicht erkennbar. Die bekannten Mikrobiogasanlagen sind an einem festen Ort zu installieren, beispielsweise im Garten eines Hauses. Ferner sind die bekannten Anlagen für einen kontinuierli- chen Betrieb (nur) bedingt geeignet, denn Möglichkeiten zur externen Beheizung oder Aufnahme von Prozessgrößen wie z. B. Temperatur, Methan-Produktionsrate usw. sind nicht vorgesehen. Die Betreiber solcher Anlagen sollten darüber hinaus über einen Garten verfügen, um den Gärrest einer Nachkompostierung zuführen zu können. Ohne Garten gestaltet sich die Entsorgung der Reste als schwierig.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Ins- besondere soll kleinen Haushalten ohne Garten und ohne Komposter die Mög- lichkeit eröffnet werden, einfach und kostengünstig eine Mikrobiogasanlage zur energetischen Verwertung von Bioabfällen zu betreiben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentan sprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden kön nen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus wer den die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Er findung dargestellt werden.
Hier vorgeschlagen wird eine Einrichtung zum Erzeugen von Biogas, umfassend: einen Gasauslass, der mit einem Gasanschluss verbindbar ist,
einen Verbindungsbereich, über den die Einrichtung mit einem bewegbaren Abfallbehälter verbindbar ist.
Die hier vorgeschlagene Lösung trägt in vorteilhafter Weise dazu bei, einen kon ventionellen Abfallbehälter zu einer (bewegbaren) Mikrobiogasanlage zu modifi zieren. Bevorzugt ist die Einrichtung in der Form eines Deckels, insbesondere in der Form eines Ersatzdeckels und/oder passenden Deckels für einen konventionel- len Abfall- und Wertstoffbehälter (z. B. AWB nach EN 840-2) gebildet. Beson ders bevorzugt weist die Einrichtung eine deckelförmige und/oder in der Art einer Platte geformte Basis auf. In dieser Basis ist weiterhin bevorzugt der Gasauslass gebildet. Alternativ oder kumulativ erstreckt sich der Gasauslass, beispielsweise in der Art eines Auslassrohrs, durch die Basis hindurch.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung in der Form eines Deckels für einen bewegbaren Abfallbehälter aus gebildet ist. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die Einrichtung im Wesentlichen aus einem Deckel bestehen kann. Vorzugsweise ist weiterhin, dass der Deckel (im geschlossenen Zustand) den Abfallbehälter gasdicht ab schließt bzw. gasdicht mit dem Abfallbehälter verbunden ist. Bei dem Abfallbe hälter kann es sich dabei um einen konventionellen bzw. standardisierten Abfall- und Wertstoffbehälter (z. B. AWB nach EN 840-2) handeln, der hier auch als „Standardabfallbehälter“ bezeichnet werden kann.
In diesem Zusammenhang kann die hier vorgeschlagene Lösung zusammenfas send und mit anderen Worten insbesondere wie folgt beschrieben werden: Ein richtung zum Erzeugen von Biogas, (im Wesentlichen) bestehend aus bzw. gebil det mit einem Deckel, der einen Standardabfallbehälter gasdicht abschließt. Der Deckel verfügt hierbei vorzugsweise über geeignete Öffnungen, um mindestens Folgendes zu ermöglichen: die Zugabe von Biomasse, den Auslass von Biogas, den Auslass von überschüssigem Substrat. Gegebenenfalls können noch zusätzli che Durchführungen im Deckel platziert sein. Diese können dazu dienen, im Ab fallbehälter angebrachte Heizelemente und/oder Wasserelektrolysezellen mit Energie zu versorgen.
Unter Biogas wird hier insbesondere ein brennbares Gas verstanden, das durch Vergärung von Biomasse (Bioabfälle) entsteht. Biogas hat in den meisten Fällen einen hohen Anteil von Methan. In der Regel enthält das Biogas mehrere Bestand- teile neben Methan, beispielsweise Kohlenstoffdioxid. Bei Biogas handelt es sich also üblicherweise um eine Gasmischung. Darüber hinaus kann das Biogas auch Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Wasserstoff und/oder Ammoniak enthalten. Bevorzugt ist Biogas ein Gasgemisch mit einem Methananteil von min destens 50% oder sogar mindestens 60%. Üblicherweise gilt: Je höher der Metha nanteil ist, desto energiereicher ist das Biogas.
Die Einrichtung hat einen Gasauslass, der mit einem Gasanschluss verbindbar bzw. verbunden ist. Der Begriff Gasanschluss bezeichnet demnach eine Kompo nente einer Vorrichtung, die an die Einrichtung anschließbar ist und ist bevorzugt nicht selbst Teil der Vorrichtung. Bei dem Gasanschluss kann es sich um einen Anschluss an ein lokales Niederdruckgasversorgungsnetz handeln. Alternativ oder kumulativ ist der Gasanschluss ein Verbindungsstück eines (austauschbaren) Gas behälters, der mit der Einrichtung lösbar verbindbar ist. Der Gasbehälter kann beispielsweise in der Art eines gasdichten Sacks, etwa aus Kunststoff, gebildet sein, der den Gasanschluss aufweist. Der Gasauslass der Einrichtung ist vorzugs weise derart gebildet, dass er mit dem Gasanschluss lösbar verbindbar ist. Bei spielhaft kann der Gasauslass mit einem entsprechenden Verbindungsstück ausge stattet sein.
Die Einrichtung hat weiterhin einen Verbindungsbereich, über den die Einrich tung mit einem bewegbaren Abfallbehälter (lösbar) verbindbar bzw. (lösbar) ver bunden ist. Der Verbindungsbereich ist bevorzugt derart geformt, dass dieser ein passendes Gegenstück für einen oberen Rand eines konventionellen Abfall- und Wertstoffbehälters (z. B. AWB nach EN 840-2 oder nach EN 840-3) bildet. Be sonders bevorzugt ist der Verbindungsbereich an einem äußeren Rand der Basis gebildet. In dem Verbindungsbereich kann eine Dichtung vorgesehen sein. Be sonders bevorzugt ist in dem Verbindungsbereich eine Dichtlippe gebildet und/oder eine Dichtschur angeordnet. Die Dichtlippe bzw. Dichtschnur ist vor- zugsweise die Einrichtung und/oder deren Basis umlaufend in dem Verbindungs- bereich gehalten.
Der Abfallbehälter ist (manuell) bewegbar. Bevorzugt ist der Abfallbehälter fahr- bar bzw. rollbar. Hierzu kann der Abfallbehälter mit Rädern ausgestattet sein. Vorzugsweise hat der Abfallbehälter zwei, vier oder mehr Räder. Die Bewegbar- keit des Abfallbehälters erlaubt den besonderen Vorteil, dass dieser immer in die Sonne geschoben werden kann, sodass natürliche Wärmeenergie zur Förderung des Fermentierungsprozesses genutzt werden kann. Bei dem Abfallbehälter han- delt es sich insbesondere um einen konventionellen Abfall- und Wertstoffbehälter (z. B. AWB nach EN 840-2), etwa mit einem klappbaren Flachdeckel oder einem Schiebe- bzw. Runddeckel (nach EN 840-3). Die Einrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, dass diese in Verbindung mit einem solchen konventionellen Abfall- und Wertstoffbehälter verwendet werden kann. Hierdurch kann in vorteil- hafter Weise eine Mikrobiogasanlage für den Heimbedarf bereitgestellt werden, die regelmäßig von einem Abfallentsorgungsuntemehmen geleert werden kann, sodass ein eigener Garten oder Komposter zur Entsorgung der in dem Behälter verbleibenden Biomassereste nicht erforderlich ist. Darüber hinaus ist die so be reitgestellte Mikrobiogasanlage vergleichsweise kostengünstig in der Anschaf- fung, da der Abfallbehälter in der Regel bereits vorhanden ist. Außerdem besteht eine hohe Akzeptanz der so bereitgestellten Mikrobiogasanlage, weil für die Be reitstellung nur die relativ kompakte Einrichtung zusätzlich bereitgestellt werden muss und auf den schon vorhandenen Abfallbehälter zurückgegriffen werden kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Einrichtung weiterhin zumin dest eines der folgenden Elemente:
einen Biomasseeinlass,
einen Überlauf, eine Öffnung für ein oder mehrere Prozessmittel (und/oder deren An schlüsse),
einen Sauerstoffauslass (für Sauerstoff, der bei der Elektrolyse entsteht).
Der Biomasseeinlass ist vorzugsweise, insbesondere im Bereich einer Einwurf öffnung, trichterförmig gebildet. Der Biomasseeinlass weist bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 50 mm bis 70 mm [Millimeter] auf. Als Prozessmit tel können mindestens ein (elektrisches) Heizelement, mindestens ein Sensor, ins besondere zur Prozessüberwachung und/oder Prozesssteuerung (Temperatur sensor, pH-Wert- Sensor, C02-Konzentration-Sensor oder dergleichen), und/oder mindestens zwei Elektroden (Kathode und Anode, insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse) vorgesehen sein. Eines oder mehrere dieser Prozessmittel können zumindest teilweise in der Einrichtung integriert sein. Be vorzugt weist die Einrichtung zumindest eine Öffnung auf, durch die beispiels weise eine Verkabelung eines oder mehrerer Prozessmittel hindurchführbar ist. Ein (elektrisches) Heizelement kann zur Erhöhung des Wirkungsgrads des Fer mentierungsprozesses innerhalb des Abfallbehälters beitragen. Die zwei Elektro den können in vorteilhafter Weise zur Herstellung von Wasserstoff mittels Elekt rolyse in dem im Abfallbehälter vorgehaltenen Substrat (Biomasse) beitragen. Über den Sauerstoffauslass kann bei der Elektrolyse entstehender Sauerstoff aus dem Abfallbehälter abgeführt werden.
In einer bevorzugten und besonders geeigneten Ausführungsvariante existieren eine oder mehrere Kammern zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse in der Einrichtung.
Besonders bevorzugt existieren keine direkt der Biomasse ausgesetzten Anoden und Kathoden in der Einrichtung. Innerhalb einer Kammer zur Erzeugung von Wasserstoff können aber Kathoden und Anoden vorgesehen sein. Erzeugter Wasserstoff dient zur verbesserten Umsetzung der Biomasse zu Me- than.
Bevorzugt sind zumindest der Gasauslass, der Biomasseeinlass, der Überlauf, die Öffnung für ein oder mehrere Prozessmittel oder der Sauerstoffauslass jeweils mittels eines Rohres gebildet. Besonders bevorzugt bilden die Rohre jeweils eine Art Durchführung durch eine Basis der Einrichtung. Bevorzugt befinden sich eine Einlassöffnung des Biomasseeinlasses, eine Auslassöffnung des Gasauslasses und/oder eine Auslassöffhung des Überlaufs, einige 10 cm [Zentimeter] bzw. 10 cm oder mehr über dem Abfallbehälter und/oder über einer Basis der Einrich tung. So kann sich beispielhaft ein Überdruck (über dem Umgebungsdruck, der regelmäßig etwa 1 bar beträgt) von einigen 10 mbar [Millibar] aufbauen, der be- sonders vorteilhaft ist einen mit dem Gasauslass verbundenen Gasbehälter zu fül len.
Weiterhin bevorzugt ist an dem Abfallbehälter, insbesondere unten, ein Ablass- ventil angebracht, über das Wasser bedarfsweise abgelassen werden kann. Ein solches Ablassventil ist insbesondere vorteilhaft, wenn die in dem Abfallbehälter verbleibenden Biomassereste konventionell, etwa von einem Abfallentsorgungs- untemehmen abgeholt werden sollen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Verbin dungsbereich dazu eingerichtet ist, eine gasdichte Verbindung bereitzustellen. Hierzu kann in dem Verbindungsbereich eine für konventionelle Abfall- und Wertstoffbehälter (z. B. AWB nach EN 840-2 oder EN 840-3), insbesondere für deren oberen Rand, passend eingerichtete Dichtung angeordnet sein. Darüber hin aus kann in oder an dem Verbindungsbereich ein Verbindungsmittel, beispielhaft in der Art einer Klemmvorrichtung, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die gas dichte Verbindung, insbesondere durch eine Kombination von Dichtung und Klemmvorrichtung, dazu eingerichtet, eine Gasdichtheit bis zu einem Überdruck von 100 mbar [Millibar] zu gewährleisten. Bevorzugt ist die Dichtung dazu einge- richtet, Unregelmäßigkeiten und Herstellungstoleranzen des Randes des Abfall- und Wertstoffbehälters zu kompensieren. Die Dichtung ist bevorzugt einerseits flexibel, um sich der Form nach an den Rand des Abfall- und Wertstoffbehälters anzupassen. Andererseits hat die Dichtung eine Federkonstante, die einen ausrei- chenden Druck an dem Rand des Abfall- und Wertstoffbehälters erzeugt, wenn die Einrichtung an dem Abfall- und Wertstoffbehälter (wie vorgesehen) befestigt ist. Die Dichtung kann insbesondere auch eine Quelldichtung umfassen, die nach einer Montage der Einrichtung an dem Abfall- und Wertststoffbehälter (bei spielsweise durch Feuchtigkeit oder durch Sauerstoffkontakt) aktiviert wird, um durch Quellen eine Gasdichtheit zu gewährleisten.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung einen Raum, in den Biomasse (manuell) einbringbar ist, begrenzt. Vorzugsweise ist die Einrichtung dazu eingerichtet einen innerhalb des Abfallbehälters gebilde ten Raum zumindest nach oben hin zu begrenzen. Darüber hinaus kann die Ein richtung einen (ersten) Hohlkörper aufweisen, der sich beispielsweise von einer Basis der Einrichtung weg (in den Abfallbehälter hinein) erstreckt und den Raum in den die Biomasse einbringbar ist begrenzt bzw. umgibt bzw. unterteilt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung dazu eingerichtet ist, den Abfallbehälter in mehrere Prozesszonen zu unterteilen. Bevorzugt erstreckt sich ein (erster) Hohlkörper, insbesondere (erster) Hohlzylin der, von einer deckelförmigen und/oder in der Art einer Platte geformten Basis der Einrichtung weg, insbesondere von der Basis ausgehend nach unten und/oder zumindest teilweise in einen Innenraum des Abfallbehälters hinein. Weiterhin bevorzugt ist der (erste) Hohlkörper dazu eingerichtet eine in dem Hohlkörper liegende erste Prozesszone von einer außerhalb des Hohlkörpers liegenden zwei ten Prozesszone abzugrenzen. Zwischen den beiden Prozesszonen existiert dann am Boden des Behälters ein sogenannter Umlenkbereich, welcher die beiden Pro- zesszonen verbindet. Biomasse gelangt dann von der ersten Prozesszone durch den Umlenkbereich in die zweite Prozesszone. In weiteren Ausführungsformen können noch weitere Umlenkungen und/oder Prozesszonen vorgesehen sein. Durch die voneinander abgegrenzten Prozesszonen wird es möglich, verschiedene Prozessbedingungen bzw. verschiedene Prozessmillieus in der Vorrichtung bereit zustellen. Dies ermöglicht eine besonders effektive Erzeugung von Biogas.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Fassungs- Vermögen des Abfallbehälters kleiner als 2 m3 [Kubikmeter] ist. Bevorzugt ist das Fassungsvermögen kleiner als 1,5 m3, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1,3 m3 oder sogar kleiner oder gleich 1,1 m3. Insbesondere ein kleiner Abfallbe- hälter hat den Vorteil, dass dieser einfach von einer Person in die Sonne gescho- ben werden kann. Wenn der Abfallbehälter mit der Einrichtung der Sonne ausge- setzt ist, erhöht dies üblicherweise die Effizienz der Erzeugung von Biogas. Ein großer Abfallbehälter (z.B. mit ca. 1,1 m3 oder sogar ca. 1,3 m3) kann ggf. bereits ausreichen, um einen Haushalt einer zur Lebensmittelzubereitung, insbesondere zum Kochen ausreichenden Gasmenge zu versorgen.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein System zum Erzeugen von Biogas vorge- schlagen, umfassend:
eine hier vorgeschlagene Einrichtung,
ein Trennelement, das beabstandet zu der Einrichtung in dem Abfallbehälter anordenbar ist.
Bevorzugt ist das Trennelement ein (zweiter) Hohlkörper, insbesondere (zweiter) Hohlzylinder, der auf einem Abfallbehälterboden des Abfallbehälters aufgestellt werden kann. Darüber hinaus kann das Trennelement in der Art eines in den Ab- fallbehälter einbringbaren Einsatzes gebildet sein. Insbesondere erstreckt sich das Trennelement bzw. der (zweite) Hohlkörper von einem Abfallbehälterboden (ver tikal) nach oben. Weiterhin bevorzugt ist eine konzentrische Anordnung von ers- tem und zweitem Hohlkörper, um eine Aufteilung des Abfallbehälters in mehrere Prozesszonen zu bewirken. Besonders bevorzugt sind das Trennelement und die Einrichtung derart beabstandet zueinander anordenbar bzw. angeordnet, dass sich der erste Hohlkörper und der zweite Hohlkörper in axialer bzw. vertikaler Rich tung teilweise (d.h. nicht vollständig) überlappen. Weiterhin bevorzugt liegt das Trennelement dicht auf dem Abfallbehälterboden auf. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass zwischen Trennelement und Abfallbehälterboden eine fluiddichte Verbindung besteht. Durch die Gestaltung der Vorrichtung mit einem ersten Hohlkörper und einem zusätzlichen zweiten Hohlkörper (Trennelement) werden insgesamt drei Prozesszonen bereitgestellt.
Darüber hinaus kann das System ein Verbindungsmittel umfassen. Bevorzugt ist das Verbindungsmittel dazu eingerichtet die Einrichtung mit dem Abfallbehälter (gasdicht) zu verspannen. Als Verbindungsmittel kann beispielsweise eine Klemmvorrichtung dienen. Die Klemmvorrichtung erfüllt insbesondere auch die Funktion, eine Dichtung unter die ausreichende Spannung zu setzen, um die Dichtheit der Abdichtung der Einrichtung an dem Abfallbehälter zu gewährleis- ten.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas vorgeschlagen, umfassend:
einen bewegbaren Abfallbehälter,
einen Raum, in den Biomasse einbringbar ist,
einen Gasauslass, der mit dem Raum verbunden und mit einem Gasan schluss verbindbar ist.
Der Raum wird in der Regel von dem Abfallbehälter umgeben. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass der Raum das Innere des Abfallbehälters be trifft bzw. im Innern des Abfallbehälters gebildet ist. Der Gasauslass ist vorzugs weise in einer Decke des Raums bzw. durch diese hindurch gebildet. In dieser Decke bzw. durch diese hindurch kann darüber hinaus ein Biomasseeinlass, ein Überlauf, eine Öffnung für ein oder mehrere Prozessmittel (und/oder deren An schlüsse) und/oder ein Sauerstoffauslass (für Sauerstoff, der bei der Elektrolyse entsteht) gebildet sein.
Eine solche Vorrichtung kann aber muss nicht mit der weiter oben beschriebenen Einrichtung ausgebildet sind. Die Vorrichtung hat unabhängig davon ob sie mit der beschriebenen Einrichtung ausgebildet ist den Vorteil, dass sie bewegbar ist. Dadurch kann die Vorrichtung besonders einfach in die Sonne bzw. generell an Orte erhöhter Wärmeexposition gebracht werden.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer hier vorge- schlagenen Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend folgende Schritte:
a) Bereitstellen eines bewegbaren Abfallbehälters,
b) Bereitstellen zumindest einer hier vorgeschlagenen Einrichtung oder eines hier vorgeschlagenen Systems,
c) Verbinden der Einrichtung mit dem Abfallbehälter.
Wenn in Schritt b) ein System bereitgestellt wird, kann in Schritt c) zudem ein Anordnen des Trennelements beabstandet zu der Einrichtung in dem Abfallbehäl ter erfolgen.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung zumindest einer hier vorge schlagenen Einrichtung, eines hier vorgeschlagenen Systems oder einer hier vor- geschlagenen Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas vorgeschlagen.
Die im Zusammenhang mit der Einrichtung erörterten Details, Merkmale und vor teilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten System, der Vorrichtung, dem Verfahren und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakteri sierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Fi- guren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Fi guren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschrei bung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 : einen Abfallbehälter mit einer hier vorgeschlagenen Einrichtung in einer Schnittdarstellung,
Fig. 2: eine hier vorgeschlagene Vorrichtung in einer Schnittdarstellung, Fig. 3: eine weitere hier vorgeschlagene Einrichtung in einer Schnittdar stellung,
Fig. 4a: einen Abfallbehälter mit einer hier vorgeschlagenen Einrichtung in einer Seitenansicht,
Fig. 4b: die in Fig. 4a gezeigte Einrichtung in einer Draufsicht,
Fig. 4c: den in Fig. 4a gezeigten Abfallbehälter und die in Fig. 4a gezeigte
Einrichtung in einer Schnittdarstellung, und
Fig. 5: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsvariante der hier vorgeschlagenen Vorrichtung. Fig. 1 zeigt schematisch einen Abfallbehälter 5 mit einer hier vorgeschlagenen Einrichtung 1 in einer Schnittdarstellung. Gemeinsam bilden die Einrichtung 1 und der Abfallbehälter 5 eine hier auch vorgeschlagene Vorrichtung 13.
Die Einrichtung 1 dient zum Erzeugen von Biogas 2. Die Einrichtung 1 hat hierzu einen Gasauslass 3, der mit einem Gasanschluss (hier nicht dargestellt) verbindbar ist, und einen Verbindungsbereich 4, über den die Einrichtung 1 mit einem be- wegbaren Abfallbehälter 5 verbindbar ist. Der Gasauslass 3 ist hier beispielhaft mit einem (abnehmbaren) Gasbehälter 19 verbunden. Das erzeugte Biogas 2 wird in dem Gasbehälter 19 vorgehalten. Hierbei kann der Gasanschluss in der Art ei- nes Konnektors des Gasbehälters 19 gebildet sein, der mit dem Gasauslass 3 der Einrichtung 1 verbunden werden kann. Der Gasbehälter 19 kann beispielsweise in der Art eines gasdichten Sacks, etwa aus Kunststoff, gebildet sein, die bzw. der den Gasanschluss aufweist.
Der Verbindungsbereich 4 ist hier dazu eingerichtet, eine gasdichte Verbindung zwischen der Einrichtung 1 und dem Behälter 5 bereitzustellen. Der Abfallbehäl ter 5 ist beispielhaft über Räder 25 bewegbar, hier fahrbar.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 1 umfasst weiterhin einen Biomasseeinlass 6 und einen Überlauf 7. Über den Biomasseeinlass 6 kann Biomasse 9 in einen Raum 8 eingebracht werden. Die Einrichtung 1 begrenzt den Raum 8 nach oben hin. Der Gasauslass 3 ist mit dem Raum 8 verbunden, sodass sich regelmäßig im oberen Bereich des Raums 8 ansammelndes Biogas 2 über den Gasauslass 3 in den Gasbehälter 19 gelangen kann.
Die Einrichtung 1 bzw. die Vorrichtung 13 gemäß der Darstellung nach Fig. 1 hat im Wesentlichen drei Schnittstellen nach außen: Einlass für Biomasse (Biomas- seeinlass 6), Auslass für Biogas (Gasauslass 3) und Überlauf 7. Dies ist in Fig. 1 schematisch veranschaulicht. Einrichtungen 1 bzw. Vorrichtungen 13, die nach dem dargestellten Prinzip arbeiten, sind in der Regel für einen kontinuierlichen Betrieb geeignet. Die Ein- und Auslassöffhungen, etwa Gasauslass 3, Biomas seeinlass 6 und/oder Überlauf 7, befinden sich typischerweise 10 cm [Zentimeter] oder mehr über der Decke des Gärbehälters, wobei der Gärbehälter in Fig. 1 mit der Abfallbehälter 5 gebildet ist, dessen Decke mit der Einrichtung 1 gebildet ist. So kann sich beispielhaft ein Überdruck (über dem Umgebungsdruck, der regel- mäßig etwa 1 bar beträgt) von einigen 10 mbar [Millibar] aufbauen, der besonders vorteilhaft ist um den Gasbehälter 19 zu füllen.
Der Gasbehälter 19 kann auch als primärer Gastank bezeichnet werden, insbeson dere wenn diesem über einen Kompressor (hier nicht dargestellt) Biogas 2 ent nommen und ein zweiter (sekundärer) Gastank (hier nicht dargestellt) mit hohem Druck damit befällt werden soll.
Zum Erzeugen von Biogas 2 kann die Einrichtung 1 bzw. Vorrichtung 13 nach Fig. 1 beispielsweise wie folgt verwendet werden. Durch den Biomasseeinlass 6 wird Biomasse 9 und Wasser (hier nicht dargestellt) in den Raum 8 eingegeben. Das durch eine anaerobe Fermentierung entstehende Biogas 2 strömt durch den Gasauslass 3 in den Gasbehälter 19. Der Gasdruck in der Einrichtung 1 bzw. Vor richtung 13 (Systemdruck) entspricht im Wesentlichen der Höhe der Flüssig keitssäulen in den Rohren des Biomasseeinlasses 6 und des Überlaufs 7. Die Ein richtung 1 bzw. Vorrichtung 13 nach Fig. 1 erlaubt somit einen kontinuierlichen Betrieb.
Fig. 2 zeigt schematisch eine hier vorgeschlagene Vorrichtung 13 in einer Schnittdarstellung. Die Vorrichtung 13 dient zum Erzeugen von Biogas 2. Die Vorrichtung gemäß der Darstellung nach Fig. 2 verfügt zudem lediglich beispiel haft über eine integrierte Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse.
Die Vorrichtung 13 umfasst einen bewegbaren Abfallbehälter 5, einen Raum 8, in den Biomasse 9 einbringbar ist und einen Gasauslass 3, der mit dem Raum 8 ver bunden und mit einem Gasanschluss (hier nicht dargestellt) verbindbar ist. Der Abfallbehälter 5 ist über Räder 25 bewegbar, nämlich fahrbar. Der Gasauslass 3 ist hier beispielhaft mit einem (abnehmbaren) Gasbehälter 19 verbunden. Das er zeugte Biogas 2 wird in dem Gasbehälter 19 vorgehalten. Der Gasanschluss ist hier ein Bestandteil des Gasbehälters 19. Zum Einbringen der Biomasse 9 in den Raum 8 weist die Vorrichtung 13 einen Biomasseeinlass 6 auf. Darüber hinaus ist die Vorrichtung 13 mit einem Überlauf 7 ausgestattet.
Weiterhin weist die Vorrichtung 13 gemäß Fig. 2 beispielhafte Möglichkeiten zur externen Beheizung und Aufnahme von Prozessgrößen, wie z. B. Temperatur, Methan-Produktionsrate usw. auf. Hierzu sind beispielhaft ein Heizelement 20 und ein Temperatursensor 21 in dem Raum 8 angeordnet.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung 13 nach Fig. 2 beispielhaft dazu ausgestattet, dass die Biogaserzeugung durch Zugabe von Wasserstoff 26 gesteigert werden kann. Hierzu sind eine Kathode 22 und eine Anode 23 in dem Raum 8 angeordnet. Das Heizelement 20, der Temperatursensor 21, die Kathode 22 und die Anode 23 sind jeweils mit einem Steuergerät 24 verbunden. Um die Biogaserzeugung zu steigern, werden die Kathode 22 und die Anode 23 so betrieben, dass im Bereich der Kathode 22 Wasserstoff 26 und im Bereich der Anode 23 Sauerstoff 27 er zeugt wird. Mit anderen Worten aus gedrückt wird der Wasserstoff 26 durch eine Elektrolyse in der Biomasse 9 erzeugt. Eine hierfür beispielhafte Anordnung von Kathode 22 und Anode 23 ist in Fig. 2 veranschaulicht. Dabei umgibt die Kathode 22 die Anode 23. Zudem verfügt die Vorrichtung 13 über einen Sauerstoffauslass 15, welcher derart angeordnet ist, dass er den Sauerstoff 27 von der Anode 23 nach außen führen kann.
Der Wasserstoff 26 kann mit dem Kohlendioxid (hier nicht dargestellt) im Sub strat, d.h. in der Biomasse 9, unter der Wirkung von Methan-bildenden Bakterien (hier nicht dargestellt) zu Biogas 2, nämlich Methan, reagieren. Damit kann ein deutlich höherer Kohlenstoffanteil der Biomasse 9 genutzt und gleichzeitig Was serstoff 26 in ein technisch wesentlich einfacher zu handhabendes Energiegas (Methan) überführt werden. Der Wasserstoff 26 kann hierzu wie vorstehend dar gestellt durch Elektrolyse im Substrat erzeugt werden. Die in Fig. 2 vorgestellte Ausführungsform kann auch als eine Art der Kombination von Biogaserzeugung und Power-to-Gas (kurz PtG oder P2G, deutsch etwa:„Elektrische Energie zu Gas“) bezeichnet werden.
Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere hier vorgeschlagene Einrichtung 1 in einer Schnittdarstellung. Darüber hinaus zeigt Fig. 3 schematisch eine Schnittdarstel- lung eines oberen Bereichs eines bewegbaren Abfallbehälters 5, mit dem die Ein richtung 1 verbunden ist.
Die Einrichtung 1 umfasst einen Gasauslass 3 und einen Verbindungsbereich 4, über den die Einrichtung 1 mit dem bewegbaren Abfallbehälter 5 verbunden ist. Der Verbindungsbereich 4 gemäß der Darstellung nach Fig. 3 ist dazu eingerich tet, eine gasdichte Verbindung zwischen der Einrichtung 1 und dem Abfallbehäl ter 5 bereitzustellen. Hierzu verfügt die Einrichtung 1 über eine Dichtschnur 17, die an dem Abfallbehälter 5 anliegt. Zudem sind die Einrichtung 1 und der Ab fallbehälter 5 mittels eines Verbindungsmittels 18, das hier beispielhaft in der Art einer Klemmvorrichtung ausgeführt ist, miteinander verbunden, hier verspannt. Das Verbindungsmittel 18 kann Bestandteil der Einrichtung 1 sein oder separat vorgesehen sein. In letzterem Fall kann das Verbindungsmittel 18 Teil des hier auch vorgeschlagenen Systems sein.
Es ist zu erkennen, dass die Einrichtung 1 in der Form eines Deckels bzw. Ersatz deckels für den Abfallbehälter 5 gebildet ist. Drüber hinaus sind durch den Deckel diverse Rohre hindurchgeführt, die einen Biomasseeinlass 6, einen Überlauf 7, eine Öffnung 14 für ein oder mehrere Prozessmittel, wie etwa Heizelemente, Elektroden und/oder Sensoren, und einen Sauerstoffauslass 15 der Einrichtung 1 bilden.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Einrichtung 1 hier beispielhaft ein modi fizierter Deckel für einen Abfallbehälter 5. In diesem Zusammenhang stellt Fig. 3 beispielhaft und schematisch die Ein- und Auslässe, die durch den Deckel gehen, dar. Die genauen Verläufe der Rohre und Leitungskanäle innerhalb und außerhalb des Abfallbehälters 5 sind Fig. 3 aufgrund der schematischen Darstellung nicht zu entnehmen.
Mit der Einrichtung 1 können herkömmliche Abfallbehälter 5 mit klappbarem Flachdeckel (z. B. AWB nach EN 840-2), die zur Sammlung von häuslichem Bi omüll dienen und üblicherweise von Entsorgungsbetrieben zur Verfügung gestellt werden, als Gärbehälter umfünktioniert werden. Dazu wird lediglich der vorhan dene bzw. herkömmliche Deckel durch einen anderen Deckel, nämlich die Ein richtung 1, ersetzt. Wie beispielsweise aus den Figuren 3 und 4a hervorgeht, muss dafür der Originaldeckel nur komplett geöffnet, aber nicht entfernt werden.
Der Ersatzdeckel bzw. die Einrichtung 1 ist mit einer Dichtung (beispielsweise in Form einer Dichtlippe oder Dichtschnur 17) versehen und wird mit beispielsweise mittels Klemmen ausgeführtem Verbindungsmittel 18 am Behälterrand des Ab fallbehälters 5 befestigt (siehe Fig. 3). So wird in besonders vorteilhafter Weise Gasdichtheit bis zum maximalen Fülldruck des Gasbehälters 19 bzw. des pri mären Gastanks erreicht. In dem Ersatzdeckel bzw. der in der Art eines (Ersatz-) Deckels geformten Einrichtung 1 befinden sich vorzugsweise alle Ein- und Aus gänge, die zum Betrieb einer Biogasanlage erforderlich sind, beispielsweise der Einlass für Biomasse (Biomasseeinlass 6), Auslässe für Biogas (Gasauslass 3) und Überlauf 7. Je nach Bedarf können in dem Deckel bzw. der Einrichtung 1 auch weitere Ein- und Ausgänge integriert werden, die z. B. der Beheizung und senso rischen Kontrolle des Substrats bzw. der Biomasse 9 dienen können.
Fig. 4a zeigt schematisch einen Abfallbehälter 5 mit einer hier vorgeschlagenen Einrichtung 1 in einer Seitenansicht. Gemäß der Darstellung nach Fig. 4a ist be sonders gut zu erkennen, dass die Einrichtung 1 in der Form eines Ersatzdeckels für einen bewegbaren, hier fahrbaren, Abfallbehälter 5 ausgeführt sein kann. Bei dem bewegbaren Abfallbehälter 5 handelt es sich in Fig. 4a um einen konventio- nellen Abfall- und Wertstoffbehälter (z. B. AWB nach EN 840-2) mit einem hier beispielhaften Fassungsvermögen von 240 Liter bzw. 0,24 m3. Der Abfallbehälter 5 ist mit Rädern 25 ausgestattet und über diese fahrbar.
Fig. 4b zeigt schematisch die in Fig. 4a gezeigte Einrichtung 1 in einer Draufsicht. Es sind der Gasauslass 3 und der Überlauf 7 zu erkennen. Darüber hinaus sind mittels gestrichelten Linien (verdeckten Kanten) die Positionen und Umrisse eines Raums 8 und eines Trennelements 16 angedeutet.
Fig. 4c zeigt schematisch den in Fig. 4a gezeigten Abfallbehälter 5 und die in Fig. 4a gezeigte Einrichtung 1 in einer Schnittdarstellung. Die Einrichtung 1 ist auf den Abfallbehälter 5 (gasdicht) aufgesetzt. Mittels Pfeilen ist schematisch ver anschaulicht, dass ein Biomasseeinlass 6, ein Gasauslass 3 und ein Überlauf 7 durch die Einrichtung 1 gebildet sind.
Das Innere des Abfallbehälters 5 ist in mehrere Prozesszonen 10, 11, 12 unterteilt. Für diese Unterteilung ist hier ein System, umfassend die Einrichtung 1 und ein Trennelement 16 vorgesehen. Dabei ist die Einrichtung 1 dazu eingerichtet, den Abfallbehälter 5 in eine erste Prozesszone 10 und eine zweite Prozesszone 11 zu unterteilen. Von einer deckelförmigen Basis der Einrichtung 1 ausgehend er streckt sich hierzu ein erster Hohlzylinder nach unten, der (zumindest umfangsei tig) den Raum 8 umgibt und hier sowohl oben als auch unten zumindest teilweise offen ausgebildet ist. Innerhalb dieses ersten Hohlzylinders bzw. des Raums 8 befindet sich die erste Prozesszone 10. Außerhalb des ersten Hohlzylinders bzw. des Raums 8 befindet sich die zweite Prozesszone 11.
Das Trennelement 16 dient dazu, die erste Prozesszone 10 und die zweite Pro zesszone 11 gegenüber einer dritten Prozesszone 12 abzugrenzen, die sich eben falls innerhalb des Abfallbehälters 5 befindet. Hierzu ist das Trennelement 16 beispielhaft in der Form eines zweiten Hohlzylinders gebildet, der sich ausgehend von einem Abfallbehälterboden nach oben erstreckt. Das Trennelement 16 ist be- abstandet zu der Einrichtung 1 so angeordnet, dass es den von dem ersten Hohlzy linder der Einrichtung 1 zumindest teilweise umgibt. Ferner sind das Trennele- ment 16 und die Einrichtung 1 derart beabstandet zueinander, dass sich der erste Hohlzylinder und der zweite Hohlzylinder in axialer bzw. vertikaler Richtung teilweise (d.h. nicht vollständig) überlappen.
Zur Erläuterung der Biogaserzeugung in dem Abfallbehälter kann Folgendes aus- geführt werden:
Die Biogas-Entstehung„durchläuft“ unterschiedliche Stadien von der Fermentie- rung bis zur Methanogenese. Dabei bildet der Säuregehalt (ph-Wert) eine wichtige Prozessgröße des Substrat- Wassergemisches bzw. Biomasse- Wassergemisches. Das eingefüllte Substrat (Biomasse) hat in der ersten Fermentierung einen ph- Wert von 5 bis 6 (saurer Zustand). Wohingegen für die Methanbildung ein ph- Wert von 7 bis 8 erstrebenswert ist. Für eine kontinuierliche Befüllung in kleine ren Portionen, d.h. bei einem„täglichen Nachschub“ von neuer Biomasse, ist es hierzu besonders vorteilhaft, das Substrat- Wassergemisch nicht als eine homoge ne Masse aufzubewahren. Daher wird hier gemäß einer vorteilhaften Ausgestal tung vorgeschlagen, den Abfallbehälter entsprechend dem Fortschreiten des anae roben Methan-Prozesses in einzelne (Prozess-)Zonen zu unterteilen. In der in Fig. 4c dargestellten Variante sind drei Prozesszonen 10, 11 und 12 ausgebildet und zwar beispielhaft durch die Anordnung von zwei (konzentrischen) Hohlzylindem. Statt Hohlzylindern sind auch andere Hohlkörperformen einsetzbar.
Es lassen sich durch das Hinzufügen von weiteren Hohlkörpern auch noch weitere Prozesszonen voneinander abgrenzen. Die Größe der gebildeten einzelnen Zonen- Volumina orientiert sich in vorteilhafter Weise an der Verweildauer in dem jewei ligen Prozessabschnitt bzw. -Stadium. Am Kürzesten verweilt die neue bzw. irisch über den Biomasseeinlass 6 einge- brachte Biomasse 9 in der von dem Raum 8 bzw. dem ersten Hohlzylinder gebil- deten ersten Prozesszone 10, die demnach das vergleichsweise kleinste Volumen hat. Um ein direktes Durchfallen der Biomasse 9 in die zweite Prozesszone 11 zu verhindern, kann ein Sieb (hier nicht dargestellt) den Raum 8 nach unten hin be- grenzen. Ein solches Sieb ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da in einer an fänglichen bzw. ersten Befüllungsphase auch ein direktes Durchfallen von Bio- masse 9 in die zweite Prozesszone 11 hingenommen werden kann.
(Spätestens) Nach einer ersten Fermentierungsphase gelangt die Biomasse 9 in die zweite Prozesszone 11. Die Verweildauer in der zweiten Prozesszone 11 ist länger als in der ersten Prozesszone 10, sodass das Zonen-Volumen der zweiten Prozess- zone 11 größer ist als das der ersten Prozesszone 10.
Nach einer weiteren Fermentierungsphase gelangt die Biomasse 9 von der zweiten Prozesszone 11 in die dritte Prozesszone 12. Die Verweildauer in der dritten Pro- zesszone 12 ist länger als in der ersten Prozesszone 10 und der zweiten Prozess- zone 11, sodass das Zonen-Volumen der dritten Prozesszone 12 größer ist als das der beiden anderen Prozesszonen 10, 11. Spätestens in der dritten Prozesszone 12 wird die Fermentierung bzw. Methanbildung abgeschlossen, sodass sich im obe ren Bereich des Abfallbehälters 5 und/oder unterhalb der Einrichtung 1 innerhalb der dritten Prozesszone 12 Methan bzw. Biogas 2 ansammelt, das über den Gas auslass 3 abgezogen werden kann.
Sollte die Biomasse 9 innerhalb der dritten Prozesszone 12 deren Zonen-Volumen vollständig aus füllen, kann bei daraufhin weiterer in die dritte Prozesszone 12 eintretender Biomasse 9 (Überfüllung der dritten Prozesszone 12) aus der dritten Prozesszone 12 über einen Überlauf 7 abgeführt werden. Dies erlaubt insgesamt einen kontinuierlichen Betrieb. Die Bewegung der Biomasse 9 in den Abfallbehälter 5 hinein, innerhalb des Ab- fallbehälters 5 von einer Prozesszone in die nächste sowie ggf. aus dem Abfallbe- hälter 5 heraus ist in Fig. 4c mittels Pfeilen beispielhaft veranschaulicht. Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsvariante der hier vorgeschlagenen Vorrichtung 13. Die Darstellung in Fig. 5 entspricht weitgehend der Darstellung in Fig. 2. Gleich verwendete Bezugszeichen werden hier nicht erneut erläutert. Im Unterschied zu der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 existie- ren hier keine unmittelbar innerhalb der Biomasse 9 befindliche Anoden und Ka- thoden. Stattdessen existiert eine Kammer zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, welche so an der Einrichtung angeordnet ist, dass diese sich innerhalb der Biomasse 9 innerhalb der Vorrichtung 13 befindet. Diese Kammer ist bevor zugt so eingerichtet, dass innerhalb dieser Kammer die Erzeugung von Wasser stoff mittels Elektrolyse stattfinden kann.
Es werden eine Einrichtung, ein System und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas sowie ein Verfahren zur Herstellung einer hier vorgeschlagenen Vorrich tung angegeben, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Prob leme zumindest teilweise lösen. Insbesondere trägt die hier vorgestellte Lösung dazu bei, kleinen Haushalten ohne Garten und ohne Komposter die Möglichkeit zu eröffnen, einfach und kostengünstig eine Mikrobiogasanlage zur energetischen Verwertung von Bioabfällen zu betreiben.
Bezugszeichenliste
1 Einrichtung
2 Biogas
3 Gasauslass
4 Verbindungsbereich
5 Abfallbehälter
6 Biomasseeinlass
7 Überlauf
8 Raum
9 Biomasse
10 erste Prozesszone
11 zweite Prozesszone
12 dritte Prozesszone
13 Vorrichtung
14 Öffnung
15 Sauerstoffauslass
16 Trennelement
17 Dichtschnur
18 Verbindungsmittel
19 Gasbehälter
20 Heizelement
21 Temperatursensor
22 Kathode
23 Anode
24 Steuergerät
25 Räder
26 Wasserstoff
27 Sauerstoff
28 Kammer zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (1) zum Erzeugen von Biogas (2), umfassend:
einen Gasauslass (3), der mit einem Gasanschluss verbindbar ist, - einen Verbindungsbereich (4), über den die Einrichtung (1) mit ei- nem bewegbaren Abfallbehälter (5) verbindbar ist.
2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (1) in der Form eines Deckels für einen bewegbaren Abfallbehälter (5) ausgebildet ist.
3. Einrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend zumindest eines der folgenden Elemente:
einen Biomasseeinlass (6),
einen Überlauf (7),
- eine Öffnung (14) für ein oder mehrere Prozessmittel,
einen Sauerstoffauslass (15).
4. Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsbereich (4) dazu eingerichtet ist, eine gasdichte Verbindung bereitzustellen.
5. Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (1) einen Raum (8), in den Biomasse (9) einbringbar ist, be- grenzt.
6. Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (1) dazu eingerichtet ist, den Abfallbehälter (5) in mehrere Prozesszonen (10, 11, 12) zu unterteilen.
7. Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fassungsvermögen des Abfallbehälters (5) kleiner als 2 m3 ist.
System zum Erzeugen von Biogas (2), umfassend:
eine Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ein Trennelement (16), das beabstandet zu der Einrichtung (1) in dem Abfallbehälter (5) anordenbar ist.
Vorrichtung (13) zum Erzeugen von Biogas (2), umfassend:
einen bewegbaren Abfallbehälter (5),
einen Raum
(8), in den Biomasse
(9) einbringbar ist,
einen Gasauslass (3), der mit dem Raum (8) verbunden und mit ei- nem Gasanschluss verbindbar ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (13) nach Anspruch 9, um fassend folgende Schritte:
a) Bereitstellen eines bewegbaren Abfallbehälters (5),
b) Bereitstellen zumindest einer Einrichtung (1) nach einem der An sprüche 1 bis 7 oder eines Systems nach Anspruch 8,
c) Verbinden der Einrichtung (1) mit dem Abfallbehälter (5).
11. Verwendung zumindest einer Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, eines Systems nach Anspruch 8 oder einer Vorrichtung (13) nach Anspruch 9 zum Erzeugen von Biogas (2).
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