WO2022009079A1

WO2022009079A1 - Anordnung zur kultivierung und verwertung von biomasse

Info

Publication number: WO2022009079A1
Application number: PCT/IB2021/056028
Authority: WO
Inventors: Werner Reichert
Original assignee: Werner Reichert
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2022-01-13
Also published as: DE102020118208A1; EP4178340A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zur Kultivierung von Pflanzen und Verwertung von Biomasseabfällen. Die Anordnung (1) umfasst ein aus mehreren Modulen (10₁, 10_2,…10_N) aufgebautes modulares Gewächshaus (100) mit einer zugeordneten Steuerungs- und Überwachungseinheit (101). Ebenso umfasst die Anordnung (1) eine modulare, zweistufige Biogasanlage (200) mit einer zugeordneten Steuerungs- und Überwachungseinheit (201), wobei in der modularen, zweistufigen Biogasanlage (200) aus Biomasseabfällen ein Biogas erzeugbar ist. Eine kommutative Verbindung (150) existiert zwischen der Steuerungs- und Überwachungseinheit (101) des modularen Gewächshauses (100) und der Steuerungs- und Überwachungseinheit (201) der modularen, zweistufigen Biogasanlage (200).

Description

Anordnung zur Kultivierung und Verwertung von Biomasse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kultivierung und Verwertung von Biomasse.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE 9409728 U1 offenbart ein Gewächshaus. Das Gewächshaus ist modular aus mehreren Segmenten aufgebaut. Jedes Segment besteht wenigstens aus zwei Seitenscheiben, sowie aus wenigstens zwei Dachscheiben, die ein Satteldach bilden. Zapfenförmige Verbindungselemente dienen zur Herstellung einer stabilen Verbindung mit einer zweiten, den Dachfirst bildenden, Profilschiene des benachbarten Segments.

Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 202007005638 U1 offenbart ein modulares Gewächshaus. Das modulare Gewächshaus besteht aus einem fachwerkartigen Rahmen. In dem Rahmen können beispielsweise lichtdurchlässige Wände gehalten werden. Ein Pavillonabschnitt besteht aus wenigstens drei, insbesondere vier horizontalen Unterabschnitten, die ungefähr einen Halbkreis bilden. Die geneigten Dachelemente sind gleichschenkelige Dreiecke, deren Spitzen sich annähern.

Die deutsche Patentanmeldung DE 102008015609 A1 offenbart eine Biogasanlage und ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas. Hier ist ein Verfahren zur Herstellung von Biogas, insbesondere von Methangas, in einem mehrstufigen Prozess offenbart. Der mehrstufige Prozess umfasst einen Hydrolysevorgang und einen Methanbildungsprozess. Der Hydrolysevorgang ist räumlich vom Methanbildungsprozess getrennt. Die Biogasanlage selbst besitzt zumindest zwei Hydrolysebehälter und einen Gärbehälter beziehungsweise Fermenter für einen Methanbildungsprozess. Die wenigstens zwei Hydrolysebehälter sind räumlich getrennt vom nachgeordneten Fermenter. Ein Nachteil dieser Biogasanlage ist, dass diese nicht modular, nicht mobil und nicht kompakt aufgebaut ist. Hinzu kommt, dass diese Biogasanlage keine Fernwartung beziehungsweise Fernkontrolle vorsieht. Ein Umzug an einen anderen Ort beziehungsweise ein anderer Aufbau vor Ort ist nicht möglich. Das deutsche Gebrauchsmuster DE 202013 101 554 U1 offenbart eine Behälteranordnung einer Biogasanlage. Der Behälter weist einen Boden und eine umlaufende Wand auf. Die Wand des Behälters ist nach außen gegen wenigstens einen Container abgestützt. Der wenigstens eine Container enthält eine technische Einrichtung, die zum Betrieb der Biogasanlage erforderlich ist.

Die deutsche Patentanmeldung DE 19958 142 A1 offenbart eine modulare Biogasanlage. Die transportable, modular aufgebaute Biogasanlage umfasst einen Fermenter und ein Energieteil, die beide voneinander getrennte Bauelemente darstellen. Diese Bauteile sind in Standardtransportcontainern beziehungsweise in Standardtransportcontainerrahmen untergebracht. Der Fermenter verfügt über eine starre Hülle. Bei der hier beschriebenen Biogasanlage handelt es sich um einen einstufigen und nicht thermophilen Prozess.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102014016801 A1 offenbart ein Verfahren zur bedarfsorientierten Erzeugung elektrischen Stroms und bedarfsorientierten Bereitstellung von Wärmeenergie mittels zumindest einer Biogasanlage. Das erzeugte Biogas wird in wenigstens einem Blockheizkraftwerk unter Erzeugung von Wärmeenergie verströmt.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102009028474 A1 offenbart einen Photobioreaktor mit mindestens einer Photosyntheseeinheit, einem Rohrleitungssystem mit Ventilen und mindestens einer Systempumpe und einer Kontroll- und Steuereinrichtung. Zumindest der Photobioreaktor ist in einem Container angeordnet, welcher ohne zusätzliche Schutz- und Stabilisierungsmaßnahmen beziehungsweise Schutzelemente als Frachteinheit transportierbar sowie mit anderen Containern stapelbar ist. Der Photobioreaktor mit einer Ernteeinrichtung und einer Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung bilden eine integrale Einheit aus und sind gemeinsam in einem Container angeordnet.

Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 200 16591 U1 beschreibt eine Anlage zur Erzeugung von Biogas, mit einer Vorgrube zum Flomogenisieren und Zwischenlagern biogener Abfälle, einem Rohrfermenter, einem Gasspeicher sowie einer Energiezentrale. Die internationale Patentanmeldung WO 2005/101 525 A2 umfasst das Kombinieren einer oder mehrerer photovoltaischer Zellen. Diese Zellen sind geeignet, um einen oder mehrere photosynthetische Organismen aufzunehmen. Die photovoltaischen Zellen können derart ausgebildet sein, dass sie für Licht von mindestens einer Wellenlänge, die in der Lage ist, die Photosynthese anzutreiben, mindestens teilweise transparent sind, wie etwa mindestens einer Wellenlänge zwischen etwa 400 nm und etwa 700 nm.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102012214493 A1 offenbart einen Photobioreaktor zur Kultivierung von phototrophen Organismen, Es ist ein transparentes Leitungssystem für die Durchströmung einer Kultursuspension insbesondere Algensubstrat vorgesehen. Das transparente Leitungssystem ist dabei etagenförmig ausgebildet, um eine besonders effiziente Kultivierung über mehrere Etagen zu ermöglichen.

Die Übersetzung DE 69922379 T2 der europäischen Patentschrift EP 1 100867 B1 beschreibt einen integrierten Fermenter und ein Gewächshaus. Der Fermenter ist im Gewächshaus untergebracht. Der Fermenter ist ein anaerober Fermenter für organisches Abfallmaterial.

Die internationale Patentanmeldung WO 2012/100093 A2 offenbart Systeme, Komponenten und Verfahren, die auf die Erzeugung von Energie und Ausgangsprodukten aus Biomasse in einem Bioraffineriesystem gerichtet sind. Die Systeme, Komponenten und Verfahren können allein oder in Kombination als Teil eines integrierten Bioraffineriesystems verwendet werden.

Keines der oben genannten Dokumente beschreibt oder erwähnt die Kombination beziehungsweise die Zusammenschaltung eines Gewächshauses (Einrichtung zur Erzeugung beziehungsweise Kultivierung von Pflanzen; im Wesentlichen Pflanzen zur Ernährung) und einer Biogasanlage (Einrichtung zur Verwertung von Biomasseabfällen jeglicher Art).

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Anordnung zumindest zur Kultivierung von Pflanzen und zur Verwertung von Biomasseabfällen zu schaffen, die im Wesentlichen energieautark ist und Biomasse in Form von Pflanzen erzeugt und gleichzeitig Biomasseabfälle verwertet und einen Energieträger gewinnt.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Kultivierung von Pflanzen und Verwertung von Biomasseabfällen gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung zur Kultivierung von Pflanzen und Verwertung von Biomasseabfällen ein aus mehreren Modulen aufgebautes modulares Gewächshaus mit einer zugeordneten Steuerungs- und Überwachungseinheit. Ferner umfasst die Anordnung eine aus mehreren Modulen bestehende modulare, zweistufige Biogasanlage mit einer zugeordneten Steuerungs- und Überwachungseinheit. In der modularen, zweistufigen Biogasanlage wird aus Biomasseabfall ein Biogas erzeugt. Eine kommutative Verbindung existiert zwischen der Steuerungs- und Überwachungseinheit des modularen Gewächshauses und der Steuerungs- und Überwachungseinheit der modularen, zweistufigen Biogasanlage. Mittels der kommutativen Verbindung kann auf Anforderung des modularen Gewächshauses Energie aus dem Biogas in Form von Licht und/oder Wärme für die Kultivierung von zumindest Pflanzen im Gewächshaus nutzbar gemacht werden.

Der Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung ist, dass ein im Wesentlichen energieneutrales Gewächshaus geschaffen wird, das in allen Klimazonen der Erde einsetzbar ist und somit mehrfache Ernten ermöglicht. Hinzu kommt, dass mit der Biogasanlage nicht nur der Biomasseabfall aus dem Gewächshaus selbst sondern auch aus anderen, umliegenden Quellen verarbeitet werden kann. Die mit dem Gewächshaus erzeugte elektrische Energie kann für eine spätere bedarfsgerechte Verwendung im Gewächshaus einen Energiespeicher zugeführt werden.

Ein modulares Gewächshaus ist aus mehreren Modulen aufgebaut. Bevorzugt ist das Gewächshaus aus mehreren identischen Modulen aufgebaut. Jedes der Module besitzt ein Dach, das mindestens eine transparente Dachfläche besitzt beziehungsweise haltert. Gemäß der Erfindung wird von dem Dach nur eine transparente Dachfläche gehaltert. Der Querschnitt des Dachs kann mehrere geeignete Querschnittsformen annehmen. Die mindestens eine transparente Dachfläche eines jeden Moduls trägt dabei mindestens ein Photovoltaikmodul, das z.B. teiltransparent oder, hinsichtlich seiner Transparenz, einstellbar ausgebildet ist.

Gemäß einerweiteren Ausführungsform der Erfindung kann dem modularen Gewächshaus ein Energiespeicher zugeordnet sein. Der Energiespeicher kann mit dem mindestens einen Photovoltaikmodul eines jeden Moduls verbunden sein, um Energie des von dem mindestens einen Photovoltaikmodul erzeugten Stroms zu speichern.

Der Vorteil des Energiespeichers in Verbindung mit dem Gewächshaus ist, dass dem Gewächshaus bei Bedarf Energie zur Verfügung steht. Ebenso kann mittels der einzelnen Module das Gewächshaus schnell und zeitsparend aufgebaut werden.

Der Energiespeicher kann eine Batterie sein.

Ebenso kann der Energiespeicher eine Power-to-Gas-Anlage ist, mit der aus dem Strom der Photovoltaikmodule der Module des Gewächshauses Wasserstoff oder Methan erzeugbar und speicherbar sind.

Mittels Wasserelektrolyse und unter Einsatz von elektrischem Strom wird ein Brenngas hergestellt wird. Dieses Brenngas (d. h. Wasserstoff, ggf. Ammoniak, Methan) kann gespeichert und kann später z.B. für eine spätere Rückverstromung genutzt oder zwischengespeichert werden.

Der Energiespeicher kann auch eine Power-to-Liquid Anlage sein, mit der aus dem Strom der Photovoltaikmodule der Module des Gewächshauses z.B. Methanol. Der mittels der Photovoltaikmodule erzeugte Solarstrom kann mittels einer Power-to- Liquid-Anlage gespeichert werden. Durch die Elektrolyse von Wasser mittels des Solarstroms kann man Wasserstoff herzustellen, der durch Reaktion mit Kohlendioxid in Methanol umgewandelt wird. Das flüssige Methanol lässt sich hervorragend und einfach speichern.

Ferner sind auch Kombinationen der verschiedensten Energiespeicher vorstellbar.

Für den Fall, dass die Bestandteile der einzelnen Module des Gewächshauses in einem Container transportiert werden sollen, ist es von Vorteil, wenn das im Container vorhandene Transportvolumen optimal ausgenutzt wird. Dabei sollte die Länge eines ersten Rahmenelements und eines zweiten Rahmenelements etwas kleiner als die Containerlänge sein. Die Breite eines dritten Rahmenelements und eines vierten Rahmenelements entspricht der halben Länge des ersten Rahmenelements und des zweiten Rahmenelements. Die Höhe des ersten Rahmenelements und zweiten Rahmenelements ist gleich der Höhe des dritten Rahmenelements und des vierten Rahmenelements, wobei die Höhe kleiner ist als die Containerhöhe. Falls für das Gewächshaus erforderlich, kann das Bodenelement eine Länge aufweisen, die der Länge des ersten Rahmenelements und des zweiten Rahmenelements entspricht. Die Dachkonstruktionen für jedes Modul haben eine Breite der Basis, die der Breite des dritten Rahmenelements und des vierten Rahmenelements entspricht. Die transparente Abdeckung besitzt eine Länge, die der Länge des ersten Rahmenelements beziehungsweise des zweiten Rahmenelements entspricht. Die Breite der transparenten Abdeckung entspricht im Wesentlichen der Schenkellänge der Dachkonstruktion.

Die Biogasanlage der Anordnung ist eine, zweistufige Biogasanlage, die mehrere als Tank ausgebildete Module und mehrere als Einhausung ausgebildete Module besitzt. In den Einhausungen können Elemente zur Steuerung der modularen, zweistufigen Biogasanlage sowie zur Gewinnung von Energie aus dem durch die modulare Biogasanlage erzeugten Biogas untergebracht sein.

Alle Module der modularen, zweistufigen Biogasanlage haben die gleiche Größe und können stapelbar sein.

Der Vorteil, dass alle Module der Biogasanlage die gleiche Größe haben und einem Standard-Container entsprechen, ist, dass der Transport und die Logistik erheblich erleichtert werden. Eine weitere Erleichterung ist, wenn die einzelnen Bestandteile der Module des Gewächshauses vorgefertigt in einem Container angeliefert werden, der die gleiche Größe wie die Module beziehungsweise Container der Biogasanlage haben.

Die zweistufige Biogasanlage umfasst in der kleinsten Ausbaustufe mindestens zwei Hydrolysetanks und mindestens einen Fermentertank. Im Hydrolysetank ist die Biomasse einem Temperaturbereich von 40 bis 65 °C und einem ph-Wert bei der Hydrolyse von 2 bis 9 ausgesetzt. Ferner ist mindestens ein Gasspeicher für das in der modularen Biogasanlage erzeugte Biogas vorgesehen. Zunächst werden die Hydrolysetanks batchweise mit Biomasse befüllt. In den Hydrolysetanks wird eine Temperatur gemaäß einem ersten Temperaturbereich eingestellt. Bei der Hydrolyse liegt der ph-Wert in den Hydrolysetanks innerhalb eines vordefinierten pH-Bereichs. Das batchweise Befüllen der Hydrolysetanks bedeutet, dass ein Tank in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Zeitintervall nahezu komplett befüllt wird und in dem anderen tank die Hydrolyse abläuft.

In dem mindestens einen Fermentertank erfolgt die Produktion von Biogas aus der aus den Hydrolysetanks überführten Biomasse. Die Produktion von Biogas findet in einem zweiten Temperaturbereich, wie z.B. von 35 bis 60°C und bei einem zweiten pH-Bereich, wie z.B. von 6,5 bis 8,5, statt. Die Fermentation in den Fermentertanks ist eine Essigsäurebildung (ein Sauerwerden) und in eine Methanisierung gegliedert.

Mehrere Anordnungen aus jeweils einem einzelnen, modularen Gewächshaus und einer zweistufigen modularen Biogasanlage können derart ausgestaltet sein, dass diese mit einer zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit kommunizieren können. Die Kommunikation der einzelnen Anordnungen mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit kann z.B. über die Cloud erfolgen. Die Daten und Parameter, der einzelnen Anordnungen (Gewächshaus und Biogasanlage) werden mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit bewertet. Jeder der Anordnungen umfasst jeweils eine lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit des modularen Gewächshauses und eine Steuerungs- und Überwachungseinheit einer jeden modularen, zweistufigen Biogasanlage. Über lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit des modularen Gewächshauses und die Steuerungs- und Überwachungseinheit einer jeden modularen, zweistufigen Biogasanlage kommuniziert die jeweilige Anordnung mit einer zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit.

Die Bewertungsergebnisse werden den jeweils zugeordneten lokalen Steuerungs und Datenerfassungseinheiten zur Verfügung gestellt. Von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit gelangen somit Anweisungen, Befehle, Meldungen, usw. zu den lokalen Steuerungs- und Datenerfassungseinheiten der Anordnungen beziehungsweise der modularen Gewächshäuser und der modularen Biogasanlagen.

Durch die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit kann z.B. auch eine Condition Based Maintenance (CBM) realisiert werden. Die CBM Funktionen der Fernwartung sowie die Trendanalyen erlauben es, dass der Benutzer der Anordnung frühzeitig auf mögliche Fehler oder Ausfälle hingewiesen wird. Die Benutzerschnittstelle kann z.B. ein Mobiltelefon, ein Tablett oder ein Laptop sein.

Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsform der Anordnung zur Kultivierung und Verwertung von Biomasse;

Figur 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung zur Kultivierung und Verwertung von Biomasse; Figur 3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Moduls, das für den Aufbau eines modularen Gewächshauses verwendet werden kann;

Figur 4 eine schematische Draufsicht auf ein energieeffizientes Gewächshaus, das mit einem Energiespeicher verbunden ist;

Figur 5 eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform der transparenten Abdeckung, die mit einer Dünnschicht-Solarzelle versehen ist, die teiltransparent ausgestaltet ist;

Figur 6 eine Schnittansicht der transparenten Abdeckung entlang der in Figur 5 gezeigten Schnittlinie A-A;

Figur 7 eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform der transparenten Abdeckung mit teiltransparenten Dünnschicht-Solarzellen;

Figur 8 eine Draufsicht auf eine noch weitere mögliche Ausführungsform der transparenten Abdeckung, die mit beweglichen Lamellen versehen ist; Figur 9 eine Draufsicht auf eine mögliche Gestaltung einer modularen Biogasanlage;

Figur 10 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Moduls, das als Tank ausgebildet ist und bei der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage Verwendung findet;

Figur 11 eine Stirnansicht auf das Modul nach Figur 10;

Figur 12 eine schematische Ansicht der Anordnung der verschiedenen Module einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage;

Figur 13 eine schematische Ansicht des modularen und energieeffizienten Gewächshauses; und

Figur 14 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems, wie die einzelnen modularen Biogasanlagen und die modularen Gewächshäuser mit einer zentralen Steuerung und Überwachung kommunizieren. In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das modulare Gewächshaus und die modulare Biogasanlage ausgestaltet sein können. Die dargestellten Ausführungsformenund sind nicht als Beschränkung der Erfindung zu verstehen. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsform der Anordnung 1 zur Erzeugung und Verwertung von Biomasse. Die Anordnung 1 umfasst ein modulares Gewächshaus 100 und eine modulare, zweistufige Biogasanlage 200. Das modulare Gewächshaus 100 dient zur Erzeugung der Biomasse und besitzt eine Steuerungs- und Überwachungseinheit 101. Die Steuerungs- und Überwachungseinheit 101, dient zum Ermitteln von Messgrößen im oder am Gewächshaus 100 und zum Ein- und Verstellen von Elementen des Gewächshauses, um einen vordefinierten Wert einzustellen.

Die modulare, zweistufige Biogasanlage 200 besitzt ebenfalls eine Steuerungs- und Überwachungseinheit 201. Über eine Kommunikationsverbindung 150 ist die Steuerungs- und Überwachungseinheit 101 des Gewächshauses 100 mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit 201 der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 verbunden. Die Kommunikationsverbindung 150 kann drahtgebunden oder drahtlos realisiert werden. Die modulare, zweistufige Biogasanlage 200 besitzt einen Gasspeicher 202 für das mit der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 erzeugte Biogas. Für den Fall, dass das Gewächshaus 100 Energie 300 in Form von Licht oder Wärme benötigt, kann diese mit dem Biogas generiert werden. Die Anforderung der Energie erfolgt aufgrund der Messungen der Steuerungs- und Überwachungseinheit 101 des Gewächshauses 100.

Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung 1 zur Kultivierung und Verwertung von Biomasse. Der einzige Unterschied zur der Ausführungsform nach Fig. 1 ist, dass dem Gewächshaus 100 ein Energiespeicher 7 zugeordnet ist.

Figur 3 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Moduls 10i,

102, ... , 10N, das für den Aufbau eines energieeffizienten, modularen Gewächshauses 100 verwendet werden kann. Für die Ausbildung eines Dachs 4 eines jeden Moduls 10i, 102, ... , 10N sind mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 vorgesehen. Die mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 eines jeden Moduls 10i,

102, ... , 10N tragen transparente Abdeckungen 30 (siehe z.B. Fig. 5), die die transparente Dachfläche 5 bilden. Den transparenten Dachflächen 5 sind die mehreren Photovoltaikmodule 25 (siehe z.B. Fig. 5 - 8) zugeordnet.

Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein energieeffizientes Gewächshaus 100, das mit einem Energiespeicher 7 (siehe auch Fig. 2) verbunden ist. Hier ist klar zu erkennen, dass energieeffiziente Gewächshaus 100 aus einer Vielzahl von einzelnem Modulen 10i, 102, ... , 10N aufgebaut ist, die in Form einer Matrix angeordnet sind. Die transparenten Dachflächen 5 der einzelnen Module 10i,

102, ... , 10N tragen die Photovoltaikmodule 29. Diejenigen Module, die an den Außenseiten 11 des energieeffizienten Gewächshauses 100 angeordnet sind, weisen transparente Seitenflächen 6 (siebe Fig. 3) auf. Auch die transparenten Seitenflächen 6 können mit Photovoltaikmodulen 29 versehen sein. In Abhängigkeit von der klimatischen Region, in der das Gewächshaus 100 aufgestellt ist, können die transparenten Seitenflächen 6 auch weggelassen werden. Die Photovoltaikmodule 29 des energieeffizienten Gewächshauses 100 sind elektrisch mit dem Energiespeicher 7 verbunden. Über den Energiespeicher 7 kann das energieeffiziente Gewächshaus 100 mit Energie, wie z.B. Lichtenergie und/oder Heizenergie versorgt werden.

Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform eines zumindest teilweise transparenten Photovoltaikmoduls 25, das von der Dachkonstruktion 20 gehaltert beziehungsweise getragen wird. Das Photovoltaikmodul 25 ist von einem Rahmen 29 umgeben. Wie aus der Darstellung der Figur 6 zu erkennen ist, ist auf einer transparenten Abdeckung 30, wie z.B. einer Glasscheibe oder einer Kunststoffscheibe, mindestens eine Dünnschicht-Solarzelle 32 aufgebracht. Die mindestens eine Dünnschicht-Solarzelle 32 ist mit einer Vielzahl von Aussparungen 34 (siehe Fig. 5) versehen. Mittels der Aussparungen 34 kann die teiltransparente Eigenschaft des Photovoltaikmoduls 25 erreicht werden. Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Anordnung der Aussparungen 34 in der Dünnschicht- Solarzelle 32. Je nach Wunsch kann die Anzahl der Aussparungen 34 derart gestaltet werden, dass für ein Photovoltaikmodul 25 eine Transparenz von 20%, 30% oder 40% eingestellt wird. Die vorstehend genannten Zahlen bezüglich der Transparenz sollen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.

Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf eine noch weitere mögliche Ausführungsform des Photovoltaikmoduls 25, das mit beweglichen Lamellen 40 versehen ist. Die Lamellen 40 sind beweglich im Rahmen 29 des Photovoltaikmoduls 25 angeordnet. Die Lamellen 40 sind um die Achsen 42 schwenkbar. Die Schwenkung der Lamellen 40 um die Achsen 42 kann mittels einer Steuerung (nicht dargestellt), derart erfolgen, dass die Lamellen immer die optimale Stellung zur Sonne einnehmen, damit die Energieausbeute optimiert ist. Ebenso können die Lamellen 40 derart gesteuert werden, dass eine definierte Abschattung für das Innere des Gewächshauses 100 eingestellt werden kann.

Figur 9 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Aufbaus der modularen und zweistufigen Biogasanlage 200. Eine modulare, zweistufige Biogasanlage 200 zeichnet sich dadurch aus, dass die Module 21 auch Tanks 22 besitzen, die aus zwei unterschiedlichen Tanktypen ausgebildet sind. Die modulare, zweistufige Biogasanlage 200 besitzt somit als Hydrolysetanks und Fermentertanks. In der kleinsten Ausbaustufe besitzt die modulare, zweistufige Biogasanlage 200 zwei Hydrolysetanks und einen Fermentertank.

Die modulare, zweistufigen Biogasanlage 200 besteht aus einer Vielzahl von Modulen 21. Die Module 21 haben dabei alle die gleiche Größe. Die gleiche Größe ist von besonderem Vorteil, da dies den Transport und die Produktion der einzelnen Module 21 erheblich erleichtert und damit Kosten senkt. Hinzu kommt, dass die Größengleichheit der Module 21, der Stapelbarkeit beziehungsweise Kombinierbarkeit ermöglicht. Ein Teil der Module 21 der modularen, zweistufigen Bioanlage 200 ist als Tanks 22 ausgebildet. Ein weiteres Modul 21 der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 kann als eine erste Einhausung 35 ausgebildet sein. Ebenso kann ein weiteres Modul 21 als eine zweite Einhausung 36 ausgebildet sein und ein noch weiteres Modul 21 kann als eine dritte Einhausung 37 ausgebildet sein. In den Einhausungen 35, 36, 37 können Elemente zur Steuerung der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 sowie zur Gewinnung von Energie aus dem durch die modulare Biogasanlage 200 erzeugten Biogas untergebracht sein. Ein weiteres Modul 21 der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 ist eine Transporteinhausung 38. In der Transporteinhausung 38 kann für den Transport ein Gasspeicher 39 untergebracht sein. Für den Betrieb der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 kann der flexible Gasspeicher 39 aus der Transporteinhausung 34 ausgerollt werden und kommt somit auf einer Aufstellfläche für die modulare, zweistufige Biogasanlage 200 zum Liegen, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist.

Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die in Figur 9 dargestellte Ausführungsform der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 lediglich als Beispiel anzusehen ist und somit nicht die Erfindung beschränkt. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Anzahl und die Anordnung der einzelnen Module 21 je nach Leistungsumfang der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 geändert werden können.

Figur 10 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Moduls 21 der Biogasanlage 200, die ein Tank 22 für die modulare, zweistufigen Biogasanlage 200 ist. Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind Stellelemente 12 für den Tank 22 an einem starren Rahmen 13 angebracht. Der Tank 22 ist zum einfachen, sicheren und stabilen Transport von dem starren Rahmen 13 umgeben. Der Rahmen 13 definiert sechs Seitenflächen 24, die ein Einhüllende für den Tank 22 bilden. Der Tank 22 ist derart im starren Rahmen 13 angeordnet, dass keine Anschlüsse oder Anbauteile des Tanks 22 über die Seitenflächen 24 hinausgreifen. Dies hat den Vorteil, dass keine vorgefertigten Anschlüsse beziehungsweise Anbauteile des Tanks 22 während des Transports beschädigt werden können. Der starre Rahmen 13 für die Tanks 22 ist quaderförmig und hat die gleiche Größe wie alle anderen Module 21 der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200.

Der Tank 22 hat an dessen Seite ein Mannloch 17 im oberen Bereich des Tanks 10 angebracht. Die hier gezeigte Position des Mannlochs 17 ist nicht zwingend. Je nach Bedarf kann das Mannloch 17 beliebig positioniert werden. Es ist selbstverständlich, dass das Mannloch 17 während des Betriebs der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 mit einem Deckel (nicht dargestellt) verschlossen ist. An einem vorderen Ende 22V des Tanks 22 ist ein Flanschanschluss 18 für eine Gasleitung, ein Flanschanschluss 19 für eine Druckleitung, ein Flanschanschluss 8 für eine Saugleitung und ein Flanschanschluss 9 für eine Gaseinblasung vorgesehen. Die hier beschriebenen Flanschanschlüsse 8, 9, 18 und 19 können je nach Bedarf und Funktion des Tanks 22 mit den entsprechenden Leitungen (nicht dargestellt) versehen werden. Die Flanschanschlüsse 8, 9, 18, 19 sind vorbereitet, so dass die Montage beim Aufstellen der modularen Biogasanlage 200 schnell und einfach von statten gehen kann. Die hier dargestellte Ausführungsform zeigt eine mögliche Anordnung der Anschlüsse. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hier dargestellte Anzahl und Anordnung der Anschlüsse beschränkt. Ferner kann an dem vorderen Ende 22V des Tanks 22 ein Rohrstück 15 für ein Rührwerk vorgesehen sein. Falls notwendig, kann somit an dieser Stelle ein Rührwerk (nicht dargestellt) in den Tank 22 eingesetzt werden.

Am hinteren Ende 22H des Tanks 22 ist ein Schaufenster 16 und eine Füllstandsonde 23 vorgesehen. Über die Füllstandsonde 23 kann die maximale Befüllung des Tanks 10 zensiert werden. Ferner ist noch ein Drucksensor 26 vorgesehen. Die Position und Anzahl der Erfindung der Sensorik ist lediglich ein Beispiel aus vielen Möglichkeiten und ist nicht als Beschränkung der Erfindung aufzufassen.

Figur 11 zeigt eine Draufsicht auf das vordere Ende 22V des Tanks 22. Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass die Seitenflächen 24 des starren Rahmens 13 eine Einhüllende für den Tank 22 darstellen. Zusätzlich zu dem Flanschanschluss 18 für die Gasleitung, den Flanschanschluss 19 für die Druckleitung, dem Rohrstück 15 für das Rührwerk und dem Flanschanschluss 27 für die Gaseinblasung ist zusätzlich eine Heizleitung 28 (mit Vor- und Rücklauf) vorgesehen. Wie bereits bei der Beschreibung zu den anderen Zeichnungen erwähnt, ist die hier beschriebene Anordnung der Anschlüsse lediglich beispielhaft und nicht als Beschränkung der Erfindung anzusehen. Über die Heizleitung 28 kann somit das Innere des Tanks 22 beziehungsweise die darin befindliche Biomasse auf das für den jeweiligen Prozess erforderliche Temperaturintervall gebracht werden.

Figur 12 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des Aufbaus einer modularen, zweistufigen Biogasanlage 200. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist die modulare Biogasanlage 200 aus sieben Modulen 21 aufgebaut. Vier der Module 21 sind als Tanks 22 ausgebildet. Drei der Module 21 sind geschlossene Einhausungen 35, 36, 37, die in Form von Standardcontainern (ISO-See-Container mit Standardmaß) ausgebildet sind. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf Standardcontainer beschränkt sein soll. Wie ebenfalls aus der Darstellung der Figur 12 ersichtlich ist, haben die Module 21 alle die gleiche Größe. Wie bereits in der obigen Beschreibung erwähnt, ist jeder der Tanks 22 in einem quaderförmigen Rahmen 13 untergebracht, wobei der Rahmen 13 die gleiche Größe hat, wie die Einhausungen 35, 36 oder 37. Die hier dargestellte Ausführungsform der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 ist für eine Leistung unter 100 kWh ausgelegt, was jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden darf.

Figur 13 zeigt eine schematische Ansicht eines einzelnen modularen Gewächshauses 100. Das modulare Gewächshaus 100 liefert Daten und Parameter, die von internen Sensoren 52 und/oder externen Sensoren 53 des Gewächshauses 100 erfasst werden, an eine dem Gewächshaus 100 zugeordnete lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 101. Die lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 101 kommuniziert bei dieser Ausführungsform mit dem Gewächshaus 100 und dem Energiespeicher 7. Ebenso können Aktoren 57 vorgesehen sein, mittels denen z.B. im Zusammenwirken mit der lokalen Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 101, die vordefinierten und optimierten Bedingungen (Temperatur, Feuchte, Licht etc.) im modularen Gewächshaus eingestellt werden können.

Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung der Kommunikation mehrerer einzelner modularer Anordnungen 1 über die Cloud 54, mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55. Jede der Anordnungen 1 , bestehend aus dem modularen Gewächshaus 100 und modularer, zweistufiger Biogasanlage 200, liefert über die lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 101 des modularen Gewächshaus 100 und die Steuerungs- und Überwachungseinheit 201 einer jeden modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 Daten und Parameter der jeweiligen Anordnung 1. Über eine Firewall 51 und das Internet kommuniziert die jeweilige Anordnung 1 mit der Cloud 54. Die Cloud 54 selbst kommuniziert dann mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55. Von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 gelangen Anweisungen, Befehle, Meldungen, usw. über die Cloud 54, das Internet und die Firewall 51 zu den jeweiligen Anordnungen 1 beziehungsweise zu den lokalen Steuerungs- und Datenerfassungseinheiten 101 der modularen Gewächshäuser 100 und die Steuerungs- und Überwachungseinheiten 201 einer jeden modularen, zweistufigen Biogasanlage 200. Ebenso kann jeder der Anordnungen 1 , jeweils mindestens eine Benutzerschnittstelle 58 zugeordnet sein. Die Benutzerschnittstellen 58 können, beispielsweise über ein WLAN, die von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 generierten Meldungen und/oder Warnungen empfangen. Über die Benutzerschnittstellen 58 können diese dem Betreiber der lokalen Anordnung 1 angezeigt werden. Der Betreiber wird damit zentral darauf hingewiesen, ob in dem jeweiligen modularen Gewächshaus 100 und/oder der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 der Anordnung 1 ein Fehler auftritt, der beispielsweise einen aktuellen Eingriff des Betreibers selbst erfordert. Ebenso ist es möglich, dass der Betreiber bereits vorab über möglicherweise anstehende Reparaturen oder den Austausch von Komponenten des modularen Gewächshauses 100 und/oder der modularen, zweistufigen Biogasanlage 200 der Anordnung 1 informiert wird. Obwohl in der Darstellung der Fig. 14 ausschließlich identische Anordnungen 1 gezeigt sind, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass auch unterschiedliche Konfigurationen der Anordnung 1 zentral überwacht und gesteuert werden können.

Die Anmeldung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Für einen Fachmann ist es jedoch vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

I Anordnung

4 Dach

5 transparente Dachfläche

6 transparente Seitenfläche

7 Energiespeicher

8 Flanschanschluss

9 Flanschanschluss 10i, 102, ... , 1 ON Modul

I I Außenseite

12 Stellelement

13 Rahmen

14 Seitenfläche

15 Rohrstück

16 Schaufenster

17 Mannloch

18 Flanschanschluss

19 Flanschanschluss

20 Dachkonstruktion

21 Modul

22 Tank

22H hinteres Ende

22V vorderes Ende

23 Füllstandsonde

24 Seitenfläche

25 Photovoltaikmodul

26 Drucksensor

27 Flanschanschluss

28 Heizleitung

29 Rahmen

30 transparente Abdeckung 32 Dünnschicht-Solarzelle

34 Aussparung

35 erste Einhausung

36 zweite Einhausung 37 dritte Einhausung

38 T ransporteinhausung

39 Gasspeicher

40 Lamelle 42 Achse 44 Oberfläche

45 rechteckige Basis

46 optisches Element

50 lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit

51 Firewall 52 interner Sensor

53 externer Sensor

54 Cloud

55 zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit 57 Aktor 58 Benutzerschnittstelle

100 modulares Gewächshaus 101 Steuerungs- und Überwachungseinheit 150 Kommunikationsverbindung 200 modulare, zweistufige Biogasanlage 201 Steuerungs- und Überwachungseinheit

202 Gasspeicher 300 Energie A-A Schnittlinie

Claims

Ansprüche

1. Anordnung (1 ) zur Kultivierung von Pflanzen und zur Verwertung von Biomasseabfällen bestehend aus:

• einem aus mehreren Modulen (10-i , 102, ...10N) aufgebauten modularen Gewächshaus (100) mit einer dem Gewächshaus (100) zugeordneten Steuerungs- und Überwachungseinheit (101);

• eine aus mehreren Modulen (21) bestehende modulare, zweistufige Biogasanlage (200) mit einer zugeordneten Steuerungs- und Überwachungseinheit (201), wobei in der modularen, zweistufigen Biogasanlage (200) aus Biomasseabfällen ein Biogas erzeugbar ist; und

• eine kommutative Verbindung (150) zwischen der Steuerungs- und Überwachungseinheit (101) des modularen Gewächshauses (100) und der Steuerungs- und Überwachungseinheit (201) der modularen, zweistufigen Biogasanlage (200), damit auf Anforderung des modularen Gewächshauses (100) Energie aus dem Biogas in Form von Licht und/oder Wärme für die Kultivierung von zumindest Pflanzen nutzbar ist.

2. Anordnung (1) nach Anspruch 1 , wobei jedes der Module (10i, 102, ... , 10N), ein Dach (4) besitzt, das mindestens eine transparente Dachfläche (5) aufweist, die mindestens ein zumindest teilweise transparentes oder hinsichtlich der Transparenz einstellbares Photovoltaikmodul (25) trägt und das modulare Gewächshaus (100) mit einem Energiespeicher (7) versehen ist.

3. Anordnung (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Energiespeicher (7) eine Batterie ist.

4. Anordnung (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Energiespeicher (7) eine Power-to- Gas-Anlage, mit der aus dem Strom der Photovoltaikmodule (25) Wasserstoff oder Methan erzeugbar und speicherbar ist, oder eine Power-to-Liquid Anlage ist, mit der aus dem Strom der Photovoltaikmodule (25) Methanol erzeugbar und speicherbar ist.

5. Anordnung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die modulare, zweistufige Biogasanlage (200) eine Vielzahl von Modulen (21) umfasst, die alle die gleiche Größe haben und stapelbar sind.

6. Anordnung (1 ) nach Anspruch 5, wobei die Module (21 ) der modularen, zweistufigen Biogasanlage (200) zum Teil als Tanks (22) ausgebildet sind, wobei die Tanks (22) mindestens zwei Hydrolysetanks und mindestens ein Fermentertank sind.

7. Anordnung (1) nach Anspruch 6, wobei in den Hydrolysetanks die Biomasse einem Temperaturbereich von 40 bis 65 °C und bei der Hydrolyse einem ph- Wert von 2 bis 9 ausgesetzt ist.

8. Anordnung (1) nach Anspruch 6, wobei in dem mindestens einen Fermentertank Biogas in einem zweiten Temperaturbereich von 35 bis 60°C und bei einem pH-Werst von 6,5 bis 8,5 erzeugbar ist.

9. Anordnung (1 ) nach Anspruch 5, wobei ein anderer Teil der Module (21 ) als Einhausungen (35, 36, 37) ausgebildet sind, wobei in den Einhausungen (35, 36, 37) Elemente zur Steuerung der modularen, zweistufigen Biogasanlage (200) sowie zur Gewinnung von Energie aus dem durch die modulare Biogasanlage (200) erzeugten Biogas untergebracht sind.

10. Anordnung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Anordnung (1) jeweils eine lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit (101) dem modularen Gewächshaus (100) und eine Steuerungs- und Überwachungseinheit (201) einer jeden modularen, zweistufigen Biogasanlage (200) zugeordnet ist, über die die jeweilige Anordnung (1 ) mit einer zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit (55) kommuniziert.

11. Anordnung (1) nach Anspruch 10, wobei die lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit (101) des modularen Gewächshauses (100) und die Steuerungs- und Überwachungseinheit (201) einer jeden modularen, zweistufigen Biogasanlage (200) einer jeden Anordnung (1) über eine Cloud (54) mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit (55) verbunden ist.

12. Anordnung (1 ) nach Anspruch 11 , wobei zwischen der Cloud (54) und der lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit (101 ) eines jeden modularen

Gewächshauses (100) und der Steuerungs- und Überwachungseinheit (201) einer jeden modularen, zweistufigen Biogasanlage (200) jeweils eine Firewall (51) vorgesehen ist.