Biogas

Die weit verbreitete Technologie der Nassvergärung, die im Wesentlichen für die Vergärung von Gülle konzipiert wurde, stößt bei Trockensubstanzgehalten größer als 15 % an ihre verfahrenstechnischen Grenzen. Der wesentliche Grund dafür ist, dass das Substrat zunehmend schwerer zu rühren und zu pumpen ist. Hinzu kommt ein überproportionaler Materialverschleiß bei höheren Trockensubstanzgehalten. Für die Trockenfermentation nach unserem Verfahren gibt es dagegen keine Obergrenze für den Trockensubstanzgehalt. Sowohl das Substrat als auch der Gärrest werden in fester, stapelbarer Form mit Radladern ein- und ausgebracht. Unsere Anlagen bestehen systembedingt aus zwei Biogasanlagenteilen, in denen die Umsetzung organischer Substanzen zu Biogas simultan erfolgt, den Trockenfermentern und dem Prozesswasserspeicher. Hinzu kommen in der Regel ein Anlieferbereich und ein Anlagenteil zur Nutzung des entstehenden Biogases (z.B. BHKW oder Gaseinspeisung) sowie gegebenenfalls weitere Anlagenbestandteile.

Der erforderliche Wassergehalt im Substrat der Fermenter wird in unserem Verfahren durch eine gesteuerte Berieselung des Substrates in den Trockenfermentern mit konditioniertem Prozesswasser, das im Kreislauf geführt wird, eingestellt und aufrecht erhalten. Ein speziell entwickeltes Düsensystem an der Fermenterdecke sorgt für die gleichmäßige flächenhafte Verteilung des Wassers und damit für eine homogene Durchfeuchtung des Substrathaufens. Das Prozesswasser perkoliert durch das Substrat, tritt unten und seitlich durch senkrechte gelochte Prallwände aus dem Substrathaufen aus und kann ungehindert über Gefällerinnen und –leitungen aus dem Trockenfermenter ablaufen. Das aus den Trockenfermentern ablaufende Perkolat wird in einem Sammelbehälter und Zwischenspeicher aufgefangen und dem integrierten, gemeinsamen und großvolumigen Prozesswasserspeicher zugeführt. Sowohl die Trockenfermenter als auch der Prozesswasserspeicher dienen der Biogasproduktion. Die hohe Perkolationsrate sowie das große Prozesswasservolumen sind das effektive Steuerungselement der Biogasproduktion. Hierdurch wird im Anfangsstadium die Bakterienpopulation und die Wärme in das Substrat eingebracht und somit die Hydrolyse gestartet. Mit fortschreitender „Reife“ des Fermenters (d.h. fortschreitender Umsetzung der anfänglich vorhandenen organischen Substanz) nimmt die Hydrolyseaktivität ab. Das Entwässerungssystem sorgt danach dauerhaft für einen effektiven Austrag der Säuren aus dem Trockenfermenter, um möglichst optimale Bedingungen für methanogene Bakterien sicherzustellen. Der Prozesswasserspeicher als integraler Bestandteil des Prozesswasserkreislaufsystems dient der Verdünnung und Pufferung der aus den Trockenfermentern herausgeführten Säuren. Über den Nährstofftransport aus den Trockenfermentern wird der Prozesswasserspeicher kontinuierlich mit frischen organischen Säuren versorgt, die den methanbildenden Mikroorganismen als Nährstoff dienen. Im Prozesswasserspeicher wird daher simultan zur Biogasproduktion in den Trockenfermentern kontinuierlich Biogas produziert.

Zur kontinuierlichen Versorgung der nachgeschalteten Biogasnutzung, z. B. Gasreinigung und Einspeisung ins Gasversorgungsnetz oder Verstromung im BHKW, werden mehrere Trockenfermenter parallel, aber im zeitlichen Versatz zueinander, betrieben. Durch Überlagerung der unterschiedlichen Abbaugrade der organischen Substanzen in den einzelnen Trockenfermentern ergibt sich eine konstante Biogasverfügbarkeit, deren Schwankungen mit steigender Anzahl der parallel betriebenen Trockenfermenter geringer wird. Zusätzlich erfolgt die stetige Biogasproduktion im Prozesswasserspeicher, welche die Biogasverfügbarkeit weiter stabilisiert.

Um diese Emissionen zu minimieren und die Nutzung des Biogases zu optimieren, wurde ein Prozessschema entwickelt, welches die separate Sammlung und Behandlung des Schwachgases am Ende eines jeweiligen Fermentationszyklus (Abtropfphase) sicherstellt. Das nicht nutzbare Biogas mit einem geringen Methangehalt wird separat erfasst und einem eigenen Schwachgasspeicher zugeführt. Aus diesem Speicher heraus kann die Schwachgasfackel gezielt und betriebsoptimiert das Schwachgas verwerten. Eine Zumischung von höher angereichertem Biogas ist möglich. Zusätzlich wird durch diese Maßnahme das Durchfahren der unteren Explosionsgrenze vermieden und damit eine höhere Sicherheit der Anlagen gewährleistet. Unser Biogasverfahren ermöglicht dementsprechend eine optimale Verarbeitung von organischem Material mit hohem Trockensubstanzgehalt. Unsere Anlagen sind daher besonders effizient.

 
 

Die wesentlichen Vorteile der Trockenfermentation gegenüber der Nassfermentation sind:

  • Erheblich geringerer Wasserbedarf
  • Geringer Prozessenergiebedarf
  • Geringerer Materialverschleiß durch weniger bewegliche Maschinenbauteile
  • Meist geringere Schwefelgehalte im Gas, dadurch positiver Einfluss auf die Langlebigkeit und die Betriebskosten der nachgeschalteten Anlagen
  • Kleinere Faulräume aufgrund höherer Energiegehalte der eingesetzten Substrate
  • Einfachere (stapelbare) Lagerung des Gärrestes
  • Geringere Anfälligkeit gegen Störstoffe und Übersäuerung

Folgende Vorteile zeichnen unser Verfahren gegenüber anderen Trockenfermentationsverfahren aus:

  • Fermentergenaue Prozessüberwachung
  • Schwachgasmanagement
  • Optimale Biogasausbeute bei geringer Verweilzeit
  • Geringes Raum- und Investitionsvolumen (kein Anmischen der Substrate)
  • Minimaler elektrischer und thermischer Eigenenergiebedarf (keine Beheizung der Trockenfermenter, separates Schwachgassystem, geringes Überschusswasser, welches hygienisiert werden muss, etc.)
  • Geringer Methanschlupf und optimales Porensystem im Substrat durch spezielles Be- und Entlüftungssystem
  • Homogene Wasserverteilung und optimierte Prozessbedingungen im Substrat durch Perkolation und großes Perkolatspeichervolumen
  • Geringe Gasschwankungen durch parallele Biogasproduktion im Substrat und im Perkolatspeicher.

Verfahrensabläufe
Die Verfahrensabläufe sind im nachfolgenden Fließbild schematisch dargestellt. Wesentliche Bestandteile des Verfahrens sind die Trockenfermentation zur chargenweisen Vergärung fester organischer Substanzen und die kontinuierliche Vergärung im Prozesswasserspeicher über den Nährstofftransport des Prozesswasserkreislaufes.
 

  1. Eventuelle vorgeschaltete Substrataufbereitung (Nicht zwingend erforderlich) (z.B. Zerkleinerung, Mischung in Abhängigkeit der Substrate)
  2. Einbringen der Substrate in den leeren Trockenfermenter
  3. Optionale Vorbelüftung im geschlossenen Trockenfermenter zur Temperaturerhöhung
  4. Anaerobe Behandlung durch Perkolation mit Prozesswasser
    • 4.1.    Überwiegend hydrolytische Phase
    • 4.2.    Überwiegend methanogene Phase
  5. Nachbelüftung
    • 5.1.    Austreiben des Biogases, Aerobisierung der Gärreste, Geruchsentfrachtung
    • 5.2.    Optionale aerobe Nachbehandlung zur Verringerung des Wassergehaltes
  6. Austragen der Gärreste
  7. Eventuelle Nachbehandlung der Gärreste (z.B. Intensivrotte in Herhof Rotteboxen® oder Nachrotte, Siebung je nach Anwendungsfall)
 

Eine Übersicht über den schematischen Ablauf unseres Biogas-Verfahrens finden Sie in unserem Diagramm.

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