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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer Anlage zur Steigerung der Biogasausbeute eines abbaubaren Substrats, insbesondere mit einem Verfahren und einer Anlage, bei denen die jeweiligen Stufen bei optimalen Bedingungen betrieben werden.
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Derartige Biogasanlagen und Verfahren sind aus der
DE 198 58 187 A1 bekannt. Ein ähnliches Verfahren ist weiterhin aus der
FR 2 711 980 bekannt geworden. Diese bekannten Verfahren weisen zwar auch zwei anaerobe Faulstufen auf, zwischen die eine sogenannte thermische Desintegrationsstufe geschaltet ist, haben jedoch den Nachteil, dass das anfängliche Verhältnis von FOS(flüchtige organische Säuren)/TAC (total anorganic carbon) in der ersten Faulstufe so gut wie nicht bekannt ist und man von einer etwa gleichen Konzentration des FOS-Wertes und des TAC-Wertes von ca. 10.000 mg/l ausgehen kann, wobei die FOS-Konzentration im Laufe der Ausfaulprozesse aufgrund des Säureverbrauchs zur Methangasbildung abnimmt und die TAC-Konzentration zunimmt.
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Als nachteilig wird dabei empfunden, dass bereits in der ersten Stufe Methangas in nicht unerheblichem Umfang gebildet wird, was sich nachteilig auf die mechanische Konstruktion der Anlage auswirkt. Ferner ist in den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen der pH-Wert in der ersten Ausfaulstufe verhältnismäßig hoch, wodurch in den nachfolgenden Stufen die Methangasbildung eingeschränkt wird.
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Die aus der
DE 198 58 187 A1 im Stand der Technik bekannt gewordene Anlage zur Biogasgewinnung weist ein horizontal liegendes zylindrisches Berhältnis auf, dessen Durchmesser ca. 3,80 m und eine Länge von ca. 24 m aufweist, wodurch fertigungstechnische Schwierigkeiten auftreten können. An der Außenseite des Behältnisses ist sowohl eine Isolierung von 60 mm Dicke als auch ein Heizsystem angeordnet. Das Heizsystem besteht aus aufgeschweißten U-Stählen, welche an der Außenseite des Zylinders längsseits verlaufen, was eine relativ geringe Wärmeübertragung an das zu beheizende Substrat liefert. Eine weitere nachteilige Ausstattung des Behälters ist die Rührwelle, die zweigeteilt ist und jeder Teil etwa 12 m lang ist. Die Rührwelle ist ausgestattet mit sogenannten Paddeln, die in einem Durchmesser von 3,60 m innerhalb des Behältnisses rotieren. Der Antrieb der Rührwelle wird durch einen Getriebemotor mit einer Leistung von 3 KW betrieben. Die Drehzahl der Rührwelle ist auf drei bis fünf Umdrehungen pro Minute begrenzt. Die Abdichtung der Rührwellen gegenüber dem ausfaulbaren Substrat erfolgt mit einer sogenannten Gleitringdichtung, die mit einer Federkraft aufeinander gepresst wird. Die keramischen Planflächen bilden eine dynamische Abdichtung. Innerhalb des Behältnisses sind weitere Lagerungen der Welle enthalten. Die Lagerungen sind mit Gleitlagern aus Kunststoff versehen.
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Als nachteilig an diesem System wird es angesehen, dass der Hauptfermenter in zwei Teilen von ca. 12 m Länge angeliefert werden muss, um dann vor Ort zusammengesetzt zu werden. Die Trennstelle, die in diesem Falle eine Flanschverbindung darstellt, wird beim Aufstellen justiert und von innen flüssigkeitsdicht verschweißt. Die Arbeiten an der Baustelle, um diese Verbindung herzustellen, sind verhältnismäßig aufwendig und zeitintensiv.
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Ferner ist es nicht unproblematisch, die Schweißnähte und Prüfungen so herzustellen, dass sie den Anforderungen einer Biogasanlage entsprechen.
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Weiterhin wird die thermische Desintegrationsstufe mittels eines Wassermantels, der um das Behältnis, in dem sich die zu erwärmende Biomasse befindet, herumgelegt. Dieser Wassermantel besteht aus einer druckfesten Außenhülle und einer druckfesten Innenhülle. Durch den sich ergebenden Ringraum wird das Wasser der Heizungsanlage gepumpt.
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Dadurch ergibt sich eine Wärmeübertragung vom äußeren thermischen erhitzten Ringraumvolumen zum inneren Nutzvolumen.
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Der Nachteil an einer derartig konstruierten Ringraumheizung für die thermische Desintegrationsstufe besteht darin, dass infolge der relativ hohen Drücke innerhalb des Ringraumes die Wandungen verhältnismäßig stark ausgelegt werden müssen, was kostspielig und technisch aufwendig ist.
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Ferner ist es nachteilig, dass die Wärmeleitung des Heizmediums innerhalb des Mantels nicht ausreichend ist, da infolge der Anordnung der Strömungsbleche innerhalb des Mantels die Wärmeverteilung ungleichmäßig ist.
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Aus der
FR 2 711 980 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem in einem einstufigen Faulprozess nach der ersten Phase, in welcher die Hydrolyse- und Säurebildung stattfindet, noch vor der zweiten Phase, in der das Methangas gebildet und eine thermische Behandlung eingeschoben wird, was sich als nachteilig im Hinblick auf die Gesamtausbeute an Biogas auswirkt.
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Im Hinblick auf die ständig steigenden Anforderungen zur Vermeidung und Minderung von Abfall- und Schadstoffen, ist es unerlässlich, sich Gedanken zum weitergehenden Abbau energiehaltiger Stoffe zu machen. Aus weltpolitischen und ökonomischen Gründen, sollten neue Anlagenkonzepte und Technologien zu einer Verbesserung der Gesamtbilanz erstellt werden. Bei steigenden Substratkosten für Biomasseanlagen ist es wichtig, dass die eingesetzten Substrate in optimal auf die einzelnen Prozessstufen abgestimmten Bedingungen, mit einem deutlich höheren Abbaugrad abgebaut werden. Dieser Aspekt der besseren Gesamtnutzung der eingesetzten Substrate ist von großer Bedeutung für die Umwelt und die Wirtschaftlichkeit der Anlagen.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, aufgrund einstellbarer Parameter des anfangs eingeführten Substrats die Konstruktion der Biogasanlage zu vereinfachen und die CO2-Gesamtbilanz zu verringern, sodass die Anlage insgesamt kostengünstiger in der Herstellung ist und effektiver in den einzelnen Abbauprozessen arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hauptansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Steigerung der Biogasausbeute eines biologisch abbaubaren Substrats mit mindestens einer Hydrolysestufe und mindestens einer thermischen Desintegrationsstufe, die zwischen der mindestens einen Hydrolysestufe und der mindestens einen Methanstufe angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung der einzelnen Parameter wenigstens in der mindestens einen Hydrolysestufe die Bildung von Methangas verhindert wird, wobei die mindestens eine Hydrolysestufe mit einem pH-Wert zwischen 5,0 bis 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 bis 6,5 und die mindestens eine Hydrolysestufe mit einem FOS/TAC-Faktor zwischen 1 bis 4 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 2 bis 3.
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Vorteilhaft ist es dabei, dass die mindestens eine Hydrolysestufe zwischen 35°C und 45°C betrieben wird, vorzugsweise jedoch bei ca. 38°C.
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Ferner ist es vorteilhaft, die Verweilzeit (VWZ) des Substrats in der mindestens einen Hydrolysestufe substratabhängig zwischen 5 Stunden bis zehn Tagen zu wählen, vorzugsweise zwischen 2 bis 10 Tagen.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass das Anfangssubstrat einen Trockensubstanzanteil von > 30% aufweist.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, dass die thermische Desintegrationsstufe mit einem pH-Wert zwischen pH = 5,0 und pH = 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 bis 7.
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Ferner ist es vorteilhaft, den FOS/TAC-Faktor der thermischen Desintegrationsstufe zwischen 1 und 3 zu halten, vorzugsweise zwischen 1,5 bis 2,5.
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Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die Verweilzeit des Substrats in der thermischen Desintegrationsstufe zwischen 0,5 und 1,5 Stunden liegt, vorzugsweise jedoch bei einer Stunde.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die thermische Desintegrationsstufe bei Temperaturen zwischen 65°C und 80°C, vorzugsweise jedoch bei ca. 70°C betrieben wird.
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Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die mindestens eine Methanstufe bei einem pH-Wert zwischen pH 7 und pH 8,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 7,5 bis 8,0.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass der FOS/TAC-Faktor der Methanstufe zwischen 0,2 und 0,4 liegt, vorzugsweise bei einem FOS/TAC-Faktor von ca. 0,3.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass die Methanstufe zwischen 45°C bis 60°C betrieben wird, vorzugsweise zwischen 50°C bis 55°C.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, dass die Methanstufe mit einer Verweilzeit des Substrats zwischen 15 bis 35 Tagen betrieben wird, vorzugsweise zwischen 20 bis 35 Tagen, wobei die tatsächliche Verweilzeit vom jeweiligen Substrat abhängig ist.
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Ein wesentlicher Vorteil wird darin gesehen, dass die anfängliche Konzentration des FOS-Faktors bei etwa 15.000 mg/l und am Ende bei etwa 5.000 mg/l und die Konzentration des TAC-Faktors bei anfänglich etwa 5.000 mg/l und am Ende der Verweilzeit bei etwa 15.000 mg/l liegt.
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Die Anlage, in der an das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, zur Steigerung der Biogasausbeute eines eingesetzten Substrats mit mindestens einer Hydrolysestufe und mindestens einer thermischen Desintegrationsstufe und mindestens einer Methanstufe, in denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der mindestens einen, im Wesentlichen waagerecht liegenden Hydrolysestufe und der mindestens einen Methanstufe mindestens eine, mit seiner Längsachse senkrecht stehende thermische Desintegrationsstufe angeordnet ist, wobei die Hydrolysestufe und die thermische Desinintergationsstufe so konstruiert sind, dass sie bei der Fertigung betriebsbereit erstellt werden können und in kürzester Zeit bereits geprüft vor Ort aufgestellt und betrieben werden kann.
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Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Rührwelle innen hohl ist und der Hohlraum mit einem Gas gefüllt ist.
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Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass der Durchmesser der Rührwelle zwischen 25 cm und 50 cm liegt, der im Wesentlichen von der Größe der Hydrolysestufe bzw. der Anlage abhängig ist.
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Vorteilhaft ist es ferner dass die gesamte mindestens eine Rührwelle innerhalb des Behältnisses der Hydrolysestufe angeordnet ist.
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Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Hydrolysestufe ein längliches Behältnis aufweist, in dem mindestens eine Rührwelle und mindestens ein Heizungsrohr parallel zur Langsachse angeordnet ist, wobei an der Rührwelle mindestens ein Rührelement angeordnet ist und die einzelnen Rührelemente wendelförmig auf der Welle angeordnet sind.
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Vorteilhaft ist es ferner dass an der Rührwelle mindestens ein Trockenlager angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Rührwelle an einem Ende mit einem Loslager und das andere Ende mit einem Festlager mit axialer Abdichtung gelagert ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Boden des Behältnisses eine schwache Neigung aufweist und in einem Endbereich des Behältnisses mindestens ein Sandaustragungselement angeordnet ist.
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Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Längsachse der thermischen Desintegrationsstufe senkrecht und die zweite Rührwelle auf einem Lagerbock angeordnet ist.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß, dass innerhalb der thermischen Desintegrationsstufe mindestens zwei Flüssigkeitsdurchlauf-Einrichtungen angeordnet sind, wobei mindestens eine davon rohrschlangenförmig ausgebildet ist.
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Ferner ist es erfindungsgemäß, dass die rohrschlangenförmige Flüssigkeitsdurchlauf-Einrichtung von einem Wassermantel umgeben ist.
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Im nun Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Anlage anhand von Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigt
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1: eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Anlage (1);
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2: ein Diagramm, das den qualitativen funktionalen Zusammenhang zwischen der Konzentration (ml/l) des FOS und des TAC in Abhängigkeit von der Zeit (t)/Raum (r) darstellt;
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3: den prinzipiellen technischen Aufbau der Anlage (1) mit einer Hydrolysestufe (2), einer thermischen Desintegrationsstufe (4) sowie einer Methanstufe (5);
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4: den prinzipiellen technischen Aufbau einer Hydrolysestufe (2);
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5: eine Detaildarstellung aus dem Innern der Hydrolysestufe (2);
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6: den prinzipiellen technischen Aufbau einer thermischen Desintegrationsstufe (4).
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In 1 ist eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Anlage 1 gezeigt. Das eingesetzte Substrat wird über eine Zufuhrleitung 3 einer ersten Hydrolysestufe 2 zugeführt, in der das eingeleitete Substrat bei optimalen Hydrolysebedingungen aufgeschlossen und für die weitere Verarbeitung in den folgenden Stufen vorbereitet wird. Die Besonderheiten bei dieser Hydrolysestufe 2 sind zum einen der optimale pH-Wert von 5,5 bis 6,5 und zum anderen ist es sinnvoll, den FOS/TAC-Wert auf einen Faktor von ca. 3 im Vergleich zu einer typischen Biogasanlage einzustellen, in welcher der FOS/TAC-Wert ca. 0,3 bis 1 beträgt. Durch diese optimale Bedingung kann das Substrat sehr gut aufgeschlossen werden. Die substratabhängige Verweilzeit von 5 Stunden bis zu zehn Tagen verstärkt den Effekt der Hydrolyse deutlich. In dieser Hydrolysestufe 2 wird fast ausschließlich das eingesetzte Substrat aufgeschlossen, wobei so gut wie keine Methanbildung stattfindet. Im Anschluss an die Hydrolysestufe 2 gelangt das abbaubare Substrat in eine Desintegrationsstufe 4, in der das abbaubare eingebrachte Substrat einer weiteren Aufschlussbehandlung unterzogen wird, das in der Hydrolysestufe bereits aufgeschlossene Substrat wird auf eine bevorzugte Temperatur von ca. 70°C erhitzt und etwa eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Im Allgemeinen wird die Aufschlussbehandlung bei einer erhöhten Temperatur zwischen ca. 60°C und ca. 95°C in einem Zeitintervall von etwa 30 Minuten bis 120 Minuten durchgeführt, so dass der Aufschluss des Substrats erst erfolgt, wenn das Substrat die üblichen Abbauprozesse durchlaufen hat. Bei der thermischen Desintegration werden nicht nur Krankheitserreger und Parasiten weitgehend abgetötet, sondern auch die aerobe Biozönose aus der Hydrolysestufe 2 weitgehend abgetötet und somit einem schnelleren anaeroben Abbau in der folgenden Stufe zugänglich gemacht. Im Anschluss an die thermische Desintegration gelangt das Substrat in mindestens eine erste Methanstufe 5, in der infolge des vorangegangenen kompletten Aufschlusses des Substrats durch die thermophilen Methanbakterien Biogas erzeugt wird. Die Methanstufe 5 wird bei optimalen Bedingungen zwischen 45°C und 60°C betrieben, wobei der günstigste Bereich zwischen 50°C und 55°C liegt. In diesen Temperaturbereichen ist die Umsatzrate sowie die bakterielle Verdopplungszeit deutlich höher als bei mesophilen Bakterien. In einer Zeit von 20 bis 35 Tagen wird nun das Substrat fast vollständig abgebaut. Im Anschluss an die Methanstufe 5 wird das fast vollständig abgebaute Substrat einem Auffangbehältnis 7 zugeführt, in dem das Substrat zur weiteren technischen Verwendung bereitgestellt wird. Auf diese hier geschilderte Weise lässt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. Anlage der einzelnen Einrichtungen eine wesentlich günstigere Gesamtbilanz der gesamten Anlage erzielen.
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2 zeigt ein Diagramm, das den qualitativen funktionalen Zusammenhang zwischen der Konzentration (mg/l) des FOS-Wertes und des TAC-Wertes in Abhängigkeit von der Zeit (t) und Raum (r) darstellt. Auf der senkrechten Achse ist die Konzentration in mg/l und auf der waagerechten Achse die Zeit (t) bzw. die räumliche Anordnung der einzelnen Stufen qualitativ dargestellt. Das Besondere an der erfindungsgemäßen Anlage ist einerseits, dass der FOS-Wert in der Hydrolysestufe 2 anfänglich bei einer Konzentration von ca. 15.000 mg/l beginnt und kontinuierlich im Laufe der Zeit und Raum bis zu einer Konzentration von ca. 5.000 mg/l abnimmt. Im Gegensatz dazu beginnt der TAC-Wert mit einer Konzentration von 5.000 mg/l und nimmt kontinuierlich im Laufe der Zeit und Raum bis zum Ende der Verweilzeit des Substrats in der Methanstufe 5 in der Anlage bis zu einem Wert von etwa 15.000 mg/l zu. Daraus geht hervor, dass die neu konzipierte Biogasanlage in der Hydrolysestufe die eingesetzten Substrate deutlich besser aufschließt, was durch den relativ hohen Säureanteil von 15.000 mg/l gekennzeichnet ist. Denn je besser das Substrat von den Hydrolysebakterien aufgespalten wird, desto mehr Säuren werden gebildet, die für die Methangaserzeugung maßgeblich verantwortlich sind. Um den höheren Säuregehalt auch mit einem hohen Wirkungsgrad zu nutzen, ist die Anlage optimal auf diese Betriebsweise abzustimmen.
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In der Methanstufe 5, in der die Verweilzeit vorzugsweise 20–35 Tage beträgt, werden nun die gebildeten Säuren sehr schnell von den Methanbakterien verwertet und das gewünschte Biogas erzeugt.
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Infolge der oben beschriebenen Verfahrensweise erfolgt durch den fast vollständigen Voraufschluss des Substrats in der Hydrolysestufe 2 und anschließend in der thermischen Desintegrationsstufe 4 eine deutlich effektiverere Gasausbeute als in konventionellen Biogasanlagen.
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Eine Besonderheit an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dass infolge einer größeren Dichte des abbaubaren Substrats in der Hydrolysestufe 2 eine relativ starke Versäuerung in relativ kurzer Verweilzeit eintritt, wodurch der Zeitpunkt des Abbaus der Säuren fast ausschließlich in die zeitlich am Ende des gesamten Prozesses liegende Methanstufe 5 verlegt wird, in der dann ein effizienter und vollständigerer Abbau des eingebrachten Substrats gewährleistet wird. Insbesondere wird dadurch auch die Gesamtbilanz der CO2-Erzeugung durch Biogasanlagen verbessert, weil das aus der Biogasanlage ausgetragene Restsubstrat weniger abbaubare Substanz enthält, die dann auf den Feldern zur unkontrollierten Methangasbildung abgebaut werden. Das neue Verfahren und die dazu gehörige verbesserte Anlage stellen einen neuen Schritt in Richtung einer positiven Gesamtbilanz von Biomasseanlagen dar.
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3 zeigt den prinzipiellen technischen Aufbau der Anlage 1 mit einer Hydrolysestufe 2, einer thermischen Desintegrationsstufe 4 und einer Methanstufe 5. Die Hydrolysestufe 2 besteht aus einem etwa 18 m langen, fast waagerecht liegenden Behälter mit einem Innendurchmesser von ca. 3,80 m, der mit einer Rührwelle 2', die wendelförmig von Rührpaddeln 4' besetzt ist, durchdrungen ist. Parallel zu der Rührwelle 2' verlaufen im Innern des Behältnisses 6 im Randbereich der Wandungen die Heizrohre 12, mit denen das eingefüllte Substrat auf eine bestimmte gleichmäßige Temperatur zwischen 25°C und 45°C gebracht wird. Infolge des direkten Kontakts der Heizungsrohre 12 mit dem Substrat wird eine sehr viel wirksamere Wärmeübertragung in das Substrat eingeleitet. Der FOS/TAC-Wert beträgt etwa 2 bis 3, während der pH-Wert zwischen 5,6 und 6,5 liegt. Die Verweilzeit des Substrats liegt vorzugsweise substratabhängig zwischen zwei bis zehn Tagen. Das anfängliche zugeführte Substrat beinhaltet etwa 30% Trockensubstanz. Durch Zusatz von pH-Wert regulierenden oder ähnlichen Substanzen wird der pH-Wert auf einen idealen Wert für das gegebene abbaubare Substrat optimal eingestellt. Nach einer typischen Verweilzeit zwischen zwei und zehn Tagen wird das Substrat über eine Leitung 30 in die thermische Desintegrationsstufe 4 gepumpt. Die thermische Desintegrationsstufe 4 besteht aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Behältnis, das von einer zweiten Rührwelle 29 durchdrungen ist. Das Substrat verweilt etwa eine Stunde mit einem FOS/TAC-Wert von 1,5 bis 2,5 bei 70°C und einem pH-Wert zwischen 5,5 und 7 in der thermischen Desintegrationsstufe 4. Im Anschluss daran wird das Substrat über die Leitung 29' in die Methanstufe 5 transportiert. Die Methanstufe 5 besteht aus einem relativ großen zylindrischen Sockelbehältnis 31, über das eine gasdichte Haube 25, in der Regel bestehend aus Kunststoff, gespannt ist. In der Methanstufe 5 wird das komplett aufgeschlossene Substrat mittels der thermophilen Methanbakterien zu Biogas bei einer Idealtemperatur zwischen 50°C bis 55°C, einem FOS/TAC-Wert von ca. 0,3 und einem pH-Wert zwischen 7,5 und 8,0 abgebaut. Die Verweilzeit in der Methanstufe beträgt etwa 20 bis 35 Tage.
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Die 4 zeigt den prinzipiellen technischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Hydrolysestufe 2. Die Hydrolysestufe 2 besteht aus einem Behältnis 6, das etwa 18 m bis 20 m lang ist und einen Durchmesser von ca. 3,5 m bis 4 m aufweist. Die Rührwelle 2' ist mit einer Vielzahl von Rührpaddeln 4' auf dem Umfang wendelförmig besetzt. Die Rührwelle 2' selbst ist innen hohl und mit einem geeigneten Gas gefüllt. In der Regel ist das geeignete Gas normale Luft. Die Enden der Rührwelle 2' werden jeweils durch zwei spezielle Lager 1' und 5' gelagert. Der Außenmantel des Behältnisses 6 ist mit einer hoch wirksamen Isolierung von ca. 80 mm versehen. Im Innern des Mantels befindet sich die Heizung bzw. die Heizungsrohre 12, die aus drei längs gerichteten Rohren mit Rechteckprofil bestehen. Die Heizungsrohre sind am Innenzylinder längs des Behältnisses 6 angelegt und durch Schweißverbindungen miteinander verbunden. Das Luftvolumen der Rührwelle 2' ist so ausgelegt, dass die Auftriebskraft in etwa dem Wellengewicht der Rührwelle 2 entspricht. Infolge dieser technischen Maßnahme sind keine weiteren Auflager während des Betriebs der Hydrolysestufe 2 innerhalb des Behältnisses 6 erforderlich. Lediglich für die Inbetriebnahme der Hydrolysestufe 2, in der zu diesem Zeitpunkt noch kein Substrat eingefüllt ist, sind zwei Abstützgleitlager im Abstand von ca. 6 m angeordnet. Die Abstützlager 3' werden nur mit einer geringen Reibung beaufschlagt, solange das Gewicht der Rührwelle so groß ist, dass sich diese durchbiegt und eine Berührung mit den Gleitlagern 3' erfolgt. Die Wellenabdichtung gegenüber dem Medium an der Antriebseite ist mit mehrfach hintereinander angeordneten Radial-Wellendichtringen 5' realisiert. Zwischen dem dritten und vierten Radial-Wellendichtring befindet sich eine Kammerung. Die Kammerung ist mit einer Sperrflüssigkeit drucklos beaufschlagt. Die gegenüberliegende Seite der Rührwelle 2' wird mit einem sogenannten Loslager, das sich innerhalb des Substrats befindet, gelagert, sodass das Substrat selbst das Lager schmiert. Infolge der relativ geringen mechanischen Belastung weist dieses Loslager 1' eine verhältnismäßig lange Standzeit auf, wobei der Verschleiß extrem gering ist. Die Wartung der Lager ist mit geringem technischem Aufwand bei halb abgelassenem Füllstand des Behältnisses 6 möglich. Die Stützlager 3' innerhalb des Behälters 6, die für die Inbetriebnahme und für den Fall, dass sich die Welle noch nicht im Schwimmzustand befindet, benötigt werden, bestehen aus zwei V-förmig angeordneten Platten aus PTFE. Dieses Material ist verhältnismäßig reibungsarm. Das V-Lager ist unterhalb der Flanschverbindung der Rührwelle 2' angeordnet. Der untere Boden des Behältnisses 6 ist nahezu waagerecht mit einem geringen Gefälle ausgerichtet, wobei die Enden des Behältnisses auf Fundamentblöcken 11 gelagert werden. An einem Ende des Behältnisses sind Sandaustragungseinrichtungen 7 vorgesehen, durch die mögliche Sand- und Gesteinsstückchen, die sich am Ende des Behältnisses ablagern, abgesaugt und ausgeführt werden. An dem einen Ende des Behältnisses 6 ist der Einfüllstutzen 9 für die Feststoffe des Substrats angeordnet. Am anderen Ende des Behältnisses 6 ist der sogenannte Gasdom 8 angeordnet, der ein Sammelvolumen für die Gasbildung und ein Auslassventil für sich bildende Gase darstellt. Der Vorteil einer derartigen Gesamtkonstruktion der Hydrolysestufe 2 liegt u. a. darin, dass das gesamte Behältnis in einem Stück gefertigt werden kann und komplett mit der Rührwelle 2' geliefert wird. Vorteilhaft ist es ferner bei dieser Konstruktion, dass die gesamte Hydrolysestufe 2 bereits an der Produktionsstätte ausprobiert und geprüft werden kann. Hierdurch ergibt sich ein relativ rascher Aufbau der gesamten Anlage am endgültigen Standort.
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Die 5 zeigt ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung den prinzipiellen technischen Aufbau eines Gleitlagers 3', das die Rührwelle 2' bei Inbetriebnahme der Hydrolysestufe 2 unterstützt. Das Gleitlager 3' ist sinnvoller weise unterhalb eines Flansches 21 angeordnet, der die zwei Wellenteile der Rührwelle 2' miteinander verbindet. Die Lagerung besteht im Wesentlichen aus zwei V-förmig miteinander verbundenen Trägern 22, die an geeigneter Stelle ein gleitfähiges Material, zum Beispiel PTFE-Kunststoff 23 aufnehmen. Diese Stützlager 3' werden nur so lange belastet, solange noch kein Substrat in die Hydrolysestufe 2 eingeführt ist.
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Die 6 zeigt den prinzipiellen technischen Aufbau einer thermischen Desintegrationsstufe 4. Die thermische Desintegrationsstufe besteht aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Behältnis 16, das von einer Mehrzahl Ummantelungen umgeben ist. Die thermische Desintegrationsstufe 4 bzw. das Behältnis 16 ist von einer zweiten Rührwelle 29 durchzogen, an der ein Rührwerk 14 angeordnet ist. Die Welle 29 wird an ihrem unteren Ende auf einem Lagerbock 18 gelagert und ist mit einem an der Oberseite des Behältnisses angeordneten Antrieb 13 über ein Getriebe verbunden. Die thermische Desintegrationsstufe 4 besteht aus einem Innen- und einem Außenmantel, die in verschiedenen Materialien ausgeführt sind. Der Innenmantel 20 wird aus nicht rostendem Stahl hergestellt. Der Außenmantel wird aus herkömmlichem Baustahl gefertigt. Der Innenmantel 20 hat eine Wandstärke von ca. 3 mm. Auch das Rührwerk 14 und die Rührwerkslagerung ist aus nicht rostendem Stahl gefertigt. Das Substrat wird an der unteren Seite 19 des Behältnisses 16 eingeleitet. Ausgangsseitig wird das Substrat mittels eines Überlaufs 32 in die Methanstufe 5 transportiert. Die mit dem Substrat in Berührung kommenden Teile sind sämtlich im Innenbereich der thermischen Desintegrationsstufe 4 aus nicht rostendem Stahl gefertigt. Zwischen Außenzylinder und Innenzylinder befindet sich eine Heizschlange 15, die aus einem druckfesten Rohr gefertigt ist. Die Rohrschlange wird durchflossen von beheiztem Wasser, das aus dem hier nicht gezeigten Blockheizkraftwerk kommt. Der Außenmantel, ist aus einfachem Baustahl gefertigt. Somit ergibt sich ein Ringraum zwischen dem Innen- und Außenzylinder, in dem sich die Heizschlangen 15 befinden. Nach außen ist der Zylinder mit einer starken hochwirksamen Isolierschicht ummantelt. Der restliche Ringraum wird mit einem Wärmeträgermedium, im einfachsten Fall Wasser mit Frostschutzmittel, befüllt. Die Trägerflüssigkeit hat die Aufgabe, die Wärme von der Heizschlange zum Innenmantel 20 der thermischen Desintegrationsstufe 4 zu übertragen. Da das Trägermedium nur thermisch beaufschlagt ist und eine drucklose Ausfertigung vorliegt, kann die Fertigung der Behälterwand mit geringeren Wandstärken erfolgen. Außerdem ist die Bauausführung nicht nach der Druckbehälterverordnung vorzunehmen. Die Druckprüfung bezieht sich lediglich auf die eingebauten Rohrschlangen 15. Das Material der Rohrschlangen ist Normalstahl und wird in handelsüblicher Ausführung verwendet. Dieser Vorteil wirkt sich auch auf die Ausführung der von dem Substrat berührten Teile aus nicht rostendem Stahl aus. Infolge der drucklosen Außenmantelkonstruktion ist es möglich, den Innenmantel mit geringen Wandstärken auszuführen und damit die Baukosten zu reduzieren. Der Innenmantel 20 der thermischen Desintegrationsstufe 4 sollte aus nicht rostendem Stahl gefertigt werden, da aufgrund der niedrigen pH-Werte, die in der Methanstufe 5 vorgegeben sind, eine erhöhte Korrosionsgefahr innerhalb des Behältnisses erwartet werden kann. Die Betriebstemperaturen liegen zwischen 70°C und 90°C. Die Trennung zwischen den Edelstahlteilen und den Baustahlteilen wird mittels geeigneter Flanschverbindungen hergestellt. Das Vertikalrührwerk 14 der thermischen Desintegrationsstufe 4 wird durch einen Getriebemotor 13, der sich auf der Oberseite des Behältnisses befindet, angetrieben und regelt die Festlagerseite. Im Innenraum des Zylinders befindet sich ein Gitterrührwerk 14. Da die Rührwelle 29 im vorliegenden Fall etwa 4 m lang ist, muss diese an der Unterseite des Behältnisses durch ein Gleitlager stabilisiert werden. Dieses Gleitlager kann im Bedarfsfall nach Entleerung durch Öffnen der unteren Flanschverbindung ausgewechselt werden. Dabei ist der Lagerbock 18 mit einem Dreibein auf der unteren Flanschplatte des gesamten Behältnisses verschweißt und kann komplett mit der Flanschplatte 19 entnommen werden, sodass das Lagermaterial in diesem Falle PTFE gleichzeitig mit ausgetauscht werden kann. Der Transport des Substrats erfolgt in bekannter Weise mit einer Schneckenexzenterpumpe, die hier nicht gezeigt ist und zwischen der Methanstufe 5 und der thermischen Desintegrationsstufe 4 angeordnet ist. Die thermische Desintegrationsstufe 4 wird in vorbestimmten Zeitintervallen im sogenannten Batch-Verfahren durchflossen, sodass das Substrat einer thermischen Desintegration unterzogen werden kann.