DE102015100848A1

DE102015100848A1 - Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse

Info

Publication number: DE102015100848A1
Application number: DE102015100848.3A
Authority: DE
Inventors: Christine Widmann; August Obermeier
Original assignee: Obermeier - Widmann GbR (vertretungsberechtigte Ges August Obermeier 84419 Schwindegg Christine Wid; Obermeier - Widmann GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter August Obermeier 84419 Schwindegg Christine Widmann 92318 Neumarkt)
Current assignee: Obermeier - Widmann GbR (vertretungsberechtigte Ges August Obermeier 84419 Schwindegg Christine Wid; Obermeier - Widmann GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter August Obermeier 84419 Schwindegg Christine Widmann 92318 Neumarkt)
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse mit den Schritten: Versäuern der zellularen Biomasse und Gewinnen von Biogas aus der versäuerten Biomasse ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch den Schritt: Aussetzen der zellularen Biomasse einer gezielten mechanischen Belastung, mittels der Zellwände der zellularen Biomasse zerstört werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse mit den Schritten: Versäuern der zellularen Biomasse und Gewinnen von Biogas aus der versäuerten Biomasse. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse in mindestens einem Behälterraum, in dem die zugegebene Biomasse zu versäuern und nachfolgend Biogas aus der Biomasse zu gewinnen ist, mit einer Zugabeeinrichtung zum Zugeben der Biomasse in den mindestens einen Behälterraum.
In bekannten Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus Biomasse wird Biomasse in einen Gärbehälter, den sogenannten Hauptreaktor oder Hauptfermenter gegeben. Dort werden Bedingungen geschaffen, die in einem fermentativen Abbau bzw. einer Vergärung mittels entsprechender Bakterien bzw. Mikroorganismen letztendlich zur Bildung von Biogas führen. Das derart gebildete Biogas enthält größtenteils Kohlendioxid und Methan bzw. Methangas, wobei Methan ein brennbares Gas ist. Beim Verbrennen von Methan wird Energie frei, die vor allem zum Erzeugen von Strom genutzt wird. Deswegen ist ein hoher Anteil an Methan ein entscheidender Faktor für das Erreichen eines hohen Wirkungsgrads einer Produktion von Biogas aus Biomasse.
Als Biomasse werden Biogasrohstoffe bzw. Substrate, insbesondere Pflanzen oder Pflanzenteile verwendet, wie beispielsweise nachwachsende Rohstoffe, in Form von Maissilage, Grassilage, Zuckerrüben und Getreide, die größtenteils als Energiepflanzen zur Biogasproduktion angebaut werden. Ferner dienen Pflanzenreststoffe als Biomasse, die außer zur Biogasgewinnung in der Regel nicht verwertet werden können. Des Weiteren zählen zur Biomasse insbesondere auch vergärbare, organische Abfallstoffe, wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste und Wirtschaftsdünger, wie Gülle und Stallmist. Stroh und Holz sind wegen des hohen Anteils an Faserstoffen, insbesondere Cellulose (Stroh) und Lignocellulose (Holz) in bisherigen Verfahren schlecht abbaubar und damit schlecht verwertbar.
Der fermentative Abbau der Biomasse durch entsprechende Mikroorganismen wird herkömmlicherweise in vier Phasen unterteilt, wie sie auch in der Druckschrift DE 10 2008 007 423 A1 beschrieben sind: In eine Hydrolyse, eine Acidogenese, eine Acetogenese und eine Methanogenese. Während der Hydrolyse werden polymere Makromoleküle aus der Biomasse, vor allem Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße hydrolysiert, das heißt aufgespalten. Das Aufspalten erfolgt durch Mikroorganismen, die zunächst verschiedene Arten von Exoenzymen bzw. extrazellulären Enzymen, wie Amylasen, Proteasen und Lipasen ausscheiden. Diese Exoenzyme spalten zumindest einen Teil der polymeren Makromoleküle in Bruchstücke und lösliche Polymere, Oligomere und Monomere auf, wie beispielsweise in Oligo- und Monosaccharide (Mehrfach- und Einfachzucker), Peptide, Aminosäuren, langkettige Fettsäuren und Glycerin. In der daran anschließenden zweiten Phase, der Acidogenese oder Versäuerungsphase, werden die Produkte der Hydrolyse, durch Mikroorganismen, die meist identisch mit den hydrolysierenden Bakterien sind, verstoffwechselt. Es entstehen neben Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid insbesondere kurzkettige, sogenannte niedere Fett- und andere Carbonsäuren, wie Valerian-, Butter- und Propionsäure sowie kurzkettige Alkohole, wie beispielsweise Ethanol. Diese niederen Fett- und Carbonsäuren, sowie die kurzkettigen Alkohole, werden während der dritten Phase, der sogenannten Acetogenese oder essigbildenden Phase durch acetogene Mikroorganismen ebenfalls in Essigsäure bzw. Acetat sowie Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Aus der gebildeten Essigsäure und aus dem gebildeten Kohlendioxid und Wasserstoff wird in der vierten Phase, der Methanogenese oder methanbildenden Phase mittels methanogener bzw. methanbildender Bakterien Methan gebildet. Diese methanbildenden Bakterien werden auch Anaerobier genannt, da sie nur unter Luftausschluss tätig und lebensfähig sind. Daher muss die Methanogenese zwingend unter Luftausschluss, das heißt anaerob ablaufen.
Die genannten vier Phasen laufen in herkömmlichen Biogasanlagen gleichzeitig in einem Gärbehälter ab. Alternativ dazu sind zweistufige Prozesse bekannt, in denen die Phasen der Hydrolyse und Acidogenese räumlich getrennt von den Phasen der Acetogenese und Methanogenese durchgeführt werden. Die beiden räumlich getrennten Prozessstufen gelten als Hydrolysestufe und als Methanisierungsstufe. Ein derartiger zweistufiger Prozess ist auch in DE 10 2008 007 423 A1 offenbart. Allerdings wird in dem dort beschriebenen Prozess in Bezug auf die Gesamtausbeute an Methan aus einer bestimmten Substratmenge keine nennenswerte Erhöhung im Vergleich zu herkömmlichen Biogasverfahren erzielt.
Ein weiterer Nachteil von bekannten Biogasverfahren ist, dass nach der Produktion von Biogas als Reststoffe mehr oder weniger dickflüssige bzw. viskose Gärrückstände verbleiben. Diese Gärrückstände müssen in relativ großen Lagerbehältern gelagert werden, bis sie als Dünger, vor allem auf landwirtschaftliche Felder, ausgebracht werden können. Nicht nur die Lagerbehälter, sondern auch die Behälter des Hauptfermenters in herkömmlichen Biogasanlagen sind vergleichsweise groß und benötigen viel Bauaufwand und überbaute Fläche.
Zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse zu schaffen, bei dem in besonders kurzer Zeit ein hoher Anteil an Methan im Biogas aus der verwendeten Biomasse gewonnen wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse mit den Schritten gelöst: Versäuern der zellularen Biomasse und Gewinnen von Biogas aus der versäuerten Biomasse, gekennzeichnet durch den Schritt: Aussetzen der zellularen Biomasse einer gezielten mechanischen Belastung, mittels der Zellwände der zellularen Biomasse zerstört werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels einer mechanischen Belastung der zellularen Biomasse bzw. einer mechanischen Arbeit an der Biomasse, also mittels eines aktiven Krafteintrags auf die Biomasse, ein Aufplatzen der Zellen der zellularen Biomasse und ein Austreten von Zellwasser aus diesen Zellen angeregt und unterstützt. Darüber hinaus kommt es durch das erfindungsgemäße Anwenden von mechanischer Belastung zu einem Auffasern der Zellwände (Lignine) der Zellen der zellularen Biomasse. Mit den aufgefaserten Zellwänden und dem Zellwasser ergibt sich eine besonders große Oberfläche zur Besiedelung mit Versäuerungsbakterien. Dadurch ergibt sich gemäß der Erfindung ein stärkerer und schnellerer Aufschluss sowohl der Zellwände, als auch des Zellwassers.
Das erfindungsgemäße Anwenden von mechanischer Belastung bzw. mechanisch ausgeübter Kraft auf die zellulare Biomasse kann in einem Behälterraum (Vorversäuerer bzw. Fermenter) einer zugehörigen Anlage, etwa einer Biogasanlage, einer Entsorgungsanlage, einem Komposter oder einer Düngerherstellungsanlage erfolgen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Verweilzeit der Biomasse im Behälterraum dadurch erheblich verkürzt werden. So sind in einem Vorversäuerer bisher Verweilzeiten von zumindest 3 bis 5 Tagen üblich. Mit der Lösung gemäß der Erfindung kann die Verweilzeit hingegen auf 1 Stunde bis 2 Tage verkürzt werden. Der Behälterraum kann damit auch kleiner und entsprechend kostengünstiger gestaltet sein. Ferner können mit der erfindungsgemäßen Anwendung von mechanischer Kraft zugleich ein Fördern der Biomasse und insbesondere ein Dosieren der Biomasse beim Einbringen in den Behälterraum erfolgen. Aus dem Behälterraum kann vorteilhaft versäuerte Flüssigkeit mittels eines Siebbodens abgeschieden werden.
In dem Behälterraum wird erfindungsgemäß bevorzugt ein pH-Wert von 2,8 bis 4,58, bevorzugt von 3,0 bis 3,5, und/oder aerobe Bedingungen und/oder eine Temperatur von 22 °C bis 40 °C, bevorzugt von 25 °C bis 37 °C und besonders bevorzugt von 27 °C bis 35 °C, eingestellt.
Mit dem Einstellen des vergleichsweise niedrigen pH-Wertes von besonders bevorzugt 3,0 bis 4,0 ist in dem Behälterraum insbesondere eine nahezu ausschließliche Bildung von Essigsäure aus der Biomasse gefördert. Der Begriff Essigsäure bezeichnet vorliegend zum einen die Carbonsäure CH₃COOH mit der chemischen Summenformel C₂H₄O₂, die nach IUPAC-Regelung als Ethansäure benannt wird (IUPAC bedeutet "International Union of Pure and Applied Chemistry"). Weiterhin sind unter dem Begriff Essigsäure auch Acetate zu verstehen. Die nahezu ausschließliche Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse ist erwünscht, da die Erfindung auf der Erkenntnis beruht, dass weitgehend nur aus Essigsäure Methan erzeugt werden kann. Deswegen ist es vorteilhaft, in dem Behälterraum Bedingungen zu schaffen, unter denen die in Zellwand und Zellwasser aufgespaltete Biomasse möglichst quantitativ zu Essigsäure abgebaut wird. Dazu liegt der Erfindung die Idee zugrunde, die Phase der Acetogenese in einem ersten Behälterraum räumlich von der Phase der Methanogenese in einem zweiten Behälterraum zu trennen. Die räumliche Trennung ermöglicht es, für eine möglichst quantitative Essigsäurebildung optimale Bedingungen zu schaffen, ohne die methanogenen Mikroorganismen während der Methanogenese an einer Methanbildung zu hindern. Erfindungsgemäß bevorzugt laufen daher die Phasen der Hydrolyse und der Acidogenese in einem ersten Behälterraum ab, in dem die erfindungsgemäß mechanisch weitgehend in Zellwand und Zellwasser aufgespaltete Biomasse verarbeitet wird. Des Weiteren ist durch das geschaffene saure Milieu im ersten Behälterraum vorteilhaft eine gewisse Hygienisierung der Biomasse erreicht, wodurch schädliche Mikroorganismen abgetötet werden. Ferner werden beispielsweise beim Einsatz von Klärschlamm als Biomasse, dort in der Regel vorhandene Hormone im geschaffenen sauren Milieu zersetzt. Mit der Bildung der Essigsäure bildet sich gleichzeitig eine verstärkt flüssige Phase in dem Behälterraum bzw. Behälter.
Als Bedingungen in dem Behälterraum, die dort zu einer Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse führen, sind vorzugsweise aerobe Bedingungen geschaffen. Das heißt, dass die Bildung von Essigsäure nicht unter Luftausschluss erfolgt. Dies erleichtert den Bau und Betrieb des Behälters bzw. Behälterraums, da der Behälterraum nicht gasdicht gestaltet sein muss. Auch die Phasen der Hydrolyse und Acidogenese laufen neben der Acetogenese bevorzugt aerob ab.
Ferner ist im Behälterraum vorzugsweise eine Temperatur 22 °C bis 40 °C, bevorzugt von 25 °C bis 37 °C und besonders bevorzugt von 27 °C bis 35 °C eingestellt. Die eingestellte Temperatur wird bevorzugt während der Bildung von Essigsäure ständig beibehalten. Dadurch sind optimale Bedingungen für die Hydrolyse und Acidogenese geschaffen, um einen schnellen und effektiven Abbau der Biomasse zu gewährleisten. Insbesondere haben die Enzyme, die einen Abbau von Hemicellulose bewirken, hier ihr Temperatur-Optimum. Darüber hinaus wird für die energieverbrauchende Reaktion der Essigsäurebildung in der Phase der Acetogenese Energie in Form von Wärme zugeführt. Die Wärme wird über eine geeignete Heizung bereitgestellt.
Vorzugsweise werden in den Behälterraum als Essigsäurebildungsaktivator lebende Essigsäurebakterien zugegeben. Unter einem Essigsäurebildungsaktivator ist ein Mittel zu verstehen, das mindestens eine der folgenden Funktionen erfüllt: Die Bildung von Essigsäure in Gang zu setzen, die Bildung von Essigsäure zu fördern und die Bildung von Essigsäure aufrecht zu erhalten sowie Essigsäure zu bilden. Damit ist eine besonders quantitative Bildung von Essigsäure aus der zugegebenen Biomasse erreicht. Als der Essigsäurebildungsaktivator kann gekeimtes bzw. vorgekeimtes bzw. angekeimtes Keimgut zugegeben werden. Ferner kann als Essigsäurebildungsaktivator ein Enzym zugegeben werden. Das Enzym wird bevorzugt aus mindestens einer der Gruppen der Hemicellulasen, Glucanasen, Xylanasen und Cellulasen gewählt. Ferner wird als Essigsäurebildungsaktivator vorteilhaft eine lebende Hefe zugegeben. Bevorzugt wird als lebende Hefe Saccharomyces cerevisiae gewählt. Besonders vorteilhaft werden als Essigsäurebildungsaktivator jedoch lebende Essigsäurebakterien zugegeben. Lebende Essigsäurebakterien verstoffwechseln insbesondere unter aeroben Bedingungen Zucker und Ethanol zu Essigsäure. Sie gelten als acetogene Bakterien und sind die eigentlichen Essigsäurebildner. Als Essigsäurebildner finden die Essigsäurebakterien optimale Bedingungen im Behälterraum, da die zugegebene Biomasse entsprechend aufbereitet und zerlegt wird. Bevorzugt ist zusätzlich insbesondere Zucker aufgrund der Zugabe des gekeimten Keimguts nahezu sofort verfügbar. Besonders bevorzugt liegt Alkohol vor, der mittels Zugabe der lebenden Hefe nahezu sofort aus dem vorhandenen Zucker gebildet ist und von den Essigsäurebakterien nahezu sofort zu Essigsäure umgesetzt wird. Auf diese Weise sind erfindungsgemäß Bedingungen für einen schnellen Beginn der Bildung von Essigsäure geschaffen.
Besonders vorteilhaft wird im Behälterraum während der Bildung von Essigsäure unter Bildung von flüssiger Phase umgerührt, insbesondere ständig gleichmäßig gerührt. Damit wird ein gleichmäßiges Durchmischen der in den Behälterraum gegebenen Biomasse mit dem mindestens einen Essigsäurebildungsaktivator gewährleistet. Das Rühren ist jedoch nicht mit dem erfindungsgemäßen Ausüben von mechanischer Arbeit an der Biomasse gleichzusetzen, da bei diesem Rühren kein nennenswertes Aufplatzen der Zellen bzw. mechanisches Aufspalten in Zellwand und Zellwasser erfolgt. Es kann aber erfindungsgemäß vorteilhaft die zugehörige Rühreinrichtung derart zu einer Rühr-/Scher-/Presseinrichtung ausgestaltet sein, dass mittels dieser Rühr-/Scher-/Presseinrichtung zugleich eine gezielte mechanische Belastung auf die Biomasse ausgeübt wird. Mittels dieser mechanischen Belastung kann die zellulare Biomasse dann nicht nur umgerührt bzw. umgewälzt werden, sondern zugleich auch gezielt in Zellwand und Zellwasser aufgespaltet werden.
Beim erfindungsgemäßen Aussetzen der zellularen Biomasse einer gezielten mechanischen Belastung wird die zellulare Biomasse vorzugsweise einer Druckbelastung von zumindest mehr als 1 bar und einer gleichzeitigen Scherbelastung ausgesetzt. Erfindungsgemäße Versuche haben ergeben, dass überraschenderweise die Biomasse nicht etwa einem besonders hohen Druck bzw. einer hohen Verdichtung ausgesetzt werden sollte, um die dortigen Zellen zum Platzen zu bringen, sondern dass vielmehr eine vergleichsweise geringe Druckbelastung unter gleichzeitiger Ausübung einer Scherbelastung hochwertige Ergebnisse erbringt. Vorzugsweise wird dazu ein Druck zwischen 1 und 3 bar, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 2 bar auf die zellulare Biomasse aufgebracht und diese zugleich mittels einer Drehbewegung zerrieben.
Die Erfindung ist entsprechend auch auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse in mindestens einem Behälterraum einer Biogasanlage gerichtet, in dem die zugegebene Biomasse zu versäuern und nachfolgend Biogas aus der Biomasse zu gewinnen ist, mit einer Zugabeeinrichtung zum Zugeben der Biomasse in den mindestens einen Behälterraum, wobei eine Scher-Press-Einrichtung vorgesehen ist, mittels der die in den mindestens einen Behälterraum zuzugebende, zellulare Biomasse einer gezielten mechanischen Belastung auszusetzen ist, und wobei mit der mechanischen Belastung gezielt Zellwände der zellularen Biomasse zu zerstören sind.
Die Scher-Press-Einrichtung ist vorzugsweise mit einer die zellulare Biomasse fördernden Pressschnecke gestaltet. Die Pressschnecke ist vorteilhaft mit einer Schneckenwendel gestaltet, die mit einer abnehmenden Steigung in Förderrichtung gestaltet ist. Dadurch wird beim Fördern der zellularen Biomasse in Längsrichtung der Pressschnecke die Biomasse kontinuierlich einem höheren Druck ausgesetzt und zugleich mit dem Drehen der Pressschnecke ein verstärktes Scheren bzw. Verreiben der Zellen der Biomasse erzeugt.
Die Pressschnecke ist ferner vorteilhaft zumindest teilweise von einem Presskonus umgeben. Die Förderung der Biomasse erfolgt dabei in das sich zuspitzende Ende des Presskonus hinein, so dass sich die Biomasse in dem Presskonus aufstaut und entsprechend ein Gegendruck entsteht. Der Presskonus ist vorzugsweise nur im in Förderrichtung hinteren Teil der Pressschnecke als ein Austrittskonus gestaltet, durch den hindurch die Biomasse ausgeschoben wird. Die Pressschnecke ist vorzugsweise von einem im Querschnitt mehreckigen bzw. mehrkantigen Gehäuse umgeben, zu dem vorteilhaft auch der genannte Presskonus gehört. Das derartige Gehäuse verhindert mit seiner kantigen Struktur ein Mitdrehen der die sich drehende Pressschnecke umgebenden Biomasse. Vorzugsweise ist das Gehäuse und insbesondere auch der Presskonus im Querschnitt betrachtet 6-eckig oder besonders bevorzugt 8-eckig gestaltet.
An der derartigen Scher-Press-Einrichtung ist ferner vorzugsweise mindestens ein Auslass zum Abführen von Zellwasser aus der Scher-Press-Einrichtung vorgesehen. Mit dem Abführen von Zellwasser aus der Scher-Press-Einrichtung kann der Feuchtegehalt der Biomasse im Inneren der Scher-Press-Einrichtung gesenkt werden. Die derart trockenere Biomasse neigt weniger zu einem Mitdrehen und sie weicht weniger der Pressschnecke aus, als es bei einer ansonsten stark pastösen bzw. schlammartigen Biomasse der Fall wäre. Die trockenere Biomasse erfährt beim Durchströmen der erfindungsgemäßen Scher-Press-Einrichtung damit eine stärkere Druckbelastung und auch Scherbelastung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse mit einer Scher-Press-Einrichtung,
2 einen Längsschnitt der Scher-Press-Einrichtung gemäß 2,
3 den Schnitt III-III in 2 und
4 den Schnitt IV-IV in 2.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Vorrichtung 10, die als einen wesentlichen Bestandteil einen Behälter 12 mit einem zylindrischen Behälterraum 14 umfasst. In dem Behälterraum 14 befindet sich bei einem pH-Wert von 2,8 bis 4,5, bevorzugt von 3,0 bis 4,0, bei aeroben Bedingungen und bei einer Temperatur von 22 °C bis 40 °C, besonders bevorzugt von 27 °C bis 35 °C, eine zellulare Biomasse 16. Aus der Biomasse 16 kann so mittels Versäuerung und nachfolgender Methanisierung mit Hilfe methanogener Bakterien ein Biogas entstehen.
Die zellulare Biomasse 16 ist mittels einer Einführschnecke 18 von außen her unten seitlich in den Behälterraum 14 einzubringen und mittels einer Abführschnecke 20 aus dem Behälterraum 14 oben seitlich nach außen hin auszutragen. Dabei ist die Einführschnecke 18 mittels einer elektro-hydraulischen Verschlusseinrichtung 22 gegenüber dem Behälterraum 14 wahlweise abzutrennen.
Ferner befindet sich in dem Behälterraum 14 eine Rühreinrichtung 24 mit einem nicht näher veranschaulichten Paddelwerk zum langsamen Umwälzen der sich in dem Behälterraum 14 befindenden Biomasse 16. Im unteren Abschnitt des Behälterraums 14 ist ein Siebkorb 26 angeordnet und mittels einer Umluftleitung 28 sowie einem Umluftgebläse 30 ist ein Umwälzen von Luft durch die sich im Behälterraum 14 befindende, zu versäuernde Biomasse 16 möglich.
Die Einführschnecke 18 ist Teil einer Zugabeeinrichtung 32, die einen weiteren wesentlichen Bestandteil der Vorrichtung 10 bildet. Die Zugabeeinrichtung 32 ist mit einem nach oben offenen Zugabetrichter 34 gestaltet, durch den hindurch zellulare Biomasse 16 in die Vorrichtung 10 zugeführt werden kann. Von dem Zugabetrichter 34 gelangt die Biomasse 16 aufgrund ihres Eigengewichts nach unten hin in sich unter dem Zugabetrichter 34 befindende Scher-Press-Einrichtung 36.
An der Scher-Press-Einrichtung 36 wird die zugegebene Biomasse 16 von einer Pressschnecke 38 erfasst und bezogen auf die 1 und 2 seitlich nach rechts hin zu einem Sammelgehäuse 40 transportiert wird. Die Pressschnecke 38 ist dazu mittels eines Schneckenantriebs 42 drehbar, der sich an dem dem Sammelgehäuse 40 entgegengesetzten Endbereich der Pressschnecke 38 befindet. Die Pressschnecke 38 weist eine im Wesentlichen kreiszylindrische Schneckennabe 44 auf, an der eine Schneckenwendel 46 drehfest angeordnet ist. Die Schneckenwendel 46 ist ausgehend vom Bereich des Zugabetrichters 34 zum Bereich des Sammelgehäuses 40 hin mit einer abnehmenden Wendelsteigung bzw. Gewindesteigung gestaltet. Die Schneckenwendel 46 übt demnach auf die von ihr transportierte Biomasse 16 eine zum Sammelgehäuse 40 hin zunehmende (in Längsrichtung der Pressschnecke 38 wirkende) Presskraft mit gleichzeitigem Anstieg einer auf die Biomasse 16 wirkenden (quer zur Längsrichtung der Pressschnecke 38 wirkende) Scherkraft aus.
Die Schneckenwendel 46 ist anschließend an den Bereich des Zugabetrichters 34 zunächst mit einem zylinderförmigen Presszylinder 48 umgeben. Der Presszylinder 48 ist in einem ersten Abschnitt 50, der direkt an den Bereich des Zugabetrichters 34 anschließt, mit einem mehrkantiger Form, insbesondere mit einer achteckigen Querschnittsform, gestaltet (siehe 2 und 3). Auf den Abschnitt 50 folgt dann ein Abschnitt 52, der mit einer kreisrunden Querschnittsform gestaltet ist (siehe 2 und 4). An den derartigen Presszylinder 48 schließt in Längsrichtung der Pressschnecke 38 dann ein Presskonus 54 an, der bezogen auf die Längsrichtung einen Konuswinkel von vorzugsweise zwischen 15° und 20°, vorliegend von 18° aufweist. Der Presskonus 54 ist ebenfalls mit einer achteckigen Querschnittsform gestaltet (siehe nochmals 2 und 3). Die derart mehrkantige Gestaltung des Abschnitts 50 des Presszylinders 48 bzw. des Presskonus 54 verhindert ein Mitdrehen der sich in der Scher-Press-Einrichtung 36 befindenden Biomasse 16 beim Rotieren der Pressschnecke 38.
Die so von der Pressschnecke 38 durch den Presszylinder 48 sowie den Presskonus 54 geförderte Biomasse 16 wird aufgrund der Stauwirkung des Presskonus 54 vor diesem mit einem Druck von mehr als 1 bar, vorliegend von ca. 1,5 bar, zusammengepresst und dabei gleichzeitig einer starken Scherbelastung in Querrichtung ausgesetzt. Dadurch wird ein Großteil der Zellen der zellularen Biomasse 16 zerrieben und neben deren Zellwänden wird deren Zellwasser freigesetzt.
Die derart aktiv zerriebene Biomasse 16 gelangt zugleich an das bezogen auf 1 und 2 rechte Ende der Pressschnecke 38, wo es durch einen Auslass 56 in Längsrichtung der Pressschnecke 38 in das Sammelgehäuse 40 eintreten kann.
An den Abschnitten 50 und 52 des Presszylinders 48 sowie am Presskonus 54 befinden sich ferner jeweils im bezogen auf die 1 und 2 unteren Bereich mehrere Auslässe 58, durch die hindurch dort freigesetztes Zellwasser aus der Biomasse 16 direkt nach außen hin und dann in das Sammelgehäuse 40 abgeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich befinden sich an den Abschnitten 50 und 52 des Presszylinders 48 sowie am Presskonus 54 jeweils im bezogen auf die 1 und 2 oberen Bereich mehrere Sprüheinrichtungen 60, mittels denen zur Pressschnecke 38 hin ein Prozesswasser der dortigen Biomasse 16 zugeführt werden kann.
Mittels der Auslässe 58 sowie der Sprüheinrichtungen 60 kann so der Feuchtegehalt der Biomasse 16 im Presszylinder 48 sowie im Presskonus 54 abschnittsweise gesteuert bzw. geregelt werden. Dadurch ist es möglich, die Presswirkung sowie die Scherwirkung der Pressschnecke 38 auf die dortige Biomasse 16 zu beeinflussen.
Das durch die Auslässe 58 abgeführte Zellwasser sowie die durch den Auslass 56 abgeführte, zerriebene Biomasse 16 gelangen dann nachfolgend aus dem Sammelgehäuse 40 mittels der Einführschnecke 18 sowie der Verschlusseinrichtung 22 dosiert zur Versäuerung und nachfolgenden Methanisierung in den Behälterraum 14.
Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz dem vorgenommenen formalen Rückbezug auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche, auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Behälter
14: Behälterraum
16: zellulare Biomasse
18: Einführschnecke
20: Abführschnecke
22: Verschlusseinrichtung
24: Rühreinrichtung
26: Siebkorb
28: Umluftleitung
30: Umluftgebläse
32: Zugabeeinrichtung
34: Zugabetrichter
36: Scher-Press-Einrichtung
38: Pressschnecke
40: Sammelgehäuse
42: Schneckenantrieb
44: Schneckennabe
46: Schneckenwendel
48: Presszylinder
50: Abschnitt des Presszylinders
52: Abschnitt des Presszylinders
54: Presskonus
56: Auslass für zellulare Biomasse
58: Auslass für Zellwasser
60: Sprüheinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008007423 A1 [0004, 0005]

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse (16) mit den Schritten: Versäuern der zellularen Biomasse (16) und Gewinnen von Biogas aus der versäuerten Biomasse (16), gekennzeichnet durch den Schritt: Aussetzen der zellularen Biomasse (16) einer gezielten mechanischen Belastung, mittels der Zellwände der zellularen Biomasse (16) zerstört werden.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt: Zugeben der zellularen Biomasse (16) in einen Behälterraum (14), wobei das Aussetzen der zellularen Biomasse (16) der gezielten mechanischen Belastung vor dem Zugeben der zellularen Biomasse (16) geschieht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in dem Behälterraum (14) ein pH-Wert von 2,8 bis 4,5, bevorzugt von 3,0 bis 4,0, und/oder aerobe Bedingungen und/oder eine Temperatur von 22 °C bis 40 °C, bevorzugt von 25 °C bis 37 °C und besonders bevorzugt von 27 °C bis 35 °C, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei in den Behälterraum (14) als Essigsäurebildungsaktivator lebende Essigsäurebakterien zugegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Aussetzen der zellularen Biomasse (16) der gezielten mechanischen Belastung die zellulare Biomasse (16) einer Druckbelastung von mehr als 1 bar und einer gleichzeitigen Scherbelastung ausgesetzt wird.
Vorrichtung zum Erzeugen von Biogas aus zellularer Biomasse (16) in mindestens einem Behälterraum (14), in dem die zugegebne Biomasse (16) zu versäuern und nachfolgend Biogas aus der Biomasse (16) zu gewinnen ist, mit einer Zugabeeinrichtung zum Zugeben der Biomasse (16) in den mindestens einen Behälterraum (14), dadurch gekennzeichnet, dass eine Scher-Press-Einrichtung vorgesehen ist, mittels der die in den mindestens einen Behälterraum (14) zuzugebende, zellulare Biomasse (16) einer gezielten mechanischen Belastung auszusetzen ist, wobei mit der mechanischen Belastung gezielt Zellwände der zellularen Biomasse (16) zu zerstören sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Scher-Press-Einrichtung (36) mit einer die zellulare Biomasse (16) fördernden Pressschnecke (38) gestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Pressschnecke (38) zumindest teilweise von einem Presskonus (54) umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Presskonus (54) mehrkantig gestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei mindestens ein Auslass (58) zum Abführen von Zellwasser aus der Scher-Press-Einrichtung (36) vorgesehen ist.