DE19532359A1

DE19532359A1 - Verfahren zur Biogaserzeugung aus feststoffreicher Biomasse

Info

Publication number: DE19532359A1
Application number: DE19532359A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Winkler
Original assignee: WINKLER HANS PETER
Current assignee: WINKLER, HANS-PETER, 39319 WULKOW, DE
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2015-09-02
Also published as: DE19532359C2

Description

Stand der Technik

Verfahren zur Vergärung von feststoffreicher Biomasse haben das Defizit, daß sie in der Re gel zur Übersäuerung im Biogasreaktor neigen, als Folge unterschiedlicher Reaktionsge schwindigkeiten bei Hydrolyse, Acetatbildung und Methanisierung. Die Methanisierung mit der geringsten Reaktionsgeschwindigkeit stellt hierbei den prozeßbestimmenden Schritt dar. Ohne zusätzliche Beimpfung mit Methanbildnern werden nur geringe Abbauraten für Koh lenstoff und damit geringe Biogasausbeuten realisiert. Hinzu kommt, daß die Vermehrungs rate bei den Methanbildnern am geringsten ist.

Die Erfindung entsprechend Anspruch stellt eine Lösung dar, wie feststoffreiche Biomasse bei hohen Kohlenstoffabbauraten und damit verbundenen hohen Biogasausbeuten vergoren werden kann. Sie bietet damit die Möglichkeit einer kostengünstigen und damit wirtschaftli chen Energieträgerbereitstellung aus nachwachsenden Rohstoffen. Als Beispiele seien hierfür Mais und Gras.- Kleegemische genannt. Einer Vielzahl von Stellungnahmen und Veröffentli chungen ist zu entnehmen, daß der Anteil der landwirtschaftlichen Nutzflächen für die Nah rungsmittelproduktion immer geringer wird. D.h. das Potential an Flächen für den gezielten Anbau von Biomasse zu Energieerzeugungszwecken wächst. Grundvoraussetzungen sind je doch, daß die Biomasse gut vergärbar ist (Kohlenstoff-Stickstoffverhältnis bei 15 bis 35 zu 1 und geringer Ligninanteil), daß das zur Anwendung kommende Verfahren einfach ist und eine hohe Dezentralität ermöglicht.

Lösung

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der beiliegenden Zeichnung nä her erläutert. Die Zeichnung stellt das Verfahrensprinzip dar, hinsichtlich der Geometrie der Container-Module werden keine verfahrenstechnischen Anforderungen gestellt, sie könnten also auch rund sein.

Die mit C1-C4 bezeichneten Container- Module werden einstufig, diskontinuierlich und me sophil (ca. 35°C) bei einem Trockensubstanzgehalt von 20-40% betrieben. Der Sickersaft der einzelnen Container-Module wird Taktweise, in Abhängigkeit von der Struktur und der Konsistenz des Haufwerkes abgezogen. Über einen gemeinsamen Sammelkanal werden die Sickersäfte dem Säurepuffer zugeführt. Hier erfolgt die Einstellung eines Mischgehaltes an Nährstoffen und Methanbildnern. Dieses Mischprodukt dient als Perkolationsmedium und wird durch ein Verteilersystem über dem Inhalt der Container-Module C1 bis C4 versprüht. Der Container-Modul C1 wird durch diese Vorgehensweise in seinem Nährstoffangebot re duziert und in seiner Methanbildneranzahl erhöht. Zugleich wird das ökologische Fenster, daß bedingt durch das Starten der biochemischen Reaktion geöffnet wurde, durch die Me thanbildnerspezies belegt, die sich in den Container-Modulen C2 bis C4 durchgesetzt hat. Eine zügige Überführung in einen stabilen Methanbildungsvorgang wird initiiert. Die Container-Module C2 und C3 befinden sich in der Phase der stabilen Methanbildung, d. h. die Nährstoffbereitstellung und die Methanisierung befinden sich hinsichtlich der Reaktionsge schwindigkeit in einem ausgewogenen Verhältnis. Im Container-Modul C3 erreicht die Me thanbildneranzahl ihr Maximum. Der Sickersaft aus den Container-Modulen C2 und C3 ent spricht hinsichtlich seiner Zusammensetzung Nährstoffgehalt und Methanbildneranzahl dem des Säurepuffers. Im Container-Modul C4 wird das Nährstoffangebot durch das Perkolati onsmedium erhöht, da die Nährstoffbereitstellung bereits abklingt. Die Gesamtverweilzeit der Biomasse im Reaktor wird hierdurch erhöht, ohne das dabei wesentlich die Gasprodukti onsrate (m³ Biogas/m³ Faulraum) sinkt. Dies führt zwangsläufig dazu, daß der Kohlenstoff umsatz im Container-Modul C4 erhöht wird.

Abhängig von den eingesetzten Biomassen kann der Säurepuffer als inaktiver Tank oder als eigenständige Biogasanlage im thermophilen Temperaturbereich bei ca. 55°C betrieben wer den. Dies hat zur Folge, daß ein höherer Nährstoffumsatz bei geringerer Biogasqualität (Methangehalt) in Kauf genommen werden muß.

Erreichte Vorteile

Diese Vorgehensweise führt bei Feststoffvergärverfahren dazu, daß das startbedingte Defizit der zu schnellen Nährstoffbereitstellung durch das prozeßbedingte allmähliche Abklingen der biochemischen Reaktion kompensiert wird. Die Größe des Säurepuffers und die Zeitinterval le in denen die einzelnen Reaktoren gestartet werden, ist in erster Linie von der zu vergären den Biomasse abhängig. Das beispielhaft angegebene Intervall von 7 Tagen gilt für ein Mais/ Grasgemisch. Eine gezielte Einflußnahme auf den Methanbildungsvorgang in den Container- Modulen C1 bis C4 erfolgt lediglich über den Durchfluß an Perkolationsmedium bei konstan tem Füllstand. Hierdurch kann schneller Nährstoff reduziert bzw. angereichert werden.

Ein zusätzlicher positiver Effekt ist der, daß die Gasverfügbarkeit trotz des diskontinuierli chen Betriebs der Container-Module C1 bis C4 nie unter 3/4 der Maximalverfügbarkeit sinkt. Hierdurch wird erreicht, daß die nachgeschaltete Verbrauchseinrichtung BHKW zur Strom- und Wärmebereitstellung ohne große Speichervorhaltung betrieben werden kann.

Durch dieses einfache Verfahrensprinzip ist es möglich, den technischen Aufwand (Anzahl und Leistung von Pumpen, Ausgestaltung mit Prozeß-, Meß- und Regeltechnik) zu reduzie ren.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Biogas aus Biomasse mit hohem Feststoffgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 4 separate Container-Module, die jeder für sich ein eigenständiger Biogasreaktor sind, über das Sumpfprodukt (Sickersaft) und das Perkolationsprodukt mit einem Säurepuffer gekoppelt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 4 separaten Con tainer-Module zeitversetzt nacheinander gestartet werden und sich dadurch in 4 unter schiedlichen Reaktionsphasen der Biogaserzeugung befinden.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß trotz diskon tinuierlichen Betriebs des einzelnen Containers mindestens 3/4 der maximal erzeug baren Biogasmenge kontinuierlich verfügbar ist.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung in die stabile Methanbildungsphase des jeweiligen Startcontainer-Moduls über die Durchflußmenge an Perkolationsmedium bei gleichbleibendem Flüssigkeitsstand gesteuert wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Säurepuffer sowohl als inaktiver Tank, als auch als Biogasreaktor im thermophilen Temperatur bereich ausgeführt sein kann.