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Einführung in die Biogasnutzung

Einführung in die Biogasnutzung. Aufbau einer Biogasanlage. Quelle: LFL Bayern, 2007. Der Fermenter.

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Einführung in die Biogasnutzung

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Presentation Transcript

  1. Einführung in die Biogasnutzung

  2. Aufbau einer Biogasanlage Quelle: LFL Bayern, 2007

  3. Der Fermenter Fermenter: Luftundurchlässiger, isolierter (beheizter) Gärbehälter, in dem Mikroorganismen (Bakterien) die organischen Substanzen in anaerober Reaktion zersetzen. Das Hauptprodukt hierbei ist Biogas. Nachgärbehälter Fermenter Quelle: Maciejczyk, FVB; FNR-Handreichung Biogas

  4. Der Nachgärbehälter Nachgärbehälter: Nachgeschalteter Fermenter zur Erhöhung der Verweilzeit und einer besseren Ausfaulung des Gärsubstrates. Vielfach mit integriertem Gasspeicher ausgeführt. Nachgärbehälter Fermenter Quelle: Maciejczyk, FVB; FNR-Handreichung Biogas

  5. Der Endlagerbehälter Endlagerbehälter:Letzter, mit Gärrest aus dem Gärraum (Fermenter + Nachgärbehälter) beschickter Behälter, ohne aktive Temperaturregelung mit oder ohne Abdeckung und Anschluss an die Gaserfassung. Ausschließlich zur Abkühlung, längerfristigen Lagerung und Ausfaulung des Gärrestes. Nachgärbehälter Endlagerbehälter Quelle: Maciejczyk, FVB; FNR-Handreichung Biogas

  6. Fermenterdecke Gasspeicher (Holzkonstruktion) (Folienhaube) Gasübertritt Luftzufuhr Überdruck- sicherung Überlauf Isolierung mit Witterungsschutz Propeller- V = 350 m³ rührwerk Betonbehälter d = 10 m Gasentnahme Wandheizung Substrat- zur Gasverwertung einlass Kondensatfalle Fussbodenheizung Fermenterbauform 1 Stehender Fermenter (Rührkessel) Baumaterial: Stahl-Beton, Edelstahl Quelle: Biogashandbuch Bayern, 2004

  7. Edelstahlfermenter im Bau Foto: Weltec

  8. Dach Trennschicht (Holzkonstruktion) Feststoffein- Foliengasspeicher bringung Überdrucksicherung Gasentnahme Überlauf Isolierung mit Witterungsschutz Betonbehälter Zur externen Entschwefelung Flüssige Substrat- Kondensatfalle zugabe Plattenheizung Haspelrührwerk Fermenterbauform 2 Liegender Fermenter (Gärkanal, „Propfenstromfermenter“) Baumaterial: Stahl-Beton, Edelstahl Quelle: Biogashandbuch Bayern, 2004

  9. Liegender Fermenter (Gärkanal, „Pfropfenstromfermenter“) Foto: Energiebüro Wiebking

  10. Inbetriebnahme einer Biogasanlage 1. Befüllung des Fermenters: Zugabe von Wasser, vergorener Gülle oder Frischgülle (ca. 50 % des Fermenter-volumens) 15 °C 2. Aufheizen auf Zieltemperatur: 38 °C Schrittweise Aufheizung des Fermenters auf Zieltemperatur Quelle: Maciejczyk, FVB

  11. Heizungssysteme für Fermenter/Nachgärer Wandheizung-Kunststoffrohre Wandheizung-Edelstahl Wandheizung-Schwarzstahl Wärmetauscher

  12. Inbetriebnahme einer Biogasanlage 3. Weitere Animpfung des Fermenters: weitere Zugabe von Gülle oder Gärresten zur Animpfung des Prozesses unter Beachtung der Prozessparameter (Temperatur, Gasqualität, Gasmenge...) 38 °C 4. Gasproduktion: 38 °C nach Erreichen der Mindestgasqualität => BHKW-Betrieb mit Biogas Quelle: Maciejczyk, FVB

  13. Allgemeine Merkmale verschiedener Verfahrensvarianten : Einstufiges Verfahren: Bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden überwiegend alle Gärprozesse zusammen in einem räumlichen und zeitlichen Zusammenhang durchgeführt. Eine Trennung zwischen den einzelnen Phasen (Hydrolyse, Versäuerung, Acetogene Phase und Methanogene Phase) findet bei einstufigen Verfahren nicht statt. Essigsäurebildung Versäuerung Methanbildung Hydrolyse Quelle: Maciejczyk, FVB

  14. Allgemeine Merkmale verschiedener Verfahrensvarianten Mehrstufiges Verfahren: Beim Einsatz schnell abbaubarer Substrate (z. B. Fette, Getreide) findet eine verstärkte Hydrolyse und somit auch Versäuerung statt. Diese Anhäufung von Säuren führt zu einer Absenkung des pH-Wertes. Nachfolgende Gärprozesse werden von dieser „Übersäuerung“ negativ beeinflusst. Mit der Trennung der entsprechenden Phasen (z. B. Verflüssigung/Versäuerung und Essigsäurebildung/ Methanbildung ) können die jeweiligen Bakteriengruppen optimal arbeiten. Aus ökonomischen Gründen eher seltener anzutreffen. Essigsäurebildung Hydrolyse Methanbildung Versäuerung Stufe 1 Stufe 2 Quelle: Maciejczyk, FVB

  15. Tauchmotor-Propellerrührwerke Elektromotor Hydraulikmotor Foto: Fa. MT-Energie Fotos: Fa. UTS Abb.: Fa. Flygt

  16. Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung Substrat- bereitstellung 1. Wirtschafts- dünger Landw. Neben- produkte Abfälle pflanzl. Herkunft Abfälle tier. Herkunft Energie- pflanzen Substrat- aufbereitung 2. Vergärung 3. Gasstrecke 4. Gasverwertung 5. Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006

  17. SubstratbereitstellungLagerung tierischer Exkremente MistplatteVor- /Güllegrube Hinweis: Mit zunehmender Lagerdauer reduziert sich der Gasertrag bei den tierischen Exkrementen Quelle: Maciejczyk, FVB

  18. Substrate Wirtschafts- dünger Nachwachsende Rohstoffe Landw. Nebenprodukte Abfälle pflanzl. Herkunft Abfälle tierischer Herkunft Rindergülle Schweinegülle Geflügelkot Mist... Gras, Mais, Kartoffeln, Zwischenfrüchte, Silagen... Rübenblatt, Ernterückstände... Biertreber, Gemüseabfall, Fritierfett, Schlempe, Trester... Speisereste, Fettabscheider, Flotatschlamm, Panseninhalt, Darminhalt... Vergärung Biogas Landwirtschaftliche Flächen Gärprodukte Quelle: verändert nach VLK (2002)

  19. Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung Substrat- bereitstellung 1. Stationärer Futtermischwagen Vorgrube/Anmischbehandlung Substrat- aufbereitung 2. Dosierstationen Pumpen Vergärung 3. Gasstrecke 4. Gasverwertung 5. Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006

  20. Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung Substrat- bereitstellung 1. Substrat- aufbereitung 2. • Nachgärbehälter: • Rühren • Gaslager Vergärung 3. Gülleendlager • Fermenter: • Heizen • Isolieren • Fördern • Rühren • Sinkschichten austragen • Gaslager Gülleverteilung Gasstrecke 4. Gasverwertung 5. Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006

  21. Biomasse Wasser Trockenmasse organische TM anorganische TM Lignin Fette Kohlenhydrate Proteine Mineralstoffe P2O5 K2O CaO MgO SiO2 NH4 H2S Biogas Biogas aus Biomasse Quelle: Schmack Biogas AG

  22. Substrate für den Gärprozesses Organische Substanz Energiepflanzen, Gülle, Mist, biogene Reststoffe... Trockenmasse Wasser Anorganische Substanz Rohasche (Sand Ton, Mineralstoffe, Spurenelemente) Organische Substanz (Lebende Materie) Fette Rohfett Triglyceride Sterine Wachse Clorophyll Carotine Organische Säuren Leicht abbaubareKohlenhydrate N-Freie Extraktstoffe Zucker,Stärke Glykogen, Hemicellulose Pektine Lösliche Anteile von Cellulose, Lignin etc. Schwer abbaubare Kohlenhydrate Rohfaser Cellulose Pentosane Lignin Suberin Cutin Protein Rohprotein Aminosäuren, Säureamide, einfache Peptide, Betain.. Quelle: Barbara Eder, Kirchgessner

  23. H2/CO2 Essigsäure Anaerober Abbau organischer Verbindungen 1. Stufe 2. Stufe 3. Stufe 4. Stufe Hydrolyse Makromoleküle (Hydrolytische Phase) Versäuerung (Acidogene Phase) Essigsäurebildung (Acetogene Phase) Methanbildung (Methanogene Phase) pH: 5-6 pH: 5,5 – 6,7 pH: 6,6 – 8,0 Biomasse Zucker Biogas Polysacharide Aminosäuren CH4/CO2 Proteine Fettsäuren Fette Fettsäuren (Propionsäure) Alkohole hydrolytische methanogene fermentative acetogene Bakterien Bakterien Bakterien Bakterien Quelle: FAL, Weiland (2003)

  24. Grundlagen des Gärprozesses – Anaerober Abbau Biomasse Polymere Kohlenwasserst. Proteine Fette Inertstoffe gelöst Hydrolyse Monomere Kohlenwasserst. Aminosäuren langk. Fett- säuren Methanol Versäuerung Formiat CO2 + H2 Acetat Ethanol Butyrat Valeriat Propionat Acetogenese Formiat CO2 + H2 Acetat Acetat H2 Acetat H2+CO2 Methanol Methanogenese CH4 + CO2 + H2O Quelle: „Anaerobtechnik; Springerverlag 2005

  25. Zusammensetzung von Biogas • Beispiel einer typischen „NawaRo-Biogasanlage“: • -CH4 52 Vol. % • -CO2 35 Vol. % • -H2S 120 ppm • -O2 0,5 Vol. % Komponente Gehalt CH 50-75 Vol. % 4 CO 25-75 Vol. % 2 H S 0-5.000 ppm 2 NH 0-500 ppm 3 H O 1-3 Vol. % 2 Staubpartikel < 5 N 0-5 Vol. % 2 => 1.000 ppm = 0,1 Vol.% Quelle: FNR (2003) verändert durch FVB

  26. Eigenschaften vergorener Gülle • Trockenmasseverringerung durch Abbau von organischer Substanz • - Organische Trockensubstanz (reich an Kohlenstoff) wird im Rahmen des Gärprozesses zu Biogas (CO2 + CH4) umgewandelt. • Bis zu 80 % der organischen Trockenmasse kann durch die Vergärung abgebaut werden => Verringerung des TS/oTS-Gehaltes im Gärrest. • Die Fließfähigkeit und Homogenität von Biogasgülle ist wesentlich besser, als unvergorene Gülle => sie lässt sich somit gleichmäßiger und problemloser Ausbringen und dringt schneller und tiefer in den Boden ein. • - Entsprechend dem Gasertrag/Gasqualität kann ein mittlerer Masseabbau von 1,25 kg Masse /m³ Biogas angesetzt werden. Quelle: Dr. G. Reinhod, TLL, 2003

  27. Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung Substrat- bereitstellung 1. Substrat- aufbereitung 2. Vergärung 3. Gasstrecke 4. Gasreinigung Gastrocknung Sicherheits- einrichtungen Gasverwertung 5. Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006

  28. Gasspeicherung Gashaube mit EPDM-Folie Foliendach (gespannt) Fotos: Biolene, Cenotec Tragluftfoliendach Externe Gasspeicher Fotos: Cenotec, Sattler

  29. Vergleich zwischen Rohbiogas und aufbereiten Biomethan Erdgas-Qualität: Quelle: FVB (2006)

  30. Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung Substrat- bereitstellung 1. Substrat- aufbereitung 2. Vergärung 3. Gasstrecke 4. • Verstromung: • Gas-Otto-Motor - Zündstrahlmotor • Gasmotor - Stirling-Motor • Brennstoffzellen - ORC-Prozess • Mikrogasturbine elektrischer Strom Gasverwertung 5. Abwärme Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006

  31. Reinigung Reformierung BHKW Verdichtung Strom Strom Wärme Wärme Fuel Cell Speicher KraftstoffeErdgas-Netz Gasverwertung BIOGAS mäßige Aufbereitung Brenner Wärme Aktuell wird Biogas überwiegend in Blockheizkraftwerken (BHKW´s) zu Strom und Wärme umgewandelt. Quelle: Dr. P. Weiland, FAL, verändert FvB

  32. GasverwertungBlockheizkraftwerk (BHKW) Foto: Energiebüro Wiebking

  33. GasverwertungMotoren im BHKW Gasmotor Fremdzündung durch Zündkerze Verdichtungsverhältnis: 12 : 1 ZündstrahlerSelbstzündung durch Heizöl/Diesel/RME/PflanzenölVerdichtungsverhältnis: 17 : 1 Zündkerze Einspritzdüse Quelle:Schnell-Motor; Wikipedia

  34. Biogasanlagenanzahl und installierte Leistung

  35. Biogasmarkt 2011 in Deutschland Quelle: FvB, 2011

  36. Klimabilanz von Biogasanlagen Emissionsverminderung als positiver Umwelteffekt: - klimaschädliches CO2 und CH4, das ohne die Vergärung unkontrolliert in die Atmosphäre gelangen würde, kann im Rahmen des Biogasverfahrens energetische genutzt werden (CH4 ist ca. 21mal klimaschädlicher als CO2 !). Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien

  37. Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit.... Fachverband Biogas Angerbrunnenstr. 12 85356 Freising www.biogas.org

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