Biogas- und Biomethanerzeugung Eine kurze Einführung

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Ferdinand Bach
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1 Biogas- und Biomethanerzeugung Eine kurze Einführung

2 Dies ist eine Zusammenfassung der Training the Trainers Präsenta6onen Die im Rahmen des Projektes Biomethane Regions abgehalten wurde Teil 1 Treforest, Süd- Wales in Mai 2011 Teil 2 Kopenhagen, Dänemark in November 2011 Folgende Ausführungen sind Zusammenfassungen der Inhalte & Präsenta>onen die im Rahmen des Trainings Durchgeführt wurden. Die Präsenta>onen sind unter methaneregions.eu und verfügbar.

3 Inhalt Der anaerobe Abbau Anlagen- Monitoring und Überwachung Komponenten einer Biogasanlage BiogasauKereitung Substratvorbehandlung Gärrestcharkteris>ka und Behandlung

4 Der anaerobe Abbau Richard Dinsdale Universität Glamorgan

5 Die anaerobe Faulung Die anaerobe Faulung ist die Umwandlung von organischen Material/Stoffen durch Mikroorganismen zu Methan und Kohlendioxyd unter Ausschluß von Sauerstoff. C X H Y O Z CO 2 +CH 4 + anaerobe Restbiomasse

6 Organisches Material Proteine, Kohlenhydrate Phasen des anaeroben Abbaus Hydrolyse Acidogene Phase Acetogene Phase Methanogene Phase Guwy, (1996), Adap>ert von Mosey, (1983)

7 Monitoring und Überwachung Sandra Esteves Universität Glamorgan

8 Zusammenfassend Kon>nuierliches Monitoring und Analyse der Substrate und der Fermenterleistung führen zu einer erhöhten Ausbeute/Effizienz und somit zu einer höheren Anlagenrentabilität.

9 Wie können wir kontrollieren / die Anlage op6mieren? Prozesskontrolle basierend auf Substrateingenschafen und Fermenterleistung Regulierung der Temperatur- Grundeinstellung Änderung der Beschickungsrate/ Verweilzeit im Fermenter Wahl der Substrate. Das perfekte Rezept finden. Beimengung von Wasser / Rezirkulieren von Flüssiggärresten Alkalinität und ph Regelung Beimengung von Mikro- und Makronährstoffe: z.b... Eisen, Kobald, Nickel, Molybdän, Selen, Kalzium, Magnesium, und Vitamin B Durchführung von Vor- und Nachbehandlungen

10 Komponenten einer Biogasanlage Karl Puchas Lokale Energie Agentur

11 Substrate Substrat Vorbehandlu ng Fermenter - Technologie Gas Behandlung Gas Nutzung Gärrückstand Nutzung / Entsorgung Lieferung Zerkleinern Naßfermentat ion Entschwefelung Abwärme Lagerung Lagerung Sortierung Trockenfermen tation Trocknung KWK (Strom + Wärme) Aufbringung / Entsorgung Pasteurisation mesophil CO 2 - Absonderung Gaseinspeisung Sterilisation thermophil Gas- Lagerung Brennstoffzelle Kfz- Treibstoff

12 different dry matter content Naßfermentation < 25% TS kontinuierlicher Prozess pumpen automatisch Trocken - fermentation 25% TS keine Pumpen Batch-Verfahren (Semi-automatisch)

13 Substrate Gülle (lflüssig) flüssig è pumpen gratis Geruch geringer Energiegehalt fest è pumpen nicht möglich Beschaffungskosten rel. hoher Energiegehalt NAWARO Abfall Flüssig und fest Vorbehandlung notwendig Geruch Eventuell Hygienisierung notwendig

14 Typische landwirtschaftliche Biogasanlage

15 Typische industrielle Biogasanlage

16 Typische Biogasanlage für Abfälle (mit Kompostierung)

17 Biogas Reinigung Michael Harasek Technische Universität Wien

18 Biogas Reinigung Ein Separa>onsproblem Biogas Bio- Methan (CH 4 ) Ammoniak (NH 3 ) Wassedampf (H 2 O) Schwefelwasserstoff (H 2 S) Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) Weitere Verunreinigungen (Par6kel, Tropfen, Siloxane, Kohlenwasserstoffe, Merkaptane)

19 Biogas Reinigungsschrioe 1 Vorbehandlung Enqernung von Par>kel, Tropfen, Siloxane und weiteren Spurenelementen 2 Biogas - Entschwefelung 3 Verdichtung 4 Biogas - Reinigung Separa>on von CO 2 and H 2 O 5 End Kondi>onierung Taupunktkontrolle, Brennwert regulieren, Abgasbehandlung

20 Biogas Reinigung ü Eine Vielzahl an Verfahren/ Technologien ü Druckwechseladsorp>on ü Wasser Wäscher ü Selexolabsorp>on ü Aminwäsche ü Membransepara>on ü Kryogene Gasreinigung ü Hybridsysteme ü Die Entscheidung welche Technologie/Verfahren sollte nicht nur auf wirtschablichen Kriterien beruhen Billig kann auch Teuer werden!! ü Technologie/Verfahren nach folgenden Kriterien auswählen: ü Reinigungskapazität ü turn- down ra>o ü Leistung bei Hochfahr- und Runterfahren der Anlage und Bedienbarkeit ü Die benö>gte Gasqualität ü Chemikalien- und Energieverbrauch

21 Substratvorbehandlung Gregg Williams und Des Devlin Universität Glamorgan

22 Zusammenfassung Es gibt eine Vielzahl von Materialien die sich als Substrat für Biogasanlagen eignen. Zu berücksich>gen sind, Verfügbarkeit, Kosten, Handhabung und Lagerung Zusammensetzung und biologische Abbaubarkeit Monitoring und Analysen sind für einen effizieten Anlagenbetrieb notwendig Die Buswell Formel liefert den theore>schen Energieertrag Fermenta>onstest um das Biogaspotenziel zu erheben. Vorbehandlung kann den Prozess unterstützen und die Gasproduk>on fördern

23 Substrat Charakterisierung Chemische Analyse AL Seadi (2001) Substrat Organischer Inhalt C:N TS% VS% von TS Biogas m3 /kg org.ts Ungewollte Stoffe Andere Ungewollte Stoffe Schweinemist Kohlenhydrate, Proteine, Feoe ,25-0,5 Holz, Späne, Wasser, SandStroh, Perlonborsten, Schlieren An>bio>ka, Desinfek>onsmioel Kuhmist Kohlenhydrate, Proteine, Feoe ,2-0,3 PerloTransportverunreinigungen nborsten, Erde, Wasser, Stroh, Holz An>bio>ka, Desinfek>onsmioel, NH4+ Geflügelmist Kohlenhydrate, Proteine, Feoe ,35-0,6 Kies, Sand, Federn An>bio>ka, Desinfek>onsmioel, NH4+ Magen/ Gedärmeinhalte Molke Molkekonzentrat Klärschlamm schwimmend Kohlenhydrate, Proteine, Feoe 75-80% Laktose 20-25% Proteine 75-80% Laktose 20-25% Proteine 65-70% Proteine 30-35% Feoe ,4-0,68 Tierreste An>bio>ka, Desinfek>onsmioel ,35-0,8 Transportverunreinigungen ,8-0,95 Transportverunreinigungen - Tierreste Schwermetalle, Desinfek>onsmioel, Organische Schadstoffe Küchenabfälle Kohlenhydrate ,35-0,78 Nicht- abbaubare Fruchtreste Stroh Kohlenhydrate, Feoe ,15-0,35 Sand, Kies Grünschnio ,2-0,5 Erde, Zellulosehal>ges Material Pes>zide Gras ,55 Kies Pes>zide Grassilage ,56 Kies Frucht- Abfall ,25-0,5 Fischöl 30-50% Feoe - Sojaöl/Margarine 90% Gemüse- Öl - Alkohol 40% Alkohol - Essensreste ,5-0,6 Knochen, Kunststoffe Desinfek>onsmioel AL Seadi (2001) Organ. Komm. Abfall Kunststoff, Metall, Steine, Holz, Glas Schwermetalle, Organische Schadstoffe Klärschlamm Schwermetalle, Organische Schadstoffe

24 Substrat Charakterisa>on Andere Literaturwerte Schätzungen Big East Handbook (2008)

25 Gärrestcharakteris6ka und Behandlung Sandra Esteves Universität Glamorgan

26 Anaerobe Abbauprozess Hydrolyse Acidogenese Acetgenese Methanogenese Komplexe Substrate Organisches Material Inorganisch Kohlenhydrate Proteine Feoe Lignin Wasser Leicht- und Schwermetalle (P, K, Na, Ca usw.) In der Lösung: Kurz keoriger zucker Aminosäuren Feosäuren Kurzkeorige Säuren, Alkohol CO2 and H2 Essigsäure und Alkohole Homoacetigenesis CO2 und H2 Sulphat Reduk6on Abbauprodukte der Proteine CH4, CO2 und H2O H2S NH4, NH3 Lignin Water Light and heavy metals (P, K, Na, Ca etc.) Biogas Gärrest

27 Nährstoffgehal t Des Gärrests

28 Kernaussagen Man sollte Op>onen für Gärreste abwägen. Gibt es einen geigneten Markt dafür? Gärreste beinhalten wich>ge Nährstoffe und können als gute Alterna>ve zum chemischen Düngemioel eingesetzt werden. Separa>onstechnologie kann verwendet werden um den Gärrest zu entwässern. Die Auswahl der Separa>onstechnologie sollte in Abhängigkeit der weiteren Verwendung des Gärrestes getroffen werden.

29 Foto: Ich BIOGAS " The sole responsibility for the content of this document lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission are responsible for any use that may be made of the informa>on contained therein."

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