Betrieb von Kleinbiogasanlagen. im Ökolandbau

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Hinrich Falk
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1 Betrieb von Kleinbiogasanlagen im Ökolandbau Clas Busack, Hagen Hilse, Heribert Krämer GICON 1

2 Beratung Gutachten Planung Projektsteuerung Komplettdienstleistungen aus einer unabhängigen Hand GICON 2

3 Beratung Gutachten Planung Projektsteuerung 3 GICON

4 Organigramm Ca. 50 Mitarbeiter für die Planung von Biogasanlagen GICON 4

5 Biogastechnologien Bioabfall Braune Tonne, Grünschnitt, etc. Trocken-Naß- Fermentation GICON- Verfahren Flüssigkeiten, Speise und Schlachtabfälle, Schlämme, landwirtschaftliche Reststoffe Naßfermentation in Hochfermentern mit Zetralrührwerk GICON Know-how Anaerobtechnik - für jeden Einsatzstoff die optimale Technologie Energiepflanzen, Gülle Naßfermentation mehrstufige Prozeßführung, Stahlbetonfermenter

6 Was sind Kleinbiogasanlagen? Anlagen < kw el. Evtl. <200 kw el.? Kleinste Anlagen ca kw el. Ab 50 kw el. BHKW mit gutem Wirkungsgrad verfügbar GICON 6

7 Komponenten Alle Biogasanlagen brauchen folgende Komponenten: Substrateinbringung Fermenter Gasspeicher Gasverwertung Verrohrung Planung/Genehmigung/Inbetriebnahme/Betreuung GICON 7

8 Problem: Extremer Kostendruck BHKW und Behälter haben starken Skaleneffekte => Verkleinerung von Komponenten führt nur zu geringen Kostenreduktionen Installationskosten bleiben praktisch gleich Arbeitszeit durch Planung, Inbetriebnahme und technischen Abnahmen fast gleich hoch, wie bei großen Anlagen GICON 8

9 Skaleneffekt der spezifischen Anschaffungskosten bei BHKW (hier MAN-Baureihe, Packager: Energolux) Spezif. Kosten in /kw Elektr. Leistung BHKW in kw GICON 9

10 Konsequenz: Reduzierung und Vereinfachung der Anlagentechnik auf das unbedingt Notwendige Dimensionierung auf das unbedingt notwendige Standardisierung Aber: - kein Einsatz von billigen Komponenten! - keine Abstriche in der Sicherheit Weiterhin: Möglichkeiten der Eigenleistung bis zum Selbstbau nach Plan Nutzung vorhandener Strukturen auf dem Hof (Gruben, Gebäude) GICON 10

11 Welche Substrate sind aus dem Ökolandbau verfügbar, in welchen Mengen und zu welchen Zeiten? Gülle Festmist Zwischenfrüchte/Bodenbedecker Futterreste Keine großen Mengen NAWARO! GICON 11

12 Welche Anforderungen ergeben sich daraus: Einbringtechnik für Feststoffe UND Gülle Ggf. Einbringung nur über Vorgrube, abhängig vom Gülleanteil Sehr selektive und auf die Anlagengröße ausgewählte Komponenten Standardisierung der Steuerung möglich? GICON 12

13 Vor- und Nachteile von Kleinbiogasanlagen im Vergleich zu Standardbaugrößen Vorteile ökologisch: passen zur Hofgröße, Wärmenutzung auf dem Hof meistens gesichert Verringerung von Treibhauseffekten wirtschaftlich einfaches Genehmigungsverfahren können so nebenher mitbetrieben werden Optimierung der Düngewirkung der Biogasgülle auf dem Biobetrieb sicherheitstechnisch keine Unterschiede - sollten auf vergleichbarem Niveau liegen GICON 13

14 Vor- und Nachteile von Kleinbiogasanlagen im Vergleich zu Standardbaugrößen Nachteile ökologisch: keine (wenn alles dicht!) wirtschaftlich hohe spezifische Investitionskosten, z. T. auch Wartungskosten, geringerer elektrischer Wirkungsgrad bei sehr kleinen BHKW Einsatz von Co-Substraten schwieriger sicherheitstechnisch keine Unterschiede - sollten auf vergleichbarem Niveau liegen GICON 14

15 Biogasanlage Müllerhof, Allensbach-Kaltbrunn Demeter-Hof kw el. Substrat: Gülle, Einstreu, Futtereste Baujahr: 2004 Wärmenutzung: mehrere Häuser GICON 15

16 Biogasanlage Guggemos, Bad Wörrishofen 50 kw el. Substrat: Gülle, Silage Baujahr: 2005 Wärmenutzung 3 Wohngebäude GICON 16

17 Biogasanlage Sprenger, Wängi (CH) 100 kw el. Substrat: Gülle, Bioabfälle (Lebensmittelproduktion) Baujahr: 2006 Wärmenutzung in Wohngebäuden GICON 17

18 Biogasanlage Mohr 140 kw el., Erweiterung auf 450 kw, 2011 (Bioenergiedorf) Substrat: Gülle, Mais Baujahr: 2007 GICON 18

19 Biogasanlage Schlegel 150 kw el. Erweiterung auf 300 kw Substrat: Gülle, Silage Baujahr: 2007/2011 GICON 19

20 Biogasanlage Bellenberg, Dtl., Inh. Dirk Sprute 40 kwel. Substrat: Grassilage, Rinderfestmist, Kleegras Baujahr: 2007 Wärmenutzung in eigenen Hof / Wohngebäuden GICON 20

21 Rückblick auf die Anlagen Traditionelle Bauweise verkleinert Sorgfältige Planung Viel Eigenleistung Realisierung mit lokalen Firmen Erweiterungen z.t. schon in der Planung mit berücksichtigt Containersysteme konnten sich (noch) nicht durchsetzen, da - relativ teuer - die Integration in den Betrieb viel Planung benötigt - nach EEG 2012 die gasdichten Endlager Bautätigkeit vor Ort notwendig machen GICON 21

22 Ausblick / Alternativen Beispiel aus Frankreich (Poitou-Charente): Regionale Förderung der Entwicklung einer Klein-Biogasanlage (5-15 Stk.) Typ -Entwicklung einer kleinen BGA mit Optimierung der Anlagenkomponenten hinsichtlich Kosten und Funktion Ausschreibung in Losen bei lokalen Firmen Einkauf derselben Komponenten (Ersatzteile, Preis, Service) Zuschuss zu jeder Anlage ABER: Integration in den Betrieb muss gut geplant werden=>synergieeffekte GICON 22

23 Ausblick / Alternativen Entwicklung eines containerisierten Moduls Entwicklung eines Systems gemeinsam mit einem Anlagenbauer Kostenersparnis durch Standardisierung => Kleinserien Problem: gasdichtes Endlager Problem Korrosionsschutz Auch hier: Integration in den Betrieb muss gut geplant werden=>synergieeffekte GICON 23

24 Ausblick / Alternativen Gemeinschaftsanlage größerer Dimension Zusammenschluss mehrerer Produzenten in räumlicher Nähe Auswahl des günstigsten Standortes (logistisch und zur Gasverwertung) Faire Kosten-/Lasten-/Risiken-/Ertrags-Teilung für Investition und Betrieb (Verträge, verschiedene Modelle möglich) Vorteile: Ausnutzung der Kostendegression im Anlagenbau und -betrieb Einfacherer Ausgleich von individuellen Aufkommensschwankungen bei Substraten GICON 24

25 Zweistufige Trocken-Nass-Fermentation GICON-VERFAHREN

26 4-Stufen-Theorie der Vergärung Hydrolyse Versäuerung Essigsäurebildung Methanbildung (Acidogenese) (Acetogenese) (Methanogenese) Organische Abfallstoffe Kohlenhydrate Fette Eiweiße H 2, CO 2, Essigsäure Propionsäure, Buttersäure, Alkohole, andere org. Verbindungen H 2, CO 2, Essigsäure Bakterienmasse Bakterienmasse Bakterienmasse Methan, CO 2 Fermentative Bakterien Acetogene Bakterien Methanogene Bakterien Stufe 1: Hydrolyse Stufe 2: Methanbildung

27 GICON-Biogas-Verfahren Fließbild Perkolation Perkolatrücklauf Steuerung oder Regelung der Methanproduktion Biogas % CH 4 Perkolation Hydrolysat Füllkörper Methanreaktoren mehrere Perkolatoren im Garagenverfahren Perkolat = Hydrolysat Rücklauf Flüssig- Abprodukt Festes Abprodukt zur Kompostierung Hydrolysatbehälter - Zwischenspeicher - Belüftungs- und Schönungsbecken Stufe 1: Hydrolyse Abwasser, Flüssigdünger oder Eindampfung und Düngerproduktion Schlamm Stufe 2: Methanbildung

28 VERFAHRENSSICHERHEIT DURCH SCHRITTWEISE AUSLEGUNG GICON-TECHNIKUM Gefördert mit Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft des Landes Brandenburg und der EU.

29 GICON-Großtechnikum mit 60 kw- Pilotanlage in Cottbus Teilansicht mit Perkolator, Methanreaktor und Speicher

30 GICON-Großtechnikum mit 60 kw- Pilotanlage in Cottbus Perkolator in Containerbauweise

31 Vorteile des GICON-Biogasverfahrens Methangehalt im Biogas rund % höher als bei herkömmlichen Anlagen, da ein Teil des Kohlendioxids bereits in der Hydrolysestufe freigesetzt wird. Bei Einsatz von Maissilage werden Methangehalte von ca. 70 % erreicht 70% Methan Wechsel Einsatzprodukt Methankonzentrationen (Prozessleitsystem Schöllnitz,

32 Vorteile des GICON-Biogasverfahrens Steuerbarkeit der Biogasproduktion sowohl im Stundenbereich (Speichermedium Perkolat) als auch im Tagesbereich (Speichermedium Substrat) möglich Abschalten der Substratzugabe in den Methanreaktor Abschalten der Substratzugabe in den Methanreaktor Schnelles Zuschalten der Substratzugabe in den Methanreaktor Langsames Zuschalten der Substratzugabe in den Methanreaktor Versuchszeit [h]

33 Vorteile des GICON-Biogasverfahrens Hohe Flexibilität gegenüber veränderter Qualität der Einsatzstoffe (saisonbedingte Anpassung an Substratangebot möglich). Störstoffe gut beherrschbar. Einsatzmaterial Waste 1 (störstoffreicher Bioabfall ohne Vorzerkleinerung) für Testvergärung im Großtechnikum Cottbus

34 Weitere Vorteile des GICON-Biogasverfahrens Höchst effiziente sowie stabile Prozessführung, da die Verweilzeit der Einsatzstoffe im System vom Methanbildungsprozess entkoppelt wird Hohe Verfügbarkeit (praktisch Dauereinsatz durch Parallelschaltungen möglich) hohe Flexibilität gegenüber veränderter Qualität der Einsatzstoffe (saisonbedingte Anpassung an Substratangebot möglich). Störstoffe gut beherrschbar, robustes Materialhandling, keine großen verschleißanfälligen Aggregate (z. B. Rührtechnik) Geringer Eigenenergieverbrauch.

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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