Ultraschall auf Biogasanlagen Anspruch, Ziel und Nutzen

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Inge Geiger
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1 Ultraschall auf Biogasanlagen Anspruch, Ziel und Nutzen Dr.-Ing. Klaus Nickel & Prof. Dr.-Ing. Uwe Neis ULTRAWAVES GmbH Wasser & Umwelttechnologien TU Hamburg-Harburg Institut für Abwasserwirtschaft & Gewässerschutz

2 Inhalt 1. Anaerober Abbau von Biomasse 2. Ultraschalldesintegration von Biomasse 3. Intensivierung der Biomassebehandlung 4. Praxiserfahrung 1 2

3 1. Anaerober Abbau von Biomasse 2

4 Abbaugrade bei anaerober Biomassebehandlung otr-abbau [%] Faulzeit [d] 3 4

5 Anaerober Abbau von Biomasse org. Biofeststoffbestandteile gelöste org. Bestandteile Hydrolyse Acidogenese H2 CO2 org. Säuren Essigsäure Alkohole Essigsäure Acetogenese Methanogenese CH4 CO2 4 5

6 2. Ultraschalldesintegration von Biomasse 5

7 Ultraschall Frequenzen 20 khz - 10 MHz 20 khz Ultraschall-Frequenz 10 khz 100 khz 1 MHz Hörschall niedrig mittel hoch Kavitation Mikroströmungen Scherkräfte Sonochemie 6

8 Ultraschall - Kavitation Schalldruck P = P A sin2π f t (P A ) 2 = 2 I ρ c I = Schallintensität (W/cm 2 ) c = λ f (m/s) + P A Kompressionswellen Radius der Blasen in µm Entstehen Wachstum Implosion Hot Spot Zeit in µs 7

9 8

10 Ultraschall Schwinggebilde (Ultrawaves Ultraschallsystem) (Energie-)Wandler mit mehreren piezo-keramischen Elementen Booster (mit Flansch) Sonotrode überträgt akustische Energie in das Medium 9

11 Ultrawaves Ultraschallsystem Ablauf Zulauf Ultraschall - Generator Ultraschall -Schwinggebilde 10 32

12 Desintegration von Biomasse Schlammflocke Schlammwasser Energie Energie z.b. Bakterien inerte Partikel extrazelluläre Polymere 11 6

13 Lichtmikroskopische Analyse Energie Energie unbeschallt 30s beschallt 90s beschallt 12 7

14 3. Intensivierung der Biomassebehandlung 13

15 Pilotanlage (Parallelbetrieb von Fermentern) 14 11

16 Intensivierung Biomasseabbau otr [g/kg] unbehandelter Schlamm desintegrierter Schlamm Zeit [d] B) Biogasproduktion A Steigerung Biogasproduktion [%] A) Faulschlammqualität B Zeit [d] 15 12

17 Steigerung Biomasseabbau Steigerung Abbausteigerung Biogasproduktion [%] y = 1,9x + 10,4 R = 0, Aufschlußgrad Aufschlussgrad A CSB A [%] CSB [%] 16 15

18 4. Praxiserfahrung 17

19 Einführung von US-Technik auf Biogasanlagen 1. Fragebogen 2. Labortest Generator sonotrode biomass water cooling 3. Full-scale Demonstration 4. Full-scale Installation 18 35

20 Biogasanlage Wesel 19

21 BGA Wesel Kenndaten: Anlagengrösse: 500 kw, 2 Fermenter je m³ Input: 27 t Maissilage, 8 t Gülle täglich Verweilzeit: 40 Tage Biogasproduktion: 220 m³/h Methangehalt ca. 55% Ziel: Steigerung der Biogasausbeute Lösung 1: Einkauf von größerer Menge an Substrat Lösung 2: Einsatz des Ultrawaves Ultraschallsystems 20

Fermenter 1 BGA Wesel Einsatz der Ultraschalldesintegration 12/2007 04/2008: Teilstrombeschallung von ca.

22 Fermenter 1 BGA Wesel Einsatz der Ultraschalldesintegration 12/ /2008: Teilstrombeschallung von ca. 25 m³/d des Fermenterinhalts (@ 4,8 kwh/m³), entspricht ca. 30 bis 50% des Vol.stroms der täglich den Fermentern zugeführten Substratmenge US-Behandlung: 25 m³/d Abwechselnd Fer 1 & 2 Ablauf Fermenter 2 21

23 BGA Wesel Ergebnisse: Biogasproduktion: 19%-ige Steigerung BHKW: 19%-ige Leistungserhöhung Amortisierung der Investitionskosten 2-4 Jahre 22

24 Erzeugte el. Energie [kw] BGA Wesel 23 Eingesetzte Substratmenge [t otm/d]

25 Biogasanlage Lindow 24

26 Kenndaten: Ziel: BGA Lindow Anlagengrösse: 500 kw, 1 Fermenter à m³, 1 Nachgärer à 900 m³ Input: 12 t Maissilage, 3 t GPS, 3 t Putenmist, 2 t Getreide, 5 t Grassilage, Gülle Verweilzeit: 40 Tage Biogasproduktion: 245 m³/h Methangehalt ca. 55% Einsparung an Substrat Lösung: Intensivierung des anaeroben Abbaus und Steigerung der spezifischen Biogasproduktion 25

27 BGA Lindow Einsatz der Ultraschalldesintegration seit 03/2008: Teilstrombeschallung von ca. 15 m³/d des Gärrests (aus 4,8 kwh/m³) und Rückführung in den Fermenter, entspricht ca. 25% des Vol.stroms der täglich dem Fermenter zugeführten Substratmenge zz Fermenter Nachgärer Restlager US-Behandlung: 15 m³/d 26

28 BGA Lindow Ergebnisse: Biogasproduktion: 15%-ige Steigerung BHKW: 15%-ige Leistungserhöhung Entspricht ca. 13% Substrateinsparung Amortisierung der Investitionskosten 3-4 Jahre 27

29 BGA Lindow 28

30 Technologie-Transfer Innovation 2002 Auszeichnungen Innovationspreis Dt. Industrie 2006 Innovationspreis Land Baden- Württemberg

31 ULTRAWAVES Partner 17 30

32 Fazit Ultraschallbehandlung zur Biomassedesintegration ist eine marktreife Technologie Diverse Labor-, Pilot- und full-scale Studien haben Potenzial und Nutzen der Ultraschalldesintegration zur Steigerung der Biogasproduktion nachgewiesen.

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Infos unter

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