Funktionsbeschreibung des BIOVoltaik Bioenergiekraftwerkes

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1 Funktionsbeschreibung des BIOVoltaik Bioenergiekraftwerkes Vollautomatisierte Biogasanlage mit Ringkanalfermenter und Biomasserückhaltung im Festbettreaktor Die Biogasanlage BIOVoltaik-500 ist eine kompl. eigenständige Entwicklung und unterscheidet sich grundlegend vom allgemeinen Stand der Technik. Die Beurteilung dieser neuen Technologie auf Grundlage der in der Literatur angegebenen Basisdaten für Biogasanlagen ist nicht möglich! Die von den beteiligten Firmen erreichten Fortschritte bei Technik, Fermenterbeschichtung, Stoffstrom-Management, Fermentationsbiologie und Gasverwertung führen zu einer wesentlich verbesserten Funktion und damit auch Leistung (pro m³ Faulraumvolumen erzeugte Methanmenge) sowie Wirtschaftlichkeit bei Biogasanlagen. Nur hohe Faulraumbelastungen führen auch zu hohen reaktorspezifischen Gaserträgen. Die BIOVoltaik - Biogasanlage hat im wesentlichen folgende Anlagenkomponenten: 1. Pumpenhaus mit der Gärsubstrataufbereitung 2. Langzeithydrolysereaktor 3. Fermenter 4. Gärrestlagersilo bzw. Gärrestaufbereitung 5. Gasverwertung bzw. Blockheizkraftwerk ( BHKW ) und Stromeinspeisung an den Stromversorger 6. Wärmenutzung ========================================================== 1) Pumpenhaus: Im Pumpenhaus ist die notwendige Technologie (Fa. ENERGIEANLAGEN RÖRING) für die Gärsubstrataufbereitung, die Heizung des Fermenters und die Steuerung untergebracht. Mit Schneckenverdrängerpumpen oder mit einer Doppelkolbenpumpe, (VACTOS Doppelkolbenpumpe) wird a) aus den Hochsilos flüssig siliertes Getreide/Körnermais und -/ oder flüssig silierte Hackfrüchte, b) Gülle aus entsprechenden Vorgruben oder Güllevorratsilos gepumpt. Außerdem können in den Wiegemischbehälter über einen Feststoffdosierer weitere Komponenten für die Gärsubstratmischung eingebracht werden. Falls erforderlich, wird durch Wasserzugabe die Misch- und Pumpfähigkeit der Gärsubstratmischung erreicht. Der Wiegemischbehälter ist als Hygienisierbehälter ausgeführt, daher können auch Substrate wie Speisereste verwertet werden,

2 die in einer Temperatur/Zeitkombination pasteurisiert werden müssen. Die Fermenterheizung erfolgt ausschließlich über die Aufheizung des Gärsubstrates im Maischzentrum. Über den Wiegemischbehälter wird das Gärsubstrat automatisiert gesteuert, soweit aufgeheizt, dass der Fermenterinhalt exakt die gewünschte Temperatur hält. Wärmetauscher oder Heizeinrichtungen innerhalb des Fermenters wirken sich äußerst negativ auf die Biologie im Fermenter aus. Im Pumpenhaus sind außerdem die notwendigen Hydraulik- und Pneumatikaggregate, Schaltschränke für die Pumpen, automatischen Ventile, Rührwerke usw., untergebracht. 2) Langzeithydrolysereaktor: In min. zwei keramikbeschichteten Hochsilos werden die Inputsubstrate, wie etwa Getreide (z. B. Roggen, Weizen, Triticale, Körnermais) oder Hackfrüchte (Zucker- oder Gehaltsrüben, Kartoffeln) flüssig einsiliert. Erntefrisches Getreide wird, ohne es zuvor zu trocknen, als Feuchtgetreide möglichst fein vermahlen und dann mit einer Anteigmaschine mit Wasser zu einem Getreidebrei von ca % Trockenmasse angemischt und in den Hochsilo verpumpt. Die Mühle kann 50 t Getreide pro Stunde vermahlen und der Anteigapparat hat eine Leistung bis zu 100 t in der Stunde. Je feiner das Getreide vermahlen wird, um besser funktioniert das Anteigen und Verpumpen, um so bessser siliert bzw. hydrolysiert das Getreide, um so besser funktioniert die auch die Entnahme aus dem Hochsilo und die Fermentation im Fermenter verläuft ebenfalls effektiver! Ein feines Vermahlen ist auch Voraussetzung für hohe Faulraumbelastungen und hohe Gaserträge. Unsiliertes Getreide, direkt dem Fermenter zugeführt, erzeugt Probleme bei der Prozessstabilität im Fermenter, hat eine schlechte Biogasqualität und niedrige Gaserträge zur Folge. Deshalb sind auch zwei Hochsilos als Langzeithydrolyse-Reaktoren ( RIELAVATOREN, Fa. RIELA) erforderlich, damit immer gleichmäßig gut siliertes Gärsubstrat zur Verfügung steht. Als hochinteressante Alternative zu Getreide kommen Gehalts-, Zuckerrüben oder Kartoffeln in Frage. Sie werden mechanisch mit einem Kompostschredder zerkleinert und ohne Wasserzusatz in gemuster Form mit einer leistungsfähigen Pumpe in den Rielavator gepumpt und dort flüssig siliert. Auch hierzu liegen bereits umfangreiche wissenschaftliche Untersuchungen vor. Die Langzeithydrolyse, d.h. die Silierung (d.h. natürliche Konservierung durch Milchsäure und Essigsäure) wirkt sich sehr positiv auf die Methanbildung im nachgeschalteten Biogasfermenter aus, da die ansonsten dort stattfindende Hydrolyse bereits in die Substratkonservierung vorgezogen wurde. Der entscheidende Unterschied im Vergleich zur Einlagerung in einer normalen Fahrsilosilage zur Langzeithydrolyse bei der Flüssigsilierung ist der etwa zehn Mal so hohe Säuregehalt und der wesentlich niedrigere ph-wert! Bei der Flüssigsilierung wird das pflanzliche Energiespeichergewebe (in Form z. B. von Stärkekristallen) komplett aufgelöst und so für die Methangärung optimal vorbereitet (= stärkere Vorverdauung). Ein solches Faulsubstrat geht beim Einmischen in den Fermenter feinst verteilt in Lösung über! Nur so sind die angestrebten hohen Faulraumbelastungen und Gaserträge möglich! Es kann jederzeit Substrat (Getreide oder Hackfrüchte) in den Hochsilos eingelagert und siliert werden. Qualitativ minderwertiges oder mit Toxinen belastetes Getreide führt zu geringeren Gaserträgen oder auch zu erheblichen Störungen bei der Gärbiologie. Beim Substrateinkauf ist deshalb unbedingt auf eine absolut einwandfreie Qualität zu achten! Das flüssig silierte Getreide und die Hackfrüchte sind sehr lagerstabil konserviert und haben ein spezifisches Gewicht von 1080 kg m - ³ bei Hackfrüchten und bis kg m - ³ beim Getreidebrei. Aus dem Hydrolysereaktor wird der Silagebrei nach Bedarf, automatisiert gesteuert dosiert, mit einer Pumpe in den Wiegemischbehälter gepumpt. Rohrleitungen und Pumpen sind auf die hohe Viskosität der Silage ausgelegt. Zur problemlosen Restlosentnahme der Flüssigsilage aus dem Hochsilo ist ein ausreichend dimensionierter Trichter im Fundament vorzusehen. Außerdem scheint eine zusätzliche Spüldüse vorteilhaft zu sein. Die Funktionssicherheit und der im Vergleich besonders geringe tägliche Arbeitzeitbedarf der Biogasanlage resultieren vor allem aus der Pumpfähigkeit aller Faulsubstrat-Komponenten. Nur so ist der hohe Standard an

3 vollautomatisierter Funktion und die sehr geringe Störanfälligkeit im Vergleich zu anderen Biogasanlagen erreichbar! Im Vergleich zu Fahrsiloanlagen mit zwangsläufig hohen Geruchsbelästigungen, Problemen mit verdorbenen Substratresten und mit der Entsorgung des belasteten Niederschlagswassers ist der Langzeithydrolyse Reaktor- Hochsilo vollkommen problemlos und sehr umweltfreundlich. 3) Fermenter: Der keramikbeschichtete Fermenter der BIOVoltaik - Anlage ist in der Anlage Funktionsbeschreibung: Gantefort Dreistufen- Hochleistungsfermenter detailliert beschrieben. Nicht jede Fermenterkonstruktion bietet die gleiche Voraussetzung für hohe Gaserträge. Die Ergebnisse von offiziellen Messungen der Leistungen verschiedener Biogasanlagen haben sehr unterschiedliche substratspezifische Gaserträge belegt. Es ist ein großer Irrtum zu glauben, dass man mit in der Literatur angegebenen Basisdaten auch die Gasausbeuten moderner Anlagen planen kann! Der neue Dreistufen-Hochleistungsfermenter (Fa. SUDING / SUMA, RÖRING, CENO TEC) bietet beste Voraussetzungen für hohe Gaserträge: absolute Temperaturgleichheit im gesamten Faulraum, exakte, komplette Durchmischung ohne Totvolumina und exakte Einmischung der Schwimmschicht in den gesamten Faulraum, exakte Einmischung des neu zugeführten Faulsubstrates, gesichert funktionierende Rückhaltung nicht abgebauter Biomasse und aktiver Mikroorganismen und wesentlich verbesserte Gesamtfunktion durch Dreistufen- Fermentation! Das Verfahren garantiert, dass niemals frisch eindosiertes Substrat direkt über einen hydraulischen Kurzschluss in das Endlager fließt. Dies ist in konventionellen Anlagen neben der zu hohen Raumbelastung meist die Ursache für ein zu hohes Restgaspotential und für die penetranten Geruchsemissionen aus dem Gärrest. Der neue Dreistufen- Hochleistungsfermenter wird daher mit Sicherheit die bisher leistungsfähigsten Fermenter ablösen! 4) Gärrestlagersilo bzw. Gärrestaufbereitung. Aus dem Sedimentbereich des Festbetts wird im Stundenrhythmus der vollständig ausgefaulte Gärrest aus dem Fermenter in das Gärrestlagersilo gepumpt. Das Gärrestlagersilo befindet sich in der Regel an entsprechend geeigneter Stelle auf dem Anlagengrundstück. Bei Platzmangel kann es vorteilhaft sein, den Gärrest auszulagern und in ein bis zu 2 km von der Anlage entferntes Silo zu pumpen. So wird das Umfeld der Biogasanlage nicht mit dem Verkehrsaufkommen durch die Abfuhr des Gärrestes belastet. In der Regel reichen m³ Lagervolumen, um über die erforderliche Zeit den laufend anfallenden Gärrest aufzunehmen. Ein wesentlicher Vorteil der BIOVoltaik Biogasanlage ist die vergleichsweise sehr geringe Gärrestmenge und damit der relativ geringe Bedarf an Gärrestlagervolumen. Mit 4 6% Trockenmassegehalt ist der Gärrest sehr dünnflüssig. Trotzdem ist das Gärrestlagersilo mit einer Homogenisiereinrichtung, normalerweise mit einem Schleppereinbaumixer, auszustatten. Die Rohrleitungen zum Beschicken und Entnehmen des Gärrestes sind oberirdisch angeordnet und entsprechen den geltenden Sicherheitsvorschriften. Häufig wird bei der Baugenehmigung eine Abdeckung, bzw. ein Dach für das Gärrestlagersilo als Auflage vorgesehen. Der Gärrest aus Getreide- oder Hackfruchtbiogasanlagen ist in der Landwirtschaft sehr beliebt. Er führt dank des nahezu vollständigen Abbaus der abbaubaren organischen Trockensubstanz beim Ausbringen kaum zu Geruchsbelästigungen, verätzt keine Kulturpflanzen und hat wegen seiner Nährstoffkonzentration und stofflichen Beschaffenheit eine ausgezeichnete Düngewirkung. Wenn keine landw. Flächen zur direkten Verwertung des Gärrestes als umweltfreundliches Düngemittel zur Verfügung stehen, ist eine Gärrestaufbereitung erforderlich! Hier kann man zwischen verschiedenen modernen Technologien auswählen! Die Fa. BIOVoltaik GmbH hat Zugang zu neuesten Gärrestaufbereitungsverfahren und verfügt über Fachkenntnisse, entsprechende Anlagen zu konzipieren und bedarfsgerecht anzubieten. An dieser Stelle soll die Funktion moderner Gärrestaufbereitungsverfahren nicht näher erläutert werden. Weitere Informationen sind gegebenenfalls abzurufen.

4 5) Gasverwertung bzw. Blockheizkraftwerk (BHKW) und Stromeinspeisung in das Netz des Stromversorgers Standardmäßig wird mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW, Fa. ETW Energietechnik GmbH) mit Gas-Otto Motor das Biogas möglichst effizient zu Strom (bis zu 40% Wirkungsgrad) und Wärme umgewandelt. Ziel ist dabei mit der automatisierten Steuerung der Anlage exakt soviel Biogas zu erzeugen, wie für den permanenten Vollastbetrieb des BHKW erforderlich ist. Im Gasspeicher des Fermenters ist das Biogas voll wasserdampfgesättigt. Durch Kühlung kann verhältnismäßig viel Wasser aus dem Biogas auskondensiert werden. Trockenes Biogas ist die optimale Vorraussetzung für die Langlebigkeit und die störungsfreie Funktion des Motors. Eine zusätzliche Entschwefelung des Biogases ist in der Regel bei der BIOVoltaik Biogasanlage nicht erforderlich. Der Motor mit Generator ist im Container untergebracht und wird als serienmäßig produzierte, vollfunktionsfähige Einheit geliefert. Somit kann die Bauzeit der Biogasanlage erheblich verkürzt werden und bei Bedarf der komplette Container getauscht und das BHKW veränderten Bedingungen angepasst werden. In Zukunft wird die Direkteinspeisung von Biogas in das Gasnetz ein immer aktuelleres Thema. Des weiteren kann Biogas nach erforderlicher Verdichtung als Treibstoff für den Verkehr dienen, analog der Erdgasfahrzeugtechnologie ( ). Scheinbar sind solche zukunftsträchtigen Bestrebungen außerhalb der vielfältigen deutschen Vorschriften im Ausland eher zu realisieren! Wenn das BHKW ausfällt, kann das Biogas durch ein Not-BHKW, mit einem Gas-Heizkessel oder durch eine Not-Fackel verbraucht werden. Biogas soll möglichst nicht unverbrannt entweichen, da Methan ein sehr klimaschädigendes Gas ist. Um unnötige Verluste zu vermeiden wird in unmittelbarer Nähe des BHKW ein Transformator installiert, der den vom BHKW produzierten Strom auf die notwendige Mittelspannung des Stromversorgers bringt. 6) Wärmenutzung: Ein Blockheizkraftwerk produziert nicht nur elektrischen Strom, sondern auch in gleichem Maße nutzbare Wärme! Eine komplette Wärmenutzung erhöht die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage ganz erheblich. Bei einer BIOVOLTAIK kw-anlage entspricht die nutzbare Wärme etwa Liter Heizöl im Jahr. Über Fernwärmeleitungen können Wohnhäuser, Viehställe, Gewächshäuser, öffentliche Einrichtungen wie insbes. Frei- und Hallenbäder sowie gewerbliche Betriebe mit Wärme versorgt werden. Mit der Wärme kann auch Schnittholz und oder Holz zur energetischen Nutzung (Hackschnitzel oder Pellets) getrocknet werden (z. B. mit RIELA Schubwendetrockner). So wird auch häufig bei vorhandenen Anlagen die Wärme zur Trocknung bzw. Lohntrocknung von Getreide genutzt. Bei modernen Verfahren zur Gärrestbehandlung bzw. -trocknung kann die Wärme sinnvoll verwertet werden. Inzwischen besteht auch die Möglichkeit, mit Hilfe der ORC-Technik aus der anfallenden Wärme Strom zu produzieren. Biogasanlagen-Projekte an Standorten, bei denen die Wärmenutzung gesichert ist, sollten bevorzugt verwirklicht werden. Zu guter Letzt sollte auch noch in Betracht gezogen werden, dass bei der Vielzahl der Innovationen und Alleinstellungsmerkmale, die im BIOVoltaik Verfahren realisiert werden, der Innovationsbonus gewährt werden kann. BIOVoltaik GmbH Dr. Jürgen Beck, Am Bauschbergle 38, Rottenburg, Tel.: Fax : , mobil : , Wilhelm Gantefort, Ostricker Berg 6, Heiden, Tel.: Fax: , mobil: ,

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