LEHMANN Maschinenbau GmbH Potentiale Biogasanlagen / Rohstoffverwertung

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1 Thema Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten" LEHMANN Maschinenbau GmbH Potentiale Biogasanlagen / Rohstoffverwertung Autor: Dipl.-Ing. Thilo Lehmann 1

2 (Deutschland) Quelle: Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

3 7.100 Biogasanlagen liefern ca. 3% des deutschen Stromes. Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

4 Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

5 Vom Substrat zur Energie Substrataufbereitung Fermentation Gärrestaufbereitung Vergasung Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

6 Substrataufbereitung Zerfaserung & Kompaktierung MSZK MSZK 15 Zerfaserung Kompaktierung MSZK Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

7 Substrataufbereitung Entwicklung Bioextruder strohiger Hühnermist Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

8 Substrataufbereitung Wirkprinzip der Bioextrusion ineinanderlaufende, gegenläufige Schnecken bewirken mechanischen Energieeintrag Zerkleinerung Quetschen Zerreiben hydro-thermalen Aufschluss hohen Druck hohe Temperatur (an Druck gebunden) plötzliche Entspannung bedeutet Zerreißen der Zellstruktur Druck / Wärme Ligninphase Wechselbelastung (Kavitäten) durch ständige Wiederholung > Aufschluß / Auffaserung / Plastifizierung < Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

9 Substrataufbereitung verbesserte Substrateigenschaften 1. geeignet für schwer in Biogasanlagen beherrschbare Substrate wie Festmist, Landschaftspflegematerial, Maisstroh, Stroh, Gras, Ganzpflanzen, Bioabfall 2. keine Schwimmschichten 3. gute Rohr-, Ventilpassier- und Transportfähigkeit 4. geringe Rührenergie, da extrudiertes Substrat in Mittellage geht und sich gut verteilt 5. hohe Homogenität des Substrates (Extruder ist ein Intensivmischer) 6. hohe TS-Gehalte über Feststoffpfad einbringbar Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

10 Substrataufbereitung verbesserter chemischer Abbau 1. Herausbildung neuer Bakterienstämme entsprechend des Dargebotes an Futter durch Grenzflächenmechanik 2. Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit des Abbaus der Biomasse durch größere Oberfläche und optimale Reaktions-/ Milieubeding. 3. Verkürzung der Verweilzeit bei besseren Ausfaulgrad Einsparung von Faulraumvolumen 4. bessere Gasbildungsrate des org. Trockensubstanzgehaltes 5. Erhöhung der Raumbelastung bei besseren C/N Verhältnis 6. geringes Temperaturgefälle zwischen extr. Substrat und Fermenter 7. hohe Drücke im Inneren d. Extruders bedingen Abtötung von Krankheitskeimen, Pilzsporen, Unkrautsamen - Senkung d. Keimbelastung mundgerechte Bakterienkost Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

11 Substrataufbereitung Lignozellulose (komplexes Substrat) Zellulose liegt in kristallinen Fasern vor, die in einem Netzwerk aus Hemizellulosen und Lignin eingebunden sind. Grafik: C. Somerville Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

12 Substrataufbereitung Lignozellulose - biologisch aufgebaut und abbaubar Aufschlussverfahren übergeordnete Faserstrukturen, Hemizellulosen, und Lignin sind zu entfernen enzymatischer weiterer Aufschluß in wässriger Lösung (Zellulasen) Grafik: NREL Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

13 Grafik: NREL Substrataufbereitung Wirkung der Bioextrusion in der Zellstruktur Zerstörung der Ligninstruktur Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

14 Substrataufbereitung Lignozellulose (komplexes Substrat) Stroh, unbehandelt Stroh, nach Bioextrusion Zellstruktur, unbehandelt Aufschluss bis ins Zellgefüge, n. Bioextrusion Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

15 Substrataufbereitung Bioextrusion von Stallmist Stallmist Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

16 Substrataufbereitung Bioextrusion von Deichschnitt Deichschnitt Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

17 Substrataufbereitung semimobile Kompaktieranlage Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

18 Fermentation BGA Pöhl kw elektrisch - Baubeginn im Februar Inbetriebnahme Ende Dezember Input ca. 30 t/d nachwachsende Rohstoffe Besonderheiten der Biogasanlage - Bioextrusion - Separation des Gärrestes - Kompaktierung / Pelletierung des Gärrestes mit Trocknung -Gasentschwefelung nach BioPEAC-Verfahren -LMSV Verfahren für Gärreste Unsere Demonstrations- und Modell-Biogasanlage zur Trockenfermentation 499 kw elektr. Input: strohiger Mist, Landschaftspflegematerial, trockene Ganzpflanzensilage, Maissilage, Grassilage und einem hohen Grasanteil von 55% Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

19 Maissilage Grassilage Stroh m. geringem Kornanteil GP-Feinschnitt Grassamenstroh Putenmist Rindermist-/Silagereste Tomaten (getrocknet) Traubentrester Gärreste (entwässert) Fermentersubstrat Rapssilage Hybridroggensilage Fermentation Methanertragssteigerung durch Bioextrusion ohne Bioextrusion mit Bioextrusion 350,0 +14% +26% +50% +50% +74% +11% +69% +19% +73% +84% +268% +27% +16% 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50, , Angaben in l N / kg ots Quellen: 1 Sächs. Landesanstalt f. Landwirtschaft, 2 Biogas Oberfranken, 3 Prüf- u. Forschungsinst. Pirmasens, Batchversuche nach VDJ 4630 Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

20 Fermentation Beispiel: Grassilagevergärung Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

21 Fermentation Beispiel: Nutzung hochlignozellulosehaltiger Reststoffe und Substrate durch Bioextrusion Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

22 zufuhrspez. Gassumme (ln/ kgotrzu) Fermentation Beispiel: Strohvergärung Nl 535 Nl 441 Nl Versuchsdauer (d) Weizenstroh unbehandelt Weizenstroh extrudiert Weizenstroh NaOH-Vollaufschluss Quelle: Fraunhofer Gesellschaft IKTS Dresden Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

23 Fermentation Beispiel: Miscanthusvergärung Quelle: Biogas Forum Bayern Quelle: Biogas Oberfranken Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

24 Fermentation Beispiel: Verholzter Strauch- und Baumschnitt Quelle: Fraunhofer Gesellschaft IKTS Dresden Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

25 Gärrestaufbereitung Gärrestseparation Gärresttrocknung mittels Plattenbandtrockner, Trocknungscontainer, Turmtrockner oder Trockenboden (Nutzung der BHKW-Sekundärwärme) Nutzung der Gärreste Flüssig zur landwirtschaftlichen Nutzung Fest in Form von Düngestoffen (Pellet, Brikett), Heizmaterial (Brikett, Kompaktat, Pellet) Vergasung nicht pelletierter Gärrest Aufbereitung zu vorfluterfähigen Wasser Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

26 Gärrestaufbereitung Zweistufige Gärrestseparation Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

27 Gärrestaufbereitung Option: Separation mit Vibrorinne Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

28 Gärrestaufbereitung Zweistufige Gärrestseparation Gärrestseparation (zweistufig) Input II Entwässerungspresse (Nachfermentermaterial) I Vibrorinne Output (Presskuchen) Output (Fugat) Gärrestaufbereitung zur stofflichen oder energetischen Nutzung flüssiger Dünger zurück auf das Feld Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

29 Gärrestaufbereitung Option: Separation mit Filterschnecke Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

30 Gärrestaufbereitung Naßkompaktierung Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

31 Gärrestaufbereitung Naßpelletierung Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

32 Gärrestaufbereitung Außenwandagglomeration Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

33 Gärrestaufbereitung Option: Trocknung mit Turmtrockner Stoffeintrag Abluft Zuluft Stoffaustrag Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

34 Gärrestaufbereitung Option: Trocknung mit Bandtrockner Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

35 Gärrestaufbereitung Option: Trocknungscontainer Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

36 Vergasung LMSV Vergaser Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

37 Vergasung Verfahrensfließbild Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

38 Vergasung Verfahrensmodule I - V und Funktion Modul I Modul II Modul III Modul IV Brennstoffvorwärmung» Nachtrocknung und Vorwärmen des Brennstoffes bei ca. 100 C mittels vorgewärmten Wassers aus Modul IV Entgasung» Entgasung des Brennstoffes erfolgt unter Zugabe geringer Mengen an vorgewärmter Luft bei ca C» Entstehendes energiehaltiges Schwelgas wird über den Brennstoffüberlauf in das Modul III geleitet Vergasung» Vergasung des Schwelkokses sowie thermische Umsetzung des Schwelgases bei ca C» Als Vergasungsmittel wird Luft durch Düsen in den unteren Boden des Vergasungsmoduls III eingeblasen Brenngaskühlung» Restkoks aus der Vergasung und das Brenngas werdn auf Temperaturen von ca. 100 C gekühlt.» Beim Abkühlen des Brenngases kondensieren Teerbestandteile, die von der Restkoksschüttung aufgenommen und zusammen mit dem Restkoks im Verbrennungsmodul V verbrannt werden.» Der Mantel des Kühlungsmoduls IV ist wassergekühlt, die dabei gewonnene Wärme wird zur Brennstoffvorwärmung im Modul I genutzt. Prozessteil des Vergasers Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

39 Vergasung Verfahrensmodul I - V und Funktion Modul V Verbrennung» Die Verbrennung des Restkohlenstoffes aus dem Modul IV erfolgt in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen < 900 C in einem Wirbelschichtverbrennungsmodul V.» Das entstehende Rauchgas dien zur Luftvorwärmung für die Module I und II. Brenngasnachreinigung / Verdichtung» Nachreinigung des Brenngases von Teer und Restwasser erfolgt nach Vorkühlung auf ca. 40 C im Festbettfilter» Filtermaterial: Holzspäne oder Aktivkohle» Filtermaterial als Brennstoff rückführbar» Brenngas mittels Gebläse für Gasmotoren oder Thermen nutzbar Gasverdichter Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

40 Vergasung MSR Technik Produktionsfenster: - Gasaufbereitung - Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

41 Vergasung MSR Technik Produktionsfenster: - Reaktor - Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

42 Vergasung MSR Technik Produktionsfenster: - Luftvorwärmer - Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

43 Vergasung Variantenrechnung: Gärreste Verbrennung - Modul V» mit Verbrennungsstufe und Luftvorwärmung» Als fester Reststoff fällt deponiefähige Asche an.» ohne Verbrennungsstufe, ohne Luftvorwärmung Als fester Reststoff fällt kohlenstoffhaltiger Restkoks an, der gesondert entsorgt werden muss. Brennstoff» Gärreste Masse 50 kg/h, Wassergehalt 8,8% (Gärreste vorgetrocknet), Heizwert 14,6 MJ/kg Verwertung der teerhaltigen Kondensate» Teerhaltiges Kondensat wird in die Verbrennungsstufe gegeben.» Teerhaltiges Kondensat wird zur Entsorgung gegeben. Teergehalt im Brenngas nach Modul III» Für die Berechnungen wird angenommen, dass der Teer aus dem Modul III vollständig in der Kühlstufe Modul IV niedergeschlagen und mit dem Restkoks ausgetragen wird. Der Teergehalt variiert rechnerisch zwischen:» Teergehalt = 0 g/m3» Teergehalt = 10 g/m3 Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

44 Danke für Ihre geschätzte Aufmerksamkeit LEHMANN Maschinenbau GmbH Jocketa Bahnhofstraße Pöhl Dipl.-Ing. Thilo Lehmann Geschäftsführer Tel.: (+49) (0)37439 / Fax: (+49) (0)37439 / Fachveranstaltung "Akzeptanz und Konfliktbearbeitung bei Bioenergieprojekten"

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