Die Turbo Maische. Die biologische Substrataufbereitung als Beitrag zur saisonal flexibilisierten Biogaserzeugung

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Theresa Adenauer
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Triesdorf BIOGAS FÜR DIE ZUKUNFT GERÜSTET Dr. Petra Rabe 24.

1 Die Turbo Maische Die biologische Substrataufbereitung als Beitrag zur saisonal flexibilisierten Biogaserzeugung 1 Triesdorf BIOGAS FÜR DIE ZUKUNFT GERÜSTET Dr. Petra Rabe Infotag zu Flexibilisierung und Wärmenetzen Bionova Biogas GmbH

2 Bionova Biogas GmbH Ein biotechnologisches Forschungs- und Beratungsunternehmen Beratung und Betreuung von Biogasanlagen Forschung und Fermentationsversuche Konzepte für Bau und Umbau von Biogasanlagen Planungsleistungen für die Turbo Maische 2

3 Die Turbo Maische Die biologische Substrataufbereitung als Beitrag zur saisonal flexibilisierten Biogaserzeugung Was hat die Turbo Maische mit der Flexibilisierung zu tun? Die Turbo Maische Biologische Vorbehandlungsstufe für komplizierte Substrate Die Turbo Maische Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Die Turbo Maische Möglichkeiten der Flexibilisierung der Biogasproduktion 3

4 Was hat die Turbo Maische mit der Flexibilisierung der Biogaserzeugung zu tun? Gasertrag bei Erhöhung der Raumbelastung 4

5 Biologische Vorbehandlungsstufe für komplizierte Substrate Anaerob-Hydrolyse Anaerob-Fermenter Kohlenhydrate Fette Proteine Hydrolyse anaerobe* hydrolytische Bakterien Zucker Fettsäuren Aminosäuren Acidogenese fermentative Bakterien Essigsäure Biogasbildung methanogene Bakterien Biogas Methan Kohlendioxid * sehr langsames Wachstum, geringer Celluloseabbau Wasserstoff Kohlendioxid Biogasbildung methanogene Bakterien Karbonsäuren Alkohole etc. Acetogenese anaerobe acetogene Bakterien 5 Herkömmlicher Biogas Fermenter

6 Biologische Vorbehandlungsstufe für komplizierte Substrate Die Turbo Maische: eine komplexe Vorfermentation Ansatz: Dreistufige Essigsäurebildung Hydrolyse hydrolytische Bakterien Alkohol. Gärung Ethanolbakterien Essigs.- gärung Essigsäure bakterien Essigsäure Kohlenhydr. Fette Proteine Aminosäur. Fettsäuren Zucker Ethanol Biogasbildung methanogene Bakterien Aerob Anaerob Aerob Guter Aufschluss von Cellulose durch aerobe Bakterien Biogas Methan CO 2 6

7 Biologische Vorbehandlungsstufe für komplizierte Substrate Abluft: vorwiegend CO 2, O 2 Biogas Methan CO 2 Mit Essigsäure angereicherte Maische Essigsäure Biogasbildung methanogene Bakterien Biogasbildung Acidogenese fermentative Bakterien Essigsäure methanogene Bakterien Karbonsäuren Alkohole etc. Acetogenese acetogene Bakterien Wasserstoff Kohlendioxid 7 MOBILE Turbo Maische Anaerob-Fermenter

8 Biologische Vorbehandlungsstufe für komplizierte Substrate Zweistufige Biogasgewinnung Wirkung der vorgeschalteten Turbo Maische: Die Methanbakterien erhalten stets ein gleichmäßiges, vorverdautes "Futter" Der Methangehalt im Biogas liegt 5 % über dem der anaeroben Fermentation Übersäuerung des Fermenters tritt praktisch nicht auf Der hydrolytische Voraufschluss findet aerob statt und ist bedeutend schneller und flexibel an das Substratangebot anpassbar Der Anteil an Essigsäure in den Gärsäuren ist deutlich erhöht Die Verweilzeit in der Maische beträgt 1 2 Tage 8 Die Maische-Abluft enthält vorwiegend Luft, O 2 und CO 2, kein H 2

9 Biologische Vorbehandlungsstufe für komplizierte Substrate Zweistufige Biogasgewinnung Wirkung einer vorgeschalteten Turbo Maische: 9

Schwimmschicht 10 Fermenter: Verweilzeit: 40 Tage Temperatur: 42 C Turbo

10 Biologische Vorbehandlungsstufe für komplizierte Substrate Wirkung einer vorgeschalteten Turbo Maische: Reduzierung von Schwimmschichten Schwimmschicht 10 Fermenter: Verweilzeit: 40 Tage Temperatur: 42 C Turbo Maische: ohne Fermenter: Verweilzeit: 20 Tage Temperatur: 42 C Turbo Maische: Verweilzeit: 2 Days

11 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Wittgensdorf 11 Erste Erfahrungen mit der Turbo Maische, 2005

12 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Wittgensdorf 12 0 ots-zufuhr Methangehalt [kg/d / 10] [% x 10] Prozess mit Turbo Maische Vergleich mit und ohne Turbo Maische Leistung Energieertrag [kw] [kwh/t ots] einfacher anaerober Prozess

13 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Ramin 13 Erste Neubau-Biogasanlage mit Turbo Maische, 2007

14 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Ramin 14 Stabile Biogasproduktion bei schwankendem Substrateinsatz

15 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Naumburg 15 Hoher Gasertrag aus kleinem Fermentervolumen, 2009

16 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Naumburg 16 Geringe Verweilzeit und hohe Raumbelastung

17 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Le Ling, VR China 17 Mono-Vergärung von Maisstroh, 2015

18 Praxiserprobtes Verfahren zur Nutzung faserhaltiger Substrate Biogasanlage Le Ling, VR China Gasertrag Methangehalt im Biogas 18 Hoher Methangehalt und Gasertrag

19 Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Gasproduktion Beispiel Biogasanlage (500 kw): Fermentervolumen ca m³ Substrat Menge [t/a] TS [%] ots [%] Biogasertrag [Nm³/t ots] Stallmist Schweinegülle Maissilage Methangehalt [%] 19 Bezeichnung Wert Verweilzeit [d] 98 Methanproduktion [Nm³/a] Stromproduktion [kwh/a]

20 Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Gasproduktion Möglichkeiten mit MOBILER Turbo Maische: 500 kw Turbo Maische (Mietanlage) Kosten: - Mobile Turbo Maische (je nach Umfang): pro Monat - Anschlusskosten und Einfahren: einmalig, je nach Gegebenheiten: EU 1) Vollständige Substitution von Mais durch Mist Substrate für gleichbleibende Stromproduktion pro Jahr: - Stallmist ( t/a; ca. 5 /t) - Schweinegülle (7.600 t/a) - Maissilage (0 t/a; ca. 38 /t) Einsparung: pro Jahr! (ca pro Monat) 20

Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Gasproduktion 2) Jahreszeitliche Flexibilisierung - Verdopplung der Leistung im Winter - Reduzierung im Sommer für gleichbleibende

21 Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Gasproduktion 2) Jahreszeitliche Flexibilisierung - Verdopplung der Leistung im Winter - Reduzierung im Sommer für gleichbleibende Gesamt-Stromproduktion im Jahr kwh/a 21 Anteil nicht genutzter Wärme: kwh/a Mehrerlös bei vollständiger Wärmenutzung (6ct/kWh) ca Euro pro Jahr

22 Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Gasproduktion Saisonale Anpassung der Gasproduktion Die Möglichkeit einer hohen Raumbelastung bei kurzer Verweilzeit erlaubt es, die Biogasproduktion innerhalb von zwei Wochen auf das Doppelte der Nennleistung zu erhöhen Die dazu gegebenenfalls notwendige Umstellung auf energiereichere Substrate ist innerhalb weniger Tage möglich Zur Steigerung der Biogasproduktion können bei Bedarf Substrate mit sehr schneller Säurebildung eingesetzt werden. 22

23 Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Gasproduktion Anpassung der Gasproduktion an die Tagesganglinie des Strombedarfs Für die Anpassung der Fütterung des Fermenters an die Tagesganglinie ist kein zusätzlicher Speicherbehälter für Substrat erforderlich Faserhaltige Substrate werden in der Turbo Maische so weit aufgeschlossen, dass sie im Fermenter schnell verstoffwechselt werden können Substrate, die in ihrer Qualität stark schwanken, sind anwendbar 23

24 Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Gasproduktion Weitere Verbesserungsmöglichkeiten für den Anlagenbetrieb Die Turbo Maische ist als kurzfristiger Substratspeicher nutzbar. So kann ein wartungsarmer Betrieb am Wochenende realisiert werden. Biogasanlagen, die für Maissilage geplant waren, können auf kostengünstigere Substrate wie Mist oder Landschaftspflegematerial umgestellt werden. Leicht verschimmelte oder verdorbene Substrate sind einsetzbar, da toxische Stoffe teilweise aerob abgebaut werden können Die Turbo Maische besitzt die Funktion eines "Wächters" und erlaubt es, hochtoxische Stoffe zu erkennen, bevor sie in den Fermenter gelangen Die Methanbildung ist sehr stabil und damit wird die Gaserzeugung sicher steuerbar 24

25 25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ich freue mich auf Ihre Fragen und Anregungen

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