Wärmeenergieautarke Turbofermentation durch Einsatz einer Wärmepumpe

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1 Wärmeenergieautarke Turbofermentation durch Einsatz einer Wärmepumpe Benjamin Pacan, Abteilung Forschungsanlagen, Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens

2 Kurzvorstellung PFI Gegründet 1956 als Prüf-und Forschungsinstitut für die Schuhindustrie. Chemisches Labor Mikrobiologisches Labor Seit 2001 Aufbau neuer Forschungsschwerpunkte im Bereich der Mikrobiologie und Biotechnologie. Technikum Umzug 2003 zum Technopol Pirmasens in einen Neubau mit modernen Laboratorien für Chemische Prüfungen (900 m3), Physikalische Prüfungen (900 m 3 ), Mikrobiologische Prüfungen (400 m 3 ) und einem Technikum für Versuchsanlagen (300 m 3 ), sowie einer Werkstatt (600 m 3 ). Physikalisches Labor Werkstatt 2

3 Vorstellung Arbeitsgebiet Biotechnologie Geräteausstattung zur Untersuchung von Biomasse und der Fermentationsprodukte (HPLC, GC-MS, CHNS-EA, ICP, AAS, etc.). 6 automatisierte 100-Liter Fermenter, Ausstattung für statische Gärtests (60 Pl.), HTA- Anlagen für Stroh und Fermentationsanlage zur Gewinnung von Xylitol Externes Forschungslabor an der TDH-Anlage an der Kläranlage Blümeltal, eine PEH- Anlage an der Biogasanlage Wallhalben und eigene Forschungsbiogasanlage im Energiepark Pirmasens. 3

4 Gesamtkonzept für die PFI Bioraffinerie Stroh Wind/ Sonnenenergie Stromnetz Power to gas Biomethan Erdgasnetz TDH ORC/ HTWP Blockheizkraftwerk Biogas Wärmeenergieautarke Turbofermentation Methanfermenter PEH Entwässerung Restbiomasse zur Methanisierung Hydrolyse H E1 H E2 P 1 P 2 H E 3 P 4 HTHP P 5 Substrat- und Gärrestlager 1 B 1 B 2 B 3 P 3 Substrat- und Gärrestlager 2 Naturfasern z.b. Flachs Naturstoffe z.b. Stärke Substrat- und Gärrestlager 3 Hydrolysat Zuckerkonzentrat Pflanzennährstoffe Grundchemikalien Biopolymere (PHB) Lösemittel (Ethyllactat) Konversion Lebensmittel Zuckerersatzstoff Xylitol Bedarfsmittel

5 Vorteile der stofflich-energetischen Nutzung von ligno-cellulosehaltiger Biomasse Keine Flächenkonkurrenz zur Lebensmittelproduktion Kohlendioxideinsparpotential für Deutschland von bis zu 80 Mio. t/a Möglichkeit zur Speicherung von Regelenergie im Erdgasnetz und damit Reduktion des kostenintensiven Ausbaus der Stromnetze Regionale Bioraffineriekonzepte schaffen Wertschöpfung und Beschäftigung in der Fläche Größere Unabhängigkeit von erdölbasierenden Rohstoffen 5

6 Grundsteinlegung der Bioraffinerie Pirmasens am

7 1. Baustein - Reaktorkonzept der Turbofermentation Methanfermenter Getrocknetes Biogas Hydrolyse HE1 HE2 Substrat-und - Gärrestlager 1 Nahwärmenetz HE3 P1 P2 P4 HTHP P5 B1 B2 B3 P3 Substrat-und Gärrestlager 2 Substrat-und Gärrestlager 3

8 Aufbau des Reaktors zur Turbofermentation Substrateintrag Hydrolyse- Fermenter Puffer 1,2,3 Nachgärer (Methanfermentation) Lager 3 (Zuckerrübenmus + Gärrest) Lager 1 (Gärrest) Lagert 2 (Hygienisierung)

9 PFI Biogasanlage zur Turbofermentation Einrichtung zum Feststoffeintrag BHKW mit Gasreinigung Überdrucksicherung + Revisionstür Steuerung Biogasanlage 9

10 Wärmemanagement der Turbofermentation 10 Substrat Biogas Wärme Weitere Prozesse Sollwerte Daten Hydrolysefermenter 35,4 C Nachgärer 36,9 C Biogas 18,6 C Erwärmung 10,3 C Entfeuchtung 34,6 C --, - C --, - C 0,0 m 3 /h Lager 1 Nahwärme Notkühler --, - C --, - C 0,0 m 3 /h 39,5 C 22,1 C 0,9 m 3 /h 6,4 C 10,1 C 8,2 m 3 /h KS 7,3 C --, - C --, - C 0,0 m 3 /h 21,2 C COP 82,6 C H = 3,3 0,9 m 3 WP P E = 19,6 kw 5.8 C 10,2 C 8,2 m 3 82,2 C 64,1 C 0,9 m 3 /h 30,1 C - Aktive Wärmeprozesse Soll-Werte P1 Biogasentfeuchtung 10 C P2 Gärresthygienisierung 50 C Lager 3 12,4 C 40,4 C 63,5 C 0,9 m 3 /h Lager 2 50,5 C

11 Wärmemanagement der Turbofermentation Ergebnisse vom Prüfstand 11 Case Kühlprozess (Wärmequelle) 1 Biogastrocknung 2 Biogastrocknung 3 Kühlen der Hydrolyse Heizprozess (Wärmesenke) Substrat beheizen Beheizen Hygienisierung Gärresttrocknung Quelle RL [ C] Quelle VL [ C] Senke RL [ C] SenkeVL COP [ C]

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Unsere Vergangenheit und Zukunft - Energie und Rohstoffe aus Biomasse Ansprechpartner PFI Pirmasens: Benjamin Pacan Tel: 06331/ benjamin.pacan@pfi-biotechnology.de Marie-Curie Str Pirmasens 12