Milchviehberatung Pflanzenbauberatung Biogasberatung landwirtschaftlicher Umweltschutz Spezialanalytik

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Renate Gerstle
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1 im Unternehmensverbund mit Umweltbiotechnologien & Serviceleistungen Milchviehberatung Pflanzenbauberatung Biogasberatung landwirtschaftlicher Umweltschutz Spezialanalytik

2 Prozessanalytik in Biogasanlagen - Umweltbiotechnologien & Serviceleistungen Vorteile und Nutzen 1. Nutzen der Prozessanalytik 2. Bestandteile der Prozessanalytik 3. Prozessanalytik zur Bewertung verfahrenstechnischer Prozesse ein Praxisbeispiel

3 1. Nutzen der Prozessanalytik Detaillierte Informationen über den ablaufenden Prozess erfassen sammeln ANLAGENSPEZIFISCH BEWERTEN Prozessstörungen vermeiden Trends erkennen Anlagensicherheit erhöhen Anlagenbetrieb optimieren Fütterungsanpassung bei Zusammensetzung und Menge Durchmischung optimieren Mangelerscheinungen erkennen und bekämpfen Wartung und Umbauten besser planen 2. Bestandteile der Prozessanalytik Chemisch-physikalische Analysen der beim Prozess notwendigen Substrate Vergleich der gewonnenen Ergebnisse mit Analysewerten ähnlicher Prozesse / Anlagen Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs dieser Ergebnisse Aufnahme ausgewählter Prozessparameter Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufes dieser Parameter Aufnahme der subjektiven Eindrücke des Anlagenbetreibers Summe dieser Informationen gibt den momentanen Anlagenzustand wieder und zeigt Tendenzen auf

4 Richtwerte prozessbiologischer Parameter Parameter Einheit Richtwert ph-wert 7,3 8,2 Trockenmasse (TM) Ma.-% >10* Organische Trockenmasse (otm) Ma.-% TM - Ammoniumstickstoff g/kg Frischmasse < 2 FOS mg HAC eq /l TAC mg CaCO 3 /l > FOS/TAC Index 0,1 0,4 Organische Säuren mg/l Summe < 3000, keine längerkettigen Säuren * bei Nassvergärungsanlagen 3. Ergebnisse der Prozessanalytik zur Bewertung verfahrenstechnischer Prozesse - Praxisbeispiel

edu Herangehensweise: - wiederholte chemisch-physikalische Analysen des behandelten Fermenterinhaltes während der Leistungsfahrt -

5 Aufgabenstellung: Bewertung der Effizienz zwei unterschiedlicher Desintegrationsverfahren auf Grundlage von Prozessdaten während der Leistungsfahrten Elektrokinetische Desintegration Ultraschalldesintegration mvm.kit.edu Herangehensweise: - wiederholte chemisch-physikalische Analysen des behandelten Fermenterinhaltes während der Leistungsfahrt - Gasbildungspotenzial - Organische Säuren - Gelöster CSB - Auswertung der Betriebsdaten während der Leistungsfahrt - Gas- bzw. Stromproduktion - Vergleich errechnet vs. geleistet - Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (nicht vorgestellt)

6 Gasbildungspotenzial DIN S8 Elektrokinetik Ultraschall vor nach vor nach Trockensubstanz Ma.-% OS* Organische Substanz Ma.-% TS* Gasbildungspotential (S8) m³/t OS* Gasbildungspotential (S8) NL/kg ots* Methangehalt Vol.-% Kohlendioxidgehalt Vol.-% Biogasmehrertrag [%] 2,6 12 Methanmehrertrag [%] 2,1 10,8-3-fach Bestimmung des unbehandelten (vor) und behandelten (nach) Fermentersubstrates Organische Säuren Elektrokinetik Ultraschall vor nach vor nach Essigsäure mg/l Propionsäure mg/l Isobuttersäure mg/l Buttersäure mg/l <50 < Isovaleriansäure mg/l Valeriansäure mg/l <50 < Capronsäure mg/l <50 <50 <50 <50 Summe org. Säuren mg/l Erhöhung % 7 25

7 Bewertung der Betriebsdaten Bewertung der Betriebsdaten

8 Bewertung der Betriebsdaten Aussagen: - Nachweislich verbessertes Gasbildungspotenzial des mittels Ultraschall behandelten Materials - Nachweislich positive Wirkung des Ultraschallverfahrens auf die Gärsäurenbildung - Kaum Aussagen zur produzierten Methanmenge und zur erzeugten Leistung im Testbetrieb möglich - Wieviel desintegriert der RotaCut und wieviel der Ultraschall?

9 Bewertung der Substratkosten jedoch. - Zusammenhang zwischen Betriebszustand der Ultraschallanlage und der Methanproduktion zu erkennen Fazit: es wurde eine Ultraschalldesintegration eingebaut 2012: ca weniger Stromerlös ca weniger Substratkosten ca. 8% mehr Erlös in 2012

10 Prozessanalytik hilft.. - den gesamten Prozess besser zu verstehen - Gesammelte Informationen zu ordnen, zu bewerten und als Tendenzen darzustellen - Prozessstörungen frühzeitig zu erkennen - Unzulänglichkeiten beim Anlagenbetrieb aufzudecken - die Fütterung zu optimieren - Anlagenumbauten besser zu planen und minimalinvasiv durchzuführen - durch das Zusammenspiel von Laboranalytik, Betriebsdatenbewertung und Betreibererfahrung ein sehr genaues Bild der Anlage zu erschaffen Projektunterstützung Dieses Projekt wurde finanziell unterstützt durch das Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Forsten, Umwelt und Naturschutz TMLFUN. Besonderer Dank gilt der fachlichen Unterstützung durch die Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft TLL. Die Laboruntersuchungen wurden durchgeführt von

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Anlagenbesichtigung der BGA in Zwätzen jederzeit gerne!! Umweltbiotechnologien & Serviceleistungen Dipl.-Ing. (FH) Daniel Zänder Tel.: 0151/65620321 Mail: d.

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Anlagenbesichtigung der BGA in Zwätzen jederzeit gerne!! Umweltbiotechnologien & Serviceleistungen Dipl.-Ing. (FH) Daniel Zänder Tel.: 0151/ Mail: JenaBios GmbH Orlaweg Jena Prozess - analytik eine Bezeichnung für den gerichteten Ablauf eines Geschehens Wikipedia systematischen Untersuchung eines Sachverhaltes oder eines Gegenstandes hinsichtlich aller bestimmenden Faktoren oder Komponenten Wikipedia

Prozess - analytik http://files.chemec.de/bilder/illustration_biogasanlage.

12 Prozess - analytik Wichtige chemisch-physikalische Parameter ph-wert Ist der ph-wert zu niedrig (< 7,2) oder zu hoch (>8,3) kommt es zu Prozessstörungen, die Methanbildung läuft dann nicht optimal

13 Wichtige chemisch-physikalische Parameter ph-wert Trockensubstanzgehalt Gehalt organischer Trockensubstanz Ein zu hoher Trockensubstanzgehalt erschwert die Homogenisierung und verringert den Gasaustausch, die ots liefert Rückschlüsse auf die Anlagenleistung Wichtige chemisch-physikalische Parameter ph-wert Trockensubstanzgehalt Gehalt organischer Trockensubstanz Ammonium Stickstoff NH 4 -N Ammoniumstickstoff selbst kann den Methanprozess hemmen, damit im Gleichgewicht stehendes Ammoniak ebenfalls, auch die Entschwefelung

14 Wichtige chemisch-physikalische Parameter ph-wert Trockensubstanzgehalt Gehalt organischer Trockensubstanz Ammonium Stickstoff NH 4 -N Flüchtige organische Säuren (FOS) Gesamter anorganischer Kohlenstoff (TAC) Quotient aus FOS und TAC (FOS/TAC Index) Der TAC gibt die Pufferkapazität der Anlage wieder und wie Säurestöße aufgenommen werden können, der FOS/TAC- Index verweist auf die Anlagenbelastung Wichtige chemisch-physikalische Parameter ph-wert Trockensubstanzgehalt Gehalt organischer Trockensubstanz Ammonium Stickstoff NH 4 -N Flüchtige organische Säuren (FOS) Gesamter anorganischer Kohlenstoff (TAC) Quotient aus FOS und TAC (FOS/TAC Index) Organische Säuren Essigsäure Propionsäure Capronsäure Iso-Capronsäure Buttersäure Valeriansäure Iso-Valeriansäure Die Konzentration organischer Säuren zeigt den Zustand der Methanbildner an und ob der finale Prozessschritt der Methanbildung gehemmt ist

15 Wichtige chemisch-physikalische Parameter ph-wert Trockensubstanzgehalt Gehalt organischer Trockensubstanz Ammonium Stickstoff NH 4 -N Flüchtige organische Säuren (FOS) Gesamter anorganischer Kohlenstoff (TAC) Quotient aus FOS und TAC (FOS/TAC Index) Organische Säuren Essigsäure Propionsäure Capronsäure Iso-Capronsäure Buttersäure Valeriansäure Iso-Valeriansäure Phenylessigsäure Die Konzentration der Phenylessigsäure zeigt Prozessstörungen noch vor dem FOS/TAC und vor den organischen Säuren Analyseparameter alleine. helfen nicht ohne eine entsprechende Bewertung müssen zur Beurteilung eines Prozesses kontinuierlich aufgenommen werden damit Trends erkannt werden können sind nur bedingt zwischen Anlagen vergleichbar reichen nicht aus, um den Anlagenzustand zu bewerten

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