Stand der Biogastechnik: Überblick zu aktuellen Trends und Entwicklungen (Deutschland)

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1 2. Biogas-Training Stand der Biogastechnik: Überblick zu aktuellen Trends und Entwicklungen (Deutschland) Jaqueline Daniel-Gromke, Nadja Rensberg; Deutsches BiomasseForschungsZentrum (DBFZ) Ankara, eines Beschlusses des deutschen Bundestages. 1

2 Historie Gülleanlage Aufbereitungstechnik, Anmaischen Einbringtechnik in Fermenter Heizkessel Boxenverfahren BHKW* kommerzielle Biogas - BHKW * oft Eigenbau + ORC Einspeisung + erster kommerzieller Versuch BZ + Otto-Motor 500 kw 34 % 40 % el. Wirkungsgrad

3 Annahmehalle Substratmanagement Feststoffe Abwurfbunker Flachbunker / Fahrsilo Silosysteme Festmistlager Güllelager offen Flüssigkeiten Güllelager geschlossen Vorgruben offen Vorgruben geschlossen Vorlagebehälter geschlossen Tanks (Fette, Glycerin Andere* etc.) Antworten (n=16) Trend: Geschlossene Betriebsweise 3

4 Substratmanagement Regenwasser Sickersaft Kanalisation Foto: DBFZ Beispiel: Lagerung fester Substrate (Fahrsilo) Abdeckung saubere Schnittkante getrennte Erfassung von Regenwasser und Sickersäften Fermenter 4

5 Substratmanagement Input Eder/Schulz 2006 Beispiel: Feststoffeintrag gekapselter Feststoffeintrag in den laufenden Inputstrom Einspülschächte entsprechen nicht mehr Stand der Technik Foto: Vogelsang Foto: Börger 5

6 Substratmanagement Foto: DBFZ Beispiel: Eintrag Flüssigsubstrate Eintrag in geschlossene Systeme offene Gruben entsprechen nicht mehr Stand der Technik Foto: DBFZ 6

7 Substratmanagement Foto: BTA Foto: Biosaar Stand der Technik: Aufbereitung schüttfähiger Bioabfälle Beispiel Pulper/Stofflöser: Versetzen schüttfähiger Substrate mit Prozesswasser 7

8 Substratmanagement Aufgabebunker mit Förderschnecken Fotos: DBFZ Lochsieb zur Stofftrennung Zerkleinerung mit Schlag-/Schneidtechnik Trend: Erschließung neuer Substrate Beispiel Entpackungsmaschine: Aufbereitung verpackter Lebensmittel ohne Prozesswasser 8

9 Rührkessel CSTR PFTR Biogaserzeugung Boxenfermenter Schlaufenreaktor Ring-in-Ring-Fermenter Antworten (n=16) Ortbeton Ortsbeton Beton Segmente Edelstahl Stahl- le Schwarzstahl Antworten (n=16) Foliendach Folien Betondecke Edelstahl/ le GFK Schwarzstahl Antworten (n=16) der "klassische" Fermenter

10 Biogaserzeugung Trend: Andere Fermenterbauformen in der Nassvergärung Ring-In-Ring- Oval- Rechteck- Ziel: Platzsparende Bauweise Ziel: Pfropfenstrom Foto: Lehner Bau Foto: SW Umwelttechnik Trennwand in Mitte Kanalströmung Foto: DBFZ 10

11 Biogaserzeugung Verfahren zur Nassvergärung: künftig gasdicht auf ganzer Linie Gasspeicher Vorlage Fermenter Gärrestlager Durchfluss-Verfahren [künftig] Abdeckung des Gärrestlagers Vorlage Gasspeicher Fermenter + GRL Behälter voll Behälter leer Speicher-Verfahren Vollständige Ausfaulung aller Bestandteile? [kaum noch realisiert] Gasspeicher Gasspeicher Speicher-Durchfluss-Verfahren [Stand der Technik] Vorlage Fermenter Gärrestlager 11

12 Biogaserzeugung künftig: gasdicht abgedeckte Gärrestlagerung offenes Becken (Lagune) flüssige Gärreste offener Rundbehälter offene Kanäle Rundbehälter abgedeckt, nicht gasdicht Rundbehälter abgedeckt, Rundbehälter abgedeckt, gasdicht gasdicht Antworten (n=16) Das Angebot für abgedeckte Gärrestlager überwiegt. gasdichte Abdeckung refinanziert sich in 5 7 Jahren durch erhöhten Gasertrag weiterer Vorteil: besserer Nährstofferhalt 12

13 Biogaserzeugung Trend: Substratangepasste Fermentertechnik (Feststoffe bleiben im schüttfähigen Zustand) Gas CO 2 Teil I Motorabgas Teil II Abluft Foto: DBFZ [Loock-TNS] Foto: Bekon CH 4 Stand: Feststoffvergärung als Perkolationsverfahren Problem: Methanfreisetzung bei Entlüften Lösungsansatz: - Teil I in geschlossenes Gassystem entlüften - Teil II - über Biofilter - an die Atmosphäre abgeben t 13

14 Biogaserzeugung Verfahren: Fermenterbatterie mit Perkolatspeicher Perkolattank F 1 (im Austausch) F 2 (Abtropfen) F 3 (in Betrieb) F 4 (in Betrieb) Trend: Menge der eingesetzten Perkolatflüssigkeit wurde bei den verschiedenen Verfahren stets erhöht. 14

15 Biogaserzeugung Neue Ansätze: Feststoffvergärung mit redundanter Flüssigkeit Skizze: Gicon Skizze: Linke zweistufige Fest- Flüssig-Vergärung 250 kw-anlage Einstau-verfahren 450 kw- Anlage Foto: Gicon Ziel: keine Methanbildung in Kammer, Leistungssteigerung Foto: Linke 15

16 Biogasnutzung Trend: Technologien zur Abwärmenutzung Gärresttrocknung (Schubwende-, Trommel-, Bandtrockner) Einspeisung in Nahwärmenetze (Bioenergiedörfer) Biogasleitung zum Ort der KWK-Nutzung Fernwärme mobile Wärmesysteme Materialtrocknung ORC thermohydraulischer Generator Absorptionskältemaschine Antworten (n=16)

17 Anlagenregelung Option: Motorregelung/ Gasspeichermanagement Messsensorik: Regelungsprinzip: Leistung Motoranlage Alarm Regelung Motor 3 Hauptmotor 2 Alarm Foto: DBFZ Umspannseil mit Winkelsensor Hauptmotor 1 Skizze: Fiedler (Regierung von Oberbayern) Gasfüllstand Ziel: Vermeidung von Gasaustritt im Regelbetrieb reagiert unmittelbar auf Veränderung aber erhöhter Technikaufwand (Motoren) 17

18 Anlagenregelung Option: Regelung über Fütterregime Substrate Biogasprozess Prozessanalyse -FOS/TAC -Fettsäurespektrum -Methangehalt Prozessprognose Einstellung Input Ziel: Prozesssicherheit, optimierter Gasertrag ohne zusätzliche Technik reagiert aber mit 2-3 Tagen Verzögerung 18

19 Fazit: Anlagenentwicklung in Deutschland Trends: - geschlossene Bauweise - Erschließung neuer Substrate - neue Fermenterbauformen - neue Ansätze zur Verfahrensführung Fazit: derzeit qualitatives Wachstum in Richtung - Emissionsminderung - Anwendungserweiterungen - Anlageneffizienz und -betriebssicherheit - bessere Abwärmenutzung (KWK) - Biogas als Regelenergie 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Türkisch-Deutsches Biogas Projekt Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH And Sokak No: 8/ Cankaya/Ankara, TURKEY T T E biogas-tr@giz.de I I Autor: Jaqueline Daniel-Gromke, Nadja Rensberg Deutsches BiomasseForschungsZentrum (DBFZ) 20