Nachwachsenden Rohstoffen im Energiepark BürstadtB

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Helmuth Fried
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1 Vergärung rung von Abfällen und Nachwachsenden Rohstoffen im Energiepark BürstadtB Prof. Dr. Thomas HügleH Demetrion AG Folie1

2 Bioabfallanlage nach Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) Nr. 8.6 Sp.2 lit. b 4. BImSchV Nr. 1.4 Sp.2 lit. B 4. BImSchV Folie2

3 Leistungsdaten Parameter Leistung Jahresarbeit Input 50 Mg/d Mg KWK-Anlage kw MWh Stromerzeugung kw MWh Nutzwärme kw MWh Wirtschaftsdünger NPK ca m³ Folie3

4 NawaRo-Anlage nach Bundesimmissionsschutzgesetz BImSchG Nr. 1.4 Sp.2 lit. B 4. BImSchV Folie4

5 Leistungsdaten Parameter Leistung Jahresarbeit Input Mg/d bis Mg KWK-Anlage kw MWh Stromerzeugung kw MWh Nutzwärme kw MWh Wirtschaftsdünger NPK ca m³ Folie5

600 MWh Stromerzeugung 1.130 kw 9.040 MWh Nutzwärme 1.

6 Typische organische Abfälle Folie6

7 22.500, ,00 kj/kg , ,00 Brennstoff Hu kj/kg Heizwert otm 2.500, ,00 Verdampfungsenthalpie Wasser % 100 Wassergehalt Heizwert und Wassergehalt bei biologisch-organischen organischen Abfälle Folie7

500,00 Verdampfungsenthalpie Wasser 0 20 40 60 80% 100

8 Verwertung holziger organischer Abfälle Folie8

9 Verwertung feuchter organischer Abfälle Folie9

10 Anaerober und aerober Abbau von Anaerobier C 6 H 12 O 6 3 CH CO kj/mol Aerobier Glucose C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O kj/mol Verfügbare Energie aus anaerobem Abbau kj/mol Folie10

11 Organische Substanz Kohlenhydrate (CH Proteine (C 6 H 10 O 2 ) n Fette (C 8 H 16 O) n (CH 1,7 O 0,8 ) n Folie11

12 C x H y O z ( x 2 + y 8 z 4) CH 4 Inhaltsstoff Methan [Vol %] Gasdichte [kg/m³] Methanertrag [m³/kg] Kohlenhydrat 50,0 1,339 0,374 Protein 62,5 1,180 0,530 Fett 72,0 1,064 0,676 Folie12

13 Gülle Stallmist Cosubstrate Kohlenhydrate Fette Eiweiß 1. Stufe Aufspaltung der Makromoleküle Zucker Fettsäuren Aminosäuren Basen 2. Stufe Vergärung der Spaltprodukte Carbonsäuren Gase Alkohole 3. Stufe Bildung von methanogenen Substraten Essigsäure Wasserstoff Kohlendioxid 4. Stufe Biogasbildung Methan Kohlendioxid hydrolytische enzymatisch fermentative acetogene methanogene Bakterien Archaea Folie13

Stufe Vergärung der Spaltprodukte Carbonsäuren Gase Alkohole 3.

14 Kohlenhydrate Fette Eiweiß Zucker Fettsäuren Aminosäuren Basen Carbonsäuren Gase Alkohole Essigsäure Wasserstoff Kohlendioxid Methan Kohlendioxid enzymatisch fermentativ acetogen methanogen Bakterien fakultativ und obligat anaerob ph-tolerant (4,5 8,0) hohe Vermehrungsrate Generationsinterval < 1d Geschwindigkeit bestimmend Archaea obligat anaerob Säure empfindlich (ph ~ 7,0) H 2 -empfindlich niedrige Vermehrungsrate Generationsinterval >> 4 d Folie14

anaerob ph-tolerant (4,5 8,0) hohe Vermehrungsrate Generationsinterval < 1d Geschwindigkeit bestimmend Archaea

15 Schätzung der Gasausbeute Y TS ots VQ [ m t] ots BG = ³ 1000 ρ BG Y BG = Biogasausbeute [m³/t] TS = Trockensubstanz [%] ots = organische Trockensubstanz in [%] der TS VQ ots = Verdaulichkeit der ots [%] = Biogasdichte [kg/m³] ρ BG Folie15

[%] ots = organische Trockensubstanz in [%] der TS VQ ots =

16 kj/kg Heizwert Hu Energie aus Biogas Energie aus Biogas Biologische Abbaubarkeit 90 % 80 % 70 % Wassergehalt Bruttoenergieertrag von biologisch-organischen organischen Abfälle Folie16

Biologische Abbaubarkeit 90 % 80 % 70 % 2.500-2.

17 Folie17

18 kwh/kg 1,5 1,25 1 0,75 0,5 Energie aus Biogas Energie aus Biogas Biologische Abbaubarkeit 90 % 80 % 70 % 60 % Gasmotor ηel = 0,40 Heizkraftwerk ηel = 0,22 0,25 0-0, Wassergehalt Stromerträge aus biologisch-organischen organischen Abfälle Folie18

Heizkraftwerk ηel = 0,22 0,25 0-0,25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

19 Trocken -masse Organische TM Wasser Biologisch abbaubar innert Mineralstoffe Folie19

20 Gülle Stallmist Cosubstrate Kohlenhydrate Fette Eiweiß 1. Stufe Aufspaltung der Makromoleküle Zucker Fettsäuren Aminosäuren Basen 2. Stufe Vergärung der Spaltprodukte Carbonsäuren Gase Alkohole 3. Stufe Bildung von methanogenen Substraten Essigsäure Wasserstoff Kohlendioxid 4. Stufe Biogasbildung Methan Kohlendioxid hydrolytische enzymatisch fermentative acetogene methanogene TIH Bakterien Archaea Folie20

21 Hitzebehandlung beschleunigt Reaktionen öffnet Molekülstrukturen verflüssigt Thermoplaste erschließt Energiequellen cracked Moleküle Folie21

22 Thermisch Induzierte Hydrolyse nutzt die heißen Abgase des BHKWs als Energiequelle erhitzt das Gärsubstrat auf > 180 C garantiert eine Einwirkzeit > 20 min. liefert ein absolut steriles Substrat erzeugt ein mikrobiologisch optimal verwertbares Produkt ermöglicht Bioraffinerie Folie22

23 % 60 Biogasrate und Substratverbleib TIH Labor-Batch-Versuch kontinuierlich Substratverbleib d Folie23

24 TIH (optimierter Aufschluss) 100 TIH (schnelle Hydrolyse) % kontinuierlich d 40 Folie24

25 % 60 } ~ 25 % } TIH (beschleunigte Hydrolyse) ~ 25 % TIH (optimierter Aufschluss) d 40 Folie25

26 NawaRo-Ernte und Lagerung Folie26

27 verpackt lose frisch verdorben Folie27

28 Bioabfälle Mg/a Rezirkulat ca. 5 m³/h Rohstoffannahme (Waage) Zerkleinerung Auflösung (Pulper) Hydrolyse Vergärung Gärrestelagerung Schwimmstoffe 18 Mg/a Sinkstoffe 747 Mg/a Sand 126 Mg/a Biogas Mg/a Annahme von: Fehlchargen überlagerte Lebensmittel Kantinenabfälle Hitzebehandlung > 180 C > 20 bar > 30 min. Trockenfermentation > 31 % TS > 5,0 kg/(m³ d) ots << mg/l Essigsäureäquivalent Systemgrenze Biogasanlage Gärrest Mg/a Folie28

29 Folie29

30 Folie30

31 Folie31

32 Folie32

33 Folie33

34 Folie34

35 Energiebilanz Massenbilanz Zugeführte Leistung (2.700 kw) Bioabfallinput ( Mg/a) Mechanische Leistung (1.161 kw) Thermisch nutzbare Leistung (1.078 kw) Abzuführende thermische Leistung (153 kw) Abgasverluste (312 kw) Biogas Biogas Gärrest Gärrest Schwimmstoffe 18 Mg/a Sediment 873 Mg/a Heizleistung TIH (401 kw) Verfügbare Heizleistung (673 kw) Gärrest Mg/a Transformationsverluste (34 kw) Elektrische Leistung (1.127 kw) Biogas Mg/a Folie35

36 Folie36

37 Vielen Dank Folie37

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