Bioenergie GmbH Biogasanlagen

Transkript

1 Bioenergie GmbH Innovative Technologien zur Erzeugung und Verwertung von Biogas Biogasanlagen von der Konzeption bis zur Realisierung aus einer Hand

2 Für jedes Substrat die passende Biogastechnologie GICON beherrscht das gesamte Spektrum der Biogastechnologie Egal ob Sie organische Abfälle oder nachwachsende Rohstoffe, strukturreiche oder flüssige Substrate, Hausmüll oder Speisereste einsetzen möchten GICON bietet Ihnen die jeweils optimale Biogastechnologie in Verbindung mit einer darauf abgestimmten Substratvorbehandlung. Als Produkt des Vergärungsprozesses wird zum einen Energie in der gewünschten Form als Biomethan oder Elektroenergie und Wärme durch Kraft-Wärme- Kopplung gewonnen, zum anderen entstehen konditionierte Gärreste für eine weitere Verwertung. Substrate struktur- und störstoffreich strukturarm strukturarm und flüssig Biogastechnologie GICON - Biogasverfahren Nassvergärung Abfälle Nassvergärung Agrar-reststoffe 2

3 Biogasanlagen und Infrastruktur aus einer Hand Die GICON Bioenergie GmbH wurde 2006 als eigenständiges Unternehmen innerhalb der GICON- Firmengruppe mit ihren sechs Geschäftsbereichen, 38 Fachbereichen und mehr als 300 Mitarbeitern gegründet. Das Unternehmen entwickelt, plant und realisiert Biogasanlagen als Generalunternehmer oder Ingenieurkontraktor und kann auf Erfahrungen aus dem Bau von über 30 Anlagen zurückgreifen. GICON beschäftigt hoch qualifizierte und erfahrene Mitarbeiter. Für komplexe Aufgaben werden interdisziplinäre Teams mit allen erforderlichen Kompetenzen gebildet, die Projekte aus einer Hand über alle Phasen hinweg von der Konzeption und Planung über die Genehmigungsphase bis zur Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung betreuen. Leistungsspektrum der GICON Bioenergie GmbH ä ganzheitliche Konzept- und Projektentwicklung ä Testvergärungen im eigenen Großtechnikum zur Simulation des Realbetriebs und zur Investitionsvorbereitung und -sicherung ä Generalplanung aller Planungsphasen, Objektüberwachung, Inbetriebnahme ä komplette Anlagenlieferung und Errichtung (turn key) als Generalunternehmer ä Betriebsoptimierung und ingenieurtechnischer Service für Bestandsanlagen ä Forschung und Entwicklung zur Optimierung von Biogastechnologien Auf diese Weise liefert GICON optimale Verfahrensund Systemlösungen für die jeweilige Ausgangssituation des Kunden. Biogasanlagen von GICON verarbeiten jegliche Form von vergärbaren Substraten und stellen anschließend Energie auf verschiedene Arten bereit. Auch kleinere Anlagen können so rentabel und effizient betrieben werden. Im Ergebnis steht eine zukunftsorientierte Energiegewinnung, die sicher, umweltfreundlich, flexibel und preisgünstig in der Anwendung ist. 3

4 Das GICON -Biogasverfahren Zweistufige Trocken-Nass-Vergärung mit getrennter Hydrolyse Zahlreiche Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Biogasverfahren ä Steuerbarkeit der Biogasproduktion ä Methangehalt um % höher als bei konventionellen Anlagen ä hohe Prozessstabilität ä hohe Verfügbarkeit und sichere Fahrweise ä flexibler Einsatz von Substraten durch Störstoffunempfindlichkeit ä einfaches und robustes Substrathandling ä keine Gärrestrückvermischung, daher geringes Risiko der Verschlammung ä niedriger Energieverbrauch ä kompakte Bauweise ä geringes Risiko für Verkrustungen in Rohrleitungen und Aggregaten ä strukturreicher Gärrest, geringer Aufbereitungsaufwand für eine Nachkompostierung 4

5 Das GICON -Biogasverfahren wurde durch das Team von Prof. Busch am Lehrstuhl Abfallwirtschaft der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus gemeinsam mit GICON entwickelt und international patentrechtlich geschützt. Es ist speziell auf störstoffreiche Abfälle als Substrat ausgelegt. Als diskontinuierliche Trockenfermentation durch Perkolation ist sein Alleinstellungsmerkmal die Zweistufigkeit, das heißt die konsequente Trennung der Abbauprozesse Hydrolyse und Methanbildung. Zweistufigkeit von Hydrolyse und Methanbildung In der Hydrolyse werden organische Makromoleküle biologisch aufgebrochen, in lösliche organische Stoffe umgewandelt und als wässrige Lösung dem Hydrolysat ausgetragen. Die Sammlung des Hydrolysats aller Perkolatoren erfolgt in einem Vorlagebehälter, aus dem die zweite Stufe, ein Festbettreaktor zur Methanisierung, kontinuierlich gespeist wird. Das Festbett mit großem Oberflächen-Volumen-Verhältnis dient Methanbakterien als Besiedlungsfläche, die so im Methanreaktor immobilisiert sind. Die Flüssigkeit wird durch den Biogasprozess neutralisiert, einem Prozesswasserspeicher als zweitem Vorlagebehälter zugeleitet und zur Perkolation in die Hydrolysestufe zurückgeführt. linke Seite, Fotos oben: Biogasanlage in Richmond (Kanada), erste Trockenfermentations-Biogasanlage für organische Abfälle nach dem GICON -Biogasverfahren im nordamerikanischen Raum Unempfindlichkeit gegenüber Störstoffen und Verkrustung Ein grundsätzlicher Vorteil der Perkolationsverfahren ist die Störstoffunempfindlichkeit. So können sowohl Biound Haushaltsabfälle, störstoffreiche Feststoffe und Grünschnitt als auch landwirtschaftliche Substrate wie Energiepflanzen oder Festmist verwendet werden. Des Weiteren überzeugt das GICON -Biogasverfahren durch einen geringen Verschleiß. Hohe Rezirkulationsraten bei herkömmlichen Perkolationsverfahren führen zu Salzkristallen im Prozesswasser, die Rohrleitungen und Aggregate verkrusten können. Im GICON -Biogasverfahren lagern sich die Kristalle im Prozesswasserspeicher ab, in dem der ph-wert am höchsten und die Temperatur am niedrigsten ist. Rohrleitungen werden so besser vor Verkrustungen geschützt, während Kristallschlämme aus dem Prozesswasserspeicher kontrolliert ausgetragen werden können. Niedriger Eigenenergiebedarf und hohe Verfügbarkeit Biogasanlagen nach dem Perkolationsverfahren haben einen niedrigen Eigenenergiebedarf, unter anderem, weil keine Rührtechnik erforderlich ist. Gleichzeitig führt der Batchbetrieb zu einer hohen Verfügbarkeit. Im Vergleich zu herkömmlichen einstufigen Batch-Verfahren kann die Verweildauer durch die Immobilisierung der Mikroorganismen im Methanreaktor deutlich verkürzt und zu 100 % frisches Substrat eingebracht werden. Ein Animpfen durch Rückmischung fester Gärreste ist nicht erforderlich, was das Verschlammen der Gärreste vermeidet. Anlagen nach dem GICON - Biogasverfahren sind daher besonders kompakt. linke Seite, Fotos unten: GICON-Biogasanlage in Cottbus und Beladung der Perkolatoren mit Substrat 5

6 Das GICON -Biogasverfahren Zweistufige Trocken-Nass-Vergärung mit getrennter Hydrolyse Prozessstabilität und hohe Biogasqualität Zielsetzungen bei der Entwicklung des GICON - Biogasverfahrens waren eine optimale Prozessstabilität und die Erhöhung der Biogasqualität bei gleichzeitiger Steuerbarkeit der Produktion. Die Prozessstabilität wird verbessert durch die Möglichkeit, für hydrolytische und methanogene Bakterien getrennt optimale Milieubedingungen zu schaffen. Durch Mischung der Prozessflüssigkeiten aus den zwei Vorratsbehältern lässt sich der ph-wert getrennt für beide Stufen regulieren. Die Flüssigkeiten werden vor der Zuleitung in die Reaktoren in getrennten externen Wärmetauschern temperiert, sodass Hydrolyse und Methanbildung auf unterschiedlichem Temperaturniveau gefahren werden können. Die Entkopplung von Versäuerung und Methanbildung vermeidet ein Umkippen des Prozesses. Im Festbett-Reaktor zur Methanisierung der Hydrolyseprodukte entsteht Biogas mit sehr hohem Methangehalt (über 70 %). Die niederkalorischen Gase aus der Hydrolyse werden getrennt gefasst und einer gesonderten Nutzung zugeführt. Dadurch können Kosten und Energie bei der Aufbereitung zu Biomethan eingespart werden. Flexible und bedarfsgerechte Steuerung erstmals möglich Ein Novum in der Biogastechnologie ist die Steuerbarkeit der Biogasproduktion. Die Vision eines permanent verfügbaren Energie- und Entsorgungszentrums rückt damit in greifbare Nähe. Grundlage für diese Eigenschaft ist zum einen die Pufferung von energiereichem Hydrolysat in einem Zwischenspeicher, zum anderen die ständige Verfügbarkeit der Methanbildner, welche sich in der Methanstufe immobilisiert auf festen Trägern befinden. Die Steuerbarkeit macht die Anpassung an Lastgänge möglich und vermeidet Fackelverluste bei Wartungsarbeiten und Unterbrechungen bei der Biogasabnahme. Durch den Parallelbetrieb der Perkolatoren sind betriebsbegleitende Wartungsmaßnahmen jederzeit möglich. schema des GICON -Biogasverfahrens Perkolator mit Entwässerung Brauchwasser Überschusswasser Biogas WT Berieselung mit Prozesswasser Substrathaufen Perkolatabführung Kombispeicher Perkolat Prozesswasser WT Methanreaktor Füllkörper 6

7 Biogasanlagen zur Nassvergärung Projektentwicklung und Planung Auch beim Bau und Betrieb von konventionellen Biogasanlagen zur Nassvergärung von Abfällen und Agrar-Reststoffe kann GICON auf langjährige Erfahrungen und umfassende Kompetenzen zurückgreifen. Von der Planung und Genehmigung bis zur schlüsselfertigen Anlage bietet GICON alle Dienstleistungen aus einer Hand. Durch Anpassung der Verfahren kann optimal auf die Anforderungen der Anlage und der zu vergärenden Stoffe eingegangen werden. Nassvergärung von Abfällen Ein wesentlicher Teil des gewerblichen und industriellen Abfalls setzt sich aus organischen Substanzen zusammen. Die Nutzung dieser Abfälle zur Erzeugung von Wärme und Strom ist das Ziel von Vergärungsanlagen. Der diesem Verfahren zugrunde liegende biologische Prozess verläuft durch die Aktivität von anaeroben Mikroorganismen unter Ausschluss von Luft bzw. Sauerstoff. In Nassvergärungsanlagen für Abfälle werden hauptsächlich strukturarme Substrate wie betriebliche Küchen- und Speisereste, Altspeisefette oder Abfälle aus der Futter-, Genuss- und Lebensmittelproduktion mit landwirtschaftlichen Abfällen wie Ernterückständen, Fest- und Flüssigmist vergoren. Montage des Zentralrührwerks eines Hochfermenters Biogasanlage in Les Herbiers (Frankreich) Zentralrührwerk im Hochfermenter 7

8 Biogasanlagen zur Nassvergärung Projektentwicklung und Planung Nassvergärung von Agrar-Reststoffen Zur Nassvergärung wird meist Silage verschiedener Pflanzen als Substrat verwendet. Beim reinen Einsatz von Energiepflanzen wird eine mehrstufige Anlage mit kombinierter Trocken- und Nassvergärung benötigt, um das Substrat optimal auszunutzen. Als Nebenprodukt der Nassfermentation fällt ein gülleähnlicher Gärrest ab, welcher als Dünger chemisch weit weniger aggressiv als Rohgülle ist. Außerdem ist die Stickstoffverfügbarkeit besser und der Geruch weniger intensiv. Biogasanlage in Schlegel Biogasanlage in Hertnik (Slowakei) Planungszeichnung einer Nassfermentierungsanlage 8

9 Biogaseinspeisung ökonomisch und ökologisch sinnvoll Die Einspeisung von Biogas in vorhandene Erdgasnetze hat an wirtschaftlicher Bedeutung gewonnen. Vorangetrieben wurde diese Entwicklung durch neue gesetzliche Regelungen zur CO 2 -Emissionsminderung über den Einsatz regenerativer Energien auch im Wärmemarkt. Die positive CO 2 -Bilanz von Biogas ergibt sich aus der Produktion in Verbrauchernähe und der Möglichkeit, Kraft und Wärme zu koppeln. Biomethan als regenerative Energiequelle kann durch die Einspeisung praktisch jedem Endkunden angeboten werden. GICON ist führender Anbieter bei der Planung von Biogaskonditionierungs- und Biogaseinspeiseanlagen, Rückverdichtungsanlagen in Hochdrucktransportnetze sowie von Gasdruck- und Messanlagen. GICONs Leistungen für gastechnische Anlagen ä Anlagenkonzeption ä Genehmigungsplanung inklusive umweltbezogener Gutachten ä Sachverständigenabnahme ä Inbetriebnahme und Leistungsfahrt Biogaskonditionierung Die Qualität des einzuspeisenden Biomethans muss der bestehenden Netzqualität angepasst werden. Diesen Vorgang nennt man Biogaskonditionierung. Er ist notwendig, damit der Endverbraucher seine Geräte problemlos, sicher und mit der vertraglich zugesicherten Gasqualität weiternutzen kann. Der Aufwand der Konditionierung ist abhängig vom Methangehalt des Biogases und dem Brennwert des im Netz befindlichen Erdgases. Derzeit wird Biogaskonditionierung mithilfe von Flüssiggas, Luft oder einer Kombination aus Luft und Flüssiggas vorgenommen. Das Biomethan wird aus einem Windkessel kontrolliert entnommen und mit Luft und/oder Flüssiggas gemischt. Anschließend erfolgt die Verdichtung auf das Niveau des Netzdrucks. Eine Biogaseinspeiseanlage besteht aus vier Grundeinheiten der Flüssiggasversorgung, der Luftversorgung, der maschinentechnischen Ausrüstung sowie den Gasmess- und Mischstrecken. Durch mehrfache Verriegelungen der Anlage kommt es trotz Kontakt von Luft mit einem brennbaren Gas nicht zu Gefahrensituationen. Zusätzlichen Schutz vor explosionsfähigen Gaszuständen bietet ein ausgefeiltes Lüftungskonzept. GICON plant folgende Elemente von Biogaskonditionierungs- und Biogaseinspeiseanlagen: ä EMSR- und Sicherheitstechnik ä Statischer Gasmischer und Gasmesstechnik ä Flüssiggaslagertank und LPG-Verdampfer ä Verdichter ä Odorierung Biogaseinspeiseanlage der MITnetz GAS in Leuben/Oschatz 9

10 Forschung und Entwicklung Innovation als Grundlage einer stabilen Wettbewerbsfähigkeit Forschungs- und Entwicklungszentrum Cottbus ä Versuchsanlagen zur Perkolation und Gasgewinnung in verschiedenen Maßstäben ä Mehrere hundert Klein- und Pilotanlagen zur Substratanalyse ä Skalierbarkeit der Laborergebnisse auf industriellen Maßstab ä Entwicklung von neuen Verfahren und Produkten ä Fortlaufende Prozessoptimierung ä Substratuntersuchung für Kunden 10

11 Stetige marktorientierte Forschung und Entwicklung ist ein Grundpfeiler der GICON-Firmenphilosophie. Auf dieser Basis hat sich GICON zu einer Innovationsschmiede in der Biogasbranche entwickelt. Für umfangreiche Forschungsleistungen eröffnete GICON im Jahr 2007 mit dem Großtechnikum in Cottbus die größte private Biogas-Forschungsanlage Deutschlands. In diesem Forschungs- und Entwicklungszentrum wird vor allem das GICON -Biogasverfahren fortlaufend optimiert. Außerdem können Neuanlagen in Testreihen ausgelegt und geplant werden. Dieses Vorgehen minimiert Risiken im realen Betrieb und gewährleistet die prognostizierte Gasausbeute. Akademischer Austausch GICON unterhält ein enges Netzwerk zu zahlreichen namhaften nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen. Besondere Kooperationsvereinbarungen zur Biogastechnologieentwicklung sind bisher mit der Technischen Universität Dresden und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus sowie dem Deutschen Biomasseforschungszentrum abgeschlossen worden. Power to gas Um die volatile Verfügbarkeit von Energie aus regenerativen Quellen wie Wind oder Photovoltaik abzufedern, entwickelt GICON ein zum Patent angemeldetes Powerto-Gas-Verfahren zur biologisch-katalytischen Methanisierung. In Zeiten des Überangebots wird die Energie über Elektrolyse in H 2 umgewandelt und unter Zugabe von CO 2 methanisiert. Methan (CH 4 ) ist speicherbar und kann bedarfsgerecht in Elektroenergie oder Wärme umgewandelt bzw. in Erdgasnetze eingspeist werden. Schadstoffentfrachtung mithilfe des GICON - Biogasverfahrens Das GICON -Biogasverfahren kann auch durch Schadstoffe wie HCH belastete Substrate verwerten und so Umweltgefährdungspotentiale reduzieren. GICON hat die innerhalb der Firmengruppe vorhandenen Kompetenzen zur Altlastensanierung mit denen der Bioenergie kombiniert und eine entsprechende Methode entwickelt. Dieser Innovation war langjährige Forschung unter anderem mit der Hochschule Anhalt vorausgegangen. Brauchwasser Erneuerbare Energie Bioabfall Grüngut Org. Fraktion aus Hausmüll Wind Sonne GICON-Biogasanlage Perkolatoren Windkraftanlage Solarkraftanlage Hydrolysat Hydrolysegas (CO 2 -reich) EE nach Windangebot EE nach Solarangebot Festbrett- Methanreaktor + 4H 2 + CO 2 > CH 4 + 2H 2 O H 2 Elektrolyse Biologische Entschwefelung O 2 Biogas Aufbereitung (Biomethan) Überschussstrom bei Netzüberlastung Direkteinspeisung nachfragegesteuert Biomethan Einspeisung Gasnetz als Speicher Erdgas-BHKW Bedarfsspitzen Elektrizitätsnetz Vision: Power to Gas durch biologisch-katalytische Methanisierung von H 2 11

12 Großmann Ingenieur Consult GmbH Kiel Hamburg Rostock Stralsund Neu Broderstorf Schwerin Schwedt GICON-Firmengruppe Stammsitz Dresden GICON-Firmengruppe Niederlassungen/Büros Unternehmen der GICON-Firmengruppe Hannover Magdeburg Berlin GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH GICON Advanced Environmental Technologies GmbH Dortmund Düsseldorf Kassel Wolfen Erfurt Leipzig Cottbus Dresden GICON Bioenergie GmbH GICON Engineering North America GmbH GICON InTraBiD GmbH GICON Windpower IP GmbH Frankfurt Jena Freiberg BGD Boden- und Grundwasserlabor GmbH Dresden Dr. Kühner GmbH Bad Dürkheim Nürnberg ECOSYSTEM SAXONIA Gesellschaft für Umweltsysteme mbh ESG Edelstahl und Umwelttechnik Stralsund GmbH Stuttgart Geologische Landesuntersuchung GmbH IfAÖ Institut für Angewandte Ökosystemforschung GmbH Konstanz Amtzell München I.M.E.S. Gesellschaft für innovative Mess-, Erkundungs- und Sanierungstechnologien mbh INBIA Institut für Bioenergieträger und innovative Abfallverwertung GmbH Stammfirma der Gicon-firmengruppe GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH Tiergartenstraße 48 I Dresden Telefon: Telefax: Geschäftsführender Gesellschafter: Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Großmann Registergericht: Amtsgericht Dresden Register-Nr.: HR I info@gicon.de kontakte Dr.-Ing. Hagen Hilse I h.hilse@gicon.de Geschäftsbereichsleiter Energie und Umwelt Dipl.-Ing. Sebastian Otto I s.otto@gicon.de Fachbereichsleiter Bioenergie Trockenfermentation Dipl.-Biol. Heribert Krämer I h.kraemer@gicon.de Fachbereichsleiter Bioenergie Nassvergärung Dipl.-Phys. Jochen Springer I j.springer@gicon.de Fachbereichsleiter Biogasanlagen Stand 04/2014