EINSATZ DES BIOSONATORS ZUR STEIGERUNG DER BIOGASPRODUKTION AUF BIOGASANLAGEN BGA Haren Fallstudie I. Kenndaten der Anlage Anlagengröße Leistungskapazität 590 kw 1 Hauptfermenter à 1.900 m 3 1 Nachgärer à 3.300 m³ 1 Gärrestlager à 3.600 m 3 Fütterung Mais, Schweinegülle, Zuckerrüben, Grassilage, Corn-Cob-Mix, Stroh/Pferdemist II. Zielsetzung des Hochleistungs-Ultraschalleinsatzes Intensivierung des anaeroben Abbaus Substrateinsparung Steigerung der spezifischen Biogasausbeute/Anlagenleistung III. Installation des BIOSONATORS Im Juli 2015 wurde ein BIOSONATOR (5 kw Hochleistungs-Ultraschall) installiert. Teilstrombehandlung (1,2 m 3 /h) aus dem Nachgärer und Rückführung in den Hauptfermenter im automatisierten 24-Stunden-Betrieb (siehe Abbildung 1). IV. Ergebnisse des Hochleistungs-Ultraschalleinsatzes Wirkung des BIOSONATORS auf das Reaktorsystem bereits nach einer Verweilzeit nachweisbar. Nachweis der Reduzierung des Substrateinsatzes bzw. der Substratkosten trotz abnehmender Qualität vom Hauptsubstrat (Maissilage) und Erhöhung der Stromproduktion: Substrateinsparung um 8 % Frischmasse und Kostenreduzierung um ca. 10 % = 40.000 EUR pro Jahr (siehe Abb. 2-4). o Die zwischenzeitliche Erhöhung der täglich zugeführten Frischmasse in den Monaten November und Dezember bis auf den Ausgangszustand ist auf die Zugabe von Zuckerrüben mit minderer Qualität zurückzuführen. o Dieser Zustand wurde im Dezember bei einem Gespräch vor Ort auf der BGA Haren mit dem Betreiber besprochen und durch Weglassen der Zuckerrüben ohne Einbußen bei der Stromproduktion korrigiert. o Die wirtschaftliche Bilanz des BIOSONATOR-Einsatzes hätte demnach noch deutlich besser ausfallen können: Die Preis für die Zuckerrüben liegt im gleichen Bereich wie von der Maissilage. Organisch hatte die Tonne Zuckerrüben jedoch nur 1/3 der Qualität vom Mais, d.h. pro Tonne Frischmasse Mais mussten in Haren ca. 3 t FM Zuckerrüben für die gleiche Biogasproduktion eingesetzt werden.
Fütterung [t FM/d] Organische Fütterung [t ots/d] Stabilisierung und Erhöhung der BHKW-Leistung um 1% (5 kw absolut) und damit Mehreinnahmen von ca. 5.200 EUR pro Jahr durch die zusätzliche Verstromung und bessere Ausnutzung der Netzanschlusskapazität (siehe Abb. 5). o Ab Anfang November wurde das BHKW1 gedrosselt gefahren, da umliegende Wärme- Abnehmer einen geringeren Bedarf hatten. Die Begrenzung schwächt das wirtschaftliche Ergebnis vom BIOSONATOR im Bewertungszeitraum ab. Erhöhung der täglichen BHKW-Laufzeiten um ca. 2 h pro Tag (siehe Abb. 6). Erhöhung der Biogasqualität durch Verbesserung des Methangehalts um 1% (siehe Abb. 7). Verbesserung des Umsatzes der organischen Trockensubstanz im Fermenter (+5%) und Nachgärer (+13%) und damit insgesamt ein erhöhter Biomasse-Abbaugrad in der Fermentation (siehe Abb. 8). Somit verbleibt weniger Trockenmasse und Restorganik im Gärrest. Verringerung der Viskosität der Biomassesuspension im Fermenter (bis zu -63%) und Nachgärer (-26% ) (siehe Abb. 9 und 10). Somit konnte durch Reduktion der Rührzeiten ein deutlich geringerer Energieverbrauch für die Rührwerke erreicht werden. F NG GL Abbildung 1: Aufbau der BGA Haren und Integration des BIOSONATORS 50 45 40 Gesamt-Frischmasse Schweinegülle Zuckerrüben frisch Corn-Cob-Mix Maissilage organisch Maissilage Zuckerrüben alt Grassilage Stroh/Pferdemist - 8% relativ - 3 t/d absolut 10 9 35 8 30 25 7 20 15 6 10 5 5 0 4 Abbildung 2: Reduktion der täglich zugeführten Frischmasse (vertikale Primärachse) und der organischen Fütterung vom Hauptsubstrat Maissilage (vertikale Sekundärachse) nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS
Tägliche Substratkosten [ /d] Organische Trockensubstanz [%] 40 35-6% relativ Mais Zuckerrübe 30 25 20 15 10 5 Abbildung 3: Reduktion der Qualität (Abnahme der organischen Trockensubstanz) vom Hauptsubstrat Maissilage im Laufe des Bewertungszeitraums und Nachweis der minderen Qualität vom Nebensubstrat Zuckerrübe im Einsatzzeitraum von November bis Dezember. 1.200 Tägliche Substratkosten 1.150 1.100-10% relativ - 109 /d absolut 1.050 1.000 950 900 850 800 Abbildung 4: Reduktion der täglichen Substratkosten nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS
BHKW-Laufzeit [h/d] BHKW [kw] 650 600 550 BHKW 1 BHKW 2 BHKW gesamt + 1% relativ + 5 kw absolut 500 450 400 350 300 250 200 150 Abbildung 5: Steigerung der täglichen BHKW-Leistung nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS. Ab Anfang November wurde das BHKW1 durch Rückgang des Wärmebedarfs von umliegenden Abnehmern gedrosselt gefahren. 24,5 24,0 Mittelwert Laufzeit BHKW 1 nach Inbetriebnahme 23,5 + 3% relativ + ca. 1 h absolut Mittelwert Laufzeit BHKW 1 vor Inbetriebnahme Mittelwert Laufzeit BHKW 2 vor Inbetriebnahme Mittelwert Laufzeit BHKW 2 nach Inbetriebnahme + 4% relativ + ca. 1 h absolut 23,0 22,5 Abbildung 6: Steigerung der täglichen BHKW-Laufzeit nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS
Organische Trockensubstanz [%] CH4-Gehalt [%] 55,0 CH4-Gehalt 54,5 54,0 53,5 53,0 52,5 + 1% absolut 52,0 51,5 51,0 50,5 50,0 Abbildung 7: Steigerung des Methangehalts und damit der Biogasqualität nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS 6,0 Fermenter 5,5-5% relativ Nachgärer 5,0 4,5-13% relativ 4,0 3,5 3,0 Abbildung 8: Erhöhung des Umsatzes der organischen Trockenmasse im Fermenter und Nachgärer nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS
Viskosität [Pas] Viskosität [Pas] 3 Fermenter_02.02.16, -57% Fermenter_22.01.16, -53% 2,5 Fermenter_17.12.15, -63% Fermenter_17.11.15, -51% 2 Fermenter_8.10.15, -45% Fermenter_15.09.15, -35% Fermenter_22.07.15, Inbetriebnahme 1,5 1 0,5 bis zu -63% relativ 0 1 10 100 1000 10000 Scherrate[1/s] Abbildung 9: Reduktion der Viskosität im Fermenter nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS 0,7 Nachgärer_02.02.16, -26% Nachgärer_22.01.16, -20% 0,6 Nachgärer_17.12.15, -18% Nachgärer_17.11.15, -16% Nachgärer_8.10.15, -1% 0,5 Nachgärer_15.09.15, +13% Nachgärer_22.07.15, Inbetriebnahme 0,4 0,3 0,2-26% relativ 0,1 0 1 10 100 1000 10000 Scherrate[1/s] Abbildung 10: Reduktion der Viskosität im Nachgärer nach Inbetriebnahme des BIOSONATORS Kontakt: Ultrawaves GmbH Kasernenstraße 12 21073 Hamburg E-Mail: info@ultrawaves.de Telefon: +49 (0)40 325 07 203 Fax: +49 (0)40 32507 204 www.ultrawaves.de Biogasanlage Haren Herr Koop Husberg 13 49733 Haren E-Mail: koop-husberg@gmx.de Telefon: +49 (0) 175 49 42 861