Optimierungsansätze bei der Vergärung Biogastagung 22. März 2007 Haus Düsse Arne Dahlhoff
Anlagenoptimierung 1. Ziele formulieren realistisch, kontrollierbar, messbar Substratkosten je kwh, Wartungsaufwand BHKW, Arbeitszeitbedarf Anlagenverfügbarkeit, spezifische Gasausbeute, Erlöse für Wärme 2. Schwachstellen finden Technik Substrate Prozessbiologie 3. Schwachstellen beheben 4. Erfolg kontrollieren Arne Dahlhoff 2
Anlagentechnik
Anlagentechnik dem Gesamtkonzept anpassen Foto: Schmihing Dosierung per Vorgrube für NawaRo-Anlagen ungeeignet häufig, geringe Futtermengen dosieren, gewichtsgesteuert füttern für die Anlagenoptimierung ist eine Mengenerfassung der dosierten Substrate nötig Fotos: eigene Fotos / Herstellerfotos Rührtechnik dem Behältervolumen und den eingesetzten Substraten (TS-Gehalt) anpassen Arne Dahlhoff 4
Substrate
Silagequalität Arne Dahlhoff 6
Substratbeschaffenheit Arne Dahlhoff 7
Inhaltstoffe Substrate wertbestimmende Inhaltstoffe TS / ots Fett, Kohlenhydrate, Eiweiß N-Gehalt (Ammonium Ammoniak) Ausgewogenheit der Gesamtration (Nährstoffverhältnis) Spurennährstoffe Hemmstoffe Substanz Cobalt Molybdän Nickel Selen Chrom Mangan Blei Konzentration [mg/l] 0,06 0,05 0,006 0,008 0,005 50 0,005 50 0,02 200 Arne Dahlhoff 8
Prozessbiologie
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Der anaerobe Abbauprozess Ausgangsmaterial (Polymere) (z.b. Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) e) Hydrolyse 1. Aufspaltung der Makromoleküle (hydrolytische Bakterien, Enzyme) Monomere (Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren) Acidogenese 2. Versäuerung der Spaltprodukte (säurebildende Bakterien) H 2 CO 2 niedere FS Alkohole Milchsäure Acetogenese 3. Essigsäurebildung (acetogene Bakterien) Essigsäure, H2, CO2 Methanogenese Biogas (CH 4 + CO 2 ) 4. Biogasbildung (methanogene Bakterien) Arne Dahlhoff 11
Messstellen Messstelle 1 2 3 4 5 6 Sichtprüfung sehen, riechen, hören Messwerte dosierte Substratmengen Gärsubstrattemperatur Gasmenge BHKW-Leistung produzierte kwh th Verweilzeit Faulraumbelastung Gaszusammensetzung BHKW-Laufzeit verkaufte kwh el Wärmebedarf Biogasanlage Inhaltstoffe FOS/TAC Nährstoffgehalte C/N- Verhältnis Essigsäureäquivalent Restgaspotenzial Analysewerte Hemmstoffe Gärsäuremuster Nährstoffe, Spurennährstoffe Zusammensetzung der Biozönose 3 4 3 5 1 2 6 Arne Dahlhoff Bildquelle: Biogas Nord 12
Interpretation der Parameter Aussagekraft der Parameter prüfen Fehlmessungen, Analysefehler Ausnahmesituationen (z.b. Störungen, Defekte) Arne Dahlhoff 13
regelmäßige Prozesskontrolle täglich Sichtprüfung Messwerte dosierte Substratmengen Biogasmenge und qualität (CH 4, O 2, CO 2, H 2 S) Fermenter-Temperatur BHKW-Leistung und laufzeit regelmäßig FOS / TAC oder Essigsäureäquivalent bei Bedarf (Futterumstellung, Prozessstörung, etc.): Verweilzeit / Faulraumbelastung Input-Analysen Gärsubstratanalysen Output-Analysen Arne Dahlhoff 14
Dokumentation Speicherung wichtiger Messwerte und Besonderheiten Daten sind für Interpretation verfügbar Nachvollziehbarkeit von Änderungen / Entwicklungen Anlage kennen lernen Dokumentation automatisch oder manuell automatisch: komfortabel, zuverlässig, sofort verfügbar keine Beschäftigung mit den Daten nötig manuell: flexibel, intensive Beschäftigung mit den Daten arbeitsaufwändig, unregelmäßig Arne Dahlhoff 15
Fazit
Fazit 1. Die kontinuierliche Prozessoptimierung ist eine wichtige Voraussetzung für den wirtschaftlichen Biogasanlagenbetrieb 2. Die Prozessoptimierung umfasst technische, biologische und wirtschaftliche Aspekte, die anlagenindividuell zu berücksichtigen sind 3. Zeitnahe, zuverlässige Dokumentation und Interpretation wichtiger Anlagendaten sind die Basis für die Optimierung 4. Gerne unterstützen wir Sie bei der Optimierung Ihrer Biogasanlage! Arne Dahlhoff 17
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Arne Dahlhoff LZ Haus Düsse 59505 Bad Sassendorf FON: 02945/989-191 FAX: 02921/989-133 arne.dahlhoff@lwk.nrw.de Foto: Monsanto
Informationen für die Prozesskontrolle sehen, riechen, hören tägliche Sichtprüfung Schaumbildung, Schwimmschichten, Füllstand Gaslager Biogasgeruch allgemeiner technischer Zustand (Verstopfung Feststoffdosierer, Defekt Rührwerk etc.) messen installierte Messtechnik zusätzliche Messungen bei Bedarf rechnen, ableiten Betriebsparameter (Verweilzeit, Faulraumbelastung) Erfolgsparameter (Verfügbarkeit, spez. Gasausbeute, Substratkosten je kwh el, etc.) Ist-Soll-Vergleich analysieren (lassen) Inputanalysen Gärsubstratanalysen Outputanalysen Arne Dahlhoff 19
Ist-Soll-Vergleich 1.400 1.200 1.000 800 600 Nm³ Biogas Raumbelastung kg ots/m³*d prod Biogas (Nm³) erwartete Gasausbeute (Nm³) Raumbelastung über Fütterung (kg ots/m³*d) 5 Per. Gleitender Durchschnitt (prod Biogas (Nm³)) 2,5 2,0 1,5 1,0 400 200 0,5 0 0,0 20.2 6.3 20.3 3.4 17.4 1.5 15.5 29.5 12.6 26.6 10.7 24.7 7.8 21.8 4.9 18.9 2.10 16.10 30.10 13.11 Arne Dahlhoff 20