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Enzymatischer Biomasseabbau

Allgemeine Informationen

Projektnummer 62135201
Projekttitel laut Förderbescheid Entwicklung eines technischen Verfahrens und entsprechender Anlagentechnik für einen vollständigen enzymatischen Abbau pflanzlicher Biomassen ohne def. Qualitätsanforderungen zu Biogas; Technische Konzeption eines Biogasverfahrens mit Hochleistungsfestbettreaktor und Versuchsdurchführung für Geräte und Anlagenoptimierung
Akronym Enzymatischer Biomasseabbau
Projektlaufzeit 01.07.2013 - 30.06.2015
Forschungsschwerpunkt Energie und Umwelt
Projektkategorie Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld Energie und Umwelt
Grundeinheit Fakultät Maschinenwesen
Projektwebseite http://f-m.hszg.de/forschung/forschungsarbeiten.html

Inhaltliche Projektbeschreibung

Aufgabe- und Zielstellungen im Projekt

Der im Projekt angestrebte Verfahrensablauf fasst bisher getrennte Prozessschritte, z. B. Feldröste, Verdichtung im Silo, Verluste bei Öffnung des Silo, usw.  zusammen bzw. integriert diese in die Substratbereitstellung und verringert wesentlich derzeitige technische Aufwendungen und somit Betriebs- und Substratkosten.

Die im Wesentlichen faserfreie und im Vergleich zu derzeit eingesetzten Gärsubstraten sehr viskose Suspension verursacht viel geringere hydraulische und mechanische Widerstände. Dadurch wird angenommen, dass der gesamte Biogaserzeugungsprozess wesentlich effizienter gestaltet werden kann.  

Bei einer erfolgreichen technischen Umsetzung der Projektaufgabe wird eine dezentrale, von fossilen Brennstoffen unabhängige und nachhaltige Energieversorgung erreichbarer werden. Als besondere Herausforderung im Projekt wird die ökonomisch sinnvolle technische Umsetzung von Biogasanlagen für den Betrieb von BHKW- Anlagen bis 50 kW el. gesehen.

Folgender Arbeitsablauf wird durch das Projekt angestrebt

Zusammenfassung der Projektzielstellung:

 

(1)  Aufbereitung und gemischter Einsatz von Biomassen ohne speziellen Qualitätsanforderungen im Biogasreaktor

Biomassen aus Landschaftspflege( Neophyten,Gras,usw.) Grünlandflächen( z.B. Gras aus dem innerstädtischen Bereich), landwirtschaftlichen Anbau (Mais, Raps, Sida, durchwachsende Silphie,  Sonnenblume,Klee, usw.), Feldfruchtreste (Stroh, Rübenstücke, Kartoffelkraut, für Verfütterung und Ernährung nicht nutzbares Getreide, unbrauchbare Feldfrüchte aus Ernte und Lagerung, usw.)

 

(2)  Schwefelwasserstofffreies Biogas (<1ppM) durch speziell angepasste Betriebsweise des Biogasreaktors

Durch homogenen pH Wert >7,8 im Reaktor(stetige Umwelzung)  bleiben die anorganischen Schwefelverbindungen in der Reaktorflüssigkeit gelöst und werden in einem weiteren Verfahrensschritt aus der Reaktorflüssigkeit mit anderen gelösten Salzen entfernt.

 

(3)  Hohe Raumbelastung

Durch die sehr hohe Zerkleinerung liegt eine sehr gut zugängliche Oberfläche der Biomasse vor und  der größte Teil der pflanzlichen Biomasse liegt in gelöster Form in der Suspension vor.

 

(4)  Methangehalt im Biogas über 70%

Durch die CO2 Einbindung in Ammoniumhydrogencarbonat und  Hydrogencarbonat in Abhängigkeit vom ph-Wert und der Konzentration von Ammonium und Ammoniak. Die Suspension enthält vorwiegend Proteine und pflanzliche Fette.

 

(5)  Behälter im Behälter-Verfahren

  •    Festbettreaktor wird von Hydrolysebehälter umschlossen
  •    kein zusätzlicher Bauaufwand notwendig

(6)  Nachrüstbarkeit bestehender Biogasanlagen mit dem Verfahren:

  • Bestehender Fermenter mit z.B. Betonmantel wird als Hydrolysebehälter genutzt
  • mehrere säulenförmige Festbettfermentoren stehen in den Hydrolysebehälter und können unabhängig voneinander betrieben und angesteuert werden

(7)  Bessere Regelbarkeit der Biogaserzeugung durch schnell steuerbare Raumbelastung   

  • Suspensionszufuhr und Steuerung der Umwälzgeschwindigkeit (Mischreaktor), schnelle Temperaturregelung
  • Bedarfsgerechte Gasproduktion und somit wesentlich verbesserte Manövrierfähigkeit der    Gaserzeugung möglich (Ausbildung eines Lastfolgeverhaltens möglich)

 

(8)  kurze Verweilzeit durch schnellen Abbau (siehe unter 3.)

  • geringere Betriebskosten je m3 erzeugten Gas
  • verbesserte CO2  Vermeidung

(9)  Einsatz als dezentrale Anlage mit gleichzeitiger Transportwegminimierung durch Aufkonzentrierung der Suspension

 

Minimierung der Betriebs- und Investitionskosten(Durchsatz, Baugröße, geringeres Heizvolumen, usw…) im Vergleich zu bestehenden einstufigen Verfahren und zweistufigen Verfahren:

 

  1. Transport: geringere Kosten durch höher verdichtete Biomasse im z.B.     Silageballen, geringere anlageninterne Transporte durch kleinere Volumenströme durch aufkonzentrierte Suspension
  2. Pumpen-, Rührwerk-, Eintragsschneckenleistung: durch Verkleinerung des Reaktorvolumens verringert sich auch der Volumenstrom

 

  1. Gärrestbehälter entfällt

 

  1. Aufbereitetes Reaktorrestwasser wird im Kreislauf zurückgeführt und für die Bereitstellung der Suspension genutzt, geringere Anlagen und Betriebskosten, Verfügbarkeit von Düngesalzen
  2. Baugröße durchgeführte Grundlagenversuche haben gezeigt, das je kg oTM ca. 700-750 l Biogas mit einen Methananteil von über 70% erzielt wurde. Daraus wird abgeleitet, daß die Baugröße bei vergleichbarer Methanproduktion kleiner als bei herkömmlichen Rührkesselfermenteranlagen gestaltet werden kann bzw. Anlagen für Klein BHKW . 

 

  1. Aufheizvolumen ist geringer, weniger mechanische Komponenten wie Eintragsschnecke, Rührwerke durch Behälter in Behälter Aufbau

geringere Anlagen und Betriebskosten

  1. Geringerer Verschleiß z.B. durch Reibung, Verstopfung oder Versackung durch das Entfernen von anorganischen Fremdbestandteilen an drehenden Bauteilen(Pumpenrad und Welle)

 

  1. Minimierung der Rohstoffverluste in den vorgeschalteten Bearbeitungsstufen

nur sehr geringe aerobe Umwandlungsverluste

 

  1. Ernte:  keine Feldröstung notwendig     geringere Rohstoffkosten und Rohstoffverluste
  1. Silierung: Herstellen von Ballensilage Verringerung der Silierverluste durch Oxidation und Pilzbefall bei z.B. Siloöffnungen,
  2. kein Abfluss von Siloflüssigkeit, kleinere Silolager möglich

 

Durch die Umsetzung der Zielstellungen verringern sich Aufwand im Vergleich zum Stand der Stand der Technik notwendigen Arbeitsschritten und Aufwendungen bei der Substratbereitstellung und bei der Biogaserzeugung. Folgender Arbeitsablauf wird im Projekt angestrebt:

1.     Ernte der Biomasse von Grünlandflächen, Ackerflächen und sonstigen Flächen (z.B. Landschaftspflege, Parkanlagen, Straßenränder usw.)

2.     Mobile Zerkleinerung der Biomasse vor Ort (Vorzerkleinerung durch das Aufschlussverfahren der Hochschule Zittau/Görlitz) ersetzt das Häckseln der Biomasse für die Silierung)

 

3.     Ballenpresse (Ballensilage ohne Flüssigkeits(Silagesickerwasser)- und Oxidationsverlust, kein Pilzbefall), Folie für Ballen aus abbaubarer Folie

 Polylactate

4.     Transport zum Lager und Lagerung in Ballen (dosierte Silageentnahme ohne wie bisher Verluste durch aerobe Prozesse bei Silageöffnung)

5.     Aufschluss der Biomasse(Silagen, Frischmassen ohne bestimmten Anspruch an deren Qualität)

6.     Bereitstellung der Pflanzensuspension aus den Aufschlussprozess

7.     Erzeugung eines Konzentrat aus der Pflanzensuspension (oTM >15%)

8.     Biogaserzeugung (ohne Schwefelwasserstoff, Methangehalt über 70%)

9.     CO2 Wäsche (mit geringeren Aufwand, da der Methangehalt über 70% liegt)

Weitere Daten

  • Ansprechpartner

    • Herr Prof. Bernd Haschke (Projektleitung)
    • Herr Michael Horn
    • Herr Matthias Tirsch
  • Fördermittelgeber

    • KF2853305RH3 - BMWi/AIF

      • BMWi
  • Finanzierung

    • 174.997,00 €

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