DE10003477A1 - Anlage zur Erzeugung und Nutzung von Biogas - Google Patents
Anlage zur Erzeugung und Nutzung von BiogasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage und Nutzungsalternative entsprechend dem Oberbegriff des
Anspruch 1.
Biogasanlagen dienen der Erzeugung und Nutzung von Biogas. Das in anaerober Fermentation
von organischen Stoffen produzierte Biogas wird meist in Hubkolbenmotoren bzw. in Turbinen
zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme verbrannt. Übliche Bauformen sind ca.
250 m3 fassende Tanks, die zum einen zur Aufnahme des zu fermentierenden Materials bzw.
des erzeugten Gases dienen. Eine typische 250 m3 Anlage erreicht z. Zt. eine elektrische
Leistung von ca. 20 kW. Bei größeren Anlagen werden häufig Fermenter aus einer mit einer
Holzkonstruktion gedeckelten Betonschale eingesetzt. In derartigen Großanlagen werden
Fermenter mit einem Gesamtvolumen von einigen Tausend m3 eingesetzt, wobei meist mehrere
Behälter in Reihe hintereinander geschalten sind. Zum Erreichen von elektrischen Leistungen
im MW-Bereich ist eine umfangreiche Installation kaskadierter Fermenter erforderlich, deren
Installation mit starken Landschaftsveränderungen einhergeht.
Beim Betrieb großer Biogasanlagen wird eine umfangreiche Infrastruktur zum An- und
Abtransport des Materials und zur Einspeisung produzierter Energie in das öffentliche Netz
benötigt. Darüber hinaus besteht beim Betrieb von Biogasanlagen das Problem der Zwischen
lagerung des vergorenen Substrates vor dem Austrag auf landwirtschaftliche Nutzflächen. Enge
Vorgaben über Düngermenge und Düngezeiträume von Seiten des Gesetzgebers verschärfen
diese Problematik. Deshalb ist gerade für groß angelegte Biogasanlagen ein ausreichend
dimensionierter Reststoffspeicher wesentlicher Bestandteil der Infrastruktur.
Zusätzlich zu den für große Bauwerke typischen hohen Investitionskosten fallen bei der
Planung und dem Bau von Biogasanlagen weitere Kosten für notwendige Genehmigungs
verfahren an. Vor allem der hohe Landschaftsbedarf erschwert die Genehmigung großer
Anlagen. Der Neubau einer 10 MW-Anlage nach konventioneller Fermenterbauweise erfordert
eine Installation von der Größe eines mittelständischen Unternehmens. Derartige
Großbauwerke werden häufig von Anwohnern als Belästigung empfunden und in Form von
Bürgerinitiativen boykottiert.
Nicht mehr in Nutzung befindliche Industrieanlagen wie etwa Produktionsreaktoren der
Primärindustrie, Atomkraftwerke und Wiederaufbereitungsanlagen stellen häufig ein erhebliches
Altlastenproblem dar. Der Abriß derartiger Anlagen und die Rekultivierung der dabei
freigesetzten Flächen erfordert einen ähnlich hohen Aufwand wie der Bau dieser Anlagen einst
verschlungen hat. Eine Verlängerung der Nutzungsdauer dieser Installationen ist aus
wirtschaftlicher Sicht erstrebenswert. Das Ende der Nutzungsdauer derartiger Anlagen kann
aus vielfältigen Gründen erreicht werden; teilweise sind es wirtschaftliche Gründe, die eine
Produktion nicht mehr rentabel machen, teilweise sprechen technische Gründe gegen den
Weiterbetrieb und teilweise sind es politische Gründe bzw. öffentliche Bedenken, die
Anlagenstillegungen nach sich ziehen. In allen diesen Fällen bleiben Anlagen bzw. Anlagen
bestandteile zurück, die ggf. für alternative Nutzungen noch durchaus brauchbar sind. Die beim
Abriß verursachte Zerstörung intakter Anlagenbauteile ist unter volkswirtschaftlichen
Gesichtspunkten abzulehnen. Der durch Abriß und Rekultivierung verursachte Eingriff in die
Ökologie ist häufig schwerwiegender als der Weiterbetrieb der Anlagen.
Aufgabe der Erfindung ist die kostengünstige, genehmigungstechnisch einfache und
volkswirtschaftlich sinnvolle Schaffung einer Infrastruktur für große Biogasanlagen.
Diese Aufgabe wird durch Anlagen mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Stillgelegte bzw. nicht mehr genutzte Industrieanlagen bieten zum Teil hervorragende
Bedingungen zur Biogaserzeugung aus chemischen und biologischen Reststoffen. Das
erzeugte Biogas dient dabei als Rohstoff zur Erzeugung elektrischer und/oder thermischer
Energie. Hierbei können bestehende Anlagenteile wie Tanks, Reaktoren und Kühltürme
inklusive der Stromeinspeisungsanlagen wie Generatoren und Umspannwerke und der
Infrastruktur, wie Gleisanlagen und angelegte Strassenführungen optimal eingebunden werden.
Ein großer Vorteil der Alternativnutzung von stillgelegten Industrieanlagen zur Biogas
erzeugung liegt darin, daß die Entsorgung, der Abbau und der Abriß von bestehenden Anlagen
zumindest teilweise entfallen kann. Sowohl Entsorgungsarbeiten, als auch die Deponierung von
Bauschutt können vermieden werden. Die Investitionskosten zum Bau derartiger Biogasanlagen
liegen deutlich unter denen konventionell gefertigter Anlagen.
Bei der Installation einer Biogasanlage in einer stillgelegten Industrieanlage kann weitgehend
auf landschaftsverbrauchende Neubauten verzichtet werden. Genehmigungsverfahren sollten in
diesem Fall deutlich einfacher und schneller abgewickelt werden können. Anwohner werden
sich kaum gegen eine zukunftsorientierte Weiternutzung bestehender Anlagern wenden.
Eingriffe in bestehende Ökosysteme können durch Vermeidung von Abriß und Neubau
weitgehend vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der aus dem Vorhandensein großer Behältervolumina resultiert ist, daß das
Gärsubstrat deutlich länger als üblich im Fermenter bzw. im Nachfermenter verweilen kann.
Durch diese verlängerte Verweilzeit lassen sich die Biogasausbeute erhöhen und die
organische Belastung des auf landwirtschaftliche Nutzflächen auszubringenden Reststoffes
verringern. Vor allem für den Betrieb großer Biogasanlagen ist die günstige Anschaffung eines
ausreichend dimensionierten Speicherbehälters für die ausgefaulten Reststoffe ein gewichtiger
Vorteil.
Große Behältervolumina werden ebenfalls zur drucklosen Zwischenspeicherung des erzeugten
Biogases benötigt. Mit geringem Installationsaufwand lassen sich Reaktionsbehälter,
Aufbewahrungstanks, Kühltürme und ähnliches zu Gasspeichern umrüsten, wodurch eine
kontinuierliche Weiterverarbeitung des Energieträgers zu elektrischem Strom gewährleistet
wird.
Zur Versorgung großer Biogasanlagen mit den entsprechenden Mengen an vergärbaren
Substraten ist eine gute verkehrstechnische Infrastruktur erforderlich. Die für Industrieanlagen
bzw. Kraftwerke übliche Infrastruktur mit schwerlastgeeigneten Straßen, Gleisanschluß und
Leitungsnetzwerk ist für den Betrieb selbst großer Biogasanlagen meist ausreichend. Darüber
hinaus sind stillgelegte Industrieanlagen bzw. Kraftwerke häufig in Regionen zu finden, in denen
die chemische bzw. die petrochemische Industrie Produktionsanlagen betreibt. Die Abfallstoffe
dieser Betriebe wie z. B. Alkohole, organische Säuren, Lösungsmittel/Wasser-Gemische, aber
auch feststoffhaltige Dispersionen wie z. B. Pülpen oder Abfälle aus der Nahrungsmittelindustrie
können in Biogasanlagen umweltfreundlich zu Energie konvertiert werden. Die räumliche Nähe
zur Primärindustrie ist damit ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlagen.
Aufgrund der Vielgestaltigkeit stillgelegter Industrieanlagen lassen sich aussagekräftige
Ausführungsbeispiele für die Erfindung nur schematisch darstellen. Eignung und
Wirtschaftlichkeit eines erfindungsgemäßen Umbaues sind jeweils im Einzelfall zu prüfen.
Besonders geeignet zur Umrüstung in Biogasanlagen sind stillgelegte Kraftwerke. Vor allem
großzügig dimensionierte Kühltürme, wie sie unter anderem bei Kernkraftwerken zu finden sind,
können in eine Kombination aus Nachfermenter und Gasspeicher umgebaut werden. Der
untere Teil des Kühlturmes wird mit einer gas- und flüssigkeitsdichten Betonschale zur
Aufnahme des vorvergorenen Substrates abgeschlossen. Im Raum darüber sammelt sich zum
einen das direkt im Nachfermenter entstehende Biogas und zum anderen kann das in den
vorgeschaltenen Fermentern erzeugte Gas dort zwischengespeichert und ggf. an Bewuchs
flächen entschwefelt werden. Die obere Abdeckung des Gasspeichers ist mittels eines in der
Höhe verstellbaren Foliendaches zu realisieren, wobei die Steuerung der Dachposition über
Druckmessungen im Gasspeicher erfolgen kann. Die in Kraftwerken üblicherweise vor
handenen Dampferzeugungsanlagen und Dampfturbinen können zusätzlich zu den Behältern
genutzt werden. Bei einem nutzbaren Kühlturmdurchmesser von 70 m können in einem
Behälter mit 6 m Höhe ca. 23.000 m3 Substrat nachvergoren bzw. zwischengelagert werden.
Die Tragfähigkeit des Untergrundes ist vor dem Umbau zu überprüfen, bzw. in den zur
Baugenehmigung eingereichten Unterlagen nachzulesen.
Ähnlich wie stillgelegte Kraftwerke sind aufgelassene Einrichtungen der Petrochemie zum
Umbau in Biogasanlagen geeignet. Hier sind häufig großzügig dimensionierte Tanks zur
Lagerung von organischen Chemikalien vorhanden, die in geeignete Gas- bzw. Flüssig
speicher umgebaut werden können. Die angesprochen Tanks sind bereits mit einer gasdichten
Abdeckung ausgestattet. Darüber hinaus sind die Tanks meist mit einem für Biogasanlagen
ausreichenden Leitungsnetz miteinander verbunden, so daß hier die erforderlichen Investitionen
entsprechend niedrig ausfallen.
Claims (20)
1. Anlage zur Erzeugung von Biogas,
dadurch gekennzeichnet
daß zumindest ein bautechnisches Teil einer stillgelegten Industrieanlage zur Fermentation
von vergärbaren organischen Stoffen eingesetzt wird.
2. Anlage nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei diesem bautechnischen Teil um einen Behälter bzw. um ein in einen Behälter
umzubauendes Anlagenteil handelt.
3. Anlage nach dem vorherigen Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei diesen Anlagenteil um einen stillgelegten Turm, insbesondere einen Kühlturm
handelt.
4. Anlage nach dem vorherigen Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei diesem Anlagenteil um einen stillgelegten Reaktor handelt.
5. Anlage nach dem vorherigen Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei diesem Anlagenteil um einen stillgelegten Tank handelt, wobei der Tank zur
Lagerung von Feststoffen und/oder von Flüssigkeiten und/oder von Gasen konzipiert
sein kann.
6. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei der stillgelegten Industrieanlage um ein stillgelegtes Kraftwerk handelt.
7. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei der stillgelegten Industrieanlage um eine stillgelegte kerntechnische Anlage
handelt, womit insbesondere Atomkraftwerke und Wiederaufarbeitungsanlagen für
Kernbrennstoffe gemeint sind.
8. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die stillgelegte Industrieanlage der chemischen Industrie zuzuordnen ist, wobei unter
anderem auch die petrochemische Industrie und der Kohlebergbau gemeint sind.
9. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Fermenter mit mindestens einer Rührvorrichtung ausgestattet ist.
10. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der, bzw. die Fermenter mit geeigneten Vorrichtungen zum Einbringen des Substrates
ausgestattet sind.
11. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das entstandene Biogas gesammelt und zur Gewinnung anderer Energieträger genutzt wird,
wobei diese anderen Energieträger bevorzugt elektrischer Strom und/oder Wärme sind.
12. Anlage nach dem vorherigen Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Gassammlung und/oder zur Gasnutzung und/oder zur Energieumwandlung und/oder
zur Energieverteilung und/oder zur Reststoffverbringung und/oder zur Rohstofflogistik
bereits in der stillgelegten Industrieanlage vorhandene Einrichtungen verwendet werden.
13. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
das entstandene Biogas vor seiner Verwertung einer Reinigung unterzogen wird, wobei
damit unter anderem eine Entschwefelung gemeint ist.
14. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
das Biogas in einem Blockheizkraftwerk energetisch verwertet wird.
15. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
das Biogas in einer Gasturbine energetisch verwertet wird.
16. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Energiereserve zur Gewährleistung des Betriebes bei einem Mangel an Biogas
bevorratet wird, wobei Energiereserven aus Heizöl/Dieselkraftstoff oder aus stationären
Gasspeichern bzw. aus öffentlichen Versorgungssystemen bevorzugt eingesetzt werden.
17. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
als Substrat Gülle, verflüssigter Festmist oder andere zur Biogaserzeugung geeignete
organische und organisch chemische Substanzen bzw. Materialien eingesetzt werden.
18. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß
an Bewuchsflächen immobilisierte Bakterien zur Fermentation benutzt werden.
19. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß
das zur Biogaserzeugung verwendete Substrat vor der Überführung in den Fermenter
vorbehandelt wird, insbesondere sind Techniken des Eindickens, des Animpfens mit
Bakterien, des Vorwärmens und des aeroben Abbaues gemeint.
20. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß
Heizleitungen zur Erwärmung des Substrates durch den Fermenter geführt werden.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| DE102011117982A1 (de) * | 2011-11-09 | 2013-05-16 | Westinghouse Electric Germany Gmbh | System zur Zwischenspeicherung von Energie unter Verwendung stillgelegter Kraftwerksanlagen |
| CN113692971A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-11-26 | 安徽水部落环保科技有限公司 | 一种基于沼液净化的蔬菜种植系统 |
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2000
- 2000-01-27 DE DE10003477A patent/DE10003477A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
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| CN113692971A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-11-26 | 安徽水部落环保科技有限公司 | 一种基于沼液净化的蔬菜种植系统 |
| CN113692971B (zh) * | 2021-08-03 | 2023-02-28 | 安徽水部落环保科技有限公司 | 一种基于沼液净化的蔬菜种植系统 |
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