DE10020832A1

DE10020832A1 - Verfahren zur Energiegewinnung aus organischen Abfällen

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Publication number: DE10020832A1
Application number: DE10020832A
Authority: DE
Inventors: Werner Rammensee; George Agiorgitis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2020-04-29
Also published as: EP1149805A1; DE10020832B4

Abstract

Zahlreiche feste und flüssige Bioabfälle fallen nicht ganzjährig, sondern nur zu bestimmten Jahreszeiten, meist innerhalb von drei bis vier Monaten des Jahres an. Da bei der Biofermentation ein ganzjähriger Betrieb erforderlich ist, wäre eine Vergärung dieser Abfälle unwirtschaftlich und technisch nur sehr schwer durchführbar. Auch die Investitionskosten, die im wesentlichen von der Größe der Fermentatoren und des GHKW bestimmt werden, würden einen wirtschaftlichen Betrieb verhindern. DOLLAR A Die Aufgabe besteht also darin, ein Verfahren zu finden, das einen ganzjährigen und kontinuierlichen Betrieb der Fermentationsanlage gewährleistet und somit eine wirtschaftliche und ökologisch sinnvolle Verwertung dieser Abfälle ermöglicht. DOLLAR A Die Lösung des Problems besteht darin, einen Teil dieser Bioabfälle zur Gewährleistung eines ganzjährigen Betriebes nach entsprechender Vorbehandlung durch Wasserentzug in luftdicht verschließbaren Silos zwischenzulagern und bei Bedarf in der übrigen Zeit des Jahres den Fermentatoren zuzugeben. Der Wasserentzug kann, abhängig von der Art der Bioabfälle, durch einen Dekanter, durch Pressen oder durch Verdampfen oder Trocknen durchgeführt werden, wobei für die Verdampfung und Trocknung die Prozesswärme aus dem BHKW verwendet wird. Anschließend wird das Biomassekonzentrat in luftdichten Silos, auch unter CO¶2¶ oder durch Kühlung gelagert, um eine Vergärung zu verhindern, danach bei Bedarf mit Prozesswasser homogenisiert und verdünnt und der ...

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von flüssigen und festen Bioabfällen aus landwirtschaftlicher Produktion und aus der Nahrungsmittelin dustrie, insbesondere Zitrusfrüchte- und Zuckerrübenabfälle und deren Abwäs ser, Abfälle aus Olivenölproduktion, sowie vorgenannten Stoffen ähnliche organi sche Abfälle, die einzeln oder gemischt mit anderen Bioabfällen (auch tierischer Natur) als wässrige Suspension einer anaeroben Fermentation unterworfen wer den, wobei das entstehende methanhaltige Biogas zur Energiegewinnung weiter verwendet wird.

Es ist Stand der Technik, dass die meisten organischen Abfälle einer anaeroben Vergärung unterworfen werden können. Diese Technik setzt aber voraus, dass ein ganzjähriger Betrieb der Fermentation möglich ist, da ein Wiederanfahren eines Biogasreaktors bis zum stabilen Betrieb mehrere Wochen dauern kann.

Das vorliegende Verfahren beschränkt sich somit von vornherein auf Bioabfälle pflanzlichen und tierischen Ursprungs, die für eine Vergärung geeignet oder auch durch eine spezielle Vorbehandlung für eine Vergärung geeignet und nur zu be stimmten Jahreszeiten verfügbar sind.

Die Fermentation von nur jahreszeitlich verfügbaren organischen Abfällen, die z. B. nur während einer relativ kurzen Vegetationsperiode anfallen, wie Zitrusfrüchte, Obst oder Gemüse, und bei lebensmittelverarbeitenden Betrieben, wie der Zucker- und Olivenindustrie, ist auch deswegen schwierig realisierbar, da ein Stillstand der Fermentationsanlage über mehrere Monate einen hohen finan ziellen und technischen Aufwand für die notwendige Reinigung der Anlage, die Wartungsarbeiten während der Stillstandszeit und die Wiederinbetriebnahme er forderlich macht. Ein wirtschaftlicher Betrieb ist außerdem äußerst fraglich, da ein Stillstand der Anlage für 6-8 Monate nicht mehr amortisierbar ist. So beträgt z. B. die Ernteperiode von Zitrusfrüchten und Tomaten in den Mittelmeerländern ca. 100-140 Tage, die Produktionszeit von Zucker, und somit der Anfall von Zucker rübenabfällen und deren Abwässer, 100 bis 120 Tage.

Die Erfindung hat die Zielsetzung, nur jahreszeitlich verfügbare Abfälle über das ganze Jahr zu strecken und somit einen kontinuierlichen Ganzjahresbetrieb der Biofermentation zu ermöglichen. Für diesen Zweck müssen die Bioabfälle so auf bereitet werden, dass deren Lagerung in einem Silo für mindestens 6-8 Monate möglich ist, ohne dass diese Abfälle gären oder anderweitig biologisch umgesetzt werden. Grundsätzlich können dafür mehrere Verfahren angewandt werden.

1. Wasserentzug der Biomasse bis auf einen Wassergehalt von ca. 10-30% durch Verwendung eines Dekanteres und/oder einer Presse. Abhängig von der Art der Biomasse kann dies noch durch die Überschusswärme aus dem Blockheiz kraftwerk bis auf den erforderlichen Restwassergehalt weiter getrocknet werden. Die getrocknete Biomasse wird anschließend in einem luftdichten Silo, ggfs. unter CO₂, gelagert. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Anwendung auf Zuckerrübenabfälle.
2. Wasserentzug durch einen Verdampfer. Die Biomasse wird in einem Ver dampfer auf ca. 1/10 des ursprünglichen Volumens eingedampft. Die Energie wird aus der Abwärme des BHKW bezogen, so dass keine zusätzlicher Energiebe darf besteht. Die getrocknete Biomasse wird anschließend in einem luftdichten Silo, ggfs. unter CO₂, gelagert. Dieses Verfahren ist besonders für Zitrusabfälle anwendbar. Die Verdampfung hat den zusätzlichen Vorteil, dass durch diesen Prozess der konzentrierte Bioabfall sterilisiert wird und keine weiteren Maßnah men zur Verhinderung einer Gärung nötig sind. Außerdem werden durch die Ver dampfung die Vergärung störende und hemmende Stoffe entfernt. Bei der An wendung auf Zitrusfrüchte wird zusätzlich noch d-Limonen gewonnen, das ge winnbringend weiterverwendet werden kann und somit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert.
3. Die Biomasse wird in einem Dekanter konzentriert und anschließend bei Tem peraturen kleiner 10°C in einem hochisoliertem Silo gelagert. Die Kühlenergie wird über eine Wärmepumpe aus der Abwärme des BHKW gewonnen.
4. Die konzentrierte Biomasse wird in einem Silo gelagert, der luftdicht ver schlossen und gegebenenfalls mit Kohlendioxidgas aus dem Abgas des BHKWs geflutet wird. Der hohe CO₂-Partialdruck verhindert zuverlässig jede anaerobe oder aerobe Gärung der Biomasse.

Die Anwendung des jeweils geeigneten Verfahrens ist abhängig von der jeweili gen Biomasse.

Das Gesamtverfahren besteht somit aus den folgenden Teilschritten:

1. Vorbehandlung der Biomasseabfälle und -Abwässer: Homogenisierung und Mischung in einer Mühle oder einem Homogenisator. Gegebenenfalls Mischung mit anderen Bioabfällen. Einstellen des OTS-Gehaltes der wässrigen Suspension auf für die Vergärung optimalen Bedingungen. Gegebenenfalls Einstellung des pH-Wertes.
2. Aufteilen der homogenisierten Biomassesuspension in einen Teilstrom für die direkte Fermentierung, entweder mesophil oder thermophil, ein- oder 2-stufig und einen 2. Teilstrom für die Trocknung. Das Verhältnis der Teilströme ist ab hängig vom jahreszeitlichen Anfall der Biomasse.
3. Wasserentzug der zu lagernden Biomasse ("Molasse"} und deren Lagerung in einem luftdicht verschließbaren Silo, nach einem der vier oben beschriebenen Verfahren.
4. Aufschlämmen des Biomassekonzentrates mit Wasser in einem Puffertank. Dazu wird das beim Wasserentzug entstehende Überschusswasser verwendet, das in Wasserbecken zwischengelagert werden kann.
5. Einbringen der Biomasse in den Fermenter.
6. Zuführung des Biogases, ggfs. nach geeigneter Gasreinigung und -Trocknung, in das Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von el. Strom und Prozessdampf. Rückführung eines Teilstromes des Prozessdampfes (abhängig vom Biomasse anfall) für die Trocknung oder Verdampfung und die Temperierung der Fermen tatoren.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Anlage für die Fermentierung von Zitrusabfällen.

Hierin sind:

Bezugszeichenliste

1

Mühle, Homogenisator

2

Puffer Tank

3

Dekanter

4

Halbfestes Substrat

5

Molasse Puffertank

6

Verdampfer

7

d-Limonen Rektifikation

8

d-Limonen Tank

9

Surpluswasser Tank

10

Puffer- u. Verarbeitungs Tank

11

Fermenter I

12

Fermenter II

13

Biogas Tank

14

BHKW

15

Abhitzkessel

16

Ferm. Substratleitung

17

Surpluswasser Tank

18

Anaerober Kompostsilo

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von flüssigen und festen Bioabfällen aus landwirt schaftlicher Produktion und aus der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere Zitrusfrüchte- und Zuckerrübenabfälle und deren Abwässer, Abfälle aus Olivenöl produktion, sowie vorgenannten Stoffen ähnliche organische Abfälle, die nur zu bestimmten Jahreszeiten verfügbar sind und die einzeln oder gemischt mit an deren Bioabfällen (auch tierischer Natur) als wässrige Suspension einer anaero ben Fermentation unterworfen werden, wobei das entstehende methanhaltige Biogas zur Energiegewinnung weiterverwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teil dieser Bioabfälle zur Gewährleistung eines ganzjährigen Betriebes nach entsprechender Vorbehandlung durch Wasserentzug in luftdicht ver schließbaren Silos zwischengelagert werden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserentzug durch Verwendung eines Dekanters erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserentzug durch Verwendung einer Presse erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wasserentzug durch Trocknung der Biomasse mit der Prozesswärme aus dem Blockheizkraftwerk erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserentzug durch einen Verdampfer erfolgt, der mit der Abwärme des BHKW betrieben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zitrusabfällen durch die Verdampfung zusätzlich d-Limonen gewonnen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nach einem der Ansprüche 2 bis 5 konzentrierte oder getrocknete Bioabfall in einem luftdicht verschlossenen Silo bis zur Fermentation gelagert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nach einem der Ansprüche 2 bis 5 konzentrierte oder getrocknete Bioabfall zur Lagerung in einem luftdicht verschlossenen Silo mit CO₂-Gas aus dem BHKW geflutet oder auf Temperaturen kleiner 10°C abgekühlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kon zentrierte oder getrocknete Bioabfall durch Wasser, das durch Wasserentzug in einem oder mehreren Ansprüchen 2 bis 5 erzeugt wurde und in Lagerbecken zwi- schengelagert wird, zur Verdünnung auf den optimalen OTS-Gehalt verwendet und bei diesem Prozess wieder homogenisiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Zuckerrübenabfällen der konzentrierte oder getrocknete Abfall durch Wasser, das durch Wasserentzug in einem oder mehreren Ansprüchen 2 bis 5 erzeugt wurde oder aus den Zuckerrübenabwässern der Zuckerproduktion stammt, in Lager becken gelagert wird, zur Verdünnung auf den optimalen OTS-Gehalt verwendet und bei diesem Prozess wieder homogenisiert wird.