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Die
Erfindung betrifft die Gebiete der Biochemie und Energieerzeugung
und betrifft ein Verfahren zur Vergärung silierter nachwachsender
Rohstoffe, die nachfolgend in einer Biogaserzeugungsanlage eingesetzt
verbesserte Eigenschaften aufweisen. Ein Einsatz ist sowohl bei
der Monovergärung
von nachwachsenden Rohstoffen als auch bei der Co-Vergärung mit
Wirtschaftsdüngern
(z. B. Gülle)
in landwirtschaftlichen Biogasanlagen oder bei der Co-Vergärung mit
Klärschlämmen auf
kommunalen Kläranlagen
möglich.
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Die
Umwandlung von Biomasse in energetisch zu verwertendes Biogas unter
Ausnutzung der biochemischen Leistungsfähigkeit einer anaeroben Mischpopulation
von Mikroorganismen wird großtechnisch
sowohl in landwirtschaftlichen Biogasanlagen als auch in Faultürmen kommunaler
Kläranlagen praktiziert.
Die dabei verwendete Verfahrenstechnik umfasst ein sehr breites
Spektrum an Kombinationen und Anzahl und Schaltung von Fermentern,
Prozesstemperatur (mesophil, thermophil), Substratbehandlung, Beschickungsregime,
Durchmischung, Aufenthaltsdauer und Raumbelastung.
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Bei
der Nutzung nachwachsender Rohstoffe als Haupt- oder Co-Substrat
zur Biogaserzeugung verhindert deren chemische Struktur eine vollständige Umsetzung
zu Biogas. Größere Anteile
dieses pflanzlichen Materials bestehen aus, für Mikroorganismen, schwer oder
gar nicht zugänglicher
Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Außerdem liegt die Partikelgröße der silierten
Rohstoffe im Zentimeterbereich und ist damit relativ grob. Etwa
60–80%
der Trockenmasse weisen eine Partikelgröße von mehr als 1 mm auf. Das
Verhältnis
von Umfang/Fläche
als Maß für die spezifische
Oberfläche
dieser Grobfraktion beträgt
im Mittel 1–2
mm/mm2. Diese spezifische Oberfläche pro
Substratmenge, an denen hydrolytisch wirkende Mikroorganismen und
Enzyme für eine
stoffliche Umsetzung angreifen können
ist vergleichsweise gering. Sowohl die Partikelgröße als auch
die chemische Struktur führen
bei der Anwendung herkömmlicher
Vergärungstechnologien
zu unbefriedigenden und teilweise unwirtschaftlichen Abbaugraden.
Die Verweilzeiten der Substrate in anaeroben Fermentern sind mit
50 bis 150 Tagen entsprechend dem Stand der Technik sehr lang und
die erreichten Abbaugrade gleichzeitig ungenügend, was sich negativ auf
die Wirtschaftlichkeit der Anlagen auswirkt.
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Die
verschiedenen Beschickungssubstrate werden entweder in einer Vorgrube
miteinander vermischt (angemaischt) oder separat in den Fermenter eingetragen.
Eine gezielte biologische Vorhydrolyse oder Zerkleinerung wird selten
praktiziert. Die Hydrolyse stellt jedoch bekanntermaßen den
die Geschwindigkeit limitierenden Schritt in der anaeroben Abbaukette
dar. Aus diesem Grund ist deren Realisierung im eigentlichen Fermenter
gemeinsam mit allen anderen Abbauschritten als kritisch zu bewerten. Im
Fermenter stellen sich die Milieubedingungen als Folge aller ablaufenden
biochemischen Prozesse ein. Diese Bedingungen sind besonders für die Hydrolyse
nicht als optimal einzuschätzen,
so dass eine Entkopplung dieses Schrittes mit der Einstellung bestmöglicher
Verhältnisse
Stand der Technik sein sollte, aber für silierte Materialien nicht
ist.
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Problem
bei der Vorhydrolyse von silierten Materialien ist deren sehr hoher
Gehalt an organischen Säuren,
welche während
des Silierprozesses als natürliche
Konservierungsmittel entstehen. Der pH-Wert einer mit Silagen betriebenen
Hydrolysestufe fällt
ohne entsprechende Puffersubstanzen in einen Bereich ab, welcher
keine weitere Freisetzung von organischen Säuren zulässt (Konservierung/Selbsthemmung).
Bei der Co-Vergärung
von Silagen mit Gülle
reicht die Pufferwirkung der Gülle zwar
aus, um Milieubedingungen für
eine biologische Hydrolyse zu schaffen. Trotzdem wird der Prozess der
gewünschten
Substratlösung
durch die Fracht an organischen Säuren in der Silage begrenzt
(rascher Gradientenausgleich). Das bedeutet eine derartige Stufe
arbeitet nicht effizient genug bezogen auf die innerhalb einer Zeiteinheit
freigesetzten leicht verfügbaren
Bestandteile.
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Im
Zuge des Ausbaus der Erzeugung regenerativer Energie, gewinnt die
Verwendung nachwachsender (silierter) Rohstoffe stark an Bedeutung. Da
im Gegensatz dazu die zur Verfügung
stehende Güllemenge
als gleich bleibend anzusehen ist, werden gegenwärtig und in Zukunft vermehrt
Anlagen installiert, welche auf Gülle fast oder gänzlich verzichten.
Für solche
Anlagen ist die Nutzung einer vorgeschalteten Hydrolysestufe erheblich
erschwert, da bisher kein der Gülle
adäquates
Puffersubstrat zur Neutralisation der Silagesäuren zur Verfügung steht.
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Des
Weiteren ist bei in Reihe geschalteten Reaktoren (Kaskaden) nur
der erste Reaktor voll ausgelastet, da der größte Anteil der mikrobiologisch
verfügbaren
organischen Stoffe bereits in den ersten 20 bis 30 Tagen umgesetzt
wird. Alle nach geschalteten Reaktoren sind in ihrer Abbauaktivität und Geschwindigkeit
sehr stark begrenzt. Ursache ist die sehr langsame Hydrolyse der
verbliebenen organischen Fraktionen. Dies führt zu einer Unterlastung der
Methanogenese, welche noch deutliche Reserven aufweist.
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Bei
der energetischen Verwertung des entstehenden Biogases ist dessen
Qualität
für die
genutzten Systeme von großer
Bedeutung. Besonders hervorzuheben ist dabei der Gehalt an Schwefelwasserstoff
und Methan. Während
ersterer Auswirkungen auf die Betriebsstabilität infolge Korrosion hat, bedeutet
ein höherer
Methananteil eine größere Leistungsdichte
und damit beispielsweise einen höheren Wirkungsgrad
eines Blockheizkraftwerkes. Nach dem Stand der Technik wird der
Methangehalt von Biogasanlagen nicht direkt beeinflusst, sondern
ist in der Regel abhängig
vom eingesetzten Substrat. Ausnahme ist die Aufbereitung zur Einspeisung
in Gas- oder Treibstoffnetze, für
die eine Vielzahl von technischen Lösungen bereitsteht, welche
energetisch aufwendig zu betreiben sind. Für die Reduzierung des Schwefelwasserstoffgehaltes
werden sowohl die biologische Entschwefelung (O2-Eintrag)
als auch externe Entschwefelungsanlagen eingesetzt.
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In
einer offenen Hydrolysestufe werden besonders Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff
an die Atmosphäre
abgegeben. Diese abgetrennten Reaktionsprodukte feh len im Biogas
der nachfolgenden Fermentationsstufe, weshalb sich dessen Qualität verbessert.
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Nachteile
der bekannten technischen Lösungen
bestehen in der vergleichsweise langen Reaktionszeit und den zum
Teil großen
qualitativen Schwankungen der Eigenschaften des erzeugten Biogases.
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Die
Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung besteht
in der Angabe eines Verfahrens zur Vergärung silierter nachwachsender
Rohstoffe, durch welches die Gesamtzeiten zur Herstellung von Biogas
verringert, die Methanausbeuten erhöht und eine geringere Schwankungsbreite
der Qualität
des erzeugten Biogases erreicht wird.
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Die
Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Vergärung
silierter nachwachsender Rohstoffe werden silierte nachwachsende
Rohstoffe gewaschen und zerkleinert, nachfolgend die gewaschenen
und zerkleinerten silierten nachwachsenden Rohstoffe, bei denen
mindestens ein Teil des Waschwassers entfernt worden ist, einer
separaten Hydrolyse unterworfen, und danach die Hydrolyseprodukte
dem bekannten Verfahren zur Biogaserzeugung in Fermentern unterworfen.
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Vorteilhafterweise
werden die silierten nachwachsenden Rohstoffe mit dem Waschwasser
gemischt oder besprüht.
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Weiterhin
vorteilhafterweise werden als Waschwasser dünnflüssige Substanzen, die keine nachteiligen
Auswirkungen auf die nachfolgenden aneroben Abbauschritte in dem
Verfahren zur Biogaserzeugung in Fermentern ausüben, eingesetzt, wobei besonders
vorteilhafterweise als Waschwasser Abwässer, Betriebswässer, Trinkwasser
oder Prozesswässer
von Entwässerungsanlagen
eingesetzt werden.
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Ebenfalls
vorteilhafterweise wird eine Menge von 20 bis 500 Ma.-% Waschwasser
bezogen auf die zu waschende Silagemasse (Originalsubstanz) eingesetzt.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn das Waschen der silierten nachwachsenden
Rohstoffe mit gezielter Durchmischung der Rohstoffe durchgeführt wird.
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Auch
vorteilhaft ist es, wenn das Waschen der silierten nachwachsenden
Rohstoffe bei Temperaturen im Bereich von 1°C bis 60°C durchgeführt wird.
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Und
vorteilhaft ist es auch, wenn das Waschen der silierten nachwachsenden
Rohstoffe in einer Zeit von 1 s bis 10 h durchgeführt wird.
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Von
Vorteil ist es, wenn das Waschwasser durch Pressen, Filtrieren oder
Abtrennen im Schwerkraft- oder Zentrifugalkraftfeld von der gewaschenen Silage
entfernt wird.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn die silierten Rohstoffe vor der Waschung
mechanisch zerkleinert werden.
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Ebenfalls
vorteilhaft ist es, wenn die silierten und mit Waschwasser vermischten
Rohstoffe simultan während
des Wasch- und Entwässerungsprozesses
mechanisch zerkleinert werden.
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Und
auch von Vorteil ist es, wenn die silierten und mindestens teilweise
entwässerten
nachwachsenden Rohstoffe mechanisch zerkleinert werden.
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Von
Vorteil ist es auch, wenn die mechanische Zerkleinerung mittels
Schneiden, Quetschen, Reiben und Zerfasern durchgeführt wird.
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Und
vorteilhaft ist es auch, wenn die mechanische Zerkleinerung innerhalb
von 1 s–10
min durchgeführt
wird.
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Ebenfalls
vorteilhaft ist es, wenn dem Hydrolyseprozess neben den gewaschenen
silierten und mindestens teilweise entwässerten nachwachsenden Rohstoffen,
bezogen auf die entstehende Gesamtmischung, 10%–40% Gülle oder 10%–70% Gärrest aus
dem eigenen Biogasgewinnungsverfahren oder 5%–25% Gülle gemeinsam mit 5–25% Gärrest zugesetzt
werden, wobei alle Varianten mit 0%–50% Belebtschlamm kommunaler
Kläranlagen
und/oder 0%–50%
Prozesswässern
kombiniert sein können.
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Und
vorteilhaft ist es auch, wenn das mindestens teilweise entfernte
Waschwasser in den nachfolgenden Verfahrenschritten zur Biogaserzeugung
in den Fermentern dosiert wird.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird es möglich,
den Gesamtprozess zur Herstellung von Biogas aus silierten nachwachsenden
Rohstoffen zu beschleunigen und die gewünschte Verkürzung der Verfahrenszeiten
insgesamt zu erreichen.
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Gleichzeitig
wird die pro eingesetzte Substratmenge erzeugte Methanmenge erhöht und die Qualität der Eigenschaften
des erzeugten Biogases verbessert.
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Weiterhin
ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Voraussetzung für
den Betrieb einer biologischen Hydrolysestufe für die Versäuerung silierter Substrate
ohne den zwingenden Einsatz einer größeren Güllemenge geschaffen. Dadurch
ist es möglich,
einen von der eigentlichen Vergärungsstufe zur
Herstellung von Biogas entkoppelten Prozessschritt voranzustellen,
welcher unter optimalen Milieubedingungen den Geschwindigkeit limitierenden Schritt
der Hydrolyse beschleunigt. Die in der nachfolgenden Vergärungsstufe
notwendige Verweilzeit wird verkürzt,
womit sich die Behältergrößen und
damit die notwendigen Investitionskosten reduzieren.
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Bei
der Verwendung von in Reihe geschalteten Fermentern werden die einzelnen
Prozessstufen gleichmäßiger belastet
und die Überlastung
des ersten Fermenter wird zum Teil auf die Nachfolgenden übertragen.
Der Gesamtprozess wird stabilisiert und die Gasausbeute je zugeführter Substratfracht
gesteigert.
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Die
Gasqualität
wird hinsichtlich des Methan- und Schwefelwasserstoffgehaltes verbessert.
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Erreicht
wird dies, indem durch das Waschen der silierten nachwachsenden
Rohstoffe die beschriebene Selbsthemmung der Hydrolyse durch eingebrachte
organische Säuren
aus den Silagen behoben oder vermindert wird. Weiterhin werden durch eine
möglichst
starke mechanische Zerkleinerung der silierten nachwachsenden Rohstoffe
vor, während
oder nach dem Waschen das Mischverhalten der Rohstoffe sowie deren
Reaktivität
deutlich verbessert. Dies wird insbesondere durch die Vergrößerung der
Oberfläche
der Rohstoffe erreicht. Durch diese erfindungsgemäße Prozessstufe
der mechanischen Zerkleinerung wird der Hydrolyseprozess weiter
beschleunigt. Zur Pufferung des pH-Wertes und für die Zuführung von hydrolysierten Mikroorganismen
ist die Rückführung von
Gärresten
in den Hydrolyseschritt sehr wichtig.
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Zuerst
werden die silierten nachwachsenden Rohstoffe gewaschen, vorteilhafterweise
erfolgt dies durch Vermischung oder Besprühung der einzusetzenden Silage
mit Waschwasser, wobei das Waschwasser in einer Menge zwischen 20
Masse-% und 500 Massen-% bezogen auf die zu waschende Silagemasse
(feuchte Masse – original
Silage) eingesetzt wird. Als Waschmedium können dünnflüssige (0–5% Trockensubstanzgehalt)
Substanzen eingesetzt werden, welche verfügbar sind und kei nerlei schädliche Wirkung
auf einen nachfolgenden anaeroben Abbauschritt zur Herstellung von
Biogas ausüben.
Vorteilhafterweise werden dazu Abwässer, Betriebswässer, Trinkwässer oder
Filtrate von Entwässerungsstufen
eingesetzt.
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Die
Kontaktzeit zwischen Waschwasser und Silage beträgt vorteilhafterweise 1 s bis
10 h. Ebenfalls ist es vorteilhaft, eine aktive Durchmischung während der
Kontaktzeit durch eine mechanische Bewegung der Silage mit dem Waschwasser
durchzuführen.
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Im
Anschluss ist mindestens eine teilweise Abtrennung des Waschwassers
von der Silage notwendig. Vorteilhafterweise sollten mindestens
50% des Waschwassers entfernt werden. Dabei kann ein Großteil schon
mit Hilfe der Schwer- oder Zentrifugalkraft oder durch Abpressen
entzogen werden. Eine Unterstützung
dieses Prozesses durch den Einsatz von mechanischen Aggregaten ist
allerdings zu bevorzugen (z. B. Schneckenseparator). Damit ist vorteilhafterweise
auch eine sehr hohe Menge an Presswasser von 100–200% gegenüber der ursprünglich eingesetzten
Waschwassermenge erreichbar.
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Im
Ergebnis der erfindungsgemäßen Waschstufe
werden zwei Produkte erhalten. Zum einen entsteht ein entferntes
Waschwasser, welches möglichst frei
von groben Partikeln und stark beladen mit organischen Säuren und
anderen gelösten,
leicht abbaubaren Substraten ist und vorteilhafterweise als schnell
verwertbares Substrat den Fermentern zugeführt werden kann. Ein besonderer
Vorteil ist die sehr einfache Handhabung, welche eine gleichmäßige Dosierung
ermöglicht.
Bei einstufigen Anlagen ist eine Dosierung in Beschickungspausen
zur vorteilhaften Vergleichmäßigung der
Beschickungsbelastung möglich.
Bei mehrstufigen Anlagen ist die Zugabe des abgetrennten Waschwassers
besonders in dem zweiten oder weiteren Fermentern vorteilhaft. Letzteres
führt zu
einer Entlastung der ohnehin in der Regel hoch belasteten ersten
Fermenter und zu einer besseren Ausnutzung bestehender Kapazitäten.
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Als
zweites Produkt wird die gewaschene und mindestens teilweise entwässerte Silage
welche von seinen Eigenschaften her (Trockenrückstand, Handhabung) sehr der
ungewaschenen Silage ähnelt,
gewonnen. Wesentlicher Unterschied ist aber die nun um 20% bis 80%
verminderte Fracht an gelösten
Stoffen, wie z. B. den organischen Säuren.
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Die
mechanische Zerkleinerung der silierten Rohstoffe kann erfindungsgemäß sowohl
vor (Rohsilage) als auch nach der Waschung (Pressgut) durchgeführt werden.
Einen großen
Vorteil bietet auch die dritte Möglichkeit
der Einbindung einer Zerkleinerung, bei der die Silage während des
Waschvorganges, beispielsweise während
des Abpressens des Waschwassers, simultan mechanisch zerkleinert wird.
Letzteres vermindert den maschinellen Aufwand, da nur ein Aggregat
für Waschung
und Zerkleinerung benötigt
wird.
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Die
mechanische Zerkleinerung der (gewaschenen) Silage erfolgt vorteilhafterweise
in Schneidmühlen,
Extrudern oder Prallmühlen,
wobei ein Schneiden, Quetschen, Reiben und Zerfasern der Grobbestandteile
erfolgt. Die Beanspruchungsdauer liegt zwischen 1 s und 10 min.
Nach der Behandlung liegt der Anteil von Partikeln > 1 mm bei nur noch 20%.
Außerdem
wird für
diesen Grobanteil ein Verhältnis
von Umfang/Fläche
der Partikel von ca. 6–10 mm/mm2 erreicht.
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Das
gewaschene und zerkleinerte Pressgut gelangt anschließend in
die Hydrolysestufe. In dieser ist, bezogen auf die entstehende Gesamtmischung, eine
Vermengung mit 10%–70%
Gärrest,
welcher aus der nachgeschalteten Fermentation zurückgeführt wird
und 0%–50%
Belebtschlamm kommunaler Kläranlagen
und/oder 0% bis 50% Prozesswässer möglich Eine
weitere Möglichkeit
ist die Vermengung mit 10%–40%
Gülle und
0%–50%
Belebtschlamm kommunaler Kläranlagen
und/oder 0% bis 50% Prozesswässer.
Auch eine Zugabe von 5–25%
Gärrest und
5–25%
Gülle kombiniert
mit den genannten Anteilen von Belebtschlamm und Prozesswässern stellt eine
mögliche
Variante dar. Durch das Anmaischen mit den genannten Substraten
wird die Silage in einen rührfähigen Zustand überführt (Trockenrückstand
= 7–15%),
der pH-Wert gepuffert und eine ausreichende Menge an aktiven Mikroorganismen
der Prozessstufe zugeführt.
Eine mechanische Zerkleinerung des Materials bringt hierfür weitere
Vorteile. Die Rückführung von
Gärresten
oder entwässerten Gärresten
(Flüssigteil)
in die Hydrolysestufe ist bei Verzicht auf einen Gülleeinsatz
besonders vorteilhaft. Die Feststoffe der eingesetzten Silage gehen
bei einer Aufenthaltszeit von 6 h bis 5 Tagen (je nach Rührintensität und Prozesstemperatur)
im Hydrolyseschritt zu Teil in Lösung über. Die
freigesetzten Stoffe sind im anschließenden Fermentationsschritt leicht
verfügbar
und führen
zu einer beschleunigten Gasbildung.
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Bei
einer Anlage mit zwei Fermentern wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
im ersten Vergärungsfermenter
eine Verweilzeit von 20–30
Tagen eingestellt. Für
den Nachfermenter genügen dann
10–20
Tage, da dieser zum einen den Ablauf vom Hauptfermenter mit geringerem
Gaspotenzial und zum anderen das Presswasser der Waschstufe mit
sehr schnellen Umsatzzeiten als Input erhält. Damit wird die Gesamtverweilzeit
in den Fermentern vorteilhaft vermindert.
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Gegenüber Lösungen des
Standes der Technik kommt es zu einer Beschleunigung des anaeroben
Abbaus von silierten nachwachsenden Rohstoffen und zu einer Steigerung
der Methanausbeute pro eingesetztes Substrat. Auf den Einsatz von
Gülle für den Betrieb
der Hydrolysestufe kann verzichtet werden, was den Standort der
Biogasanlage unabhängig vom
Vorhandensein von Gülle
oder Viehbetrieben macht. Besonders interessant wird dieser Aspekt, wenn
es um eine Kombination von Entsorgungsbetrieben und nachwachsenden
Rohstoffen geht.
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Es
werden weiterhin die Gasqualität,
die Prozessstabilität
und die Ausnutzung der vorhandenen Kapazitäten verbessert. Letzteres hat
seine Ursache besonders in der Flexibilität bei der Nutzung der anfallenden
Presswässer.
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Auch
auf bestehenden Anlagen, welche mit Gülle arbeiten, bringt eine Waschung
und Zerkleinerung der silierten Beschickungssubstrate mit anschließender Hydrolyse
die genannten Vorteile.
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Nachfolgend
wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 ein
Schema des Gesamtverfahrens zur Biogaserzeugung mit dem Hydrolyseprozessschritt,
-
2 ein
Schema des Gesamtverfahrens zur Biogaserzeugung mit dem Zerkleinerungs-
und Hydrolyseprozessschritt.
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Beispiel 1
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1000
kg Silage, bestehend aus 60%Mais und 40% Roggen GPS wird einem Waschreaktor
zugeführt.
Anschließend
werden dem Waschreaktor 1000 l Flüssigkeit, die aus Brauchwasser
(Kläranlagenablauf)
besteht, zugegeben. Die Silage wird nach dem Einfüllen der
Flüssigkeit
durch Knetstempel für
10 min bewegt. Danach verbleibt die gewaschene Silage für 5 min
im Waschreaktor, wobei durch zusammendrücken der Silage das Waschwasser
zu 100% aus der Silage entfernt wird. Das ausgepresste Waschwasser
wird aufgefangen. Es weist eine Zusammensetzung von 2,5% Trockensubstanzgehalt und
50 g/l gelösten
CSB auf und wird den in den nachfolgenden Prozessstufen vorhandenen
Fermentern zugegeben. Die gewaschene und teilentwässerte Silage
wird einem Hydrolysereaktor zugeführt, dem 0 Ma.-% Gülle, 15
Ma.-% Belebtschlamm einer kommunalen Kläranlage und 50 Ma.-% an Gärresten aus
dem eigenen Biogaserzeugungsverfahren zugeführt werden. Die Stoffe verbleiben
2 Tage im Hydrolysereaktor und werden dann dem bekannten Verfahren
zur Biogaserzeugung zugeführt.
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Das
Gesamtverfahren zur Biogaserzeugung benötigt erfindungsgemäß eine Zeit
von 37 Tagen im Vergleich zu 60 Tagen nach Verfahren nach dem Stand
der Technik. Weiterhin erfolgt durch die Waschung der Silage eine
Vereinheitlichung der Zusammensetzung, so dass die dem bekannten
Biogaserzeugungsverfahren zugeführte
hydrolysierte Silage eine gleichmäßigere Zusammensetzung aufweist, wodurch
das erzeugte Biogas ebenfalls eine verbesserte Gasqualität aufweist.
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Beispiel 2
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1000
kg Silage, bestehend aus 60%Mais und 40% Roggen GPS wird einem Waschreaktor
zugeführt.
Anschließend
werden dem Waschreaktor 500 l Flüssigkeit,
die aus Brauchwasser (Kläranlagenablauf)
besteht, zugegeben. Danach verbleibt die gewaschene Silage für 5 min
im Waschreaktor, wodurch das Waschwasser aufgrund der Schwerkraft durch
den Silagekörper
sickert und sich am Boden sammelt. Durch Entleeren des gesamten
Behälters wird
das Wasser und die Silage erneut durchmischt, eine weitergehende
mechanische Durchmischung erfolgt nicht. Mit einer Fördereinrichtung
wird dieses Silage-Wasser-Gemisch zu einer Schneckenpresse geführt und
dort das Waschwasser abgepresst. Im Ergebnis der Entwässerung
werden ca. 800 l Presswasser mit 4,5% Trockensubstanzgehalt und
55 g/l gelösten
CSB erhalten. Dieses Presswasser wird vollständig dem Nachfermenter der
zweistufigen in Reihe geschalteten Vorrichtung zugeführt. Die
gewaschene und teilentwässerte
Silage wird mit Hilfe eines Planetwalzenextruders kontinuierlich
zerkleinert, wobei die Grobstoffe > 1
mm von einem Massenanteil 80% auf 20% reduziert bzw. 75% dieser
Grobstoffe auf unter 1 mm zerkleinert werden. Die Aufenthaltszeit
im Aggregat beträgt
ca. 15 s, wobei das Verhältnis
von Umfang zu Fläche
der Partikel von 1,5 auf 9 mm/mm2 steigt.
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Nachfolgend
wird die gewaschene, abgepresste und zerkleinerte Silage einem Hydrolysereaktor
zugeführt,
dem 0 Ma.-% Gülle,
10 Ma.-% Belebtschlamm einer kommunalen Kläranlage und 65 Ma.-% an Gärresten
aus dem eigenen Biogaserzeugungsverfahren zugeführt werden. Die Stoffe verbleiben
2 Tage im Hydrolysereaktor und werden dann der ersten Vergärungsstufe
im ersten Fermenter zugeführt,
in welchem die hydraulische Verweilzeit 25 Tage beträgt. Nachfolgend
werden die Produkte in den Nachfermenter geführt und verbleiben dort im Mittel
noch 10 Tage.
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Das
Gesamtverfahren zur Biogaserzeugung benötigt erfindungsgemäß eine Zeit
von 37 Tagen im Vergleich zu 60 Tagen nach Verfahren nach dem Stand
der Technik. Weiterhin erfolgt durch die Waschung und mechanische
Zerkleinerung der Silage eine Vereinheitlichung der Zusammensetzung,
so dass die dem bekannten Biogaserzeugungsverfahren zugeführte hydrolysierte
Silage eine gleichmäßigere Zusammensetzung
aufweist, wodurch das erzeugte Biogas ebenfalls eine verbesserte
Gasqualität
aufweist.