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DE102009009920A1 - Device, useful for improving gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants, comprises a separator is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass - Google Patents

Device, useful for improving gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants, comprises a separator is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass Download PDF

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DE102009009920A1
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Abstract

Device comprises a separator (1), which is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass. The separator is connected both with a container (3) for liquid substrate as well as with an extruder (2) for swollen solid substance from the organic biomass. The effect of cavitation and implosion of the cells of the swollen solid substance is greater than the cells of the non-swollen biomass as feedstock for the biogas plant, by the pressure and the temperature and a subsequent strong reduction in the volume stress of the solid substance. Device comprises a separator (1), which is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass. The separator is connected both with a container (3) for liquid substrate as well as with an extruder (2) for swollen solid substance from the organic biomass. The extruder is an extruder for swollen solid substance. The effect of cavitation and implosion of the cells of the swollen solid substance is greater than the cells of the non-swollen biomass as feedstock for the biogas plant, by the pressure and the temperature and a subsequent strong reduction in the volume stress of the solid substance, and the extruder is connected with the container.

Description

Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen.Facility for improved gas yield by further digestion of organic matter Biomass in biogas plants The invention relates to facilities for improved gas yield by further digestion of organic Biomass in biogas plants.

Durch die Druckschrift DE 10 2004 054 468 A1 (Verfahren zur anaeroben Vergärung pflanzlicher Substrate und deren Vorbehandlung mittels thermomechanischem Aufschluss) ist ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch anaerobe Vergärung pflanzlicher Substrate in einem Reaktor bekannt. Dabei wird zur Erzielung einer nachweislich höheren Gasbildungsrate dem Vergärungsprozess eine aufbereitungstechnische Vorstufe außerhalb des Reaktors durch Extrusion der pflanzlichen Substrate vorgeschaltet. Dabei wird aber eine wirkungsvolle Zerstörung der Zellstrukturen in Form der Ligninstrukturen nicht erreicht. In diese sind Zellulose und Hemizellulose eingebunden, die ohne die Zerstörung der Ligninstrukturen für den Biogasbildungsprozess nicht wirksam werden können. Selbst mit langer Verweildauer ist dieser Extrusionseffekt nicht zu erreichen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei einer Platzierung des Extruders vor dem Fermenter auch Fremdstoffe, wie zum Beispiel Metallteile und Steine, die nicht absolut sicher aussortiert werden können, in den Extruder gelangen und diesen beschädigen können. Die Druckschrift DE 10 2007 037 202 A1 (Verfahren zur Konversion von Biomasse zu Biogas in anaeroben Fermentern) beinhaltet ein Verfahren zur Konversion von Biomasse, wobei der Gärrest eines Fermenter-Reaktors einer Fest-Flüssig-Phasentrennung mit anschließender Thermodruckhydrolyse unterworfen wird. Die so behandelte Feststoffphase wird dem Fermenter oder einem weiteren Fermenter zugeführt. Die Thermodruckhydrolyse erfolgt dabei im Chargenbetrieb unter Nutzung der Abwärme eines Blockheizkraftwerks. Ein kontinuierlicher Betrieb ist nicht vorgesehen.Through the publication DE 10 2004 054 468 A1 (Process for the anaerobic fermentation of vegetable substrates and their pretreatment by means of thermomechanical pulping) is a process for the production of biogas by anaerobic digestion of plant substrates known in a reactor. To achieve a demonstrably higher gas formation rate, a treatment-technical precursor outside the reactor by extrusion of the plant substrates is connected upstream of the fermentation process. However, an effective destruction of cell structures in the form of lignin structures is not achieved. These include cellulose and hemicellulose, which can not be effective for the biogas formation process without destroying the lignin structures. Even with a long residence time, this extrusion effect can not be achieved. Another disadvantage is that when placing the extruder in front of the fermenter and foreign materials such as metal parts and stones that can not be sorted out absolutely safe, get into the extruder and can damage it. The publication DE 10 2007 037 202 A1 (Process for the conversion of biomass to biogas in anaerobic fermenters) includes a method for the conversion of biomass, wherein the digestate of a fermenter reactor is subjected to a solid-liquid phase separation with subsequent thermal pressure hydrolysis. The thus treated solid phase is fed to the fermenter or another fermenter. The thermal pressure hydrolysis is carried out in batch mode using the waste heat of a combined heat and power plant. A continuous operation is not planned.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gasausbeute aus organischer Biomasse von Biogasanlagen zu erhöhen.Of the The invention defined in claim 1 is based on the object to increase the gas yield from organic biomass of biogas plants.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.These Task is with the features listed in claim 1 solved.

Die Einrichtungen zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen zeichnen sich durch eine Erhöhung der Ausbeute an Biogas von Biogasanlagen aus. Dazu ist für ein flüssiges und mit Feststoffen versetztes Substrat aus der organischen Biomasse ein Separator angeordnet. Weiterhin ist der Separator sowohl mit einem Behältnis für flüssiges Substrat als auch mit einem Extruder für gequollene Feststoffe aus der organischen Biomasse verbunden. Der Extruder ist dabei ein Extruder für die gequollenen Feststoffe, wobei durch den Druck und die Temperatur sowie einer nachfolgenden starken Herabsetzung der Volumenspannung der gequollenen Feststoffe die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größer als die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff für die Biogasanlage ist. Darüber hinaus ist der Extruder mit dem oder einem Behältnis verbunden. Die Bioextrusion stellt eine Substratbehandlung der zu verarbeitenden organischen Biomasse für Biogasanlagen dar. Sie dient dem Aufschluss der organischen Substanz zur besseren Verfügbarkeit für die säurebildenden Bakterien. Durch das Zerschneiden, Zerreißen und Zerquetschen der Biomasse mit beispielsweise gegenläufigen Schneidwerkzeugen wird eine wesentlich größere Oberfläche erreicht und damit auch eine größere Angriffsfläche für die Säure bildenden Bakterien und chemischen Vorgänge. Zu dem wird durch den sich aufbauendem hohen Druck, der hohen Temperatur und einer plötzlichen Entspannung (Kavitation, Implosion und Desintegration der Zellen) eine wirkungsvolle Zerstörung der Zellstruktur, insbesondere der Ligninstrukturen erreicht. In diese sind Zellulose und Hemizellulose eingebunden, die ohne die Zerstörung der Ligninstrukturen für den Biogasbildungsprozess nicht wirksam werden können.The Facilities for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants are characterized by an increase the yield of biogas from biogas plants. This is for a liquid and solids-displaced substrate the organic biomass arranged a separator. Furthermore is the separator with both a container for liquid Substrate as well as with an extruder for swollen solids connected to the organic biomass. The extruder is an extruder for the swollen solids, being affected by the pressure and the temperature and a subsequent strong reduction in the volume voltage the swollen solids have the effect of cavitation and implosion the cells of the swollen solids greater than the biomass not swollen by cells as starting material for the biogas plant is. In addition, the extruder is with the or a container. The bioextrusion poses a substrate treatment of the organic biomass to be processed for biogas plants dar. It serves the digestion of organic Substance for better availability for the acid-forming Bacteria. By cutting, tearing and crushing the biomass with, for example, counter-rotating cutting tools becomes a much larger surface achieved and thus a larger attack surface for acid-forming bacteria and chemical Operations. This is due to the building up high Pressure, high temperature and sudden relaxation (cavitation, Implosion and disintegration of the cells) an effective destruction the cell structure, in particular the lignin structures achieved. In these are cellulose and hemicellulose incorporated without the Destruction of lignin structures for the biogas production process can not take effect.

Selbst mit langer Verweildauer ist dieser Extrusionseffekt nicht zu erreichen, da zum biologisch-chemische Aufschluss der Ligninstrukturen das Ferment Lignase notwendig ist. Lignase aber wird nur unter aeroben Verhältnissen von Pilzen gebildet. Hier handelt es sich aber um Vergärung unter anaeroben Verhältnissen. Der Extruder wird bekannterweise vor dem Fermenter einer Biogasanlage angeordnet und der Feststoffeintrag der organischen Biomasse bearbeitet. Nachteilig wirken dabei auch Fremdstoffe, wie zum Beispiel Metallteile und Steine, die nicht absolut sicher aussortiert werden können, und den Extruder beschädigen können. Die Einrichtung führt dabei dazu, dass durch einen Extruder für fermentiertes und abgepresstes Substrat als organische Biomasse aus dem Fermenter einen wesentlich besseren Aufschluss erreichbar ist. Dieser Sachverhalt wurde beispielsweise bei Mais-, Anwelk- und Hirsesilage als organische Biomasse erreicht. Neben der bedeutend höheren Gasausbeute ergeben sich noch die Vorteile, dass

  • – nur noch etwa 30% der ursprünglichen Feststoffe extrudiert werden, insofern ein erheblicher Eigenenergieverbrauch für den Extruder eingespart wird,
  • – die Problematik der Fremdstoffe wegfällt, da im abgepressten Fermentersubstrat keine Fremdstoffe, die den Extruder gefährden könnten, mehr enthalten sind und
  • – andere aufgrund ihres Ligningehaltes bisher nichtvergärungswürdige Biomassen zur Gasproduktion herangezogen werden können.
Even with a long residence time, this extrusion effect can not be achieved, since the fermentation of lignase is necessary for the biological-chemical digestion of the lignin structures. However, lignase is only produced under aerobic conditions of fungi. Here, however, it is fermentation under anaerobic conditions. As is known, the extruder is arranged in front of the fermenter of a biogas plant and the solids input of the organic biomass is processed. Disadvantages are also foreign substances, such as metal parts and stones, which can not be sorted out absolutely safe, and can damage the extruder. The device leads to a much better digestion can be achieved by an extruder for fermented and pressed substrate as organic biomass from the fermenter. This situation was achieved, for example, with maize, wilted and millet silage as organic biomass. In addition to the significantly higher gas yield, there are still the advantages that
  • - Only about 30% of the original solids are extruded, as far as a significant own energy consumption is saved for the extruder,
  • - eliminates the problem of foreign substances, as in the pressed fermenter substrate no foreign substances that could endanger the extruder, are more included and
  • - others so far because of their lignin content non-fermentable biomass for gas production.

Entscheidend ist dabei eine gequollene organische Biomasse, wie diese beispielsweise nach einem Fermenter oder einem Nachgarer zur Verfügung steht. Der Effekt dieser Anordnung besteht darin, dass bei gequollenem organischen Material durch Druck und Temperatur die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen (Desintegration) wesentlich höher ist als bei normalem Trockensubstanzgehalt der Kofermente und Verwendung des Extruders vor einer flüssigen Phase. Damit ist eine kompakte Einrichtung realisiert, die anaerob führbar ist und auch als Modul leicht in bestehende oder neu zu installierende Anlagen integrierbar ist.critical is a swollen organic biomass, such as this example after a fermenter or a Nachgarer available stands. The effect of this arrangement is that when swollen organic material by pressure and temperature the effect of Cavitation and implosion of cells (disintegration) essential is higher than normal dry matter content of the coferments and using the extruder before a liquid phase. Thus, a compact device is realized, the anaerob feasible is and as a module easily in existing or newly installed Systems can be integrated.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.advantageous Embodiments of the invention are in the claims 2 to 6 indicated.

Die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 vorteilhafterweise nach einem Fermenter und/oder nach einem Nachgarer einer Biogasanlage angeordnet.The Device for improved gas yield is after the training of claim 2 advantageously after a fermenter and / or arranged after a Nachgarer a biogas plant.

Die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 vorteilhafterweise eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung. Der Separator und der Extruder sind kontinuierlich arbeitende Baueinheiten der Einrichtung. Dazu werden beispielsweise ein nach dem Prinzip einer Zentrifuge arbeitender Separator und ein Extruder mit Schnecken eingesetzt.The Device for improved gas yield is after the training of claim 3 advantageously a continuously operating Facility. The separator and the extruder are continuous working units of the institution. These are for example a working on the principle of a centrifuge separator and a Extruder used with screws.

Der Trockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse nach dem Separator für den Extruder ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 größer 20%.Of the Dry matter content of the swollen solids of the organic Biomass after the separator for the extruder is after the Further development of claim 4 greater than 20%.

Im Behältnis ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ein Rührwerk für die flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnet. Ein Absetzen von festen Bestandteilen im Behältnis wird weitestgehend verhindert.in the Container is according to the embodiment of the claim 5 a stirrer for the liquid and solid Phase of organic biomass arranged. A discontinuation of solid Ingredients in the container is largely prevented.

An das Behältnis ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 eine Fördereinrichtung für das darin enthaltene Gemisch aus dem Separator und dem Extruder gekoppelt. Damit steht dem Nutzer eine kompakte Einrichtung zur Verfügung, die auch als Modul leicht in bestehende oder neu zu realisierende Anlagen integrierbar ist.At the container is according to the embodiment of the claim 6 a conveyor for the contained therein Mixture of the separator and the extruder coupled. That stands the user a compact device available, the also as a module easily into existing or newly to be realized systems is integrable.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:One Embodiment of the invention is in the drawings each shown in principle and will be closer in the following described. Show it:

1 ein Fließschema einer Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen und 1 a flow diagram of a device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants and

2 eine Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen. 2 a device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants.

Eine Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen besteht im Wesentlichen aus einem Separator 1, einem Extruder 2 und einem Behältnis 3.A device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants consists essentially of a separator 1 , an extruder 2 and a container 3 ,

Die 1 zeigt ein Fließschema einer Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen.The 1 shows a flow diagram of a device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants.

Die Einrichtung ist vorzugsweise nach einem Fermenter und/oder nach einem Nachgarer einer Biogasanlage angeordnet. Biogasanlagen mit derartigen Einrichtungen sind bekannt. Für ein Trennen von flüssigem und mit Feststoffen versetztem Substrat aus der organischen Biomasse der vorgenannten Einrichtungen ist der Separator 1 angeordnet. Der Separator 1 arbeitet bekannterweise nach dem Prinzip der Zentrifuge. Durch Fliehkräfte in einer sich drehenden Trommel werden Feststoffe höherer Dichte von Flüssigkeiten geringerer Dichte getrennt. Der Separator 1 arbeitet im kontinuierlichen Betrieb, so dass hohe Trennleistungen bezogen auf den Volumenstrom bei kleinen Abmessungen möglich sind. Der Feststoff sammelt sich im Inneren der Trommel an dem größten Durchmesser. Mit einem automatischen Entleerungssystem werden die Feststoffe nach einer entsprechenden Zeit aus dem Trommelkörper durch axiales Absenken eines Bauteils in der Trommel und Freigabe einer Öffnung aus dem Separator 1 herausgeschoben und fallen in den angekoppelten Extruder 2. Der Separator 1 ist dazu sowohl mit dem Behältnis 3 für flüssiges Substrat als auch mit dem Extruder 2 für die gequollenen Feststoffen aus der organischen Biomasse verbunden. Der Trockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse nach dem Separator 1 für den Extruder 2 ist größer 20% vorzugsweise größer 25%. Der Extruder 2 besitzt wenigstens eine Verdichtungsschnecke für die gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse aus dem Separator 1. Durch den Druck, die Temperatur und eine nachfolgende starke Herabsetzung der Volumenspannung der gequollenen Feststoffe ist die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größer als die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff für die Biogasanlage.The device is preferably arranged after a fermenter and / or after a Nachgarer a biogas plant. Biogas plants with such facilities are known. For separation of liquid and solidified substrate from the organic biomass of the aforementioned devices is the separator 1 arranged. The separator 1 is known to work on the principle of centrifuge. Centrifugal forces in a rotating drum separate higher density solids from lower density liquids. The separator 1 works in continuous operation, so that high separation performance in relation to the volume flow with small dimensions are possible. The solid accumulates inside the drum at the largest diameter. With an automatic evacuation system, the solids are released from the drum body after an appropriate time by axially lowering a component in the drum and releasing an opening from the separator 1 pushed out and fall into the coupled extruder 2 , The separator 1 is with both the container 3 for liquid substrate as well as with the extruder 2 for the swollen solids from the organic biomass. The dry matter content of the swollen organic biomass solids after the separator 1 for the extruder 2 is greater than 20%, preferably greater than 25%. The extruder 2 has at least one compression screw for the swollen solids of the organic biomass from the separator 1 , Due to the pressure, the temperature and a subsequent strong reduction of the volume tension of the swollen solids, the effect of the cavitation and implosion of the cells of the swollen solids is greater than the biomass not swollen by cells as the starting material for the biogas plant.

Weiterhin ist der Extruder 2 mit dem Behältnis 3 verbunden.Furthermore, the extruder 2 with the container 3 connected.

Die 2 zeigt eine Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen in einer prinzipiellen Darstellung.The 2 shows a device for verbes serten gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants in a schematic representation.

Im Behältnis 3 ist ein Rührwerk für die flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnet. Weiterhin ist an das Behältnis 3 eine Fördereinrichtung für die darin enthaltene organische Biomasse als ein Gemisch aus dem Separator 1 und dem Extruder 2 gekoppelt.In the container 3 is arranged a stirrer for the liquid and solid phase of the organic biomass. Furthermore, to the container 3 a conveyor for the organic biomass contained therein as a mixture of the separator 1 and the extruder 2 coupled.

Die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen kann vorteilhafterweise als kompakte Baugruppe realisiert werden. Dazu sind nacheinander über dem Behältnis 3 der Extruder 2 und der Separator 1 angeordnet. Diese Baugruppe kann leicht in neu zu errichtende aber auch in bestehende Biogasanlagen integriert werden.The device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants can be advantageously realized as a compact assembly. These are successively above the container 3 the extruder 2 and the separator 1 arranged. This assembly can be easily integrated into new to be built but also in existing biogas plants.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102004054468 A1 [0002] DE 102004054468 A1 [0002]
  • - DE 102007037202 A1 [0002] - DE 102007037202 A1 [0002]

Claims (6)

Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass für ein flüssiges und mit Feststoffen versetztes Substrat aus der organischen Biomasse ein Separator (1) angeordnet ist, dass der Separator (1) sowohl mit einem Behältnis (3) für flüssiges Substrat als auch mit einem Extruder (2) für gequollene Feststoffe aus der organischen Biomasse verbunden ist, dass der Extruder (2) ein Extruder (2) für die gequollenen Feststoffe ist, wobei durch den Druck und die Temperatur sowie einer nachfolgenden starken Herabsetzung der Volumenspannung der gequollenen Feststoffe die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größer als die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff für die Biogasanlage ist, und dass der Extruder (2) mit dem oder einem Behältnis (3) verbunden ist.Device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants, characterized in that for a liquid and mixed with solids substrate from the organic biomass, a separator ( 1 ) is arranged, that the separator ( 1 ) both with a container ( 3 ) for liquid substrate as well as with an extruder ( 2 ) for swollen solids from the organic biomass is that the extruder ( 2 ) an extruder ( 2 ) for the swollen solids, wherein the effect of cavitation and implosion of the cells of the swollen solids is greater than the non-swollen biomass of the biomass as a starting material for the biogas plant by the pressure and the temperature and a subsequent strong reduction of the bulk voltage of the swollen solids, and that the extruder ( 2 ) with the or a container ( 3 ) connected is. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute nach einem Fermenter und/oder nach einem Nachgärer einer Biogasanlage angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized that the device for improved gas yield after a fermenter and / or arranged after a Nachgärer a biogas plant is. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung ist.Device according to claim 1, characterized that the means for improved gas yield a continuous working institution. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse nach dem Separator (1) für den Extruder (2) größer 20% ist.Device according to claim 1, characterized in that the dry matter content of the swollen solids of the organic biomass after the separator ( 1 ) for the extruder ( 2 ) is greater than 20%. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Behältnis (3) ein Rührwerk für die flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that in the container ( 3 ) An agitator for the liquid and solid phase of the organic biomass is arranged. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an das Behältnis (3) eine Fördereinrichtung für das darin enthaltene Gemisch aus dem Separator (1) und dem Extruder (2) gekoppelt ist.Device according to claim 1, characterized in that to the container ( 3 ) a conveying device for the mixture contained therein from the separator ( 1 ) and the extruder ( 2 ) is coupled.
DE102009009920A 2009-02-18 2009-02-18 Device, useful for improving gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants, comprises a separator is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass Ceased DE102009009920A1 (en)

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