DE102009000127A1

DE102009000127A1 - Verfahren und Anlage zum Erzeugen von Energie unter gleichzeitiger Verringerung der Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre

Info

Publication number: DE102009000127A1
Application number: DE102009000127A
Authority: DE
Inventors: Horst-Otto Bertholdt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-15
Also published as: WO2010079226A2; WO2010079226A3

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erzeugen von Biogas (G) wird Biomasse (F) in einen gegen die Atmosphäre gasdicht abgeschlossenen Fermentationsbehälter (2) eingebracht und dort zumindest im wesentlichen anaerob über einen Zeitraum von wenigstens 5 Jahren fermentiert. Auf diese Weise ist es möglich Biogasanlagen mit großvolumigen Fermentationsbehältern (2) in großtechnischem Maßstab sicher und wirtschaftlich zu betreiben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zum Erzeugen von Energie unter gleichzeitiger Verringerung der Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre.
Um die Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre zu verringern, steht die Erzeugung von Energie aus sogenannten erneuerbaren Energiequellen im Fokus des Interesses. Während die Energieerzeugung durch Sonne und Wind witterungsbedingten Schwankungen unterworfen ist, ist die Erzeugung von Energie aus Biomassen die einzige Technologie, die vergleichbar zu konventionellen Kraftwerken und fossilen Energieträgern stets zur Verfügung steht.
Die derzeitigen Konzepte zur Erzeugung von Biogas, die im Wesentlichen auf dem Vorhandensein relativ kleiner dezentraler Biogasanlagen basiert, sind jedoch in dreierlei Hinsicht von Nachteil. Zum einen werden durch unvermeidliche unsachgemäße Handhabung dieser kleinen Anlagen erhebliche Mengen von Methan CH₄ in die Umwelt freigegeben. Das bei der Biogaserzeugung produzierte Methan CH₄ hat aber eine um den Faktor 27 höhere Schädlichkeit für die Klimaerwärmung als Kohlendioxid CO₂. Auf diese Weise wird ein Teil des mit der Erzeugung von Biogas und dessen Nutzung als Energieträger einhergehenden Vorteils, nämlich die Verringerung der Emission von CO₂ in die Atmosphäre, das aus Verbrennung von fossilen Energieträgern stammt, zunichte gemacht. Zum anderen können in den Biogasanlagen nur schnell fermentierbare Biomassen wie Grünmaterial (Gras, Stroh, Getreide etc.) verarbeitet werden. Die Biogasanlagen stehen also teilweise in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Um wirtschaftlich betrieben werden zu können benötigen kleine Biogasanlagen außerdem erhebliche Fördermittel, da eine Herstellung von Biogas in der derzeitigen Konzeption nicht kostendeckend ist.
Über 85% des weltweiten Energiebedarfs wird noch durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen (Kohle, Öl, Gas) gedeckt. Durch diese Energiegewinnung wird, durch den damit verbundenen hohen Ausstoß von Kohlenstoffdioxid CO₂, das Kohlenstoffinventar der Erde permanent erhöht und somit die Erwärmung der Erde beschleunigt. Mit hohem technischem Aufwand wird versucht einen Teil dieses Kohlenstoffdioxids in Salzkavernen zu speichern (CCS-Technologie = Carbon Capture & Storage). Diese Speicherung ist sehr teuer und mit dem hohen Restrisiko einer plötzlichen Kohlendioxid Freisetzung verbunden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Erzeugen von Energie unter gleichzeitiger Verringerung der Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre anzugeben, das einerseits hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit gegenüber den bekannten Verfahren verbessert ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage mit diesem Verfahren betriebene anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird Biomasse in einen gegen die Atmosphäre gasdicht abgeschlosse nen Fermentationsbehälter eingebracht und dort zumindest im wesentlichen anaerob über einen Zeitraum von wenigstens 5 Jahren fermentiert.
Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass bei den bekannten Anlagen zur Erzeugung von Energie aus Biomasse (Biogasanlagen) die in den Biogasreaktor eingebrachte Biomasse im Regelfall nur etwa 20 bis maximal 70 Tage verbleibt, um eine hohe Produktivität zu gewährleisten. Dies hat zur Folge, dass nur ein Teil der in der Biomasse enthaltenen Energie in Biogas umgewandelt und ein nicht unerheblicher Teil der in der Biomasse steckenden Energie aus dem Energiegewinnungsprozess herausgenommen wird. Enthält die aus dem Biogasreaktor entnommene, noch nicht vollständig fermentierte Restmasse noch Umweltgifte (Schwermetalle, Pestizide etc.) muss diese auf Sonderdeponien verbracht werden. Das gesamte Kohlenstoff Inventar verbleibt hierbei im Kohlenstoffkreislauf der Erde. Ein Korrektiv für den hohen C-Eintrag durch die fossilen Energieträger findet nicht statt.
Die Erfindung beschreitet hier einen grundsätzlich anderen Weg, nämlich die Biomasse trotz der mit zunehmender Betriebsdauer abnehmenden Produktivität über einen sehr viel längeren Zeitraum im Fermentationsbehälter zu belassen, so dass zumindest nahezu die gesamte theoretische Menge an Biogas entnommen werden kann. Aufgrund der langen Verweildauer der Biomasse im Fermentationsbehälter können auch langsam fermentierbare Biomassen, beispielsweise alle Holzprodukte (einschließlich Rinde, Wurzeln etc.), die in herkömmlichen Biogasanlagen nicht vergärbar sind, zu Biogas fermentiert werden. Wird der Fermentationsbehälter einmalig befüllt, so wird nach 5 Jahren von der restlichen im Fermentationsbehälter befindlichen Biomasse Biogas nur noch mit einer praktisch vernachlässigbaren Rate erzeugt, so dass es grundsätzlich möglich und sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch vertretbar wäre, die verbleibende Biomasse aus dem Fermentationsbehälter zu entfernen und einer Endlagerung auf Deponien zurückzuführen, da die dann von ihr noch erzeugte Gesamtmenge an Biogas praktisch nur noch einen vernachlässigbaren Beitrag zur Emission von Treibhausgasen liefern könnte. Bei sehr langen Verweildauern im Bereich von mehreren Jahrzehnten verbleibt im Fermentationsbehälter oder Fermenter nur ein nicht weiter abbaubarer, sogenannter fossilisierter Rest. Durch die Erzeugung von Energie aus dem aus der Biomasse im Fermentationsbehälter entstehenden Biogas ist das auf diese Weise aus Methan CH₄ erzeugte bzw. im Biogas enthaltene und bei der Energieerzeugung freigesetzte Kohlendioxid CO₂ in den natürlichen Kreislauf eingebunden und führt dementsprechend nicht zu einer Erhöhung des CO₂-Gehaltes in der Atmosphäre. Durch das Verbleiben der unter den vorliegenden Fermentationsbedingungen nicht fermentierbaren Kohlenstoffverbindungen über einen langen Zeitraum im Fermentationsbehälter, der sich vorzugsweise mindestens über die Betriebszeit des Fermentationsbehälters, d. h. der Zeit bis zu seiner Stilllegung (Beenden der Entnahme von Biogas), insbesondere auch noch über dessen Stilllegung hinaus erstreckt, wird ein Beitrag zur dauerhaften Senkung des Kohlenstoffinventars der Erde geliefert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es demzufolge möglich, Biogasanlagen mit großvolumigen Fermentationsbehältern in großtechnischem Maßstab wirtschaftlich und dementsprechend unter Einhaltung hoher betriebstechnischer Sicherheitsstandards zu betreiben.
Die Biogasausbeute wird signifikant erhöht, wenn ein während der Fermentierung durch Verringerung des Volumens der eingebrachten Biomasse entstehender Freiraum des Fermentationsbehälters mit frischer Biomasse befüllt wird. Die Energieausbeute einer mit nach diesem Verfahren betriebenen Anlage basiert wesentlich auf der Erkenntnis, dass bereits nach einem Jahr Betriebszeit das Volumen der eingebrachten Biomasse nur noch ca. 55%, nach 5 Jahren noch ca. 10% des ursprünglich eingebrachten Volumens beträgt, so dass durch kontinuierlich oder diskontinuierlich nachgefüllte frische Biomasse das zur Verfügung stehende Fermentationsvolumen immer voll ausgenutzt wird und dadurch stets eine relativ hohe Biogasausbeute über einen großen Zeitraum gesichert ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens verbleiben die als Endprodukt der Fermentation entstehenden Reststoffe dauerhaft im Fermentationsbehälter. Auf diese Weise wird ein nicht unerheblicher Anteil des in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoff durch Fossilisation dauerhaft dem natürlichen Kohlenstoffkreislauf der Erde entzogen, und gelangt dementsprechend auch nicht durch aerobe oder anaerobe Verrottung in Form von Methan CH₄ oder Kohlendioxid CO₂ zurück in die Atmosphäre. Dementsprechend kann dieselbe Menge Kohlenstoff aus fossilen Energieträgern – Erdöl oder Kohle – verbrannt werden, ohne dass dies zu einer Anreicherung von Kohlendioxid CO₂ in der Atmosphäre führt. Mit anderen Worten: Durch den dauerhaften Entzug von Kohlenstoff aus dem natürlichen Kreislauf innerhalb der Biosphäre ist es möglich den durch fossile Energieträger erzeugten Überschuss an Kohlendioxid zu verringern.
Hinsichtlich der Anlage wird die Aufgabe der Erfindung gelöst mit einer Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 11. Gemäß diesem Merkmal enthält die Anlage eine Mehrzahl von mit Biomasse befüllbaren gasdichten Fermentationsbehältern, deren Volumen jeweils größer als 10.000 m³ ist. Durch den Einsatz derart großvolumiger Fermentationsbehälter oder Fermenter ist trotz der mit zunehmender Aufenthaltsdauer der Biomasse im Fermenter abnehmenden Biogas-Erzeugungsrate auch nach einer Betriebsdauer von mehreren Jahrzehnten eine hohe Biogasausbeute und damit ein wirtschaftlicher und effektiver Weiterbetrieb der Biogasanlage möglich.
Die Fermentationskessel sind vorzugsweise unterirdisch angeordnet. Als Standort bieten sich insbesondere Flächen, die beim Braunkohletagebau entstanden sind. Beim Braunkohletagebau wird großflächig Erdreich abgetragen um die tieferliegenden Braunkohleschichten zu erreichen. Es entstehen dadurch künstlich geschaffene großflächige Vertiefungen mit einer Tiefe von 100 bis 400 m. Nach Abbau der Braunkohleflöze müssen diese Bereiche wieder rekultiviert, das heißt teilweise bzw. vollständig wieder mit Erdreich aufgefüllt werden. Werden die Fermentationskessel in die Talsohle der Vertiefung eingebaut, wird der Bau der erfindungsgemäßen Anlage in die Rekultivierungsmaßnahmen integriert. Das heißt die Fermentationskessel mit einer Höhe von 50 bis 150 m werden vor dem Wiedereinbringung des Erdreiches auf der Talsohle des abgebauten Kohleflözes gebaut und anschließend im Zuge der Rekultivierung mit Erdreich überdeckt. Die Erdüberdeckung ist abhängig von der Tiefe der Talsohle und kann mehrere 100 m betragen. Durch diese Maßnahme kann die dadurch freiwerdende Fläche zum Bau eines Biogaskraftwerkes bzw. zum Anbau von Biomassekulturen genutzt werden. Des Weiteren wird u. a. sowohl das Befüllen der Kessel mit Biomasse, das Abführen des entstehenden Biogases sowie erforderliche Überwachungs- und Prozesskorrekturmaßnahmen wesentlich vereinfacht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Anlage eine Mehrzahl im Querschnitt vorzugsweise gleichseitigen sechseckigen Fermentationsbehältern, die in Form einer wabenartigen Struktur nebeneinander angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich kompakte Anlagen mit großem Gesamtvolumen unter effizienter Ausnutzung der verfügbaren Fläche bei geringer Anzahl von Seitenwänden realisieren. Darüber hinaus kann die Anlage problemlos um weitere Fermentationsbehälter ergänzt werden, um deren Wirtschaftlichkeit über einen längeren Zeitraum zu optimieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den den unabhängigen Patentansprüchen jeweils untergeordneten Patentansprüchen angegeben.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
1 eine Anlage zum Erzeugen von Energie unter gleichzeitiger Verringerung der Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
2 eine besonders vorteilhafte Anordnung von Fermentationsbehältern in einer Anlage gemäß der Erfindung,
3 ein Diagramm, in dem die Gesamtmenge des produzierten Methangases sowie die Rate der Methangaserzeugung einer Anlage gemäß der Erfindung gegen die Betriebsdauer aufgetragen sind,
4 ein Diagramm, in dem die in der Anlage verbleibende gesamte Biomasse (Fossilisationsmasse) und die für eine weiterführende Fermentation noch jährlich zur Verfügung stehende Biomasse ebenfalls gegen die Betriebsdauer aufgetragen sind.
Gemäß 1 enthält eine Anlage gemäß der Erfindung wenigstens einen Fermentationsbehälter 2, in den aus der Biosphäre 4 entnommene (frische) Biomasse F eingebracht wird. In der 1 ist symbolisch nur ein Fermentationsbehälter 2 dargestellt. In der Praxis ist es jedoch von Vorteil, wenn die Anlage eine Mehrzahl von Fermentationsbehältern 2 umfasst, die jeweils ein Volumen haben, das größer als 10000 m³, vorzugsweise größer als 100000 m³ ist. Ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlage ergibt sich beispielsweise bei einem Einsatz von 37 Fermentationsbehältern 2 mit jeweils 67500 m³ Volumen. Der Fermentationsbehälter 2 ist für eine mehrere Jahrzehnte dauernde Betriebsdauer konzipiert und besteht vorzugsweise aus Beton. Der oder die Fermentationsbehälter 2 können sowohl unterirdisch als auch oberirdisch aufgestellt werden, wobei aufgrund des hohen Flächenbedarfes beispielsweise die Talsohle einer aufgelassenen Braunkohle-Tagebaufläche 5 besonders geeignet ist, wie dies im Ausführungsbeispiel der 1 veranschaulicht ist.
Der Fermentationsbehälter 2 ist gegenüber der Atmosphäre gasdicht verschlossen, so dass die in den Fermentationsbehälter 2 eingebrachte Biomasse F anaerob zersetzt wird. Das dabei entstehende Biogas G wird mittels eines symbolisch veranschaulichten Rohrleitungssystems 6, das durch die gesamte Biomasse geführt wird, gesammelt und aus dem Fermentationsbehälter 2 über eine Entnahmeleitung 7 kontinuierlich entnommenen, nach entsprechender Aufbereitung und Reinigung entweder in das Erdgasnetz eingespeist oder einer Kraftwerksanlage 8 zugeführt, in elektrische Energie E und gegebenenfalls in Nutzwärme Q umgewandelt und in ein elektrisches Netz bzw. eine Fernwärmeleitung eingespeist.
Um eine effektive Fermentierung zu gewährleisten, wird der Wassergehalt vorzugsweise auf etwa 50 bis 80 Gew.-% eingestellt. Dies kann durch entsprechende Aufbereitung der Biomasse F – Anreichern mit Wasser H₂O – oder durch Einschleusen von Wasser H₂O in den Fermentationsbehälter 2 erfolgen. Der optimale pH-Wert im Fermentationsbehälter 2 beträgt etwa zwischen 5,5 und 8,0, vorzugsweise zwischen 6,5 und 7,5.
Je nach Zusammensetzung der Biomasse F kann es notwendig sein, diese zu zerkleinern, wobei die Größe der Partikel vorzugsweise kleiner als 10 cm ist. Eine besonders hohe Anfangsausbeute wird erzielt, wenn die Biomasse F zu einer breiartigen Konsistenz zerkleinert wird. Während der Fermentation sind nur geringe Eingriffe notwendig. Zusätzlich kann jedoch eine permanente Berieselung mit temperiertem Wasser mit einer Temperatur von etwa 35°C oder einem periodisches Berieseln der Biomasse F mit eigenem frei werdenden Prozesswasser durch einen internen Kreislauf über das im Fermentationsbehälter 2 befindliche Rohrleitungssystem 6 durchgeführt werden. Die Prozesstemperatur innerhalb des Fermentationsbehälters 2 wird vorzugsweise auf einen Temperaturbereich zwischen 20°C und 80°C eingestellt, wobei optimale Ausbeuten erreicht werden können, wenn die Temperatur innerhalb des Fermentationsbehälters 2 zwischen 33° und 38°C beträgt. Zur Einstellung der optimalen Prozesstemperatur können außerdem geringe Sauerstoffmengen O₂ hinzugefügt werden, die eine aerobe Verrottung und damit einhergehend eine Erwärmung der im Fermentationsbehälter 2 befindlichen Biomasse F auslösen, um bei Bedarf die Temperatur im Fermentationsbehälter 2 zu erhöhen, wenn die im anaeroben Prozess erzeugte Energie nicht ausreicht. Um eine gleichmäßige Wärmeverteilung in der Biomasse zu erreichen erfolgt die Sauerstoffeinspeisung vorteilhaft mittels des installierten Rohrleitungssystems 6. So wird beispielsweise beim aeroben Abbau von 1 mol Glucose C₆H₁₂O₆ zu Kohlendioxid CO₂ und Wasser H₂O etwa 2803 kJ erzeugt, während bei Abbau von 1 mol Glucose C₆H₁₂O₆ im anaeroben Prozess zu Methan CH₄ und Kohlendioxid CO₂ nur 132 kJ freigesetzt werden.
Eine weiterführende vorteilhafte Alternative für die Einstellung der Temperatur im Fermentationskessel ist die Nutzung der Geothermie. Für die benötigte Energiezufuhr für den Fermentationsprozess wird durch ein in das Erdinnere führende Wärmetauscher-Rohrsystem 10 des Rohrleitungssystems 6 Prozesswasser bzw. alternativ Biogas in die tieferen Erdschichten gepumpt, dort erwärmt und dem Fermentationsprozess wieder zugeführt. Die Tiefe des Wärmetauscher-Rohrsystems 10 orientiert sich hierbei an den geologischen Verhältnissen des Standortes oder der des Fermentationskessels 2. Der Temperaturanstieg nimmt im Bereich von 2 bis 6°C pro 100 m Tiefe zu. Für die, im Fermentationsbehälter erwünschte Prozesstemperatur von 30 bis 40°C wird daher eine Bohrtiefe von wenigstens 300 m bis etwa 2000 m benötigt.
Der Einbau der Fermentationskessel 2 erfolgt vorzugsweise in Bereichen von aufgelassenen Tagebauflächen beispielhaft im Braunkohletagebau, wo sie unmittelbar nach ihrer Fertigstellung im Rahmen von Rekultivierungsmaßnahmen mit Erdreich abgedeckt werden. Unabhängig von den verfahrenstechnischen Vorteilen wie Einfüllen der Biomasse F in die Fermentationsbehälter 2, Installation von erforderlichen Hilfseinrichtungen etc., stehen wertvolle Oberflächenressourcen weiterhin zur Verfügung und erforderliche Rekultivierungsmaßnahmen können naturnah und optisch ansprechend durchgeführt werden.
Die Fermentationsbehälter 2 sind auf eine Betriebszeit von mehr als 50 Jahren ausgelegt. Sie übertrifft damit die in der fossilen Energieerzeugung üblichen Betriebszeiten von 30 bis max. 40 Jahre. Die Betriebszeit kann mittels der in der Biomasse vorliegenden Temperatur durch Einstellen der optimalen Fermentationstemperatur im Bereich von 30°C bis 40°C, bei gleichzeitigem Erhöhen der Produktivität (Methanproduktion pro Zeiteinheit), deutlich verkürzt werden. Mit zunehmender Temperaturerniedrigung unterhalb 30°C wird dagegen die Produktivität zunehmend vermindert und die Betriebszeit verlängert. Im Gegensatz zu allen anderen fossilen und erneuerbaren Energieerzeugungstechniken müssen am Ende der Betriebszeit die großen Fermentationsbehälter 2 nicht abgebaut werden. Die Fermentationsbehälter 2 verbleiben vielmehr einschließlich der nicht vergärbaren Kohlenstoffanteile dauerhaft im Erdreich. Bei der Stilllegung kann außerdem zusätzlich das noch freie Restvolumen der Kessel mit anfallendem Abraum (Erde, Steine, Sand) des Tagebergbaues befüllt werden.
2 zeigt eine besonders platzsparende Anordnung einer Mehrzahl von Fermentationsbehältern 2 mit einem besonders günstigen Verhältnis aus benötigten Wandflächen und Gesamtgrundfläche. Jeder Fermentationsbehälter 2 hat im Querschnitt die Form eines gleichseitigen Sechseckes, so dass die Fermentationsbehälter 2 in Form einer wabenartigen Struktur nebeneinander angeordnet werden können. Auf diese Weise kann eine hohe Stabilität der Fermentationsbehälter bei möglichst gerin gem Einsatz von Wandmaterial erzielt werden. Wobei mit zunehmender Kesselanzahl folgende Kesselgruppierungen besonders vorteilhaft sind 7 Kessel, 19 Kessel, 37 Kessel). So beträgt der Platzbedarf eines Energieparks mit 37 Kesseln und einem gesamt Volumen von 2,5 × 10⁶ m³ je nach Bauhöhe der Kessel 30.000 m² bis max. 90.000 m².
Ein gemäß der vorliegenden Erfindung konzipierter Energiepark kann während seines Betriebes problemlos um weitere Fermentationsbehälter ergänzt werden, um auf diese Weise eine andauernd hohe und über große Zeiträume konstante Energie/Wärme-Erzeugung der Kraftwerksanlage zu gewährleisten.
Im Diagramm der 3 ist in Kurve a die Produktionsrate r von Methan in Tonnen/Halbjahr für eine Anlage mit einem Gesamtvolumen von 2,5 × 10⁶ m³, mit beispielsweise 37 Fermentationsbehältern mit jeweils etwa 67500 m³, gegen die Anzahl der Betriebsjahre t aufgetragen. Kurve b gibt die Gesamtmenge G_tot an produziertem Methan in to in Abhängigkeit der Zeit t in Jahren wieder. Die Abschätzung wurde unter der Annahme durchgeführt, dass die 37 Behälter nacheinander in halbjährigem Rhythmus vollständig gefüllt werden und die bereits gefüllten Kessel ebenfalls halbjährlich stets mit dem Volumen an frischer Biomasse F nachbefüllt werden, das dem Volumenverlust durch fortschreitende Fermentation der bereits in den Fermentationsbehältern befindlichen Biomasse B entspricht. Der 3 ist zu entnehmen, dass eine derartige Anlage auch noch im 50. Betriebsjahr etwa 4.500 to Methan erzeugt. Dies entspricht einer Jahresproduktion von etwa 5,5 × 10⁷ kWh. Bei einem Wirkungsgrad von etwa 50% entspräche dies noch einer Kraftwerksleistung von etwa 3,2 MW. Nach 50 Betriebsjahren sind in den Fermentationsbehältern etwa 3 Millionen Tonnen Kohlenstoff C in der Fossilisationsmasse gebunden und somit dauerhaft dem natürlichen Kreislauf entzogen worden, 7.900 Tonnen Kohlenstoff befinden sich in der noch vergärbaren Biomasse. Bis zu diesem Zeitpunkt wurden etwa 0,9 Millionen Tonnen Kohlenstoff C in Form von Kohlendioxid CO₂ und 0,75 Millionen Tonnen Kohlenstoff C in Form von Methan CH₄ freigesetzt. Nach der Umsetzung des Methans in nutzbare Energie (Wärme, Elektrizität) wurden in Summe ca. 6 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Biosphäre zurückgeführt. Diese CO₂ Menge führt, da aus dem natürlichem Kohlenstoffkreislauf der Erde entnommen und nach der Fermentation wieder zurückgeführt, zu keiner CO₂ Erhöhung in der Biosphäre. Der Kohlenstoffgehalt in der verbleibenden Fossilisationsmasse entspricht einem bleibenden CO₂ Entzug aus der Biosphäre von 3,2 Millionen Tonnen Kohlendioxid.
Im Diagramm gem. 4 ist in Kurven c und d die in den Fermentationsbehältern verbleibende Biomasse B_fos in m³, d. h. die bereits fossilisierte Biomasse und in Kurve d die pro Jahr jeweils noch zur Fermentierung zur Verfügung stehende Biomasse B_fer in m³ ebenfalls gegen die Betriebsdauer t in Jahren aufgetragen.

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Biogas (G), bei dem Biomasse in einen gegen die Atmosphäre gasdicht abgeschlossenen Fermentationsbehälter (2) eingebracht und dort zumindest im wesentlichen anaerob über einen Zeitraum von wenigstens 5 Jahren fermentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Biomasse während der gesamten Betriebszeit des Fermentationsbehälters im Fermentationsbehälter verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Biomasse auch nach Stilllegung des Fermentationsbehälters dauerhaft im Fermentationsbehälter verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein während der Fermentierung durch Verringerung des Volumens der eingebrachten Biomasse entstehender Freiraum des Fermentationsbehälters mit frischer Biomasse befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Nachfüllen von Biomasse sowohl kontinuierlich als diskontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anteil von Wasser in der Biomasse vor oder unmittelbar nach dem Einbringen in den Fermentationsbehälter auf 50 bis 90 Gew.-% eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der pH-Wert des in der Biomasse enthaltenen Wassers auf einen Wert zwischen 5,5 und 8,5 vorzugsweise zwischen 6,5 und 7,5 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Biomasse vor dem Einbringen in den Fermentationsbehälter zerkleinert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der im Fermentationsbehälter stattfindenden Abbauprozesse der Biomasse aerob erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem in den Fermentationsbehälter Sauerstoff eingespeist wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prozesstemperatur auf einen Wert zwischen 10°C und 90°C, vorzugsweise zwischen 33°C und 38°C eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Einstellung der Prozesstemperatur durch Zufuhr von Sauerstoff erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zur Einstellung der Prozesstemperatur die Erdwärme genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Erdwärme aus einer Tiefe von wenigstens 300 m abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem als Wärmetauscherfluid zur Nutzung der Erdwärme Prozesswasser oder Biogas benutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die Stilllegung der Fermentationsbehälter das verbliebene Restvolumen mit nicht verrottbaren Feststoffen aufgefüllt wird, wobei vorzugsweise Abraummaterial (Steine, Erde, Sand etc.) zum Einsatz kommen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fermentationsbehälter nach ihrer Fertigstellung mit Erdreich abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Fermentationsbehälter dauerhaft im Erdreich verbleibt.
Anlage zum Erzeugen von Biogas nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Mehrzahl von gasdichten Fermentationsbehältern, die mit Biomasse befüllbar sind, und deren Volumen jeweils größer als 10000 m³ ist.
Anlage nach Anspruch 19, bei dem zumindest ein Fermentationsbehälter unterirdisch angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 20, bei dem die Fermentationsbehälter im Zuge von Rekultivierungsmaßnahmen im Braunkohletagebau unterirdisch mit eingebaut sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei der die Fermentationsbehälter aus Beton bestehen.
Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei der im Fermentationsbehälter ein Rohrleitungssystem installiert ist, mit dem sowohl das Biogas gesammelt sowie nötige Verfahrenseinstellungen wie pH-wert und Temperatur im Gesamtvolumen der Biomasse eingestellt wird.
Anlage nach Anspruch 23, bei der das Rohrleitungssystem des Fermentationsbehälters an eine Gasentnahmeleitung zum Entnehmen des bei der Zersetzung entstehenden Biogases angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 23 oder 24, bei der der Fermentationsbehälter an eine Gaszuführungsleitung zur Zufuhr von Sauerstoff angeschlossen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei der das Rohrleitungssystem ein in das Erdinnere führendes Wärmetauscher-Rohrsystem zur Entnahme von Erdwärme umfasst.
Anlage nach Anspruch 26, an der im Wärmetauscher-Rohrsystem Biogas oder Prozesswasser geführt ist.
Anlage nach Anspruch 27, bei der sich das Wärmetauscher-Rohrsystem bis zu einer Tiefe von mindestens 300 m erstreckt.
Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 28, mit einer Einrichtung zur Erfassung von Messgrößen für die Überwachung der im zumindest einen Fermentationsbehälter stattfindenden Zersetzungsprozesse.
Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 29, die eine Mehrzahl von im Querschnitt gleichseitigen sechseckigen Fermentationsbehältern aufweist, die in Form einer wabenartigen Struktur nebeneinander angeordnet sind.