DE3023012C2

DE3023012C2 - Vorrichtung zum Erzeugen und Abführen von Heizwärme unter Ausnutzung der mikrobiellen Zersetzung von organischen Substanzen

Info

Publication number: DE3023012C2
Application number: DE3023012A
Authority: DE
Inventors: Otto 5270 Gummersbach Nockemann; Lutz Peter 2391 Handewitt Stotz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1986-06-19
Also published as: DE3023012A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen und Abführen von Heizwärme unter Ausnutzung der mikrowellen Zersetzung von organischen Substanzen, wobei die Substanzen in einem Reaktionsbehälter durch Beeinflussung der Faktoren Feuchtigkeit, Sauerstoff und Temperatur aktivierbar und nach dem Ablauf der exothermen Abbaureaktionen durch neue, eventuell schon in Rotte befindliche Substanzen ersetzbar sind und daß in dem Reaktionsbehälter Energieversorgungsund Wärmeträgerleitungen angeordnet sind, die an einen Verbraucher anschließbar sind, und der Einrichtungen zur Rottesteuerung aufweist.

Die sinnvolle Verwertung von organischen Abfällen ist für die Erhaltung des natürlichen Stoffkreislaufes besonders wünschenswert. Die zunehmende Spezialisierung der landwirtschaftlichen Betriebe hat nicht nur in Deutschland, sondern weltweit die anfallenden Ernterückstände zu einem immer größer werdenden Problem werden lassen. Da meist die landwirtschaftlichen Betriebe einseitig auf Ackerbau oder Viehzucht ausgerichtet sind, können die in den Betrieben anfallenden Ernterückstände im eigenen Betrieb nicht mehr sinnvoll ver- eo wertet werden. Bei den organischen Abfällen sind hier insbesondere Getreide- oder Maisstroh, Traubentrester, Reisspelzen und in den tropischen Gebieten zum Beispiel Kakao- und Kaffeeschalen zu nennen. Diese hier ohne eine Wertung aufgezählten Substanzen werden heute häufig einfach verbrannt, ohne daß dort die Abwärme gewonnen wird.

Eine Vorrichtung mit den eingangs aufgeführten Merkmalen ist bekannt (DE-OS 27 11 803), bei der der Reaktionsbehälter nach oben hin offen ist, so daß damit auch die Transportierbarkeit nicht mehr gegeben ist Beim Transport eines offenen Behälters ergeben sich starke Geruchsbelästigungen und Wärmeverluste. Die bekannte Vorrichtung weist weiterhin keine Belüftungseinrichtungen sowie Vorrichtungen zum Auffangen des Kondenswasser bzw. der Sickersäfte auf. Diese Sickersäfte werden auch nicht oben auf den Rottestapel aufgegeben, so daß damit die Gefahr des Austrocknens der obersten Zone des Rottestapels besteht Auch ergibt sich durch die offene Bauweise keine entsprechende Temperaturenentwicklung in der obersten Schicht des verrottenden Materials, so daß die Wärmeleistung erheblich vermindert wird. Dadurch, daß der obere Teil der Wärmeübertragungseinrichtung in einer kälteren Zone liegt, ist eine wesentlich schlechtere Wärmegewinnung zu erwarten. Es besteht sogar die Möglichkeit, daß die Wärmetauscher nicht in Kontakt mit dem verrottenden Material stehen, da es durch den Verrottungsprozeß zusammensackt Durch die bei der bekannten Vorrichtung vorgesehene ortsfeste Aufstellung ist es wichtig, einen kontinuierlichen Betrieb zu erreichen, was durch ein Hindurchrutschen, bzw. Zusammensacken und Nachbefüllen des Rottematerials erreicht wird. Die Betriebsweise der bekannten Vorrichtung besteht in der alleinigen Wärmeentnahme durch den direkten Kontakt des Materials mit einer Vielzahl von Wärmetauschern, so daß eine Restwärmemengen-Gewinnung durch Absaugen der Luft entfällt

Bei einer anderen derartigen bekannten Vorrichtung (DE-OS 27 51 820) ist ein oben offener Sammelbehälter zur Aufnahme von pflanzlichen Abfallstoffen vorgesehen, in dem ein oder mehrere Wärmetauscher angeordnet sind, wobei der Behälter nicht wärmeisoliert ist. Der Behälter, der aus Beton bestehen soll, ist nur ortsbeweglich im Sinne seiner freien Aufsteilbarkeit, wobei alle Einrichtungen zur Rottesteuerung, wie Belüftungseinrichtungen und Sickerwasserabführungen fehlen, was erst eine Transportierbarkeit während des Betriebs möglich macht. Es handelt sich demnach um eine Sammelvorricntung zur Aufnahme von verrottbaren Abfällen. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen im Winter ist ein starker Wärmeverlust durch die offene Konstruktion zu erwarten. Bei abklingender Reaktionstemperatur wird das ausnutzbare Temperitfurgefälle so gering, daß es nicht mehr wirtschaftlich ist, das Verfahren zu betreiben. Abstrahlverluste und der freie Luftzutritt erlauben es nicht, die in dem verrottenden Material enthaltene Restwärme zu nutzen. Es kann die Wärme nur durch direkten Kontakt des Materials mit den Wärmetauschern gewonnen werden. Eine Wärmegewinnung aus der Prozeßluft ist durch die offene Bauweise nicht möglich und würde zu einer sehr schnellen Abkühlung des verrottenden Materials führen und damit zu einem Stillstand des Rotteprozesses. Die Versorgung mit Frischluft ist die entscheidenste Maßnahme zur Aufrechterhaltung eines aeroben Verfahrens, wobei es bei dem bekannten offenen Behälter lediglich eine Sauerstoffversorgung durch den freien Luftzutritt gibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei der die beim Verrottungsprozeß anfallende Wärme effizienter genutzt wird und für ein vielseitig einsetzbares Heizsystem verwendbar gemacht wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Reaktionsbehälter geschlossen, auswechselbar und insgesamt transportabel ist und daß nach

dem Abklingen der exothermen Rottereaktion die Restwärme aus dem Reaktionsbehälter durch Umwälzen und Absaugen der warmen Prozeßluft abgeführt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß in wirtschaftlicher Form bei der Verrottung entstehende Wärme technisch sinnvoll ausgenutzt wird. Dadurch, daß ein volltransportables Wärmelieferungssystem vorliegt, läßt sich auch während des Transportes der Rottevorgang aufrechterhalten. Die Dimensionierung des Behälters mit einem bestimmten abgeschlossenen Volumen, das auch ein Leervolumen aufweist, das noch genügend Luftvorrat beinhaltet, um den aeroben Rotteprozeß auch während einer längeren Transportzeit aufrechtzuhalten, ist hierbei zu berücksichtigen, und durch das geschlossene System auch möglich. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß ein großer Teil der produzierten Wärme aus der Prozeßluft entnommen werden kann. Die Wärmetauscher befinden sich immer in Kontakt mit dem verrottenden Material oder zumindest mit der erwärmten Prozeßluft Damit ist eine optimale Wärmeausbeutung gewährleistet Der Behälter mit dem verrottenden Material kann am Ort des Wärmeverbrauches an ein bestehendes Heizungssystem angeschlossen werden, oder es wird die Wärme direkt auf den zu erwärmenden Körper übertragen. Man kann vor Abschluß des Rotteprozesses bereits einen aktivierten Ersatzbehälter bereitstellen, so daß die Wärmelieferung kontinuierlich fortgesetzt werden kann. Der geschlossene Behälter kann nahezu gasdicht ausgeführt und dann zur Gewinnung von Gasen benutzt werden. Bei der aeroben Verrottung entsteht im Überschuß Kohlendioxid. Durch Steuerung der Luftzufuhr kann der Anteil des Kohlendioxidgehaltes in der Abluft erhöht werden. Diese Abluft kann dann zur Begasung verwendet werden. Durch weitere Verminderung der Zuluft bzw. des Sauerstoffgehaltes im Rottebehälter kann die aerobe Verrottung so weit beeinflußt werden, daß anaerobe Verrottungsprozesse entstehen. Bei diesen Vorgängen werden dann Faulgase gebildet, die brennbare Gase, z. B. Methan, enthalten. Durch Ableiten der Abgase ist es möglich, die mit Methan angereicherten Gase einer geeigneten Verbrennungsanlage zuzuführen. Der erfindungsgemäß beschriebene Behälter kann daher sowohl zur aeroben Verrottung, als auch zur anaeroben Verrottung von organischen Abfällen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen geschlossenen Behälter in Form eines Seecontainers,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in F i g. 1 und

Fig.3 eine vergrößerte Darstellung der Belüftungseinrichtung des Behälters nach den F i g. 1 und 2.

Wird ein Stapel optimal aufbereiteter organischer Substanz in einen geschlossenen Raum so zur aeroben Verrottung gebracht, daß Sauerstoff und Feuchtigkeit im Optimum vorhanden sind, so steigt die Temperatur im Prozeß über den Optimalwert auf eine Maximaltemperatur, bei der die Mikroben in einen inaktiven Zustand übergehen (versporen). Im Versuch ist dieser Zustand dadurch feststellbar, daß sowohl die Prozeßtemperatur, als auch der CO2-Gehalt der Prozeßluft deutlich langsamer ansteigen bzw. zum Stillstand kommen.

Entnimmt man dem Prozeß keine Wärme, so kommt die Wärmeerzeugung oberhalb einer Maximaltemperatur zum Erliegen. Der Behälter stellt dann einen Wärmespeicher dar. In einem gut isolierten Reaktor bzw. Behälter bleibt die Temperatur dann längere Zeit auf der Maximaltemperatur. Sinkt die Temperatur im Rottestapel, z. B. durch Entnahme durch die Heizung, so werden die inaktiven Mikroben (Sporen) reaktiviert und erreichen nach wenigen Stunden ihr Leistungsoptimum im Bereich der Optimaltemperatur.

Die Masse des Rottestapels muß dabei so groß sein, daß bei der Maximaltemperatur die gespeicherte Energie genügt, auch den Spitzenbedarf durch die Heizungsanlage so zu befriedigen, daß die Minimaltempe^ratur derthermophilen Bakterien nicht unterschritten wird.

Das zersetzliche organische Material wird vorteilhaft auf eine gleichmäßige Teilchenlänge von kleiner 10 mm zerkleinert und in die Säcke eingefüllt Durch Tauchen in eine Lösung mit rottefördernden Substanzen und Nährstoffen werden diese Säcke mit einer derartigen Konzentration an notwendigen Zusatzstoffen versehen, daß sofort nach dem Einbringen der Säcke in den Behälter die exotherme Abbaureaktion einsetzt

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 3 handelt es sich um einen transportablen Behälter, der die Abmessungen eines herkömmlichen Seefrachtcontainers aufweisen soll. Damit wird der Transport und das Auswechseln erleichtert. Dieser geschlossene Behälter 9 besitzt eine rundum verlaufende wärmeisolierte Wandung Ii, wobei an einer Stirnseite eine Tür 10 zum Befüllen und Entleeren vorgesehen ist Die organischen Substanzen 2 sind lose in den Behälter 9 eingefüllt, wobei sich in dem Behälter 9 unten ein Siebboden 12 befindet, der als Belüftungseinrichtung einen unterhalb angeordneten Belüftungsschacht 13 abdeckt. Dieser Belüftungsschacht 13 ist über ein gelochtes Zuluftrohr 14 mit Anschlußstück 15 mit schnell trennbarer Kupplung versehen.

Zur Wärmeübertragung befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Inneren des Behälters 9 ein aus einzelnen Platten zusammengesetzter Wärmetauscher 16, wobei das Medium des Wärmetauschers 16 über einen Heizungsvorlauf 17 und einen Heizungsrücklauf 18 unter Verwendung von Schnellkupplungen an das Heizungssystem anschließbar ist. Die Abluft kann über einen Anschluß 19 aus dem Behälter Sl nach außen geführt werden. Die zum Anschluß der verschiedenen Leitungen notwendigen Schnellkupplungen sind mit dem Bezugszeichen 20 versehen.

Zum Umschichten der organischen Substanzen 2 befindet sich im Inneren des Behälters 9 ein über Umlenkrollen 21 geführtes Band 22, vorteilhaft ein Kettenband, an dem in bestimmten Abständen über die Breite des Behälters 9 reichende Mitnehmer 23 vorgesehen sind. Für den Transport sind oben am Behälter 9 Transporthaken 24 vorgesehen.
Der zweckmäßigerweise nach außen hin mit einem isolierenden Kunststoffschaum vollständig gegenüber Wärmeabstrahlung isolierte Behälter 9 besitzt sämtliche Anschlußleitungen auf der Außenseite, so daß der Behälter während der Heizperiode schnell von dem zu beheizenden Objekt bzw. dessen Heizkreislauf getrennt werden kann. Der Boden des Behälters 9 ist zweckmäßigerweise nach einer Seite geneigt, so daß eventuell auftretende Sickersäfte aufgefangen und an der Oberseite des zu verrottenden Materials wieder aufgegeben werden können. Die Substanzen 2 werden mit Nährstoffen und rottefördernden Substanzen versehen, wobei die Befüllung des Behälters auch mit bereits in Rotte befindlichem Material erfolgen kann. Dadurch kann die Zeitspanne bis zur Wiederverwendung des Behälters

verkürzt werden, da dem Material sofort die Wärme entzogen werden kann. Der Behälter läßt sich mit normalen Lastkraftwagen befördern, die durch geeignete Absetzvorrichtungen direkt an der gewünschten Stelle abgeladen werden können. Der Behälter 9 läßt sich für private und gewerblich genutzte Gebäude in Wärmeversorgungssysteme einbauen. Nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion wird der Behälter 9 von dem Heizungssystem abgetrennt und bei Bedarf gegen einen neuen Behälter 9 ausgetauscht. Das Transportfahrzeug, das einen neuen Behälter 9 bringt, kann dann gleich den verbrauchten Behälter wieder zur Befüllstel-Ie mitnehmen.

Da nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion der Behälter immer noch eine beträchtliche Warmemenge speichert, kann durch Absaugen der warmen Prozeßluft aus dem Behälter die restliche Wärme aus dem Behälter gewonnen werden und das Material dabei gleichzeitig getrocknet werden. Das abgetrocknete Material ist dann noch als hochwertiges Bodenverbesserungsmittel verwendbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

30

35

40

43

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen und Abführen von Heizwärme unter Ausnutzung der mikrowellen Zersetzung von organischen Substanzen, wobei die Substanzen in einem Reaktionsbehälter durch Beeinflussung der Faktoren Feuchtigkeit, Sauerstoff und Temperatur aktivierbar und nach dem Ablauf der exothermen Abbaureaktionen durch neue, even- ίο tuell schon in Rotte befindliche Substanzen ersetzbar sind und daß in dem Reaktionsbehälter Energieversorgungs- und Wärmeträgerleistungen angeordnet sind, die an einen Verbraucher anschließbar sind, und der Einrichtungen zur Rottesteuerung aufweist, is dadurch gekennzeichnet, daS der Reaktionsbehälter (9) geschlossen, auswechselbar und insgesamt transportabel ist und daß nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion die Restwärme aus dem Reaktionsbehälter (9) durch Umwälzen und Absaugen der warmen Prozeßluft abgeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungs- und Wärmeträgerleitungen (15,17, 18, 19) des Reaktionsbehälters (9) mit schnell trennbaren und anschließbaren Kupplungen versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (U) des Reaktionsbehälters (9) isoliert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Wärmetauschern, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßluft über die innen- oder außenliegenden Wärmetauscher (16) leitbar ist.

35