Ein zusätzlich installierter Hochlastfermenter an landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen soll dabei den gängigen Rührkessel-Fermenter ergänzen. So sollen sich bislang ungenutzte Biomassepotenziale erschließen lassen. Im Projekt erarbeiteten die Forschenden praxistaugliche Verfahrenskonzepte und Tools zur Wirtschaftlichkeitsberechnung.

Die Vergärung flüssiger Rest- und Abfallstoffe in Biogas-Anlagen, insbesondere Gülle, ist verfahrenstechnisch schwierig. Der hohe Wassergehalt erfordert relativ große Behälter und viel Heizenergie – beides ist teuer. Die Hochlastvergärung soll einen Ausweg bieten. Sie hält die Mikroorganismen im Fermenter zurück und reichert sie dort an. Mehr Mikroorganismen erlauben einen höheren Durchsatz. Die Behälter können also kleiner werden und die Kosten sinken.

Am besten geeignet: Rindergülle, Schweinegülle, Zuckerrübensaft

Im Vorhaben „Bio-Smart“ identifizierten die Wissenschaftler der FH Münster landwirtschaftliche und industrielle Reststoffe mit hohen Abbaugeschwindigkeiten. Für die Hochlastfermentation eignen sich vor allem Schweine- und Rindergülle sowie Zuckerrübensaft. Auch Glycerin aus der Biodieselherstellung und stärkehaltige Abwässer kommen in Frage. Alle geeigneten Reststoffe wurden in eine Datenbank aufgenommen, die Auskunft über Biogaserträge und weitere relevante Substratparameter liefert. Bislang enthält diese mehr als 570 Einträge.

In Laborversuchen im halbtechnischen Maßstab ermittelten die Forscher erfolgversprechende Substrat-Reaktor-Kombinationen. Als am besten geeignet erwies sich ein Reaktor aus der biologischen Abwasserreinigung, der Expended Granular Sludge Bed Reactor (EGSB-Reaktor). Er hält die Mikroorganismen zurück und beschleunigt so den Substratabbau und die Gasbildung. Durch die zeitlich gezielte Fütterung leicht abbaubarer Substrate lässt sich die Gasbildung zudem an den Bedarf anpassen.

Unter den Substratmischungen zeigte der Mix aus Schweine- und Rindergülle und einem hochkalorischen Reststoff das größte Biogaspotenzial. Die Verweilzeit im Hochlast-Reaktor ließ sich bis auf bis zu einen Tag reduzieren. Optimal wären allerdings je nach Substrat vier bis zwölf Tage.

Auf Grundlage der Laborergebnisse erarbeiteten die Forschenden verschiedene Verfahrenskonzepte. Um Kosten und Erlöse abzuschätzen, erstellten sie ein Berechnungstool, das unter anderem die verfügbaren Substratmengen, das Verfahrenskonzept oder Eigenschaften der Bestands-Biogasanlage berücksichtigt. Das Tool quantifiziert den Einfluss verschiedener Anlagen- und Betriebsparameter. Auf diese Weise ermöglicht es eine ökonomische Optimierung neuer und bestehender Biogasanlagen.

Flüssige Phase im Hochlastfermenter separat zu Biogas umwandeln

Am wirtschaftlichsten ist es demnach, die festen und die flüssigen Phasen, die bei der Vorbehandlung anfallen, getrennt zu nutzen. Die flüssige Phase, die den Großteil des Volumens ausmacht, wird dabei mit kurzen Verweilzeiten im EGSB-Reaktor vergoren. Die  Vergärung der festen Phase findet mit längeren Verweilzeiten im Rührkesselfermenter statt. Indem man Festes und Flüssiges getrennt behandelt, ergibt sich in Summe ein kleineres Reaktorvolumen.

Die PlanET Biogastechnik GmbH integrierte zum Abschluss eine Versuchsanlage zur Hochlastvergärung in die Versuchsbiogasanlage im Bioenergiepark Saerbeck im Münsterland. Damit zeigte sie, dass sich das Verfahren auch auf Bestandsbiogasanlagen übertragen lässt.

Das Verbundvorhaben „Biogasproduktion in Hochlastfermentern zur intelligenten Energiebereitstellung (Bio-Smart)“ wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Berechnungstool und Reststoffe-Datenbank sind auf Anfrage bei der FH Münster erhältlich.

22.08.2023 | Quelle: FNR | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH