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Biogasanlagen

Optimierung der Gasausbeute bei modernen Biogasanlagen

| Autor / Redakteur: Anke Geipel-Kern / Wolfgang Ernhofer

70 bis 80 Prozent beträgt der Gesamtwirkungsgrad der Biogasanlage in Tannhausen. Damit ist sie eine der effizientesten Anlagen Deutschlands. (Bild: Lipp)
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70 bis 80 Prozent beträgt der Gesamtwirkungsgrad der Biogasanlage in Tannhausen. Damit ist sie eine der effizientesten Anlagen Deutschlands. (Bild: Lipp)

Mit einer vorgeschalteten Hydrolyse kitzelt der Betreiber das wirtschaftliche Optimum aus seiner Biogasanlage heraus. Der besondere Trick ist ein zweistufiger Vergärungsprozess, dadurch arbeiten die Mikroorganismen immer im idealen Milieu.

6000 Biogasanlagen gibt es inzwischen in Deutschland und allein im vergangenen Jahr kamen 1000 neue Anlagen hinzu. Gefüttert werden sie mit nachwachsenden Rohstoffe, meist von benachbarten Äckern, sowie Gülle aus der Tierhaltung. Probleme macht den Energiewirten allerdings noch die möglichst effiziente Gasgewinnung aus der eingespeisten Biomasse. Der Grund: Die Zusammensetzung schwankt stark, wodurch die Mikroorganismen die Substrate im Fermenter einer Biogasanlage oft nicht 100-prozentig abbauen. Besonders bei faserigen Stoffen wie Gras ist die Verweilzeit sehr hoch.

Im baden-württembergischen Tannhausen hat Behälterproduzent und Generalunternehmer Lipp dieses Problem mit einem Kombio-Reaktor gelöst. Dank einer vorgeschalteten Hydrolyse werden hier die eingesetzten Substrate so genutzt, dass sie ein Maximum an Energie erzeugen.

„Unser Ziel bestand darin, eine besonders wirtschaftliche Anlage zu konstruieren – also ein optimales Verhältnis zwischen eingesetzten Mitteln, Eigenenergieverbrauch und Ertrag zu erreichen“, erklärt Manfred Thalmann, Anlagenplaner bei Lipp. 370 kWel (Kilowatt elektrisch) kann die Anlage produzieren. Der erzielte Gesamtwirkungsgrad von 70 bis 80 Prozent setzt sich zusammen aus der entstehenden Wärme und der elektrischen Energie. Zum Vergleich: Der Wirkungsgrad eines Atomreaktors und sogar von Wind- und Solaranlagen beträgt 30 bis 40 Prozent.

Zweistufige Vergärung

800 Kilogramm Getreide, 2000 Kilogramm Gras und 14 000 Kilogramm Mais werden täglich in den Reaktor eingebracht. Hinzu kommen zehn Kubikmeter Gülle. 1800 Kubikmeter fasst der Fermenter insgesamt. Grundlage für den hohen Wirkungsgrad ist eine weitgehend verlustfreie Gasausbeute. Um diese trotz der inhomogenen Mischung der teilweise schwierig zu verarbeitenden Materialien zu erreichen, wurde zusätzlich zum eigentlichen Fermenter ein im Boden versenkter Hydrolysebehälter installiert. Der Vergärungsprozess verläuft dadurch in zwei räumlich getrennten Stufen:

Während des Säuerungsprozesses arbeiten die Bakterien bei einem schwach sauren pH-Wert von 5,2 bis 6,3 und bei Temperaturen von 35 Grad. Dadurch entstehen für die Hydrolyse optimale Prozessbedingungen und die Mikroorganismen können die Substrate in viel kürzerer Zeit aufschließen. Langkettige Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße werden in Mehrfachzucker, Fettsäuren und Oligopeptiden zersetzt. Im Intervall von 40 Minuten bewegen zwei Rührwerke jeweils etwa acht Minuten lang die Masse, dadurch verflüssigt sich das Material besonders schnell.

Mittels der Rezirkulation aus dem Nachgärer stellt sich laut Betreiber in der Hydrolysestufe ein Trockensubstanzgehalt zwischen zehn und 15 Prozent ein. Dadurch durchmischt sich das inhomogene Medium besser, die Schwimmschichtneigung reduziert sich. Vor allem werden die Rühr- und Umpumpzeiten im Fermenter selbst um ein Vielfaches minimiert. Der Betreiber Anton Abele will in Zukunft den Trockensubstanzgehalt noch weiter erhöhen, um den Stromverbrauch der Anlage zu verringern. Um zu vermeiden, dass Gas entweichen kann, ist der Hydrolysebehälter gasdicht verschlossen.

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