Ultraschall – Intensivierter Abbau von Biomasse für Biogasanlagen

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Fakten – der großtechnische Betrieb

Typischerweise wird auf den Anlagen ein Biomassestrom (Kläranlage: eingedickter Überschussschlamm vor der Faulung; Biogasanlage: Rezirkulat aus dem Nachgärer in den Fermenter) von bis zu 50 m³ pro Tag und Standard-Ultraschallsystem (fünf Schwinggebilde, Leistungsaufnahme je 1 kW) kontinuierlich und im 24-Stunden-Betrieb beschallt. Aufgrund des modularen Aufbaus der kompakten Systeme können sämtliche Größenklassen von Anlagen mit dieser flexiblen und innovativen Technologie ausgerüstet werden.

Ein jüngstes Beispiel aus der Praxis dient als Beleg für die ausgewiesene Steigerung von Effektivität und Wirtschaftlichkeit durch den Einsatz der Ultraschalltechnik. So wurden nach Einbindung eines Standard-Ultraschallsystems auf der Biogasanlage „Bordesholmerland“ in Schleswig-Holstein (s. Abb. 4) signifikante Verbesserungen erzielt, sowohl in technischer als auch ökonomischer Hinsicht.

Die Ausgangslage für einen aussagekräftigen Test im großtechnischen Betrieb war ideal: Zwei parallele Straßen (jeweils bestehend aus Fermenter, Nachgärer, Gärrestelager und BHKW (537 kW)) mit separater Datenaufnahme. So konnte durch Ausrüsten einer Straße mit Hochleistungs-Ultraschall ein unmittelbarer Vergleich mit dem konventionellen Fermentationsbetrieb gezogen werden. Die Herausforderung: eine Effizienzsteigerung trotz langer Fermentationszeit (insgesamt rund 180 Tage in Fermenter und Nachgärer), während der schon hohen Abbaugrade sollte erreicht werden. Mit dem Ziel, weniger Substrat für die gleiche Biogasproduktion (je Strecke 6150 m³ pro Tag) einzusetzen, wurde der Test im Mai 2011 gestartet. Die Bilanzierung der Prozesse über mehrere Monate erbrachte:

die Reduktion der Fütterung einer Mais-Monovergärung von 25 t/d auf 21 t/d.

den Anstieg des Methangehalts im Biogas um zwei Prozentpunkte auf 53%.

eine Senkung der Biomasse-Viskosität im Fermenter und dadurch geringere Leistungsaufnahme von Mischern und Pumpen.

eine höhere Prozessstabilität der Straße mit Ultraschalldesintegration im Verhältnis zur nicht ausgerüsteten Linie (nach Angabe des Betreibers).

Somit wurde eine deutliche Effizienzsteigerung erreicht. Entsprechend wurden äußerst positive Ergebnisse auch in wirtschaftlicher Hinsicht erzielt:

Einsparung von durchschnittlich 15% Substrat führt zu einer Kostenminderung von ca. 53 300 Euro pro Jahr (8500 Betriebsstunden; 230 m³ Biogas/t Substrat bei Rohstoffkosten von 38 Euro/t).

Senkung des Energiebedarfs für die Substrat-Durchmischung im Fermenter durch verminderte Viskosität um ca. 1400 Euro/a.

Verminderung des Fütterungsaufwandes (geringere Radlader-Nutzung, weniger Personalzeit): Kostensenkung um ca. 5500 Euro/a.

Insgesamt konnte für die mit dem Ultrawaves-Ultraschallsystem ausgerüstete Straße ein betriebswirtschaftlicher jährlicher Nettonutzen von 36 000 Euro erreicht werden. Zudem ist bei dieser Rechnung der höhere Methangehalt im Biogas noch nicht berücksichtigt worden, der den wirtschaftlichen Erlös zusätzlich steigert. Je nach Randbedingungen und Zielsetzung der Betreiber kann das betriebswirtschaftliche Ergebnis noch besser ausfallen als hier geschildert, insbesondere beim Anstreben einer erhöhten Biogasproduktion mit gleichem Substrataufwand. Der Betreiber der Biogasanlage „Bordesholmerland“ ist seit den positiven Testergebnissen vom Mehrwert der Ultrawaves-Ultraschalltechnik für seine Anlage überzeugt und erwarb das Ultraschallsystem. Während der nunmehr achtmonatigen prozessstabilen Betriebszeit wurden kontinuierlich weitere Proben aus der Anlage im Labor von Ultrawaves analysiert und die Betriebsdaten vom Betreiber dokumentiert. Der positive Trend bestätigt sich, sodass in Kürze auch die zweite Straße auf der Biogasanlage mit einem Ultraschallsystem ausgestattet wird. Auf Kläranlagen zeigt sich ein ähnliches Bild. Auf der Referenzanlage in Bamberg (330 000 EW) konnte z.B. dank Einbindung der Ultraschalltechnik (Inbetriebnahme von zwei Ultrawaves-Ultraschallsystemen im August 2004) der Bau eines zusätzlichen Faulbehälters vermieden werden. Der ökonomische Vorteil ist offensichtlich. Heute wird auf der Kläranlage Bamberg aus der anaeroben Vergärung des Klärschlammes mehr Strom produziert als durch Reinigung des Abwassers verbraucht – ein europaweites Novum auf diesem Gebiet.

Inzwischen hat Ultrawaves seit seiner Firmengründung weltweit zahlreiche Klär- und Biogasanlagen in Kooperation mit seinem nationalen Vertriebspartner, SC Consult, als auch seinen internationalen Partnern erfolgreich mit seinen patentierten Ultraschallsystemen ausgestattet.

Literatur

[1] Abwassertechnische Vereinigung (2000): Arbeitsbericht der ATV-Arbeitsgruppe 3.1.6: Verfahren und Anwendungsgebiete der mechanischen Klärschlammdesintegration. Korrespondenz Abwasser, Heft 4, S 570 – 576

[2] Nickel, K. (2002): Intensivierung der anaeroben Klärschlammstabilisierung durch vorgeschalteten Zellaufschluss mittels Ultraschall. Dissertation TU Hamburg-Harburg.

* G. Klingspor: Ultrawaves GmbH Wasser und Umwelttechnologien, 21073 Hamburg

* *J. Sörensen: SC Consult GmbH, 25368 Kiebitzreihe

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