RM-Hochleistungs-Biogasanlage mit Batch-Hydrolyse

Unterlagen
Informationen
RM-Hochleistungs-Biogasanlage mit
Batch-Hydrolyse
Hochleistungsbiogasanlage mit Hydrolysesystem, Nebauer Simbach
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BME BiomasseEnergie GmbH
Deimel 1
84329 Wurmannsquick
Stand: August 2008
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Inhalt
1. Hintergrund der RM Hochleistungsbiogasanlage ....................................... 3
2. Funktionsweise der Rottaler Modell Hochleistungsbiogasanlage
mit Hydrolyse und Versauerung ................................................................... 4
3. Die Batch-Hydrolyse – Besonderheit der Rottaler Modell
Hochleistungsbiogasanlage.......................................................................... 5
4. Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur RM-Hochleistungs-
Biogasanlage .................................................................................................. 9
5. Spezielle Vorteile der RM Hochleistungsbiogasanlage mit
Hydrolyse und Versauerung........................................................................ 11
6. Bestätigung Rottaler Volksbank-Raiffeisenbank eG ................................. 15
7. Fotodokumentation – Rottaler Modell
Hochleistungsbiogasanlage mit Hydrolyse und Versauerung -
Anlage Nebauer ............................................................................................ 16
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1. Hintergrund der RM Hochleistungsbiogasanlage
Rottaler Modell Hochleistungsbiogasanlage mit externer Hydrolyse- und
Versauerungseinheit für Nachwachsende Rohstoffe
Die BiomasseEnergie GmbH (BME GmbH) hat eine komplett neue und innovative
Hochleistungsbiogasanlage mit Hydrolyse- und Versauerungssystem entwickelt und
damit die Effizienz von Biogasanlagen bis zu 30 % erhöht. Es kann mit diesem System
aus der gleichen Menge an Biomasse bis zu 30 % mehr Energie (= Strom und Wärme)
herausgeholt werden. 1
Herkömmliche Biogasanlagen werden in der Regel im
1-stufigen Verfahren gebaut. Die Biomasse (Nawaros
wie Gras, Mais u.a.) wird geerntet und aus dem
Fahrsilo direkt in den (meist einen) Fermenter
„verfüttert“. Der Fermenter ist vergleichbar mit dem
Magen, in dem die Biomasse „verdaut“ wird.
Herkömmliche Biogasanlagensysteme sind
vergleichbar mit der Fütterung eines Mastschweines.
Die BME GmbH hat nun bei der Rottaler Modell
Hochleistungsbiogasanlage mit Hydrolyse- und Versauerungssystem berücksichtigt,
dass ein optimaler „Verdauungstrakt“ zur Verfügung stehen muss, der der Biologie und
den Anforderungen der Bakterien angepasst sein muss. Nur mit einer optimalen
Vorbehandlung kann aus Maissilage und Grassilage und anderen nachwachsenden
Rohstoffen die größtmögliche Energie herausgeholt werden.
Die Rottaler Modell Hochleistungsbiogasanlage ist aufgebaut und wird „gefüttert“ wie
eine Kuh. Eine Kuh hat mehrere (vier) Mägen, damit das faserreiche Futter gut und
optimal verdaut werden kann.
Dies wurde beim System der BME GmbH optimal umgesetzt.
Beispiel für die Effizienzsteigerung mit einem Hydrolyse- und Versauerungssystem:
Herkömmliche Anlagen produzieren mit einem ha Biomasse Strom für 9 Haushalte
Mit einer vorgeschalteten Hydrolyse- und Versauerung kann mit der gleichen Fläche
Strom für 12 Haushalte produziert werden.
1 im Vgl. zu KTBL – Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft: Gasausbeute in
landwirtschaftlichen Biogasanlagen, Tabelle 5
Einbringtechnik
Fermenter Endlager
3

2. Funktionsweise der Rottaler Modell
Hochleistungsbiogasanlage mit Hydrolyse und
Versauerung
Eine Standard-Hochleistungs-Biogasanlage mit Hydrolyse und Versauerung nach dem
Rottaler Modell ist auf eine elektrische Leistung von 0,5 MW ausgelegt. Dazu werden nach
Art der eingesetzten Biomasse ca. 8.000 to Einsatzstoffe pro Jahr benötigt.
Die Nachwachsenden Rohstoffe (Nawaros) werden in 2-Tages-Rationen abwechselnd in die
beiden Hydrolysebehälter gefüllt.
Stündlich wird aus einer der Hydrolyseeinheiten der Gärfermenter mehrmals mit
vorgesäuertem pumpfähigem Material über eine Pumpe automatisch beschickt. Im
Fermenter findet der eigentliche Methangasbildungsprozess bei mesophiler oder
thermophiler Betriebsweise statt.
Das erzeugte Biogas wird über die Gasleitung in den Folienspeicher über dem Endlager
geleitet. Von dort wird das Biogas über die Kondensatstrecke zum BHKW geleitet.
Bei Störungen am BHKW kommt eine Notfackel zum Einsatz.
Das vergorene Material gelangt über den Überlauf in das Endlager.
Der Separator wird über eine Pumpe mit flüssigem Gärrest beschickt. Die abseparierte
Flüssigfraktion dient zum Aufmischen der Inputstoffe in den Hydrolysebehältern. Die
Festfraktion kann als fester Dünger ebenso wie der unseparierte Gärrest als flüssiger Dünger
auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden.
Der erzeugte Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist. Die thermische Energie wird zu
einem Teil als Prozesswärme benötigt. Die verbleibende Wärme kann je nach
einzelbetrieblicher Situation beispielsweise zum Wärmeverkauf, zur Beheizung von
Wohnhäusern, Stallgebäuden oder zur Trocknung genutzt werden.
Die Standard-Biogasanlage des Rottaler Modells verfügt normalerweise über einen
Fermenter, zwei Hydrolysebehältern und ein Endlager. Mit dieser Standard-Version kann
Biogas für eine Leistung von 0,5 MWel erzeugt werden.
1 Fermenter V= 1.200 m³
2 Hydrolysebehälter V= 300 m³ (je Behälter)
1 Endlager V= 2.500 m³ (je nach Einsatzstoff)
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3. Die Batch-Hydrolyse – Besonderheit der
Rottaler Modell Hochleistungsbiogasanlage
Was ist eine Hydrolyse?
Der Biogasbildungsprozess findet prinzipiell in vier Stufen statt. Die erste Stufe ist die
Hydrolyse. Dabei werden Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße durch Enzyme in kleinere und
damit für die Bakterien
besser verwertbare Moleküle
aufgespaltet. Die gebildeten
Verbindungen werden
anschließend aufgenommen
und in der zweiten,
acidogenen (sauren) Phase
oder Versäuerungsphase zu
organischen Säuren und
Alkoholen sowie zu
Wasserstoff, Kohlendioxid,
Ammoniak und
Schwefelwasserstoff
vergoren. Diese organischen
Säuren und Alkohole werden
von den essigsäurebildenden
Hydrolyse 1
ca. 300 m 3
Bakterien weiter abgebaut und schließlich durch die methanbildenden Bakterien zur
Biogasproduktion genutzt.
Warum wird eine Hydrolyse durchgeführt?
Die Hydrolyse ist der kritische Prozess bei der Vergärung. Versäuernde Bakterien und die
Essigsäure- bzw. Methanbildner haben unterschiedliche Anforderungen an ihre Umgebung,
wie z.B. die Temperatur. Deshalb wird die Hydrolyse abgetrennt von der Vergärung im
Fermenter in einer separaten Einheit durchgeführt. Damit wird der Hydrolyse-Prozess
kontrollierbar. Nach Abschluss des Hydrolysevorgangs ist die aufgeschlossene pumpfähige
Biomasse für die Methanbakterien im Fermenter besser verfügbar.
Hydrolyse- und Methanbakterien stören sich gegenseitig bei Biogasanlagen.
Ein Vergleich zeigt, dass Hydrolyse und Methanbakterien ganz unterschiedliche
Lebensraumbedingungen bevorzugen. Wenn die Biogasanlage nur eine geringe
Raumbelastung aufweist (oTS-Gehalte unter 2 kg/m 3 Fermentervolumen und Tag) wirken
sich diese gegenseitigen Störungen nicht so sehr aus. Mit steigenden Herstellungs- und
Biomassepreisen steigt der ökonomische Druck, eine Biogasanlage muss an die
Kapazitätsgrenzen gehen. Höhere Raumbelastungen müssen erreicht werden. Damit wird
die Biologie instabiler und sensibler. Mit einer vorgeschalteten Hydrolysestufe können
Raumbelastungen im Fermenter bis zu 7 kg oTS/m³ Fermentervolumen und Tag erreicht
werden.
Flüssig
Fermenter
Separator
Flüssig
Hydrolyse 2
ca. 300 m 3
fest
Nachgärer
Endlager
Grafik: Nachrüstung einer Biogasanlage mit einer Batch-Hydrolyse
5

Vergleich unterschiedlicher Anforderungen von Hydrolysebakterien - Methanbakterien
Hydrolysebakterien Methanbakterien
Reproduktionszeit 3 Stunden bis 3 Tage 6- 14 Tage
Temperaturoptimum 30 bis 65 o C
37
variabel
o C oder 55 o C
absolut konstant!
pH-Wert runter bis 4,5 ca. 7-8
Vitalität Robust, vertragen Störungen Sehr empfindlich gegenüber
bei Temperatur und pH-Wert jeder Art von Störung im pH-
Wert und
Temperaturschwankungen
Aerobe Sensibilität Arbeiten auch bei Eintrag von Sterben bei Sauerstoffeintrag
Sauerstoff, wie beim
Beschicken der
Hydrolysebehälter
sofort ab.
Biogasausbeute Gering
Methangehalt bis 0-30 %
hoch
Hydrolyse-Bakterien sind sehr robust – sie sind die „Rabauken“ und vertragen auch
Betreiberfehler. Methanbakterien sind wie „Diven“ – hochempfindlich bei jeder Störung.
Deshalb werden diese Bakterienstämme getrennt.
Vermischung des Gärsubstrates mit der neuen Biomasse
Wenn die Biomasse in den Fermenter kommt, dann kann sie meist
nicht vollständig untergerührt werden; schnell kommt es zu
Schwimmschichten. Der Rühraufwand und der Strombedarf steigen.
In der kleineren Hydrolyseeinheit kann die frisch zugeführte Biomasse
besser untergerührt werden.
Eine Hydrolyseeinheit vermindert deshalb auch die Gefahr von
Schwimmschichten im Fermenter.
Besserer Biomasseaufschluss durch die Hydrolyse
Mit der vorgeschalteten Hydrolysestufe mit ihren niedrigen pH-Werten
kann die Biomasse - insbesondere die faserhaltige Biomasse - besser
aufgeschlossen werden als dies im Fermenter möglich ist. Das erhöht die Biogasausbeute
und damit die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage.
Exkurs: Zelluloseabbau
„Die Zellulose (C6H10O5)n (auch Cellulose), ist der Hauptbestandteil von pflanzlichen
Zellwänden (Massenanteil 50%).
Wiederkäuer können Zellulose und andere Polysaccharide, die anders als die durch
Monogastrier verdaulichen Bindungen α-1,4 oder α-1,6 verbunden sind, im Pansen
verdauen, da die Bindungen hier durch die Pansenmikroorganismen aufgeschlossen
werden….
Sie kann durch starke Säuren gespalten werden, mit konzentrierten Säuren bei erhöhter
Temperatur kann die Zellulose zu Glucose abgebaut werden.“
Quelle: Wikipedia
Zellulose kann bei einem pH-Wert von 7,5 (=optimaler Bereich für Methanbildung) kaum
abgebaut werden. Ein optimaler Zellulose-Abbau ist nur über eine Versauerung möglich.
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Flüssigbeschickung der Fermenter
Durch die Verflüssigung der Biomasse können die Fermenter mit Pumpen und Rohrleitungen
aus der Hydrolyseeinheit gefüttert werden. Es ist eine genaue Dosierung möglich.
Mechanische Störungen treten nicht auf, weil es keine Schnecken gibt. Die Fermenter
werden ausschließlich über die Hydrolyseeinheit beschickt; somit können separate
Beschickungsaggregate für die Fermenter komplett entfallen.
Fermenter werden immer mit vorgewärmter Biomasse beschickt
o
Die Temperatur in der Hydrolyse beträgt über 30 C; mit dieser warmen
Biomassesuspension werden die Fermenter beschickt. Damit kommt es zu keinerlei
Temperaturstörungen im Fermenter und die Biogas produzierenden Methanbakterien
werden nicht beeinträchtigt.
pH-Pufferung durch die Hydrolyse
Methanbakterien reagieren sehr empfindlich auf pH-Änderungen. Im Fermenter beträgt der
pH-Wert ca. 7,5, ist also im neutralen Bereich. In der Hydrolyse liegen pH-Werte von 3,5 -5,5
vor. Vom Hydrolysebehälter wird vorversauertes Hydrolysat in den Fermenter gepumpt,
Störungen für die Methanbakterien sind damit weit geringer als bei direkter
Silagebeschickung in den Fermenter.
Verstetigung der Gasproduktion
Mit vorgeschalteter Hydrolyse sind die Methanbakterien im Fermenter ungestört und
verstetigen damit die Biogasproduktion. Eine schnelle und gleichmäßige Biogasproduktion ist
die Folge.
Höhere Biogasausbeute
Verschiedene wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass mit dem Einsatz einer
gesteuerten Hydrolyse die Biogasausbeute je nach Substrat um 5-15 % steigt. Der Grund
liegt im Voraufschluss der Biomasse bei niedrigerem pH-Wert als es im Fermenter der Fall
ist. Unsere praktischen Ergebnisse zeigen eine bis zu 30 % höhere Biogasausbeute bei
zellulosehaltiger Biomasse im Vergleich zu den KTBL-Laborwerten.
Höhere Betriebssicherheit
Alle positiven Effekte durch die externe Hydrolyse erhöhen die Betriebssicherheit der
Biogasanlage.
Biomassebereitstellung nur alle 2-3 Tage
Da die Hydrolysebehälter so dimensioniert sind, dass mit dem Inhalt die Fermenter 2 bis 3
Tage gefüttert werden können, braucht die Hydrolyse-Einheit nur jeden 2ten oder 3ten Tag
befüllt werden. Das erhöht die zeitliche Flexibilität für den Anlagenbetreiber.
Wenn Probleme, dann in der Hydrolyse-Einheit!
Die Hydrolysebehälter sind relativ klein und damit leichter beherrschbar. Probleme, wie
Schwimmschichten sind einfacher zu beheben.
Ein Versauern eines gesamten Fermenterinhaltes ist eine Katastrophe, bei der Hydrolyse in
der Hydrolyseeinheit wird dies absichtlich herbeigeführt. Ebenso kann die Raumbelastung im
Fermenter durch die vorgeschaltete Hydrolyse erhöht werden.
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So läuft die Beschickung der Rottaler Modell Hochleistungsbiogasanlage über die
Hydrolyse ab!
Die Beschickung der Hydrolysebehälter erfolgt alle 2-3 Tage. Die mindestens zwei
Hydrolysebehälter werden abwechselnd beschickt. Während in einem Hydrolysebehälter die
Hydrolyse abläuft, wird aus dem zweiten Hydrolysebehälter die bereits versäuerte Biomasse
zur weiteren Vergärung in den Fermenter geleitet. Der Hydrolysebehälter wird vollständig
geleert.
Aus dem Endlager wird ausgegorenes Gärsubstrat mit einem TS-Gehalt von 6-8 % zum
Separator gepumpt. Dort wird das Gärsubstrat in eine Flüssigfraktion mit 1-4% TS und eine
Festfraktion mit 20-35% TS getrennt. Die Flüssigfraktion gelangt vom Separator in den
Hydrolysebehälter zum Aufmischen der „neuen“ Biomasse. Die Festfraktion wird in einem
Bunker zwischengelagert. Dies ist ein automatisch ablaufender Prozess, der unterbrochen
wird, wenn genügend Flüssigkeit im Hydrolysebehälter vorhanden ist. Ein Vorteil für die
Vergärung ist, dass durch das Abseparieren der Feststoffe das Gärsubstrat verdünnt wird.
Das reduziert Technikprobleme und Rührzeiten.
Die Biomasse (Silomais, Festmist, etc.) wird aus einem Silo in einen Dosierer angeliefert;
von dort wird mit einem Förderband der Hydrolysebehälter mit der geplanten
Biomassemenge befüllt. Die Mischung aus Biomasse und flüssigem Gärrest hat einen TS-
Gehalt von 12-14%.
Die Hydrolyse ist sehr einfach und zweckmäßig, weil sie alternierend in mindestens zwei
Behältern abläuft.
Mit einem Rührwerk wird die Suspension soweit vermischt, dass es keine
Schwimmdeckenbildung gibt.
Innerhalb weniger Stunden bei mind. 40 o C beginnt der Hydrolysevorgang und dauert ca. 2
Tage. Die Suspension versauert bis zu einem pH-Wert 3,5 - 5,5. Nach zwei Tagen
Verweilzeit ist der Hydrolyseprozess weitestgehend abgeschlossen.
Nach der Hydrolyse wird die versauerte Suspension in die Fermenter zur weiteren
Vergärung gepumpt. Dieser Pumpvorgang läuft automatisch gesteuert ab. In der Regel wird
jeder Fermenter mindestens zweimal pro Stunde beschickt; je geringer die Teilmengen für
die Beschickung aus der Hydrolyseeinheit sind, desto geringer ist die Störung der
Methanbakterien in den Fermentern.
Mit einer speziell für die RM-Hydrolyse entwickelten Messtechnik läßt sich die Hydrolyse
kontrollieren und steuern.
Wohin mit dem Gas aus dem Hydrolyse-Prozess?
Die Hydrolysebehälter sind ausgestattet wie Fermenter – gasdicht und beheizbar. Das
entstehende Schwachgas aus der Hydrolyse wird über das Gasleitungssystem in das
Endlager mit Gasspeicher geleitet und dem BHKW zur Verbrennung zugeführt.
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4. Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur RM-
Hochleistungs-Biogasanlage
Was ist das Rottaler Modell?
Das Rottaler Modell (RM) ist 1994 aus einem Zusammenschluss von
Landwirten zur Vergärung von Biomüll in den Landkreisen Dingolfing-
Landau und Rottal-Inn entstanden. Seit 1995 sind zwei Biogasanlagen und
seit 1998 weitere zwei Biogasanlagen zur Vergärung von Biomüll und
anderen Abfällen in Betrieb. Durch die Kapazitätserweiterung der
Biogasanlagen und aufgrund des Nawaro-Bonus im Erneuerbaren-Energie-
Gesetz (EEG) vom 1.08.2004 wurden zwei der Biogasanlagen auf Nawaro
umgestellt.
Wodurch unterscheidet sich die Anlagentechnologie des RM
von anderen Biogasanlagen-Typen?
Hydrolyse-Einheit
Die Hydrolyse- und Versauerungseinheit besteht aus zwei separaten
Behältern. Hier wird der Hydrolyse-Prozess vom Methanbildungsprozess
getrennt. Normalerweise läuft dieser Prozess in einem Behälter ab.
Pumpfähige Aufbereitung der Biomasse
Die Biomasse wird so aufbereitet, dass sie pumpfähig wird. Flüssiges
separiertes Gärsubstrat mit einem niedrigen TS-Gehalt wird mit der
frischen Biomasse vermischt. Nach Ablauf der Hydrolyse werden dann mit
der geeigneten Pumptechnologie die Fermenter problemlos beschickt.
Geschlossene Fermenter und Endlager
Alle Behälter sind in geschlossener Bauweise errichtet. Hydrolysebehälter
und Gärfermenter sind mit Betondecken ausgestattet, das Endlager kann
wahlweise mit Betondecke oder Foliengasspeicher errichtet werden.
Rührwerkstechnologie
Die Rührwerkstechnologie ist in eigenen Anlagen erprobt. Fermenter und
Endlager werden vollständig durchmischt.
Bei nur 5 Minuten Rührzeit pro Stunde summiert sich die Laufzeit eines
Rührwerks auf 730 Stunden pro Jahr. Eine gut funktionierende
Rührtechnik ist daher ausschlaggebend.
Wie wählt das RM das Equipment für die Biogasanlage aus?
Wir fertigen kein eigenes Equipment, das wir in die Biogasanlagen
einbauen. Es werden die besten Pumpen, Schieber, Betonbauer und
Rührwerkshersteller ausgewählt, die am Markt verfügbar sind.
Wir empfehlen nur Equipment, das auf den eigenen Biogasanlagen
getestet wurde.
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Warum werden Rohre und Leitungen nicht in der Erde verlegt?
Unsere langjährige Erfahrung in den eigenen Anlagen hat gezeigt, dass
eine Verlegung von Rohren im Boden von Nachteil ist:
Rohrleitungen für Gärsubstrat müssen bei gewissen Einsatzstoffen als
doppelwandige Rohrleitungen oder mit Leckagensicherung verlegt werden.
Dies ist sehr aufwändig und kostenintensiv.
Ein exakter Einbau ist sehr schwierig.
Werden die Rohre nicht exakt verlegt und ist der Boden nicht optimal
verdichtet, dann können sich die Rohre verlegen oder beim Befahren mit
schweren Maschinen Schaden nehmen.
Darüber hinaus wird behördlicherseits eine oberirdische Verlegung der
Rohrleitungen angeraten.
Bei der RM Hochleistungsbiogasanlage werden alle Leitungen oberirdisch
in einem belüfteten Rohrleitungskanal verlegt. Zu jeder Zeit kann auf die
Leitungen zugegriffen werden. Innerhalb von 20 und mehr Betriebsjahren
können hier auftretende Störungen jederzeit und einfach ermittelt und
behoben werden. Eine Abdeckung des Rohrleitungskanals macht diesen
befahrbar und sorgt für Frostfreiheit.
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5. Spezielle Vorteile der RM
Hochleistungsbiogasanlage mit Hydrolyse und
Versauerung
Höhere Biogasausbeuten bei faserhaltigen Einsatzstoffen durch den Abbau
von Zellulose und Hemizellulose bis zu 15-30 % Mehrertrag über KTBL 2 je nach
Einsatzstoffen
In der ersten Prozessstufe der Biogasproduktion, der
Hydrolyse und Versauerung, Durch mit ihren niedrigen pH-
Werten werden die Molekülstrukturen der Zellulosen und
anderer Fasern von den entstehenden biologischen Säuren
angegriffen und aufgelöst. Danach sind diese „Bruchstücke“
von den Bakterien verwertbar um Biogas zu produzieren.
Dieser Aufschluss kann nicht bei pH-Werten 7-8, wie er im
Fermenter ist, erfolgen. Der Mehrertrag an Biogas kommt
über die Nutzung der Faserstoffe, die im einstufigen
Biogasbetrieb schlecht genutzt werden können, zustande.
Unabhängigkeit von Weltmarktpreisen bei Getreide und Mais
Die Ausstattung der meisten einstufigen Biogasanlagen ist auf eine Verwendung von
Silomais und Getreide ausgelegt. Beim Einsatz von faserhaltigen Stoffen, wie Grassilage,
Festmist oder Kleegras im biologischen Landbau, treten Rührprobleme auf. Durch die
Hydrolysestufe können zu 100% faserhaltige Stoffe eingesetzt werden. Diese Einsatzstoffe
sind völlig unbeeinflusst vom Weltmarkt und die Preise bleiben stabil, auch wenn der
Getreidepreis steigt.
Stabile Prozessbiologie und damit einfacherer Betrieb – das ermöglicht hohe
Volllast bis über 8.500 Stunden pro Jahr
Da die Hydrolyse und Versauerung die „kritischen“ Teilprozesse bei der Biogasproduktion
sind, führt die Trennung von Hydrolyse und Methanisierung
insgesamt zu einem störungsfreieren, stabileren
Biogasprozess. Es wird immer genügend Biogas gebildet,
um das BHKW auf Volllast betreiben zu können. Langfristige
Biogasschwankungen, wie bei einstufigen Biogasprozessen,
treten nicht auf. In der Praxis wurden bereits über 8.500
Volllaststunden pro Jahr erzielt. Das heißt, dass mit einem
BHKW mit einer Leistung von 526 kWel und 8.554
Volllaststunden pro Jahr 4.499.000 kWh Strom erzeugt
wurden.
Der einfache Betrieb vermeidet Betreiberfehler
Ein Fremdbetrieb von Biogasanlagen bringt oft mehr Betriebsstörungen als der Eigenbetrieb.
Mit der Hydrolyse wird der Prozess so vereinfacht, dass die Biogasanlage sogar
„ferngesteuert“ werden kann. Damit steigt die Zahl der Volllaststunden.
2 KTBL – Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft: Gasausbeute in
landwirtschaftlichen Biogasanlagen, Tabelle 5
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Schnelle Reaktionszeiten der Methanbiologie
Aus einstufigen Biogasanlagen ist bekannt, dass rasche Änderungen bei der Fütterung zu
Problemen bei der Methanproduktion führen, weil die Methanbakterien sehr empfindlich sind.
Das Gegenteil ist der Fall bei der zweistufigen RM-Hochleistungs-Biogasanlage. Innerhalb
von 30 Minuten kann die Biogasproduktion durch eine Fütterungserhöhung verdoppelt
werden und die Methanbakterien reagieren sehr robust darauf. Der Grund ist die Fütterung
von Hydrolysat mit seinen Fettsäuren. Der pH-Wert im Fermenter bleibt stabil. Dieser Vorteil
kann z.B. beim Ausbringen von Gülle genutzt werden: es wird einfach etwas mehr gefüttert,
damit wird mehr Biogas produziert und das BHKW kann weiterhin Volllast fahren.
Mehr TS vom Acker
In der Praxis treten immer wieder Rührprobleme auf, wenn z.B. Silomais mit einem TS-
Gehalt von über 33% in der Biogasanlage eingesetzt wird. Viele Biogasanlagenbetreiber
ernten den Silomais bereits mit einem TS-Gehalt unter 30%, um Schwimmschichten zu
vermeiden.
39% TS hatte der Silomais bei der Referenz-Biogasanlage des RM und die Verarbeitung war
problemlos. Der Landwirt konnte mehr TS pro ha ernten. Er bezifferte seinen Erntevorteil auf
ca. 60.000 € bezogen auf seine komplette Anbaufläche für nachwachsende Rohstoffe.
Niedrigere Baukosten bei höchstem technologischem Standard
Die Hydrolyse ist der begrenzende Prozess in einer einstufigen Biogasanlage. Wird zuviel
gefüttert, dann versauert der Fermenter und die Methanbakterien werden geschädigt. Durch
die vorgeschaltete Hydrolyse wird die Methanisierung nicht beeinträchtigt, die
Methanbakterien leisten mehr, es kann mehr gefüttert werden, die Raumbelastungen können
auf über 7 kg oTS pro m³ und Tag erhöht werden. Die Verweildauer im Fermenter liegt bei
ca. 10 Tagen. Damit kann die Biogasanlage kleiner gebaut werden, was zu niedrigeren
Baukosten führt.
Futterwechsel ist einfach möglich – dadurch hohe Flexibilität in der Fruchtfolge
Hydrolysebakterien sind sehr robust und vertragen Störungen und Prozessänderungen, wie
Futterwechsel. Einstufige Biogasanlage haben immer Probleme beim Futterwechsel.
Nach der Hydrolyse stehen den Methanbakterien Fettsäuren zur Biogasproduktion zur
Verfügung. Aus welchen Stoffen Essigsäure und Proprionsäure gebildet wurden spielt bei
der Methanisierung keine Rolle mehr. Damit kann der Futterwechsel in einem Rhythmus von
2 Tagen erfolgen. Die Futterumstellung über mehrere Wochen oder sogar Monate entfällt.
Die Biogasanlage kann ganz flexibel auf das Marktangebot reagieren. Auch einzelne
Chargen von Gras oder Landschaftspflegegras können problemlos sofort bei Anlieferung
eingesetzt werden, ohne dass es irgendwelche Probleme mit der Biologie gibt.
Festmist als Einsatzstoffe für die Biogasanlage und der Gülle-Bonus im EEG
2009
Gülle war einer der ersten Einsatzstoffe bei Biogasanlagen; Festmist wurde nur zu einem
sehr geringen Anteil eingesetzt, weil es Probleme mit dem Rühren und mit
Schwimmschichten gibt.
Bei der zweistufigen Biogasanlage mit Hydrolyse ist ein hoher Festmistanteil bis zu 50%
problemlos verwertbar. Damit kann auch mit Festmist der Güllebonus im Rahmen des EEG
2009 genutzt werden.
Biogasanlagen, die den Trockenfermentationsbonus haben, können beim Einsatz von
Festmist den Trockenfermentations-Bonus und den Gülle-Bonus nutzen.
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Billige, faserhaltige Substrate (z.B. Landschaftspflege-Gras) sind gut
einsetzbar
Altgras und Landschaftspflegegras werden in einstufigen Biogasanlagen kaum eingesetzt,
weil der hohe Faseranteil und die geringe Verdaulichkeit wenig Biogasertrag bringen und die
Fermenter mit hohen TS-Gehalten belasten.
Mit der Hydrolyse können diese Einsatzstoffe genutzt werden. Die organischen Säuren, die
in der Versauerung gebildet werden, schließen die Zellulosestrukturen auf – die Bruchstücke
der Zellulose können zu Biogas verarbeitet werden, die verbleibende Lignozellulose kann
getrocknet und brikettiert werden. (s.u. Brikettierung)
100% Gras als Biomasse für die Biogasanlage
Gras war bisher nicht der vorherrschende Einsatzstoff bei Biogasanlagen. Gras macht
Probleme bei einstufigen Biogasanlagen in der Einbringung und mit der
Schwimmschichtbildung.
Steigende Preise bei Getreide und Körnermais haben den Haupteinsatzstoff Silomais
verteuert und weitere Preissteigerungen sind absehbar.
Gras steht nicht in Konkurrenz zu Getreide. Auf absoluten Grünlandstandorten lässt sich kein
Getreide anbauen. Dass lässt den Preis des Einsatzstoffes Gras auf einem moderaten
Niveau verharren. Wer Gras in der Biogasanlage einsetzt ist weniger von den
Preisentwicklungen am Getreidemarkt abhängig.
Schlechte Futterqualitäten sind verwertbar
Schlechte Futterqualitäten führen bei einstufiger Biogasanlage zu sinkenden Gaserträgen,
weil die Biologie beeinträchtigt wird. In der Hydrolyse spielt das keine Rolle. Die
Hydrolysebakterien verwerten, was zu verwerten ist und produzieren daraus Fettsäuren als
Futter für die Methanbakterien. Wie bereits beschreiben kümmert es die Methanbakterien
nicht woraus die Fettsäuren gebildet werden.
Die Hydrolyse kann als Hygienisierung genutzt werden
In der Hydrolyse wird das Substrat erhitzt. Um eine Hygienisierung zu erreichen, muss das
Substrat eine Stunde auf 70 oC erhitzt werden. Das ist in der Hydrolyse problemlos möglich.
Wenn mehrere Landwirte ihre Gülle oder ihren Festmist in einer Biogasanlage vergären, ist
sichergestellt, dass keine Krankheiten verschleppt werden. Unkrautsamen werden steril. Und
es werden dadurch die Vorgaben der Düngemittelverordnung eingehalten.
Brikettierung des festen Gärrestes ist nach der Hydrolyse möglich
Das Verbrennen von Stroh, Gras oder Heu macht große Schwierigkeiten, weil bei ca. 800 oC
die Mineralien schmelzen. Der Ofen verschlackt.
In der Hydrolyse werden die Mineralien aus der
Zellulosestruktur herausgelöst und gehen in die
flüssige Phase über. Der feste Gärrest besteht
überwiegend aus Lignozellulose. Sie kann getrocknet,
brikettiert und verbrannt werden. Eine
Schlackenbildung findet nicht statt, weil durch das
Herauslösen der Mineralien der
Ascheerweichungspunkt soweit, erhöht wird, dass der
Gärrest wie Holz-Hackschnitzel verbrannt werden
kann.
Laboranalysen haben gezeigt, dass der Gärrest einen
Heizwert wie Holz-Hackschnitzel hat.
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Die Nutzung des Gärrestes als Brennstoff ist eine zusätzliche Einnahmequelle durch die
Nutzung des KWK-Bonus für die Trocknung vor der Brikettierung und den Verkauf der
Briketts.
Kofermentations- und Abfall-Biogasanlagen
Abfall-Biogasanlagen haben oft sehr energiereiche Einsatzstoffe. Sie können nur ganz
vorsichtig in den Fermenter dosiert werden, um die biologischen Prozesse nicht zu
schädigen. Mit der Hydrolyse spielt das keine Rolle. Mit dem zweistufigen Prozess können
im Vergleich zum einstufigen Prozess etwa die doppelte Menge an Einsatzstoffen bei
gegebenem Fermentervolumen verarbeitet werden.
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6. Bestätigung Rottaler Volksbank-Raiffeisenbank eG
15

7. Fotodokumentation – Rottaler Modell
Hochleistungsbiogasanlage mit Hydrolyse und
Versauerung - Anlage Nebauer
Biogasanlage: Nebauer, Simbach, Germany
Standort: BGA Alfons Nebauer, Simbach, Germany
Betriebsbeginn: August 2006
Daten:
Elektr. Leistung: 1. Stufe: GE Jenbacher 526 kWel
2. Stufe: GE Jenbacher 526 kWel
Inputstoffe: Silomais, Entenmist, GPS – ca. 7.500 t/a
Hydrolysebehälter: 4 x 350 m³
Fermenter: 6x 1.200 m³
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Input
- Entenmist
- Silomais
- GPS
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Ansicht
Hydrolyse Rohrleitungen
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Gaslager
Überdrucksicherung Rührwerk
Fackelanlage
Steuerung PC
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BHKW
Separator fest flüssig
Düngerausbringung
Y:\BME_GmbH\PR\HL-BGA\RM_Hochleistungsbiogasanlage_Info_neu_13.08.08.doc
Kontakt
BME GmbH
Deimel 1
84329 Wurmannsquick
Germany
Tel. +49 (0) 9955 – 90 240
Fax +49 (0) 9954 – 90 241
Email: bme_gmbh@t-online.de
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