Hinweise zum Anfahren einer Biogasanlage - Biogas Forum Bayern

Hinweise zum Anfahren einer Biogasanlage
Nr. III – 2/2009
Nr. Zusammengestellt III – 2/2009 von der Arbeitsgruppe III (Prozessbiologie, -bewertung und Analytik) im
„Biogas Forum Bayern“ von:
Andreas Lehner
Dr. Mathias Effenberger
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Landtechnik und Tierhaltung
Dr. Jürgen Beck
Georg Hiepp
f10 Forschungszentrum für Erneuerbare Energien
Josef Götz
Fachverband Biogas e.V.

Hinweise zum Anfahren einer Biogasanlage 1
Hinweise zum Anfahren einer Biogasanlage
Das Anfahren einer Biogasanlage stellt für den Betreiber eine besondere Situation dar.
Zunächst ist man natürlich bestrebt, möglichst schnell möglichst viel Biogas zu erzeugen, um
rasch die installierte Leistung des Blockheizkraftwerkes ausnutzen zu können. Unter
ökonomischen Gesichtspunkten ist daher eine kurze Phase des Anfahrens als klares Ziel zu
fassen. Doch gerade zu Beginn des Betriebs sollte man sich ebenso in Geduld üben können
und sich Schritt für Schritt der vollen Anlagenauslastung annähern.
Zunächst gilt es, die Anlage vor der Inbetriebnahme unter Aspekten der Sicherheit und des
Gewässerschutzes zu überprüfen (vgl. Biogashandbuch Bayern;
http://www.lfu.bayern.de/abfall/biogashandbuch/index.htm; Kapitel 2.2.4, 2.2.5). Ebenso sind
die Anforderungen zum emissionsarmen Anfahren und Betreiben einer Biogasanlagen
einzuhalten (vgl. Biogashandbuch Bayern; Kapitel 2.2.2).
Grundsätzlich ist es anzuraten, sich bereits vor Beginn der Inbetriebnahme einen Anfahrplan
zu erstellen und sich während der Anfahrphase auch klar daran zu halten.
Tabelle 1 gibt einen Überblick über Möglichkeiten und Schritte, die zum Erreichen eines
stabilen Betriebes bedacht werden sollten.

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Tabelle 1: Schritte zum Anfahren einer Biogasanlage
Grundmedium
Erwärmen des
Grundmediums
Steigerung der
Substratzugabe
a) Gärgemisch oder Gärrest einer Biogasanlage
(BGA) im Regelbetrieb; liefernde BGA sollte möglichst
ähnlich sein hinsichtlich Mix der Einsatzstoffe und
Temperaturniveau
Bemerkung
u.U. hoher logistischer Aufwand
Aufgrund i.d.R. hoher Aktivität des Materials rasches Einsetzen der
Biogasproduktion
Qualität!
Als Impfmedium oder Teil-/Komplettfüllungen
b) Wirtschaftsdünger u.U. hoher logistischer Aufwand
Verzögerung des Anfahrbetriebs, insbesondere bei thermophiler
Betriebsweise
i.a. gute Spurenelementversorgung
Festmist (bei hohem Fasergehalt)/ Geflügelkot (N-Gehalt) weniger gut
geeignet
c) Wasser Grundsätzlich verfügbar
Stark verzögerter Anfahrbetrieb
daher nur im Rahmen von Verdünnungsmaßnahmen (bei
Festmisteinsatz) zu empfehlen
Bei Verwendung von Gärgemisch / Gärrest
Temperatur der Liefer-BGA möglichst rasch erreichen
Bei Verwendung kühlen Materials: eher langsame
Steigerung der Temperatur (ca. 1-2°C/d)
Vorlauftemperatur der Heizelemente nicht mehr als
20° C über Temperatur des Mediums
u.U. Vorerwärmung des Mediums außerhalb des
Gärbehälters
Langsame Steigerung der Raumbelastung
vor jeder Steigerung Prozessparameter auf prüfen
Ausreichend Zeit zwischen Steigerungsstufen
gewähren, da das Wachstum insbesondere der
Methan bildenden Organismen langsam erfolgt
Zu rasche größere Temperaturänderungen beeinträchtigen
Entwicklung der Gärbiologie; auf höherem Temperaturniveau ist dieser
Effekt tendenziell stärker
Zu große Unterschiede verursachen Temperaturspannungen
ggf. Beschädigung des Behälters möglich sowie Beeinträchtigung
der Gärbiologie
Auf gleich bleibenden Substratmix achten

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Bemerkung
Kontrolle visuell Bildung von Schwimmdecken/Schaum
Verstopfungen an Überläufen
Unterstützung
nach Erreichen der
Volllast
technisch
analytisch
Anfahren als Bestandteil der Leistungen des
Herstellers/Planers bzw. der Beratungsfirma
Intensiver Austausch mit erfahrenen
Anlagenbetreibern
möglichst gleichbleibender Substratmix/Substratqualität
fortlaufende Prozesskontrolle
(siehe Motivation, Voraussetzungen und Möglichkeiten
für die Prozessüberwachung)
Temperaturmessung
Entwicklung von Biogasmenge/-zusammensetzung
Regelmäßige Ermittlung der chemischen Zusammensetzung der
Einsatzstoffe und des Gärgemisches (v.a. FOS/TAC, FFS, TS, oTS);
Gasanalyse
u.U. vertragliche Regelung des Anfahrbetriebs
zu klären:
Wann ist Anfahrbetrieb beendet, d. h. wann wird die Anlage als voll im
Regelbetrieb befindlich übergeben?
Maximale Dauer des Anfahrbetriebes?
Adaption der Mikrobiologie an veränderte Substratzusammensetzung
erfolgt langsam und zeitlich verzögert
Substratwechsel behutsam durchführen
Futtermittelanalyse bei Substratwechsel
Regelmäßige visuelle und technische Kontrolle beibehalten
Bei stabilem Betrieb Ausweitung der Intervalle bei chemischen
Analysen
Eigene chemische Prozessüberwachung (FOS/TAC)
Ermittlung des Restgaspotentials

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Beispiele möglicher Anfahrstrategien:
1. „Sicherheitsorientiertes“ Anfahren
Füllung des Behälters mit Rohgülle (mind. 60 % des Arbeitsvolumens)
Aufheizen des Fermenters auf beabsichtige Betriebstemperatur (vgl. Tabelle 1)
Nach Erreichen der Zieltemperatur Animpfen des Mediums durch Zugabe von
Fermenterinhalt / Gärrest einer aktiven Biogasanlage (ca. 20% des Arbeitsvolumens).
Material sollte von Anlage mit vergleichbarer Betriebsweise bzw.
Substratzusammensetzung stammen.
Erste Substratzugabe bei deutlicher Überschreitung eines Methangehalts von 50 %
im produzierten Biogas
Die Fütterung sollte möglichst von Anfang an dem geplanten Substratmix
entsprechen.
Steigerung der Raumbelastung auf Basis des Anfahrplans unter ständiger Kontrolle
der Prozessdaten
Richtschnur: Erhöhung der Raumbelastung um 0,3 bis 0,4 [kg oTS/m 3 *d] pro Woche;
tendenziell sollte mit zunehmender Raumbelastung die Steigerungsrate reduziert
werden.
2. „Warmes“ Anfahren
Kommt biologisch aktives Material einer anderen Biogasanlage als Grundmedium zum
Einsatz, kann die Steigerung der Substratzugaben in kürzeren Abständen durchgeführt
werden. Das mikrobiologisch aktive Material ermöglicht die rasche Umsetzung höherer
Substratmengen als dies im Falle von Rindergülle als Ausgangsmedium der Fall wäre. Den
ökonomischen Vorteilen, die ein rasches Hochfahren der Biogasanlage mit sich bringt, ist
allerdings ein erhöhter Kontrollaufwand in der Startphase gegenüber zu stellen. Hier kann es
durchaus sinnvoll sein, professionelle Hilfe hinzu zu ziehen.
In jedem Fall sollten folgende Punkte dringend berücksichtigt werden:
Es ist nach Möglichkeit das komplette Arbeitsvolumen der belieferten BGA zu füllen.
Dementsprechend ist die Verfügbarkeit zu prüfen und der logistische Aufwand abzuwägen.
Fermenterinhalt aus einer möglichst ähnlichen BGA im Regelbetrieb. Vor Lieferung
des Impfmaterials ist der stabile Betrieb der liefernden BGA mittels chemischer
Analysen abzusichern.
Der warme Zustand des Grundmediums bzw. das schnelle Aufheizen des
Gärbehälters auf die Zieltemperatur kann vor allem bei niedrigen Außentemperaturen
die Bausubstanz des Behälters schädigen. Es ist in besonderem Maße auf
Rissbildung in der Bausubstanz zu achten.
Die aktive Gärbiologie des Mediums erlaubt eine schnellere Steigerung der
Belastung. Ist der Substratmix vergleichbar und sprechen Prozessindikatoren nicht
dagegen, kann Raumbelastung in kürzeren Intervallen gesteigert werden. Wird
Gärrest verwendet, ist die Steigerung entsprechend langsamer vorzunehmen.

5 Hinweise zum Anfahren einer Biogasanlage
Kann nur ein Teil des Arbeitsvolumens eingefüllt werden, so ist die Belastung
entsprechend anzupassen und proportional zum steigenden Arbeitsvolumen zu
steigern.
Nach dem Befüllen ist der belieferte Gärbehälter chemisch (aufgrund der raschen
Steigerung der Raumbelastung unbedingt Entwicklung des FOS/TAC-Wertes prüfen)
und messtechnisch zu überwachen.
Diese Anfahrstrategie soll den Zeitraum bis zum Erreichen des Volllastbetriebs verkürzen.
Den Kosten für die Lieferung und den Transport des Gärgemisches stehen erhöhte Einkünfte
aus dem früheren Bezug der vollen Einspeisevergütung gegenüber.
Risiken bestehen hinsichtlich der Qualität des angelieferten Gärgemisches
(Spurenelementversorgung, Hemmstoffe) sowie ggf. der thermischen Belastung des
Gärbehälters.
Mögliche Gefahren, Emissionen und Fehlerquellen bei der Inbetriebnahme einer
Biogasanlage:
Vor dem ersten Befüllen der Fermenter müssen sämtliche Arbeiten an diesen
einschließlich der zugehörigen Rohrleitungen abgeschlossen sein, um
Schadensfällen vorzubeugen.
Die genaue Kenntnis der Belastung der Anlage erfordert eine richtige Wägung der
Einsatzstoffe. Dies ist sowohl für den Anfahrbetrieb, als auch für die fortlaufende
Prozesskontrolle von großer Bedeutung.
Fehlende regelmäßige chemische Analysen der Einsatzstoffe und insbesondere des
Gärgemisches bergen Risiken für ein sicheres und zügiges Anfahren.
Zu schnelles (ungeduldiges) Steigern der Raumbelastung kann in der Phase des
Aufbaus der Gärbiologie den Prozess rasch überlasten; hierdurch kann sich die
Dauer des Anfahrbetriebs empfindlich verzögern.
Emissionsarmes Anfahren: anteilig gefüllte Behälter können zu unkontrolliertem
Austritt von Biogas führen. Bei der Befüllung ist deshalb darauf zu achten, dass durch
einen entsprechenden Füllstand sichergestellt wird, dass die Substrateinbringtechnik
vollständig in die flüssige Phase eintaucht.
Beim Anfahren der Anlage liegt durch die Zunahme des Methananteils im Biogas
vorübergehend ein explosionsfähiges Gasgemisch vor (bei ca. 4 – 17 Vol.-% CH 4 ).
Geringer Anteil des Gasraumes am Behältervolumen daher von Vorteil.
Allgemeine Regeln zur Anlagensicherheit unter:
http://www.lsv.de/lsv_all_neu/presse/broschueren/allgemein/berufsgenossenschaft/bl
bpdf12.pdf sowie im Biogashandbuch Bayern.

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Literaturhinweise:
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (Hrsg.) (2007): Sicherung der Prozessstabilität
in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. LfL-Information, Freising 2007: 14 S.
Bayerisches Landesamt für Umwelt (Hrsg.): Biogashandbuch Bayern – Materialienband;
www.lfu.bayern.de/abfall/fachinformationen/biogashandbuch/index.htm, Kapitel 2.2.2/
2.2.4 (Stand Juli 2007), 2.2.5 (Stand Juli 2009), Augsburg
Bundesverband der landwirtschaftlichen Berufsgenosschenschaften (Hrsg.) (2008):
Technische Information 4 Sicherheitsregeln für Biogasanlagen: 75 S.
Effenberger, M., Lebuhn, M. (2008): Biologie der Methangärung – die Belastungsgrenzen
erkennen. Mais 2 (2008, 35. Jg.): 1 – 4
Effenberger, M., Lebuhn, M., Gronauer, A.: Fermentermanagement – Stabiler Prozess bei
NawaRo-Anlagen. In: Biogas im Wandel, 16. Jahrestagung des Fachverbandes Biogas
e.V., 31.01. – 02.02.2007, Leipzig: 99 - 105

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Das „Biogas Forum Bayern“ ist eine Informationsplattform zum Wissenstransfer
für die landwirtschaftliche Biogasproduktion in Bayern
Arbeitsgruppe III (Prozessbiologie, -bewertung und Analytik)
hier erarbeiten Experten Publikationen zu folgenden Themen:
Substratbewertung
Mikrobiologie und Chemie
Analytik
Prozesskontrolle
Restgaspotenziale
Mitglieder der Arbeitsgruppe
Amt für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Rosenheim
Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.
Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit
Biogasanlagenbetreiber
Conpower Energie GmbH
f10 Forschungszentrum für Erneuerbare Energien
Fachverband Biogas e.V.
Landesanstalt für Landwirtschaft
Institut für Landtechnik und Tierhaltung
Abteilung für Qualitätssicherung und Untersuchungswesen
Landeskuratorium der Erzeugerringe für tierische Veredelung in Bayern e.V.
renergie Allgäu e.V.
Wessling Laboratorien
Herausgeber:
Arbeitsgemeinschaft Landtechnik
und landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.
Vöttinger Straße 36
85354 Freising
Telefon: 08161/71-3460
Telefax: 08161/71-5307
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