Mehr Gas, weniger Faserrest dank Separation und Ultraschall
Biogastechnik Süd hat ein neues Verfahren entwickelt, das Gärreste eindickt und in den Prozess zurückführt. In Kombination mit einer Ultraschallbehandlung soll es die Gaserträge steigern.
Die Betreibergesellschaft Naturenergie Isny war schon in der Vergangenheit oftmals Pionier beim Einsatz neuer Techniken und Verfahren. Seit Frühjahr dieses Jahres ist auf der Biogasanlage am Standort Isny im baden-württembergischen Allgäu eine neuartige Kombination aus Gärrestseparation und Ultraschallbehandlung in Betrieb.
„Das Verfahren soll helfen, das Biogaspotenzial der Inputstoffe für die inzwischen installierte BHKW-Leistung von 2,4 MWel noch besser auszunutzen“, sagt der Geschäftsführer der Naturenergie Isny, Bernd Böck. „Wir füttern 30 bis 60 % Grassilage und dazu noch GPS und aus Rindergülle separierten Mist. Hier das Gas aus den Fasern herauszuholen, ist die Königsdisziplin“, so Böck weiter.
Clemens Maier, Geschäftsführer von Biogastechnik Süd und gleichzeitig Mitteilhaber an der Naturenergie Isny, erklärt den gedanklichen Ansatz für die Entwicklung des Verfahrens der Biomasse-Rückführung: „Bisher sind bei der Separation 10 % der Gärrestmenge als festes Material übrig geblieben. Es sind also noch Fasern enthalten, welche die Mikroorganismen nicht zersetzt haben. Unser Ziel ist es deshalb, das separierte Dicke solange in der Biogasanlage im Kreis zu führen, bis auch die letzten Fasern abgebaut sind und nichts mehr übrig ist.“
Faserreste zurück in Prozess bringen
Die Firma Biogastechnik Süd, Anbieter von Komponenten für Biogasanlagen, entwickelte die Biomasse-Rückführung, die sich mit einer Ultraschallbehandlung koppeln lässt. Das System besteht aus eigentlich bekannter Technik: dem Separator Sepogant von Biogastechnik Süd und der WaveBox von PRE Power Recycling Energyservice.
Neu daran ist, dass das separierte Dicke nicht ausgetragen, sondern direkt wieder zurück in den Prozess gepumpt wird. Dazu zieht eine Pumpe Substrat aus dem zweiten Nachgärer und schickt es durch den Separator Sepogant Direkt. Dieser unterscheidet sich technisch nicht von dem klassischen Separator.
Einziger Unterschied beim Verfahren mit der Rückführung des eingedickten Substrats ist die Abscheiderate. Diese muss auf einen geringeren TS-Gehalt von nur 13 bis 15 % TS eingestellt sein als normalerweise bei der Gärrestseparation üblich. Schließlich muss das Substrat noch pumpfähig bleiben. Damit entspricht der Separator Direkt von der Funktion her einem Sieb, das die groben Fasern zurückhält und die Rückführung in den Biogasprozess ermöglicht.
Eine Pumpe fördert das Dickflüssige über die Ultraschall-WaveBox zurück in den Fermenter oder den ersten Nachgärer und eine zweite das Dünnflüssige in das Gärrestlager bzw. in Zukunft in einen Extrabehälter. Denn zurzeit ist auf dem Gelände der Betreibergesellschaft Naturenergie Isny eine Vakuumverdampfungsanlage in Bau, die den flüssigen Gärrest zu Ammonium-Sulfat-Lösung aufbereiten soll.
Bevor der so eingedickte Gärrest im Fermenter oder im ersten Nachgärer ankommt, zerstören in der WaveBox die durch Ultraschall ausgelösten Kavitationskräfte Lignin-haltige Zellen im faserigen Substrat.
Mehr Ultraschall-Effizienz durch Eindicken
Durch das Eindicken lässt sich laut Biogastechnik Süd auch die Effektivität der hochfrequenten Beschallung deutlich steigern. „Denn der Gärrest aus dem zweiten Nachgärer enthält rund 8 bis 9 % TS. Der Rest ist Wasser. Im Ultraschallgerät wird pro Sonotrode bis zu 1 kW elektrische Leistung benötigt, um die Fasern aufzureißen. Das heißt: Je mehr Wasser im Material ist, desto weniger Fasern und je weniger Wasser, desto mehr Fasern werden bei gleichem Energieinput behandelt“, erläutern Bernd Böck und Clemens Maier.
Die WaveBox auf der Biogasanlage der Naturenergie Isny besteht aus zwei Linien mit jeweils sechs Sonotroden. Jede Linie kann 2 m³ Substrat pro Stunde behandeln. „Ein höherer Durchsatz ist nicht sinnvoll“, sagt Clemens Maier. Auch hat sich laut Biogastechnik Süd der kaskadenförmige Aufbau in der WaveBox von PRE bewährt. Denn beim Zerreißen der Zellen durch die Kavitation entweicht auch Gas, das in der Ultraschallanlage nach oben aufsteigen und abgeführt werden kann. Bliebe hingegen das Gas vor den Sonotroden hängen, würde das die Leistung senken.
Bis zu 20 % mehr Gasertrag
Bei unserem Besuch in Isny war die WaveBox seit drei Monaten in Betrieb. Laut Bernd Böck zeichnet sich schon jetzt eine positive Tendenz ab. „Wir benötigen weniger Inputmaterial für die gleiche Gasmenge. Und es ist weniger Rührstrom nötig.“
„Langfristig wird mit dem Verfahren Sepogant Direkt plus WaveBox bei gleicher Inputmenge ein Biogasmehrertrag von 8 bis 20 % möglich sein“, meint Clemens Maier. Ziel sei außerdem, keine Feststoffe als Rest zu behalten und so Transporte einzusparen.
Was uns sonst noch auffiel:
Dem Separator Sepogant Direkt ist der Nasszerkleinerer RotoRicos vorgeschaltet. Dieser zerschlägt die manchmal in der Grassilage enthaltenen Holzstücke.
Die Pumpen für die Biomasse-Rückführung, der Separator und der Nasszerkleinerer sind redundant vorhanden.
Die Pumpentechnik sowie die Aufbereitung mit RotoRicos, Sepogant Direkt und WaveBox ist in einem begeh- und befahrbaren Keller untergebracht.
Insgesamt hat die Naturenergie Isny für die Optimierung der Substratvorbehandlung und die Gärrestaufbereitung mit Sepogant Direkt und WaveBox inklusive der noch im Bau befindlichen Gärrestverdampfung 2,2 Mio. Euro ohne Mehrwertsteuer investiert.
Fazit: weniger frisches Substrat für die gleiche Gasmenge
„Der Einbau der Ultraschall-Behandlung plus Sepogant Direkt war ein wagemutiger Schritt, weil es ein Eingriff in ein bislang schon gut funktionierendes Biogassystem war“, gibt Geschäftsführer Bernd Böck zu. Die ersten Erfahrungen zeigen, dass es kein Fehler war. Schon nach nur drei Monaten ist die Tendenz positiv.
Für die gleiche Gasmenge wird weniger frisches Substrat benötigt, weil dieses jeweils nach Eindickung immer wieder in den Kreislauf geschickt wird, bis alle Fasern abgebaut und entgast sind. So bleibt am Ende fast kein fester Gärrest übrig, der als Wirtschaftsdünger auf die Felder ausgebracht werden müsste. Und wenn Clemens Maier von Biogastechnik Süd recht behält, wird ein Gasmehrertrag von bis zu 20 Prozent bei gleicher Inputmenge möglich sein.
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Die Betreibergesellschaft Naturenergie Isny war schon in der Vergangenheit oftmals Pionier beim Einsatz neuer Techniken und Verfahren. Seit Frühjahr dieses Jahres ist auf der Biogasanlage am Standort Isny im baden-württembergischen Allgäu eine neuartige Kombination aus Gärrestseparation und Ultraschallbehandlung in Betrieb.
„Das Verfahren soll helfen, das Biogaspotenzial der Inputstoffe für die inzwischen installierte BHKW-Leistung von 2,4 MWel noch besser auszunutzen“, sagt der Geschäftsführer der Naturenergie Isny, Bernd Böck. „Wir füttern 30 bis 60 % Grassilage und dazu noch GPS und aus Rindergülle separierten Mist. Hier das Gas aus den Fasern herauszuholen, ist die Königsdisziplin“, so Böck weiter.
Clemens Maier, Geschäftsführer von Biogastechnik Süd und gleichzeitig Mitteilhaber an der Naturenergie Isny, erklärt den gedanklichen Ansatz für die Entwicklung des Verfahrens der Biomasse-Rückführung: „Bisher sind bei der Separation 10 % der Gärrestmenge als festes Material übrig geblieben. Es sind also noch Fasern enthalten, welche die Mikroorganismen nicht zersetzt haben. Unser Ziel ist es deshalb, das separierte Dicke solange in der Biogasanlage im Kreis zu führen, bis auch die letzten Fasern abgebaut sind und nichts mehr übrig ist.“
Faserreste zurück in Prozess bringen
Die Firma Biogastechnik Süd, Anbieter von Komponenten für Biogasanlagen, entwickelte die Biomasse-Rückführung, die sich mit einer Ultraschallbehandlung koppeln lässt. Das System besteht aus eigentlich bekannter Technik: dem Separator Sepogant von Biogastechnik Süd und der WaveBox von PRE Power Recycling Energyservice.
Neu daran ist, dass das separierte Dicke nicht ausgetragen, sondern direkt wieder zurück in den Prozess gepumpt wird. Dazu zieht eine Pumpe Substrat aus dem zweiten Nachgärer und schickt es durch den Separator Sepogant Direkt. Dieser unterscheidet sich technisch nicht von dem klassischen Separator.
Einziger Unterschied beim Verfahren mit der Rückführung des eingedickten Substrats ist die Abscheiderate. Diese muss auf einen geringeren TS-Gehalt von nur 13 bis 15 % TS eingestellt sein als normalerweise bei der Gärrestseparation üblich. Schließlich muss das Substrat noch pumpfähig bleiben. Damit entspricht der Separator Direkt von der Funktion her einem Sieb, das die groben Fasern zurückhält und die Rückführung in den Biogasprozess ermöglicht.
Eine Pumpe fördert das Dickflüssige über die Ultraschall-WaveBox zurück in den Fermenter oder den ersten Nachgärer und eine zweite das Dünnflüssige in das Gärrestlager bzw. in Zukunft in einen Extrabehälter. Denn zurzeit ist auf dem Gelände der Betreibergesellschaft Naturenergie Isny eine Vakuumverdampfungsanlage in Bau, die den flüssigen Gärrest zu Ammonium-Sulfat-Lösung aufbereiten soll.
Bevor der so eingedickte Gärrest im Fermenter oder im ersten Nachgärer ankommt, zerstören in der WaveBox die durch Ultraschall ausgelösten Kavitationskräfte Lignin-haltige Zellen im faserigen Substrat.
Mehr Ultraschall-Effizienz durch Eindicken
Durch das Eindicken lässt sich laut Biogastechnik Süd auch die Effektivität der hochfrequenten Beschallung deutlich steigern. „Denn der Gärrest aus dem zweiten Nachgärer enthält rund 8 bis 9 % TS. Der Rest ist Wasser. Im Ultraschallgerät wird pro Sonotrode bis zu 1 kW elektrische Leistung benötigt, um die Fasern aufzureißen. Das heißt: Je mehr Wasser im Material ist, desto weniger Fasern und je weniger Wasser, desto mehr Fasern werden bei gleichem Energieinput behandelt“, erläutern Bernd Böck und Clemens Maier.
Die WaveBox auf der Biogasanlage der Naturenergie Isny besteht aus zwei Linien mit jeweils sechs Sonotroden. Jede Linie kann 2 m³ Substrat pro Stunde behandeln. „Ein höherer Durchsatz ist nicht sinnvoll“, sagt Clemens Maier. Auch hat sich laut Biogastechnik Süd der kaskadenförmige Aufbau in der WaveBox von PRE bewährt. Denn beim Zerreißen der Zellen durch die Kavitation entweicht auch Gas, das in der Ultraschallanlage nach oben aufsteigen und abgeführt werden kann. Bliebe hingegen das Gas vor den Sonotroden hängen, würde das die Leistung senken.
Bis zu 20 % mehr Gasertrag
Bei unserem Besuch in Isny war die WaveBox seit drei Monaten in Betrieb. Laut Bernd Böck zeichnet sich schon jetzt eine positive Tendenz ab. „Wir benötigen weniger Inputmaterial für die gleiche Gasmenge. Und es ist weniger Rührstrom nötig.“
„Langfristig wird mit dem Verfahren Sepogant Direkt plus WaveBox bei gleicher Inputmenge ein Biogasmehrertrag von 8 bis 20 % möglich sein“, meint Clemens Maier. Ziel sei außerdem, keine Feststoffe als Rest zu behalten und so Transporte einzusparen.
Was uns sonst noch auffiel:
Dem Separator Sepogant Direkt ist der Nasszerkleinerer RotoRicos vorgeschaltet. Dieser zerschlägt die manchmal in der Grassilage enthaltenen Holzstücke.
Die Pumpen für die Biomasse-Rückführung, der Separator und der Nasszerkleinerer sind redundant vorhanden.
Die Pumpentechnik sowie die Aufbereitung mit RotoRicos, Sepogant Direkt und WaveBox ist in einem begeh- und befahrbaren Keller untergebracht.
Insgesamt hat die Naturenergie Isny für die Optimierung der Substratvorbehandlung und die Gärrestaufbereitung mit Sepogant Direkt und WaveBox inklusive der noch im Bau befindlichen Gärrestverdampfung 2,2 Mio. Euro ohne Mehrwertsteuer investiert.
Fazit: weniger frisches Substrat für die gleiche Gasmenge
„Der Einbau der Ultraschall-Behandlung plus Sepogant Direkt war ein wagemutiger Schritt, weil es ein Eingriff in ein bislang schon gut funktionierendes Biogassystem war“, gibt Geschäftsführer Bernd Böck zu. Die ersten Erfahrungen zeigen, dass es kein Fehler war. Schon nach nur drei Monaten ist die Tendenz positiv.
Für die gleiche Gasmenge wird weniger frisches Substrat benötigt, weil dieses jeweils nach Eindickung immer wieder in den Kreislauf geschickt wird, bis alle Fasern abgebaut und entgast sind. So bleibt am Ende fast kein fester Gärrest übrig, der als Wirtschaftsdünger auf die Felder ausgebracht werden müsste. Und wenn Clemens Maier von Biogastechnik Süd recht behält, wird ein Gasmehrertrag von bis zu 20 Prozent bei gleicher Inputmenge möglich sein.
