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Einführung in die Biogasnutzung. Aufbau einer Biogasanlage Quelle: LFL Bayern, 2007.

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Präsentation zum Thema: "Einführung in die Biogasnutzung. Aufbau einer Biogasanlage Quelle: LFL Bayern, 2007."—  Präsentation transkript:

1 Einführung in die Biogasnutzung

2 Aufbau einer Biogasanlage Quelle: LFL Bayern, 2007

3 Fermenter: Luftundurchlässiger, isolierter (beheizter) Gärbehälter, in dem Mikroorganismen (Bakterien) die organischen Substanzen in anaerober Reaktion zersetzen. Das Hauptprodukt hierbei ist Biogas. Quelle: Maciejczyk, FVB; FNR-Handreichung Biogas Fermenter Nachgärbehälter Der Fermenter

4 Nachgärbehälter: Nachgeschalteter Fermenter zur Erhöhung der Verweilzeit und einer besseren Ausfaulung des Gärsubstrates. Vielfach mit integriertem Gasspeicher ausgeführt. Fermenter Nachgärbehälter Quelle: Maciejczyk, FVB; FNR-Handreichung Biogas Der Nachgärbehälter

5 Endlagerbehälter: Letzter, mit Gärrest aus dem Gärraum (Fermenter + Nachgärbehälter) beschickter Behälter, ohne aktive Temperaturregelung mit oder ohne Abdeckung und Anschluss an die Gaserfassung. Ausschließlich zur Abkühlung, längerfristigen Lagerung und Ausfaulung des Gärrestes. Endlagerbehälter Nachgärbehälter Quelle: Maciejczyk, FVB; FNR-Handreichung Biogas Der Endlagerbehälter

6 Stehender Fermenter (Rührkessel) Baumaterial:Stahl-Beton, Edelstahl Quelle: Biogashandbuch Bayern, 2004 Fermenterbauform 1

7 Foto: Weltec Edelstahlfermenter im Bau

8 Foliengasspeicher Isolierung mit Witterungsschutz Überlauf Betonbehälter Gasentnahme Überdrucksicherung Trennschicht (Holzkonstruktion) Dach Kondensatfalle Zur externen Entschwefelung Haspelrührwerk Plattenheizung Feststoffein- bringung Flüssige Substrat- zugabe Liegender Fermenter (Gärkanal, Propfenstromfermenter) Baumaterial:Stahl-Beton, Edelstahl Quelle: Biogashandbuch Bayern, 2004 Fermenterbauform 2

9 Foto: Energiebüro Wiebking Liegender Fermenter (Gärkanal, Pfropfenstromfermenter)

10 1. Befüllung des Fermenters: 15 °C Zugabe von Wasser, vergorener Gülle oder Frischgülle (ca. 50 % des Fermenter- volumens) 2. Aufheizen auf Zieltemperatur: 38 °C Schrittweise Aufheizung des Fermenters auf Zieltemperatur Quelle: Maciejczyk, FVB Inbetriebnahme einer Biogasanlage

11 Wandheizung-Kunststoffrohre Wandheizung-Schwarzstahl Wandheizung-Edelstahl Wärmetauscher Heizungssysteme für Fermenter/Nachgärer

12 3. Weitere Animpfung des Fermenters: 38 °C weitere Zugabe von Gülle oder Gärresten zur Animpfung des Prozesses unter Beachtung der Prozessparameter (Temperatur, Gasqualität, Gasmenge...) 4. Gasproduktion: nach Erreichen der Mindestgasqualität => BHKW-Betrieb mit Biogas 38 °C Quelle: Maciejczyk, FVB Inbetriebnahme einer Biogasanlage

13 Quelle: Maciejczyk, FVB Einstufiges Verfahren: Bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden überwiegend alle Gärprozesse zusammen in einem räumlichen und zeitlichen Zusammenhang durchgeführt. Eine Trennung zwischen den einzelnen Phasen (Hydrolyse, Versäuerung, Acetogene Phase und Methanogene Phase) findet bei einstufigen Verfahren nicht statt. Hydrolyse Versäuerung Essigsäurebildung Methanbildung : Allgemeine Merkmale verschiedener Verfahrensvarianten

14 Mehrstufiges Verfahren: Beim Einsatz schnell abbaubarer Substrate (z. B. Fette, Getreide) findet eine verstärkte Hydrolyse und somit auch Versäuerung statt. Diese Anhäufung von Säuren führt zu einer Absenkung des pH-Wertes. Nachfolgende Gärprozesse werden von dieser Übersäuerung negativ beeinflusst. Mit der Trennung der entsprechenden Phasen (z. B. Verflüssigung/Versäuerung und Essigsäurebildung/ Methanbildung ) können die jeweiligen Bakteriengruppen optimal arbeiten. Aus ökonomischen Gründen eher seltener anzutreffen. Quelle: Maciejczyk, FVB Versäuerung Essigsäurebildung Methanbildung Stufe 1Stufe 2 Hydrolyse Allgemeine Merkmale verschiedener Verfahrensvarianten

15 Elektromotor Foto: Fa. MT-Energie Abb.: Fa. Flygt Fotos: Fa. UTS Hydraulikmotor Tauchmotor-Propellerrührwerke

16 Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006 Substrat- aufbereitung Substrat- aufbereitung Vergärung Gasstrecke Gasverwertung Energie- pflanzen Substrat- bereitstellung Substrat- bereitstellung Wirtschafts- dünger Landw. Neben- produkte Abfälle pflanzl. Herkunft Abfälle tier. Herkunft Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung

17 MistplatteVor- /Güllegrube Hinweis: Mit zunehmender Lagerdauer reduziert sich der Gasertrag bei den tierischen Exkrementen Quelle: Maciejczyk, FVB Substratbereitstellung Lagerung tierischer Exkremente

18 Quelle: verändert nach VLK (2002) Nachwachsende Rohstoffe Wirtschafts- dünger Abfälle pflanzl. Herkunft Abfälle tierischer Herkunft Gras, Mais, Kartoffeln, Zwischenfrüchte, Silagen... Rindergülle Schweinegülle Geflügelkot Mist... Rübenblatt, Ernterückstände... Biertreber, Gemüseabfall, Fritierfett, Schlempe, Trester... Speisereste, Fettabscheider, Flotatschlamm, Panseninhalt, Darminhalt... Vergärung Biogas Landwirtschaftliche Flächen Landw. Nebenprodukte Gärprodukte Substrate

19 Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006 Substrat- bereitstellung Substrat- bereitstellung Substrat- aufbereitung Substrat- aufbereitung Vergärung Gasstrecke Gasverwertung Stationärer Futtermischwagen Dosierstationen Vorgrube/Anmischbehandlung Pumpen Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung

20 Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006 Substrat- bereitstellung Substrat- bereitstellung Substrat- aufbereitung Substrat- aufbereitung Vergärung Fermenter: - Heizen - Isolieren - Fördern - Rühren - Sinkschichten austragen - Gaslager Nachgärbehälter: - Rühren - Gaslager Gülleendlager Gülleverteilung 3. Gasstrecke Gasverwertung Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung

21 Quelle: Schmack Biogas AG Biogas Biomasse P 2 O 5 K 2 O CaO MgO SiO 2 NH 4 H 2 S P 2 O 5 K 2 O CaO MgO SiO 2 NH 4 H 2 S Lignin Kohlenhydrate Fette Mineralstoffe anorganische TM organische TM Trockenmasse Wasser Proteine Biogas aus Biomasse

22 Wasser Trockenmasse Organische Substanz (Lebende Materie) Protein Rohprotein Aminosäuren, Säureamide, einfache Peptide, Betain.. Fette Rohfett Triglyceride Sterine Wachse Clorophyll Carotine Organische Säuren Schwer abbaubare Kohlenhydrate Rohfaser Cellulose Pentosane Lignin Suberin Cutin Leicht abbaubare Kohlenhydrate N-Freie Extraktstoffe Zucker,Stärke Glykogen, Hemicellulose Pektine Lösliche Anteile von Cellulose, Lignin etc. Anorganische Substanz Rohasche (Sand Ton, Mineralstoffe, Spurenelemente) Organische Substanz Energiepflanzen, Gülle, Mist, biogene Reststoffe... Quelle: Barbara Eder, Kirchgessner Substrate für den Gärprozesses

23 Quelle: FAL, Weiland (2003) 1. Stufe Hydrolyse Makromoleküle (Hydrolytische Phase) 2. Stufe Versäuerung (Acidogene Phase) 3. Stufe Essigsäurebildung (Acetogene Phase) 4. Stufe Methanbildung (Methanogene Phase) hydrolytische Bakterien fermentative Bakterien acetogene Bakterien methanogene Bakterien Fettsäuren (Propionsäure) Alkohole Biomasse Polysacharide Proteine Fette Zucker Aminosäuren Fettsäuren H 2 /CO 2 Essigsäure pH: 5-6pH: 5,5 – 6,7pH: 6,6 – 8,0 Biogas CH 4 /CO 2 Anaerober Abbau organischer Verbindungen

24 Grundlagen des Gärprozesses – Anaerober Abbau Quelle: Anaerobtechnik; Springerverlag 2005

25 KomponenteGehalt CH Vol. % CO Vol. % H 2 S ppm NH ppm H 2 O1-3 Vol. % Staubpartikel< 5 N Vol. % Beispiel einer typischen NawaRo- Biogasanlage: -CH 4 52 Vol. % -CO 2 35 Vol. % -H 2 S120 ppm -O 2 0,5 Vol. % Quelle: FNR (2003) verändert durch FVB => ppm = 0,1 Vol.% Zusammensetzung von Biogas

26 Trockenmasseverringerung durch Abbau von organischer Substanz - Organische Trockensubstanz (reich an Kohlenstoff) wird im Rahmen des Gärprozesses zu Biogas (CO 2 + CH 4 ) umgewandelt. - Bis zu 80 % der organischen Trockenmasse kann durch die Vergärung abgebaut werden => Verringerung des TS/oTS-Gehaltes im Gärrest. - Die Fließfähigkeit und Homogenität von Biogasgülle ist wesentlich besser, als unvergorene Gülle => sie lässt sich somit gleichmäßiger und problemloser Ausbringen und dringt schneller und tiefer in den Boden ein. - Entsprechend dem Gasertrag/Gasqualität kann ein mittlerer Masseabbau von 1,25 kg Masse /m³ Biogas angesetzt werden. Quelle: Dr. G. Reinhod, TLL, 2003 Eigenschaften vergorener Gülle

27 Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006 Vergärung Substrat- bereitstellung Substrat- bereitstellung Substrat- aufbereitung Substrat- aufbereitung Gasverwertung Gasreinigung Gastrocknung Sicherheits- einrichtungen Gasstrecke Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung

28 Gashaube mit EPDM-FolieFoliendach (gespannt) Tragluftfoliendach Externe Gasspeicher Fotos: Cenotec, Sattler Fotos: Biolene, Cenotec Gasspeicherung

29 Quelle: FVB (2006) Erdgas-Qualität: Vergleich zwischen Rohbiogas und aufbereiten Biomethan

30 Quelle: Mitterleitner, H. (2001), verändert durch FVB 2006 Vergärung Substrat- bereitstellung Substrat- bereitstellung Substrat- aufbereitung Substrat- aufbereitung Gasstrecke Gasverwertung elektrischer Strom Abwärme Verstromung: - Gas-Otto-Motor- Zündstrahlmotor - Gasmotor- Stirling-Motor - Brennstoffzellen- ORC-Prozess - Mikrogasturbine Fünf Schritte der Biogaserzeugung und Verwertung

31 Quelle: Dr. P. Weiland, FAL, verändert FvB mäßige Aufbereitung Brenner Wärme Reinigung Fuel Cell Reformierung Wärme Strom Speicher Verdichtung Kraftstoffe Erdgas-Netz Wärme Strom BHKW BIOGAS Aktuell wird Biogas überwiegend in Blockheizkraftwerken (BHKW´s) zu Strom und Wärme umgewandelt. Gasverwertung

32 Foto: Energiebüro Wiebking Gasverwertung Blockheizkraftwerk (BHKW)

33 Quelle:Schnell-Motor; Wikipedia Gasverwertung Motoren im BHKW Gasmotor Fremdzündung durch Zündkerze Verdichtungsverhältnis: 12 : 1 Einspritzdüse Zündkerze Zündstrahler Selbstzündung durch Heizöl/Diesel/RME/Pflanzenöl Verdichtungsverhältnis: 17 : 1

34 Biogasanlagenanzahl und installierte Leistung Quelle: Fachverband Biogas e.V.

35 Biogasmarkt 2011 in Deutschland Ende 2010Prognose Ende 2011Prognose 2012 Anlagenzahl (davon Biomethan-Einspeiseanlagen) (45)7.100 (60)7.470(80) Installierte el. Leistung in MW Netto-Stromproduktion in MWh pro Jahr 15 Mio.18 Mio.20 Mio. Mit Biogas-Strom versorgte Haushalte 4,2 Mio.5,1 Mio.5,7 Mio. Anteil am Stromverbrauch in %2,53,13,0 Umsatzvolumen in D in Euro 5,1 Mrd.6,1 Mrd.5,5 Mrd. Arbeitsplätze Exportrate in %10 25 Quelle: FvB, 2011

36 Emissionsverminderung als positiver Umwelteffekt: - klimaschädliches CO 2 und CH 4, das ohne die Vergärung unkontrolliert in die Atmosphäre gelangen würde, kann im Rahmen des Biogasverfahrens energetische genutzt werden (CH 4 ist ca. 21mal klimaschädlicher als CO 2 !). Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien Klimabilanz von Biogasanlagen

37 Fachverband Biogas Angerbrunnenstr Freising Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit....


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