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Der im Forschungsprojekt HydroCon entwickelte Hydrolysecontainer: Durch die Trennung der Prozessphasen und den effizienteren Ablauf der Hydrolyse-/Acidogenesephase können schwer umsetzbare Stoffe besser zu Biogas vergoren werden.
© IBZ Hohen Luckow e. V.
Zweistufige Biogasanlage
10.11.2016

Die Technikumsanlage besteht aus vier Behältern mit jeweils 400 Liter, die auf Wägezellen gelagert sind, um eine Massenbilanzierung vorzunehmen. Die Gasmenge wird erfasst und analysiert ( Methan-, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff- und Sauerstoffgehalt).
© IBZ Hohen Luckow e. V.

Mikroorganismen verdauen Gülle und Biomasse und erzeugen Biogas: Über diese vier Stufen verlaufen die Prozesse der Biogasbildung.
© BINE Informationsdienst, nach FNR

Mikroben geben mehr Gas

Rostocker Forscher wollen Biogasanlagen wirtschaftlicher machen und sie zu flexiblen Lieferanten von Regelenergie qualifizieren. Dafür setzen sie vor den Biogasreaktor der Anlage einen sogenannten Hydrolysecontainer. Dieser dient dazu, die eingespeiste organische Masse besser aufzuschließen. Neben einer Flexibilisierung der Gasproduktion verspricht das neue Verfahren eine Steigerung der Methanausbeute um bis zu 18 Prozent.

Biogasanlagen können dazu beitragen, Angebotsschwankungen bei anderen erneuerbaren Energien auszugleichen und als Systemdienstleister das Stromnetz zu stabilisieren. Während hierfür bisher lediglich Gas gespeichert und bei Bedarfsspitzen verstromt wird, ermöglicht es das neue Konzept, die Gasproduktion kurzfristig zu beeinflussen und zu steigern.
Für die flexible Gasproduktion und eine verbesserte Ausnutzung des Substrats sorgt ein sogenannter Hydrolysecontainer. Diesen entwickelten Experten von Steros, der Universität Rostock und des IBZ Hohen Luckow als Komponente zur Ergänzung von Biogasanlagen. Während in den gebräuchlichen Biogasanlagen alle Stufen der Umsetzung des organischen Materials in einem Reaktionsbehälter parallel ablaufen, trennt hier eine zusätzliche Anlagenstufe die Prozessphasen. In dem vorgeschalteten Container verlaufen die Hydrolyse- und Acidogenesephase effizienter; das Material wird für die weitere Vergärung besser aufgeschlossen als in den bisherigen Anlagen. Die Gasausbeute steigt, der Bedarf an Biomasse sinkt und schwer umsetzbare Stoffe können besser zu Biogas vergoren werden. Durch gezielte, zeitlich geregelte Fütterung des Hauptfermenters mit stärker aufgeschlossenem Material aus der Hydrolysestufe lässt sich die Gasproduktion innerhalb weniger Minuten um etwa 70 Prozent steigern. Bei Bedarf ist also sehr schnell zusätzliches Biogas verfügbar, um im angeschlossenen Blockheizkraftwerk (BHKW) mehr Strom zu erzeugen.

Abhängig von der Substratqualität ließ sich durch die Anlagenerweiterung der Methanertrag um 6 bis 18 Prozent steigern. Für eine Biogasanlage mit 500 Kilowatt bedeutet das, dass sie pro Jahr zwischen 240.000 Kilowattstunden und 720.000 Kilowattstunden mehr Strom erzeugen könnte.

Zweistufige Biogasanlage im Test

Die erste Hydrolysecontainer-Pilotanlage wird auf dem Betriebsgelände der Firma Steros erprobt. Im Container sind Reaktoren, Rührwerke, Heizungssystem sowie Pumpen und Rohrleitungen integriert. In der Anlage können entweder die gesamten Substratströme oder einzelne Teilströme, wie faserreiche Anteile, behandelt werden. Die Technik lässt sich auch in Neuanlagen integrieren oder an bestehenden Anlagen nachrüsten. Neuanlagen zur Reststoffverwertung können so direkt kleiner und kostengünstiger dimensioniert werden.

Die Forscher untersuchten in Gärversuchen, wie sich die zweiphasige Prozessführung auf die Substratausnutzung auswirkt, sowohl im Batch- als auch im kontinuierlichen Betrieb. In den Versuchen konnten sie die Fest- und Flüssigphase der eingespeisten Biomasse sowie die Gasströme getrennt erfassen und behandeln. In der Hydrolysestufe produzieren wasserstoffbildende Bakterien hohe Wasserstoff- sowie auch Schwefelwasserstoff-Konzentrationen. Wenn das Gas aus der Hydrolysestufe in den Fermenter geleitet wird, lässt sich eine optimale Methanausbeute erreichen – Mikroorganismen wandeln den Wasserstoff zu Methan. Den Schwefelwasserstoff entfernen die Forscher mittels einer biologisch-mineralischen Knochenkohle. Sie empfehlen, in der Praxis auf die getrennte Gasstromerfassung zu verzichten. Das bringt nicht nur höhere Methanerträge, das Mischen der Gase vermeidet auch vom Hydrolysegas ausgehende Explosions und Vergiftungsrisiken.

Vorgeschaltete Hydrolyse steigert Effizienz

Um Energieausbeute und Methanertrag von Biogasanlagen zu steigern, eignet sich eine vorgeschaltete Hydrolyse. Die räumliche Trennung von Hydrolyse und nachfolgender Methanisierungsstufe ermöglicht es, auch schwer zugängliche Ausgangsstoffe aufschließen. Wissenschaftler der BTN Biotechnologie Nordhausen untersuchten dafür drei unterschiedliche Biogasanlagen. Es zeigte sich, dass die optimale mittlere hydraulische Verweilzeit für Hydrolysefermenter zwischen drei und fünf Tagen liegt. Die Temperatur sollte zwischen 20 und 30 Grad Celsius liegen.

(gh)

Merkzettel

Adressen

Projektleitung und Anlagenbau
STEROS GmbH

Biogas-Prozessforschung
Universität Rostock

Infotipps

Kompost und Biogas kombinieren
Projektinfo 17/2014

Deponiegas sauber nutzen
Projektinfo 11/2014

Biogas
basisEnergie Nr. 16

Links

FNR
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe

DBFZ
Deutsches Biomasseforschungszentrum

Record Biomap
Die Online-Plattform des neuen EU-Projekts stellt innovative Konzepte für kleine Biomethananlagen vor. Wissenschaftler verschiedener europäischer Forschungseinrichtungen arbeiten hier mit Industrieunternehmen daran, die Biomethanproduktion zukünftig auch im kleinen und mittleren Leistungsbereich kosteneffizient zu machen.

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.