Biogasanlagen mit Feststoffdosierung

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Biogasanlagen mit hoher elektrischer Leistung benötigen Feststoffdosierer mit großem Bunkerinhalte. Der gezeigte Feststoffdosierer ist mit Schubboden ausgestattet.


Feststoffdosierer aus EdelstahlBild vergrößern
Die Feststoffdosierer der Biogasanlagen unterliegen aufgrund des Säureangriffes der Silagen einem starken Verschleiß. Aus diesem Grund werden Dosierer in Edelstahl ausgeführt (Fa. Pumpe)...


Feststoffdosierer mit KunststoffauskleidungBild vergrößern
...oder wie hier von der Firma Trioliet mit Kunststoffplatten ausgekleidet. Trioliet bietet für ihre Feststoffdosierer auch die nachträgliche Auskleidung mit Kunststoff an.


Feststoffdosierer mit FörderbandBild vergrößern
Die Firma UTS rüstet ihre Anlagen häufig mit Förderbänder für die Zuführung der Feststoffe zum Fermenter aus.


Biogas GärschlammbehandlungBild vergrößern
Die Firma Biogest baut Desintegrations-Systeme für die Behandlung des Gärschlammes. Durch einen mechanischen Aufschluss sollen die spezifischen Gaserträge gesteigert werden. Fotos: Dr. Waldemar Gruber


Landwirtschaftliche Biogasanlagen vergären überwiegend nachwachsende Rohstoffe. Diese sind in der Regel stapelbar und haben einen Trockensubstanzgehalt von über 18 %. Aus diesem Grund können sie nicht in einer Vorgrube in die Flüssigkeit eingerührt und in den Fermenter dosiert werden. Deshalb wird eine Eintragstechnik benötigt, die über einen vorgeschalteten Vorratsbehälter verfügt und das Substrat anschließend über Schnecken, Kolben oder Pumpen in den Fermenter transportiert. Dr. Waldemar Gruber stellt den Stand der Technik vor.

In den letzten Jahren haben sich für Biogasanlagen im kleineren und mittleren Leistungsbereich bis rund 250 kW Feststoffdosierer etabliert, die aus der Rindviehfütterung abgeleitet sind. Ein Futtermischsystem, das über horizontale oder vertikale Mischwerkzeuge verfügt, wird stationär an der Biogasanlage aufgebaut. Die Mischwerkzeuge sind notwendig, damit auch fasrige Stoffe, wie Festmist oder Gras, in die Anlage gegeben werden können. Diese Feststoffdosierer können sowohl eine Zerkleinerung der Langfasern erreichen als auch eine intensive Durchmischung und Homogenisierung der Substrate erzielen. Um den Leistungsbedarf bei den eingesetzten Maschinen zu reduzieren, laufen die Mischwerkzeuge mit geringer Umdrehungszahl. Dies führt zu einem niedrigeren Energieverbrauch. Aufgrund der geringeren Umdrehungszahl nimmt jedoch auch die Zerkleinerungswirkung deutlich ab.

Wie kommen die Substrate in die Anlage?

Biogasanlagen im oberen Leistungsbereich verbrauchen täglich erhebliche Massen an Substraten. Dies bedeutet, dass sehr große Vorratskapazitäten notwendig sind. Die Bunker werden häufig mit einem Schub- oder Kratzbodenaustragssystem versehen. Der Antrieb der Kratz- und Schubböden erfolgt hydraulisch. Somit treten keine stoßweisen Belastungen auf und es kann von einer geringen Anfälligkeit und langen Standzeiten der Kratzbodenketten ausgegangen werden. Schubböden werden häufig in Betonbunker eingebaut. Dadurch lassen sich sehr große Vorratsstätten herstellen. Gegenüber den Kratzböden hat der Schubboden den Nachteil, dass es immer dann zu einer Endmischung bei der Zudosierung kommt, wenn unterschiedlich rieselfähige Materialien in den Bunker gefüllt werden. Eine Schichtung von Gärsubstrat über dem Schubboden hat zur Folge, dass die komplette unterste Schicht zuerst den Querfördereinrichtungen zugeführt wird. Wird bei der Befüllung des Bunkers das Gärsubstrat dagegen hintereinander gesetzt, transportiert der Schubboden zunächst das Material mit der besten Rieselfähigkeit und danach in Abhängigkeit der jeweiligen Rieselfähigkeit alle weiteren. In beiden Fällen findet die Dosierung unterschiedlicher Gärsubstrate separat und nacheinander statt. Nicht zuletzt deshalb wurden Abschiebecontainer als Feststoffdosierstationen konstruiert, zum Beispiel von Fliegl. Bei diesen wird das in den Vorratsbunker gegebene Material den Dosierwalzen von einer hydraulisch bewegten Rückwand zugeführt. Die Zerkleinerung und Zudosierung zu den Querfördereinrichtungen wird in diesem System von stehenden oder liegenden Fräswalzen übernommen.

Die Feststoffdosierer der Biogasanlagen unterliegen aufgrund von Säureangriffen aus den Silagen einem starken Verschleiß. Aus diesem Grund werden Dosierer in Edelstahl ausgeführt oder, wie von Trioliet, mit Kunststoffplatten ausgekleidet. Trioliet bietet auch die nachträgliche Auskleidung mit Kunststoffplatten ihrer eigenen Feststoffdosierer an. Andere Hersteller, wie beispielsweise van Lengerich oder Pumpe, führen die von Säure angegriffenen Teile des Feststoffdosierers und der Schnecken in Edelstahl aus. Präzi setzt auch auf Edelstahl. Selbst im kleinen Leistungsbereich bietet Präzi den kompakten Easy Feat aus Edelstahl an.

Kombination mit Gülle

Man sagt den beschriebenen Feststoffeintragsystemen nach, dass diese einen erhöhten Energieverbrauch haben, da aufgrund der trockenen Einbringung größere Rührwerkleistungen im Fermenter nötig sind. Deswegen gehen Fortentwicklungen bei der Dosiertechnik in die Richtung, das Einbringen von Feststoffen und Gülle zu kombinieren. Mittels einer beliebigen Zuführeinheit, dem Feststoffdosierer, werden einer Doppelschnecke stapelbare Feststoffe zudosiert. Gleichzeitig wird seitlich eine flüssige Phase, wie Gülle oder Rezirkulat, in die Misch- und Zerkleinerungseinheit der Doppelschnecke eingebracht, zum Beispiel bei Vogelsang. Die Reißzähne der Doppelschnecken zerkleinern nun die Grobstoffe und vermischen sie mit der flüssigen Phase, sodass eine homogene Suspension entsteht. Anschließend führt die Doppelschnecke die Suspension einer Pumpenkammer zu. Die Pumpe fördert anschließend das Material in den Fermenter. Andere Systeme, wie von Wangen oder Netzsch, dosieren die zerkleinerten Gärsubstrate in einen vorbeiführenden Flüssigkeitsstrom. Bei beiden Systemen kann durch Regelung der flüssigen Phase der TS-Gehalt individuell eingestellt werden. Solche Systeme haben den Vorteil, dass mehrere Fermenter mit einer Dosierstation mit angemaischtem Material beschickt werden können. Aufgrund der guten Durchmischung von trockenen Feststoffen und flüssigem Material sollen aufgrund dieser Eintragsysteme die Rührwerkslaufzeiten sinken, was dann zu Energieeinsparungen führt.

Für die Substrateinbringung aus dem Feststoffdosierer in die Fermenter kommen am häufigsten Förderschnecken zum Einsatz. Bei der Wahl der Förderschnecke ist auf eine ausreichende Dimensionierung und möglichst große Materialdicke zu achten. Da auch die Förderschnecken dem Säureangriff der Silagen ausgesetzt sind, sollten diese in Edelstahl ausgeführt oder mit Kunststoffumkleidung ausgerüstet sein.

Bei oberirdisch gebauten Gärbehältern werden auch Einpresskolben eingesetzt. Da diese nicht für alle Materialien geeignet sind und einem hohen Verschleiß unterliegen, verliert diese Einbringtechnik an Bedeutung.

Manche Hersteller verwenden für den Transport Förderbänder, zum Beispiel UTS. Der Vorteil eines Förderbandes ist sicher der niedrige Energieverbrauch. Da diese nur zur Schrägförderung verwendet werden können, ist ein erhöhter Platzbedarf gegenüber Schneckenförderern notwendig. Bei der Verwendung von Förderbändern muss auf eine erhöhte Sauberkeit und die Eignung für die unterschiedlichen Güter geachtet werden. Gegenüber Schnecken sind Förderbänder auch frostempfindlicher.

Organische Masse schnell zerkleinern

Grundsätzlich strebt man für den Biogasanlagenbetrieb an, möglichst hohe Gaserträge für die eingesetzten Stoffe zu erzielen. Sogenannte Desintegrationssysteme sollen die spezifischen Gaserträge steigern. Unter Desintegration versteht man die Auflösung oder das Auseinanderfallen eines Ganzen in Teile. Übertragen auf die Desintegration von Faulschlämmen bedeutet dies, dass man hier die organischen Zellen, die sich im Faulschlamm befinden, durch die Einwirkung äußerer Kräfte zerstören und weiter zerkleinern will. Indem Zellwände von Mikroorganismen und den eingesetzten Substrate zerstört werden, gelangen die in den Zellen gebildeten Enzyme schneller in den Faulschlamm und die Umsetzung findet schneller statt.

Bei der Desintegration unterscheidet man zwischen Verfahren, die nach thermischen, chemischen oder mechanischen Prinzipien arbeiten. Voraussetzung für den Einsatz eines Desintegrationssystems ist seine Betriebssicherheit und sein wirtschaftlicher Einsatz. Obwohl es sehr unterschiedliche Verfahren gibt, sind nur wenige großtechnisch zum Einsatz gekommen. Den größten Effekt erwartet man momentan von den mechanischen Verfahren, da bei diesen die Zellwände der Biomasse am schnellsten angegriffen und zerkleinert werden.

Die gängigste mechanische Desintegrationstechnik in der Abwasserbehandlung ist die Ultraschallbehandlung. Problematisch bei diesem Verfahren sind die Standfestigkeiten der Sonotroten, die Schwingungen im Ultraschallbereich auf das Medium abgeben, und die deshalb aus Legierungen mit hohem Titananteil hergestellt werden. Durch die hohen mechanischen Belastungen werden oft Materialpartikel aus den Sonotroten herausgelöst, sodass sich die Masse der Schwinger über die Zeit verändert und die Sonotroten zerstört werden. Die Firma Biogest geht einen anderen Weg. Eine Druckpumpe saugt den Faulschlamm aus dem Fermenter-Grundablass ab. Das abgesaugte Substrat wird durch einen Macerator geschickt, in dem enthaltene Grobstoffe intensiv zerkleinert werden. Der Druck im Faulschlamm wird auf 12 bar erhöht und anschließend in einer Düse schlagartig entspannt. Dadurch auftretende Kräfte zerkleinern das organische Material.

Weitere Verfahren, die momentan in der Praxis getestet werden, sind Extruder. Hier arbeiten ineinanderlaufende, gegenläufige Schnecken. Sie bewirken durch den mechanischen Energieeintrag eine Zerkleinerung und ein Quetschen des Materials. Durch die eingetragene Energie entsteht ein hydro-thermaler Aufschluss, da hoher Druck zu hohen Temperaturen führt. Die anschließende plötzliche Entspannung bewirkt, dass die Zellstrukturen zerreißen.

Autor: Dr. Waldemar Gruber