Biogaserzeugung
Die Biogasanlage am Standort Groß Kreutz dient Untersuchungs- und Demonstrationsaufgaben sowie der Information von Landwirten über die Nutzung regenerativer Energien und im Speziellen über die Biogasnutzung. Durch Partner, wie dem Leibnitz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim, finden beispielsweise vielfältige Untersuchungen zur Effizienz des Einsatzes unterschiedlicher Kofermente statt.
1. Die bauliche Anlage
Mit dem Bau der Biogasanlage "VERA 630 - 40" wurde im Jahr 2002 begonnen. Bauverzögerungen sowie Lieferprobleme bei der Ausrüstungsfirma verzögerten die termingerechte Inbetriebnahme. Nach der Komplettierung der Anlage mit der Schüttgutannahmetechnik und der erforderlichen Steuer-, Regel- und Messtechnik konnte ab 01.10.2003 mit der Einspeisung in das Energienetz begonnen werden. Die komplette Endabnahme der Biogasanlage erfolgte erst im November 2004. Im Jahre 2006 wurde die Biogasanlage von 40 auf 80 KW erweitert.
Die Biogasanlage besteht aus:
- einem rechteckigen Fermenter aus Stahlbeton mit 630 m³ Nutzvolumen, der von außen wärmegedämmt und durch eine Mittelwand in Längsrichtung geteilt ist. An den Innenwänden befinden sich umlaufend Rohrheizsegmente zur kontinuierlichen Temperierung. Die Gülleführung im Fermenter verläuft im Ringkanal zwischen Außen- und Mittelwand, unterstützt durch zwei stehende Rührwerke.
- einem Gasspeicher, ausgebildet als gasdichter und biogasbeständiger Folienspeicher mit Tragluftschutzdach. Er ist direkt über dem Fermenter montiert.
- dem Maschinenraum für das Blockheizkraftwerk (BHKW), seitlich am Fermenter angeordnet.
- dem Maschinenraum für die Steuerung der Anlage. Hier sind ebenfalls die Zu- und Ableitungen mit der erforderlichen Pump- und Homogenisierungstechnik eingebaut.
- Schüttgutlagerplatz mit Schubboden.
- einer Gasfackel zum Verbrennen von Biogas bei Ausfall des BHKW.
2. Die Verfahrenstechnik
Die Biogasanlage arbeitet nach dem Durchfluss-Verfahren. Die Beschickung der Anlage mit Gülle erfolgt über eine selbstansaugende Drehkolbenpumpe. Bei Zugabe von Kofermenten werden diese über den Schubboden mittels Förderschnecke in den Homogenisierer gefördert und mit dem Gärsubstrat aus dem Fermenter zu einer pumpfähigen Masse vermischt und in den Fermenter gepumpt.
Das Abpumpen des vergorenen Substrates und die erforderliche Zuführung des frischen Substrates werden über die automatische Ansteuerung der Pumpen und Schieber durch Füllstandsmesser im Fermenter bzw. in der Gaszuführung geregelt. Das im Gasspeicher befindliche Biogas wird im BHKW (Zündstrahlmotor mit angeschlossenem Generator mit 80 kW elektrischer Dauerleistung) unter Zugabe von 8-10% Zündöl in elektrische Energie und Wärme umgewandelt.
Die vom Motor abgegebene Wärme wird in erster Linie für den Fermenter benötigt, um die optimale Temperatur von ca. 38°- 40° C für den Gärprozess zu erreichen. Über Fernwärmeleitungen wird die verbleibende Wärmeenergie zur Gebäudeheizung genutzt. Im Sommer wird die überschüssige Wärme über Notkühler entsorgt.
3. Grundlagen und Begriffe
Der Begriff Biogas wird für sämtliche Faulgase, die in der Natur entstehen, angewandt. Häufen sich organische Stoffe an Orten, wo nicht genügend Sauerstoff für den aeroben Abbau vorhanden ist, beispielsweise am Grund von Seen, in Sümpfen oder auch im Pansen von Wiederkäuern, entstehen solche Gase.
Das Biogas selbst ist ein Gemisch, das überwiegend aus Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und geringen Anteilen von Schwefelwasserstoff (H2S)sowie anderen leicht flüchtigen Gasen besteht.
Komponenten des Biogases:
- brennbares Methan (CH4) 50-70%
- nicht brennbares Kohlendioxid (CO2) 30-45%
- Schwefelwasserstoff (H2S) 0- 1%
- Wasserstoff (H2) 0- 1%
- Sauerstoff (O2) 0- 1%
- Stickstoff (N2) 0- 1%
Ein geeigneter Ausgangsstoff für die technische Erzeugung von Biogas ist Gülle. Je Großvieheinheit fallen im Mittel ca. 1,5 m³ Gülle je Monat an, ist allerdings von der Tierart, dem Alter der Tiere, von den eingesetzten Futtermitteln, vom Reinigungsregime und anderen Faktoren abhängig.
Aus dem Gülleanfall je Großvieheinheit und Tag können 1,5 m³ Biogas gewonnen werden. Eine Gasmenge von 1 m³ Biogas entspricht im Mittel etwa 0,6 l Heizöl oder 0,66 m³ Erdgas.
Bei einem mittleren unteren Heizwert von Biogas von 6,5 kWh/m³ können damit etwa 2 kWh elektrische Energie erzeugt werden.
Durch die Zugabe weiterer organischer Stoffe (Kofermente) kann die Biogasausbeute gesteigert werden.
Kofermente sind:
- nachwachsende Rohstoffe
- landwirtschaftliche Reststoffe
- Abfälle aus der Lebensmittelindustrie
Die meisten Biogasanlagen arbeiten nach dem Durchfluss-Verfahren. Dem Fermenter wird täglich frisches Ausgangsmaterial zugegeben, während die gleiche Menge aus dem Gärbehälter entnommen wird.
Als vorteilhaft erweist sich
- eine gleichmäßige Gasproduktion
- hohe Faulraumauslastung
- kostengünstige Bauweise
- geringe Wärmeverluste
Bei dem Gärvorgang werden in einem biochemischen Prozess die Bausteine der organischen Substanz in vier Schritten durch verschiedene, voneinander abhängige Gruppen von Bakterien zerlegt.
- Zu Beginn findet eine Hydrolyse statt; feste Substanzen gehen in Lösung. Die biologischen Grundbausteine (Eiweiße, Fette, Kohlehydrate) werden in Monomere aufgespaltet.
- Diese Verbindungen werden durch fermentative Bakterien abgebaut. Es entstehen Alkohol und Carbonsäuren (Versäuerung).
- Diese werden zu Wasserstoff, zu Kohlendioxid und Essigsäure abgebaut. (Acetogenese)
- Die methanbildenden Bakterien spalten die Essigsäure oder reduzieren Kohlendioxid unter Ausnutzung des Wasserstoffes, wobei Methan gebildet wird (Methanogenese). Das dabei entstehende Gasvolumen ist im hohen Maß von der Substratzusammensetzung, Substratkonzentration, Faultemperatur und Verweilzeit abhängig.
