Wäre man in der Lage 20 % mehr Biogas aus seinem gefütterten Originalsubstrat zu bekommen, würde das nicht jeder Biogasanlagenbetreiber tun? Wahrscheinlich schon, wenn es sich rechnet.
Bis dato war es jedoch in dieser Art und Weise nicht möglich. Denn wie soll man die Organik, die sich in der normalen Trockensubstanz (TS) befindet, noch besser lösen und für den Gasertrag nutzen? Durch eine geschickte Einbindung eines Biomasserückführfilters in Kombination mit einer Nasszerkleinerung und einer Ultraschallbehandlung in das bestehende System der Biogasanlage ist dies möglich. Dieses neue und innovative Verfahren ist bereits erfolgreich in der Praxis erprobt und so auch zum Patent angemeldet.
Der Biomasserückführfilter basiert auf der gängigen Separationstechnik, welche so weit weiterentwickelt worden ist, dass die neue Technologie des Pressschneckenseparators Sepogant Direkt nicht nur als Separationsmöglichkeit, sondern auch als Flüssig-Eindicker angesehen werden kann. Diese Variante entnimmt Substrat aus dem Fermenter oder Nachgärer, um diesen direkt nach der Separation wieder mit der eingedickten Phase und den noch nicht vollständig vergorenen Faserstoffen zu beschicken. So wird das Material, welches noch nicht vollständig vergoren ist, wieder in den Fermenter / Nachgärer gebracht und hat Zeit weiter zu vergären - denn unterschiedliche Einsatzstoffe brauchen verschieden lange für die Vergärung.
Durch das Verfahren des wiederholten Fütterns werden Einsatzstoffe gespart. Dies führt dazu, dass das gesamte Gaspotential der zugeführten Substrate (auch bei sehr kurzen Verweilzeiten) ausgeschöpft wird. Zudem wird die Einsparung von Rührwerken sowie deren Rührzeiten im Gärrestlager erreicht, da sich in den Behältern eine homogene Masse der gleichen Struktur mit einer verminderten Viskosität befindet, welche sich nicht wieder entmischt. Zudem wird bei der Fütterung an Volumen der Einsatzstoffe eingespart, was eine geringere Belastung (Energie und Verschleiß) der Einbringtechnik zur Folge hat.
Das Substrat im Fermenter wird durch diese Methode der wiederholten Fütterung nicht wesentlich dicker (max. 1 % TS), da die homogenere Zusammensetzung des Substrates hier eine bessere Biologie und so Zersetzung fördert. Im Nachgärer findet eine leichte Eindickung des Gärrestes statt, da das Presswasser bereits im vorherigen Kreislauf entzogen worden ist.
Die Wirksamkeit des Biomasserückführfilters kann durch das Einsetzen eines Nasszerkleineres sowie einer Ultraschalltechnik noch weiter verbessert werden. Der Nasszerkleinerer, beispielsweise ROTORICOS, fasert das Substrat, bevor es dem Biomasserückführfilter zugesetzt wird, auf, so dass eine Oberflächenvergrößerung der Fasern stattfindet. Dies kann vor allem auch bei schwierigem Inputmaterial, welches für Probleme im Gärprozess sorgt, wie beispielsweise dem Anfallen von einer großen Menge an langfaserigem Material, eingesetzt werden. Der Nasszerkleinerer fasert durch das mühlenartige System die Problemstoffe auf und zerkleinert sie so, dass eine homogenere Masse im Behälter entsteht.
Nachdem das Substrat den Nasszerkleinerer und den Biomasserückführfilter durchlaufen hat, wird es einer Ultraschallbehandlung unterzogen. Hier kommt die WaveBox zum Tragen, welche kaskadenförmig aufgebaut ist.
Durch dieses kaskadenförmige System mit Sonotroden ist es möglich das Material maximal aufzuschließen, da die Ultraschallwellen das Substrat in der Tiefe bearbeiten können, so dass ein kavitativer Aufschluss von Rest oTS (organischer Trockensubstanz) stattfindet. Diese Kavitation führt dazu, dass ein höherer Anteil des oTS Gas abgeben kann. Die Sonotroden sind bei der WaveBox vollständig vom Substrat umgeben, was einen 40 %igen Vorteil beim Leistungseintrag in das Substrat zur Folge hat. Sobald die Sonotroden mit einem Gaspolster umgeben sind, d. h. sobald die Sonotrode nicht vollständig mit Substrat umgeben ist, findet ein Leistungseintrag von 50 % statt (bei der gänzlich eingetauchten Sonotrode liegt der Leistungseintrag bei 70 %). Dies bedeutet, dass die Sonotroden, die komplett in Substrat getaucht sind, um den Faktor 1,4 mehr Leistungseintrag schaffen. Dieser erhöhte Leistungseintrag sorgt für den erhöhten Biomasseaufschluss. Techniken, die nicht mit der vollständigen Benetzung der Sonotroden arbeiten, weisen eine unzureichende Gasabfuhr aus dem Reaktionsraum der Sonotroden auf und haben dementsprechend einen Leistungsnachteil von 40 %. Zusammengefasst bedeutet dies, dass Ultraschallgeräte, die keine geeignete Gasabführung besitzen und bei denen keine selbstständige Sedimentabfuhr erfolgt, folgende Nachteile haben:
- Durch die Beschallung tritt eine Erwärmung ein, welche zur Gasabscheidung führt. Diese Gasabscheidung führt wiederum zu Gaspolstern, welche zu einer erheblichen Minderung des Energieeintrages in die Biomasse führt.
- Durch die Beschallung verringert sich die Viskosität, was zur Folge hat, dass aufgrund des Dichteunterschiedes im Reaktionsraum Partikel ausfallen, welche so durch den Reaktorraum geführt werden müssen, dass keine Ablagerungen erfolgen können.
Somit hat das Verfahren aus Rückführfilter, dem Sepogant Direkt, und Ultraschall, der WaveBox, eine entgasende Wirkung für das zu behandelnde Substrat. Die hier erzielten Aufschlussgradsteigerungen bezogen auf die oTS, gemessen in zusätzlich gelöstem CSB, sind bezogen auf Biogasanlagensubstrat einmalig und einmalig wirkungsvoll.
Wie in der Abbildung dargestellt darf das Substrat, welches durch das Ultraschallgerät geleitet wird, weder zu dünn- noch du dickflüssig sein. Wenn das Substrat zu dünn ist, kann die Energie nicht optimal übertragen werden, da es sich um eine Bestrahlung des „Wassers“ handelt. Ist das Substrat jedoch zu dick, ist wiederum keine effektive Ultraschallbehandlung möglich, da es hierfür eines gewissen Anteiles von Wasser bedarf.
Das zuvor beschriebene Unterdrucksystem wird mit der Presswasserpumpe (siehe R+I) erzeugt.
Durch das Verfahren des Verbindens des Biomasserückführfilters und der Ultraschalltechnik wird nicht abgebaute Organik wieder in den Fermenter / Nachgärer zurückgeführt. Es wird kein Feststoff ausgetragen, der Betrieb erfolgt emissionsfrei und es findet ein zusätzlicher Organikabbau statt. Die zu dem Patent angemeldeten Kombination unterliegt zudem weiterer technologischer und ökologischer Aspekte:
In einer herkömmlich betriebenen Biogasanlage findet ein Abbau der Organik von 75 % statt. Sobald hier ein Biomasserückführfilter in Verbindung mit einer Ultraschalltechnik verwendet wird, steigt der Abbau der Organik bis zu 90 %. So kann eine Steigerung des Biogases bis zu 20 % aus dem Originalsubstrat, das der Biogasanlage gefüttert wird, erreicht werden.
Schlussendlich stellt die Kombination aus Zerfaserung durch einen Nasszerkleinerer, dem Zurückhalten von noch nicht vollständig vergorenen Fasern und der Behandlung der Biomasse durch Ultraschall das derzeit einzig funktionierende Verfahren dar, um das Beste aus seinem zur Verfügung stehenden Substrat herauszuholen. So wird kein Gaspotential verschenkt, da energiereiches Futter, unabhängig der Verweilzeiten, nicht ungenutzt bleibt.
Bis dato war es jedoch in dieser Art und Weise nicht möglich. Denn wie soll man die Organik, die sich in der normalen Trockensubstanz (TS) befindet, noch besser lösen und für den Gasertrag nutzen? Durch eine geschickte Einbindung eines Biomasserückführfilters in Kombination mit einer Nasszerkleinerung und einer Ultraschallbehandlung in das bestehende System der Biogasanlage ist dies möglich. Dieses neue und innovative Verfahren ist bereits erfolgreich in der Praxis erprobt und so auch zum Patent angemeldet.
Der Biomasserückführfilter basiert auf der gängigen Separationstechnik, welche so weit weiterentwickelt worden ist, dass die neue Technologie des Pressschneckenseparators Sepogant Direkt nicht nur als Separationsmöglichkeit, sondern auch als Flüssig-Eindicker angesehen werden kann. Diese Variante entnimmt Substrat aus dem Fermenter oder Nachgärer, um diesen direkt nach der Separation wieder mit der eingedickten Phase und den noch nicht vollständig vergorenen Faserstoffen zu beschicken. So wird das Material, welches noch nicht vollständig vergoren ist, wieder in den Fermenter / Nachgärer gebracht und hat Zeit weiter zu vergären - denn unterschiedliche Einsatzstoffe brauchen verschieden lange für die Vergärung.
Durch das Verfahren des wiederholten Fütterns werden Einsatzstoffe gespart. Dies führt dazu, dass das gesamte Gaspotential der zugeführten Substrate (auch bei sehr kurzen Verweilzeiten) ausgeschöpft wird. Zudem wird die Einsparung von Rührwerken sowie deren Rührzeiten im Gärrestlager erreicht, da sich in den Behältern eine homogene Masse der gleichen Struktur mit einer verminderten Viskosität befindet, welche sich nicht wieder entmischt. Zudem wird bei der Fütterung an Volumen der Einsatzstoffe eingespart, was eine geringere Belastung (Energie und Verschleiß) der Einbringtechnik zur Folge hat.
Das Substrat im Fermenter wird durch diese Methode der wiederholten Fütterung nicht wesentlich dicker (max. 1 % TS), da die homogenere Zusammensetzung des Substrates hier eine bessere Biologie und so Zersetzung fördert. Im Nachgärer findet eine leichte Eindickung des Gärrestes statt, da das Presswasser bereits im vorherigen Kreislauf entzogen worden ist.
Die Wirksamkeit des Biomasserückführfilters kann durch das Einsetzen eines Nasszerkleineres sowie einer Ultraschalltechnik noch weiter verbessert werden. Der Nasszerkleinerer, beispielsweise ROTORICOS, fasert das Substrat, bevor es dem Biomasserückführfilter zugesetzt wird, auf, so dass eine Oberflächenvergrößerung der Fasern stattfindet. Dies kann vor allem auch bei schwierigem Inputmaterial, welches für Probleme im Gärprozess sorgt, wie beispielsweise dem Anfallen von einer großen Menge an langfaserigem Material, eingesetzt werden. Der Nasszerkleinerer fasert durch das mühlenartige System die Problemstoffe auf und zerkleinert sie so, dass eine homogenere Masse im Behälter entsteht.
Nachdem das Substrat den Nasszerkleinerer und den Biomasserückführfilter durchlaufen hat, wird es einer Ultraschallbehandlung unterzogen. Hier kommt die WaveBox zum Tragen, welche kaskadenförmig aufgebaut ist.
Durch dieses kaskadenförmige System mit Sonotroden ist es möglich das Material maximal aufzuschließen, da die Ultraschallwellen das Substrat in der Tiefe bearbeiten können, so dass ein kavitativer Aufschluss von Rest oTS (organischer Trockensubstanz) stattfindet. Diese Kavitation führt dazu, dass ein höherer Anteil des oTS Gas abgeben kann. Die Sonotroden sind bei der WaveBox vollständig vom Substrat umgeben, was einen 40 %igen Vorteil beim Leistungseintrag in das Substrat zur Folge hat. Sobald die Sonotroden mit einem Gaspolster umgeben sind, d. h. sobald die Sonotrode nicht vollständig mit Substrat umgeben ist, findet ein Leistungseintrag von 50 % statt (bei der gänzlich eingetauchten Sonotrode liegt der Leistungseintrag bei 70 %). Dies bedeutet, dass die Sonotroden, die komplett in Substrat getaucht sind, um den Faktor 1,4 mehr Leistungseintrag schaffen. Dieser erhöhte Leistungseintrag sorgt für den erhöhten Biomasseaufschluss. Techniken, die nicht mit der vollständigen Benetzung der Sonotroden arbeiten, weisen eine unzureichende Gasabfuhr aus dem Reaktionsraum der Sonotroden auf und haben dementsprechend einen Leistungsnachteil von 40 %. Zusammengefasst bedeutet dies, dass Ultraschallgeräte, die keine geeignete Gasabführung besitzen und bei denen keine selbstständige Sedimentabfuhr erfolgt, folgende Nachteile haben:
- Durch die Beschallung tritt eine Erwärmung ein, welche zur Gasabscheidung führt. Diese Gasabscheidung führt wiederum zu Gaspolstern, welche zu einer erheblichen Minderung des Energieeintrages in die Biomasse führt.
- Durch die Beschallung verringert sich die Viskosität, was zur Folge hat, dass aufgrund des Dichteunterschiedes im Reaktionsraum Partikel ausfallen, welche so durch den Reaktorraum geführt werden müssen, dass keine Ablagerungen erfolgen können.
Somit hat das Verfahren aus Rückführfilter, dem Sepogant Direkt, und Ultraschall, der WaveBox, eine entgasende Wirkung für das zu behandelnde Substrat. Die hier erzielten Aufschlussgradsteigerungen bezogen auf die oTS, gemessen in zusätzlich gelöstem CSB, sind bezogen auf Biogasanlagensubstrat einmalig und einmalig wirkungsvoll.
Wie in der Abbildung dargestellt darf das Substrat, welches durch das Ultraschallgerät geleitet wird, weder zu dünn- noch du dickflüssig sein. Wenn das Substrat zu dünn ist, kann die Energie nicht optimal übertragen werden, da es sich um eine Bestrahlung des „Wassers“ handelt. Ist das Substrat jedoch zu dick, ist wiederum keine effektive Ultraschallbehandlung möglich, da es hierfür eines gewissen Anteiles von Wasser bedarf.
Das zuvor beschriebene Unterdrucksystem wird mit der Presswasserpumpe (siehe R+I) erzeugt.
Durch das Verfahren des Verbindens des Biomasserückführfilters und der Ultraschalltechnik wird nicht abgebaute Organik wieder in den Fermenter / Nachgärer zurückgeführt. Es wird kein Feststoff ausgetragen, der Betrieb erfolgt emissionsfrei und es findet ein zusätzlicher Organikabbau statt. Die zu dem Patent angemeldeten Kombination unterliegt zudem weiterer technologischer und ökologischer Aspekte:
In einer herkömmlich betriebenen Biogasanlage findet ein Abbau der Organik von 75 % statt. Sobald hier ein Biomasserückführfilter in Verbindung mit einer Ultraschalltechnik verwendet wird, steigt der Abbau der Organik bis zu 90 %. So kann eine Steigerung des Biogases bis zu 20 % aus dem Originalsubstrat, das der Biogasanlage gefüttert wird, erreicht werden.
Schlussendlich stellt die Kombination aus Zerfaserung durch einen Nasszerkleinerer, dem Zurückhalten von noch nicht vollständig vergorenen Fasern und der Behandlung der Biomasse durch Ultraschall das derzeit einzig funktionierende Verfahren dar, um das Beste aus seinem zur Verfügung stehenden Substrat herauszuholen. So wird kein Gaspotential verschenkt, da energiereiches Futter, unabhängig der Verweilzeiten, nicht ungenutzt bleibt.
