WAS IST DER BIOGAS-BOOSTER®?
Aufbau des Biogas-Boosters®
Die innovative Idee des Biogas-Boosters® wurde bereits Ende der 90er Jahre entwickelt und ist in bis zu 4.500 Anlagen weltweit installiert worden.
Das Ziel dieser Technologie ist, aus der gleichen Inputmenge einen erhöhten Gasertrag zu erzielen oder bei gleichbleibendem Gasertrag, die Inputmenge messbar und dauerhaft zu reduzieren.
mehr Gas oder weniger Input
Die 3-Stufen des Biogas-Boosters® sind perfekt aufeinander abgestimmt und die Summe dieser Stufen bewirkt die mechanische und die mikroskopische Zerkleinerung des Fermentersubstrates.
Die damit einhergehende Stimulation der säure- und methanbildenden Bakterien sowie die auf das Fermentersubstrat abgestimmte Beigabe von organischen Aufzuchtkörpern führen zu verbesserten Lebensbedingungen der Bakterien und einer wesentlich erhöhten Population im Fermenter.
Der bessere Aufschluss und die erhöhte Verstoffwechselung des Fermentersubstrates führen zu einer verbesserten Ertragsrate von 8-18%.
Folgende Effekte und damit eine dauerhafte Steigerung der Wirtschaftlichkeit stellen sich beim Einsatz dieser Kombination ein:
∙ Ihr Substrat wird besser aufgeschlossen und aktiviert.
∙ Die Viskosität verringert sich und die Pump- und Rührfähigkeit wird besser, was zu 5-10% Ersparnis an Energie-Eigenverbrauch führt.
∙ Eigene Enzyme aus dem Substrat werden besser freigesetzt, Zusätze können verringert werden oder entfallen vollständig.
∙ Meistens erhöht sich der Methan-Anteil im Gas um 1-2 Prozentpunkte.
∙ Die Prozesse laufen stabiler, Schwimm- und Sinkschichten verschwinden, Rührzeiten können verringert werden.
∙ Da Stickstoff und Schwefelwasserstoff besser in den organischen Aufzuchtkörpern gebunden werden, kommt es zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Gasmotoren.
∙ Der Abbaugrad im Fermenter erhöht sich, was zu einer Verringerung der Endlagerkapazität führt.
∙ Eine effektivere Biologie bewirkt, dass eine bis zum 3-fachen höheren Methangasbakterien-Population heranwächst, was eine deutliche Leistungssteigerung Ihrer Anlage zur Folge hat.
Installationsmöglichkeiten
Installation im Pumpenraum
Bei ausreichendem Platz kann der Biogas-Booster® direkt im Pumpenraum installiert werden. Die Ein- und Ausschaltzeiten werden dann unmittelbar von der SPS der Biogas-Anlage angesteuert. Eine Integration in Fütter- und Rezirkulationsprozesse ist jederzeit möglich und erhöht die Rentabilität.
Installation im Freien
Die Installation im Freien erfolgt auf einer tragfähigen Bodenschicht mit einer überdachten Rahmenkonstruktion. Hierbei sind lediglich ein Stromanschluss sowie ein externer Saug- und Druckanschluss notwendig. Diese Open-Air-Lösung erfolgt immer wärmegedämmt.
Installation im Container
Bei großen Biogas-Anlagen oder bei der Notwendigkeit, zwei Fermenter mit einem Biogas-Booster® zu bearbeiten, wird eine Containerlösung favorisiert. Der Container ist gegen Frost geschützt und verfügt über eine Belüftung. Die Zuleitungen sind wärmegedämmt.
Technische Informationen
Cell Cracking mit Hochspannung
Mit dem Biogas-Booster® erfolgt die Zerstörung der Zellwände des Substrates auf elektrokinetischem Weg. Dabei verformt und destabilisiert ein elektrisches Feld die Membranen der Zellen des organischen Materials in den Schlämmen der Klär- und Biogasanlagen, bis diese porös sind. Dadurch werden die organischen Stoffe und Verbindungen zugänglicher für fermentierende Bakterien. Diese spezialisierten Mikroorganismen sind dann in der Lage, die Substanzen erheblich effizienter in Biogas zu verwandeln. Darüber hinaus stimuliert das Verfahren die Bakterien in ihrer Leistungskraft und -bereitschaft, noch mehr Biomasse zu verarbeiten. So behandelt erzielen Biogasanlagen einen um bis zu 18 Prozent höheren Gasertrag. Da der Energieeinsatz hierbei unter dem Ertragszuwachs liegt, wird so die Effizienz der gesamten Anlage gesteigert.
Der Biogas-Booster® ist ein Modul aus einem Edelstahlgehäuse (Behandlungsraum) mit einer innenliegenden, kunststoffbeschichteten Elektrode. Im Kopfteil der Elektrode ist die Elektronik und über ein Netzteil die Stromversorgung integriert.
Zum Aufbau der elektrokinetischen Desintegration (Erläuterung s.u.) dient das Edelstahlgehäuse als äußere Elektrode. Durch die Stromzufuhr über die innen liegende Elektrode wird ein Hochspannungsfeld von bis zu 70.000 Volt erzeugt. Dieses Hochspannungsfeld wirkt unmittelbar auf das durch das Modul geführte Substrat. Die elektrischen Kräfte wirken dabei auf Zell- und Enzym-ebene, die in einem schnellen Wechsel von Kontraktion und Expansion aufbrechen und ihre intrazellulären Bestandteile freigeben. Dadurch lösen sich auch zusammenhaftende Verklumpungen sowie festorganische Strukturen (wie z.B. Stroh) auf.
Funktionsweise
Das aktive Fermentersubstrat durchfließt ein Rohrleitungssystem in dem ein Hochspannungsfeld anliegt.Die elektrischen Kräfte im Hochspannungsfeld verformen und destablilisieren die Zellmembran. Übersteigt die Verformung die elastische Widerstandskraft der Zellmembran, wird diese durchlässig bzw. bricht auf. Zellinhaltsstoffe werden freigesetzt und können zur Methanerzeugung genutzt werden.
Elektrokinetische Desintegration
Die elektrokinetische Desintegration gehört zu den etablierten Verfahren zur Substratkonditionierung, d.h. zur Verbesserung der Verdaulichkeit des Substrats. Ursprünglich kommt dieses Verfahren aus der Abwassertechnik zur Behandlung von Klärschlämmen. Im Unterschied zur mechanischen Zerkleinerung wirkt die Desintegration bis auf die Zellwände, die hierdurch aufgebrochen werden. Durch die erzeugte Hochspannung – Gleichstrom wird hochtransformiert und erreicht Spannungen bis zu 70.000 V – werden die Zellwände des Biosubstrats aufgeschlossen. Dadurch entstehen elektrohydraulische Vorgänge, die direkt auf die Biosuspension einwirken. Hierdurch werden die Zellmembranen perforiert und die Zellflüssigkeiten können austreten. Die Inhaltsstoffe der Zellen, insbesondere die schwerer abbaubaren Stoffe (z.B. Lignin, Cellulose, etc.) können nun von den Biogasbakterien für deren Stoffwechsel besser genutzt werden. Der Aufschlussgrad richtet sich nach der Kontaktzeit zwischen den Elektroden.
„Beim Verfahren der elektrokinetischen Desintegration (vgl. Abb. 1) wird durch eine Stoßwellenbehandlung nach Überschreitung der dielektrischen Festigkeit des Behandlungsmediums ein elektrischer Durchschlag erreicht. So entsteht eine hohe Strahlungsintensität, die in Flüssigkeiten eine Schockwelle erzeugt. Diese führt zu Scherkräften. Dies bedeutet, dass durch das Anlegen eines elektrischen Feldes die Zellmembranen zusammengedrückt werden, bis diese zusammenbrechen (= Elektroporation; vgl. Abb. 1). Die wichtigsten Einflüsse auf die Effektivität dieser Behandlung stellen die elektrische Feldstärke, der spezifische Energieeintrag und die Behandlungstemperatur dar.“
Quelle: Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Optimierung der Verfahrenstechnik landwirtschaftlicher Biogasanlagen von Dipl.-Ing. agr. Andreas Lehner, Dr. Ing. Mathias Effenberger, Dr. agr. Andreas Gronauer
Ein weiterer Effekt der elektrokinetischen Behandlung ist die Stimulation der Bakterienkulturen, die sinngemäß „wachgerüttelt“ werden, wodurch sie ihr Futter schneller und besser aufnehmen, um es anschließend abzubauen. Im Ergebnis steigt der Methangasanteil (bei reduziertem Kohlendioxid-Anteil), das Substrat wird deutlich dünnflüssiger, feiner und setzt zusätzlich eigene Enzyme sowie Spurenelemente frei.
Schwimm- und Sinkschichten werden reduziert, die Prozessstabilität verläuft deutlich homogener. Das verringert die Rührzeiten.
Mit dieser prozessbiologischen Optimierung wird eine Erhöhung der Biogas- bzw. Stromausbeute ab ca. 8 % bis zu 18 % und eine Reduzierung der Kosten für den Eigenstrombedarf um bis zu 30% erreicht.
Organische Aufzuchtkörper
Wie an nördlichen Gebäudesockeln sichtbar, wachsen Mikroalgen in offenporigen Mauerwerksputzen. Dieses Verhalten ähnelt dem natürlichen Anhaftbestreben von Methangasbakterien. Durch die Gitterstruktur der organischen Anhaftkörper des Bio-Boos-A wird die Koloniebildung der Bakterien massiv unterstützt – die „Eigentumswohnung“ für die Methangasbakterien.
Somit führt das Bio-Boost-A führt zu einer 3-fach höheren Bakterienpopulation im Substrat. Die Lebensbedingungen der Bakterien verbessern sich um ein Vielfaches.
Das Bio-Boost-A verstärkt oder hemmt gezielt das Wachstum und die Aktivität ausgewählter Bakterienarten im Fermenter und verbessert somit den Methanertrag. Nicht nur die Methanogenese, sondern auch die Hydrolyse profitieren vom Bio-Boost-A. Der Aufschluss wird auch bei stark verholzten Substraten verbessert und die Biomasse effizienter verwertet.
Der Biogas-Booster® ist die optimale Ergänzung zur Leistungssteigerung Ihrer Biogas-Anlage!