Höhere Durchmischung für besseren Biogas-Ertrag
Spezielles Pumpensystem zur Breibeschickung von Netzsch. reduziert den Strom- und Substrateinsatz.
Die Euphorie um die Erneuerbaren Energien wird allmählich vom realwirtschaftlichen Alltag abgelöst: Auch die Betreiber alternativer Kraftwerke stehen zunehmend unter Kostendruck und müssen sich mit Fragen nach der Effizienz ihrer Anlagen beschäftigen. Um die Gasausbeute und damit den Wirkungsgrad ihres Fermenters zu verbessern, hat die Bioenergie Schainbach GbR jetzt ihr System mit einer speziell auf Bioreaktoren ausgelegten Breibeschickung ausgestattet. Die verwendete "Nemo B.Max" -Mischpumpe von Netzsch ist so konstruiert, dass bereits im Mischraum ein homogenes und pumpfähiges Medium hergestellt wird. Gleichzeitig sorgt die besondere Anbindung der Pumpe an den Fermenter für zusätzliche Bewegung im Gärbehälter. Die Rührwerklaufzeiten konnten damit um 40 Prozent reduziert werden, die benötigte Substratmenge wird sich bei gleichem Gasertrag voraussichtlich um acht Prozent verringern.
Gras, Mais, Ganz-Pflanzen-Silage – rund 50 Tonnen Rohmaterial setzt die Biogasanlage in Schainbach/Ehekirchen täglich um. Ein angeschlossenes Blockheizkraftwerk erzeugt aus dem Gas ein Megawatt Strom. Die zugleich entstehende Wärme wird teilweise zur Temperierung des Fermenters genutzt, der Rest heizt über ein kleines Fernwärmenetz die Wohnhäuser des Betreibers und seiner Nachbarn. Ein nachhaltiges Nutzungskonzept war damit zwar bereits gegeben, darüber hinaus sollte jedoch auch die Effizienz des Bioreaktors verbessert werden. Ziel war es, die Rührzeiten im Fermenter auf maximal 15 Minuten pro Stunde zu beschränken und die benötigte Futtermenge im Vergleich zu einer Standard-Biogasanlage um fünf bis acht Prozent zu reduzieren.
Problematisch waren bei diesen Anforderungen zum einen die Materialeigenschaften der Biomasse und zum anderen der chemische Prozess im Fermenter selbst: Die fasrigen Rohstoffe lassen sich in der Regel nur schwer vermischen und verklumpen schnell. Dadurch können sich die Gärungsbakterien und die für sie wichtige Prozesswärme nicht gleichmäßig verteilen. Auch neigen die Feststoffe dazu, aufzusteigen und eine Schwimmdecke im Behälter zu bilden, die die Gasproduktion behindert und im Extremfall das biologische Gleichgewicht der Anlagen kippen lässt. Um das zu verhindern, wird das Rührwerk eingesetzt, das die Schicht aufbricht und durch die Durchmischung zudem den vollständigen Abbau des Substrats verbessern soll. Allerdings kostet jedes Rühren Strom und stört den Gärprozess.
Umgehen lässt sich dieser Zwiespalt durch eine sorgfältige Vermischung der Eingangsmaterialien zu einem teils flüssigen Medium, noch bevor sie in den Fermenter kommen. „Diese Form der Breibeschickung reduziert zum einen die nötige Rührwerkslaufzeit. Zum anderen wird das neue Material bereits während des Mischens mit aktiven Bakterien durchsetzt, so dass diese sofort anfangen können zu arbeiten“, erklärt Thorsten Gilles, der bei der Netzsch Mohnopumpen GmbH auf Biogasanlagen spezialisiert ist. Ein Anmaisch-Bottich wird damit überflüssig. „Da sich die Rohstoffe durch die vergrößerte Oberfläche leichter erwärmen lassen, kommt es im Winter außerdem nicht zu einer partiellen Auskühlung.“ Als zusätzlicher Vorteil kann die Beschickung mit dem Substratbrei über Leitungen erfolgen, wodurch mehrere Fermenter von einer Zentralstelle aus gefüttert werden können.
Um die dazu notwendige Homogenisierung der Rohstoffe zu erreichen, hat Netzsch eigens die "Nemo B.Max" Mischpumpe entwickelt. Die Anlage besteht aus einer Mischschnecke, die über einen Trichter befüllt wird, einem daran anschließenden Stopfraum und einer Exzenterschneckenpumpe zur Förderung des Breis in den Fermenter. Für die gründliche Vermengung der Eintragsmaterialien sorgen vor allem die Steigung und die Segmentierung der Mischschnecke: Dadurch bildet sich ein hoher Volumenstrom, es wird mehr Substrat in den Stopfbereich bewegt als die Exzenterschnecke abtragen kann. Das überschüssige Medium fließt daher zurück in die Mischkammer, wodurch Turbulenzen in der Zirkulation entstehen. Um diesen Effekt noch zu verstärken, wird Rezirkulat aus dem Fermenter entgegen der Förderrichtung in die Kammer eingespeist. Der Zuführstutzen wurde dabei so ausgerichtet, dass sich weitere Verwirbelungen im Substrat entwickeln.
Dank dieser Vermischung lassen sich verschiedene Arten von Biomasse – von Maissilage bis zu Hühnertrockenkot – im "Nemo B.Max" -System zu einem pumpfähigen Medium verarbeiten, das unabhängig von Druck bei Viskosität kontinuierlich gefördert werden kann. Fördermengen von bis zu 70 Kubikmetern pro Stunde bei bis zu 48 bar Druck können damit realisiert werden. Standardweise sind alle "Nemo B.Max" -Pumpen auf mindestens zwölf bar ausgelegt. Da die meisten herkömmlichen Anwendungen nur ein bis drei bar benötigen, verschleißen die Anlagen kaum und zeichnen sich durch hohe Standzeiten aus. Um darüber hinaus den besonders strapazierten Mischbereich zu schützen, wurde hier das Gehäuse verstärkt und der Fülltrichter sowie die Mischschnecke speziell beschichtet, was das Metall vor Kontakt mit abrasiven und aggressiven Medien bewahrt.
Die Mischpumpe in Schainbach wird über einen Dosierer und einen Extruder, der die Rohstoffe zerfasert, befüllt. Rund 40 Kubikmeter Biomasse-Brei werden hier pro Stunde mit maximal drei bar gefördert. Die Menge wird im unteren Drittel des Fermenters eingebracht. „Dadurch entsteht Bewegung in einem Bereich, im dem das Rückwerk sonst nur schlecht arbeiten kann. Das sorgt dafür, dass der ganze Behälter genutzt werden kann“, so Biogas-Experte Gilles. Die Befüllung von unten erhöht auch die Eigenkonvektion im Fermenter und verhindert, dass sich auf dem Medium eine Schwimmschicht bildet. So können die Bakterien unter idealen Bedingungen arbeiten und das erzeugte Gas ungehindert aufsteigen. „Aus vergleichbaren Anlagen wissen wir, dass bei dieser Technik für dieselbe Menge Gas etwa acht Prozent weniger Substrat benötigt wird“, berichtet Gilles aus seinen Erfahrungen. Die Rührwerklaufzeit konnte bereits jetzt um 40 Prozent zurückgefahren werden.
