DE10020832B4 - Verfahren zur Energiegewinnung aus organischen Abfällen - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Behandlung von flüssigen und festen pflanzlichen und/oder tierischen Bioabfällen aus landwirtschaftlicher Produktion und aus der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere Zitrusfrüchte- und Zuckerrübenabfälle und deren Abwässer, Abfälle aus Olivenölproduktion, die nur zu bestimmten Jahreszeiten verfügbar sind und die einzeln oder gemischt mit anderen Bioabfällen als wässrige Suspension einer anaeroben Fermentation unterworfen werden, wobei das entstehende methanhaltige Biogas zur Energiegewinnung weiterverwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach entsprechender Vorbehandlung durch Wasserentzug eines Teils der Bioabfälle und dessen Zwischenlagerung in luftdicht verschließbaren Silos, ein ganzjähriger und kontinuierlichen Betrieb gewährleistet ist.
Description
- Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von flüssigen und festen Bioabfällen aus landwirtschaftlicher Produktion und aus der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere Zitrusfrüchte- und Zuckerrübenabfälle und deren Abwässer, Abfälle aus Olivenölproduktion, sowie vorgenannten Stoffen ähnliche organische Abfälle, die einzeln oder gemischt mit anderen Bioabfällen (auch tierischer Natur) als wässrige Suspension einer anaeroben Fermentation unterworfen werden, wobei das entstehende methanhaltige Biogas zur Energiegewinnung weiterverwendet wird.
- Es ist Stand der Technik, dass die meisten organischen Abfälle einer anaeroben Vergärung unterworfen werden können. Diese Technik setzt aber voraus, dass ein ganzjähriger Betrieb der Fermentation möglich ist, da ein Wiederanfahren eines Biogasreaktors bis zum stabilen Betrieb mehrere Wochen dauern kann.
- In der
DE-A-198 05 045 wird ein Verfahren zur Methanisierung von schüttfähigen, stapelbaren oder stückigmachbaren Biomassen sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung offenbart, bei der mit minimalem apparativen Aufwand und bei einfachster Verfahrensführung ohne Pumpen eine Methanisierung auch in kleinen Chargen durchgeführt werden kann, sodass beispielsweise eine direkte Methanisierung von Biomassen in Pressballen, Flachlagern oder Hochsilos am Ort des Anfallens möglich ist. - Das in der
DE-A-198 05 045 offenbarte Verfahren wird jedoch batch-weise durchgeführt, wobei die resultierenden Nachteile aus einer solchen Betriebsart bei Kleinanlagen in Kauf genommen werden kann. Bei einer größeren Anlage und insbesondere zur Verwertung der erzeugten Biogase in Form von Wärme und elektrischer Energie ist jedoch ein kontinuierlicher und stabiler Betrieb des Biogasreaktors erforderlich. - Die
DE-C-36 15 873 betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Gülle, wobei hier die Aufgabe zugrunde gelegt ist, die Gülle so aufzubereiten, dass das entstehende flüssige Endprodukt sich ohne beachtliche Geruchsbelästigung und vor allem negative Beeinträchtigung des Bodens ausbringen lässt, und dass die bei der Aufarbeitung entstehenden gasförmigen und festen Endprodukte sich energie- und wärmeerzeugend verwerten lassen. Bei der genannten Aufarbeitung erfolgt die destillative Entwässerung erst nach der Fermentation. - Die
DE-C-36 15 873 befasst sich also nicht mit der teilweisen Trocknung und Zwischenablagerung von Bioabfällen, vor der Fermentation. - Die
DE-A-198 40 691 befasst sich mit der Verwendung eines bei der Aufbereitung von Biogasen und Deponiegasen zu einem methanhaltigen Hauptprodukt anfallend CO2-haltigen Nebenprodukts. Anwendung ist u.a. der Einsatz als Konservierungsstoff zur Schaffung von sauerstoffarmen und erstickenden Bedingungen, d.h. die Einleitung in Lager/Silos zur Silierung landwirtschaftlicher Produkte, um die Silierverluste zu verringern bzw. zu unterbinden. Diese Nachteile treten in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf. - Im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung somit ein Verfahren zur Behandlung von flüssigen und festen pflanzlichen und/oder tierischen Bioabfällen aus landwirtschaftlicher Produktion und aus der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere Zitrusfrüchte- und Zuckerrübenabfälle und deren Abwässer, Abfälle aus Olivenölproduktion, die nur zu bestimmten Jahreszeiten verfügbar sind und die einzeln oder gemischt mit anderen Bioabfällen als wässrige Suspension einer anaeroben Fermentation unterworfen werden, wobei das entstehende methanhaltige Biogas zur Energiegewinnung weiterverwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach entsprechender Vorbehandlung durch Wasserentzug eines Teils der Bioabfälle und dessen Zwischenlagerung in luftdicht verschließbaren Silos, ein ganzjähriger und kontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist.
- Das vorliegende Verfahren beschränkt sich somit von vornherein auf Bioabfälle pflanzlichen und tierischen Ursprungs, die für eine Vergärung geeignet oder auch durch eine spezielle Vorbehandlung für eine Vergärung geeignet und nur zu bestimmten Jahreszeiten verfügbar sind.
- Die Fermentation von nur jahreszeitlich verfügbaren organischen Abfällen, die z.B. nur während einer relativ kurzen Vegetationsperiode anfallen, wie' Zitrusfrüchte, Obst oder Gemüse, und bei lebensmittelverarbeitenden Betrieben, wie der Zucker- und Olivenindustrie, ist auch deswegen schwierig realisierbar, da ein Stillstand der Fermentationsanlage über mehrere Monate einen hohen finanziellen und technischen Aufwand für die notwendige Reinigung der Anlage; die Wartungsarbeiten während der Stillstandszeit und die Wiederinbetriebnahme erforderlich macht. Ein wirtschaftlicher Betrieb ist außerdem äußerst fraglich, da ein Stillstand der Anlage für 6-8 Monate nicht mehr amortisierbar ist. So beträgt z.B. die Ernteperiode von Zitrusfrüchten und Tomaten in den Mittelmeerländern ca. 100-140 Tage, die Produktionszeit von Zucker, und somit der Anfall von Zuckerrübenabfällen und deren Abwässer, 100 bis 120 Tage.
- Die Erfindung hat die Zielsetzung, nur jahreszeitlich verfügbare Abfälle über das ganze Jahr zu Strecken und somit einen kontinuierlichen Ganzjahresbetrieb der Biofermentation zu ermöglichen. Für diesen Zweck müssen die Bioabfälle so aufbereitet werden, dass deren Lagerung in einem Silo für mindestens 6-8 Monate möglich ist, ohne dass diese Abfälle gären oder anderweitig biologisch umgesetzt werden. Grundsätzlich können dafür mehrere Verfahren angewandt werden.
-
- 1. Wasserentzug der Biomasse bis auf einen Wassergehalt von ca. 10-30% durch Verwendung eines Dekanteres und/oder einer Presse. Abhängig von der Art der Biomasse kann dies noch durch die Überschusswärme aus dem Blockheizkraftwerk bis auf den erforderlichen Restwassergehalt weiter getrocknet werden. Die getrocknete Biomasse wird anschließend in einem luftdichten Silo, ggfs. unter CO2, gelagert. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Anwendung auf Zuckerrübenabfälle.
- 2. Wasserentzug durch einen Verdampfer. Die Biomasse wird in einem Verdampfer auf ca. 1/10 des ursprünglichen Volumens eingedampft. Die Energie wird aus der Abwärme des BHKW bezogen, so dass keine zusätzlicher Energiebedarf besteht. Die getrocknete Biomasse wird anschließend in einem luftdichten Silo, ggfs. unter CO2, gelagert. Dieses Verfahren ist besonders für Zitrusabfälle anwendbar. Die Verdampfung hat den zusätzlichen Vorteil, dass durch diesen Prozess der konzentrierte Bioabfall sterilisiert wird und keine weiteren Maßnahmen zur Verhinderung einer Gärung nötig sind. Außerdem werden durch die Verdampfung die Vergärung störende und hemmende Stoffe entfernt. Bei der Anwendung auf Zitrusfrüchte wird zusätzlich noch d-Limonen gewonnen, das gewinnbringend weiterverwendet werden kann und somit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert.
- 3. Die Biomasse wird in einem Dekanter konzentriert und anschließend bei Temperaturen kleiner 10 °C in einem hochisoliertem Silo gelagert. Die Kühlenergie wird über eine Wärmepumpe aus der Abwärme des BHKW gewonnen.
- 4. Die konzentrierte Biomasse wird in einem Silo gelagert, der luftdicht verschlossen und gegebenenfalls mit Kohlendioxidgas aus dem Abgas des BHKWs geflutet wird. Der hohe CO2-Partialdruck verhindert zuverlässig jede anaerobe oder aerobe Gärung der Biomasse.
- Die Anwendung des jeweils geeigneten Verfahrens ist abhängig von der jeweiligen Biomasse.
- Das Gesamtverfahren besteht somit aus den folgenden Teilschritten:
- 1. Vorbehandlung der Biomasseabfälle und -Abwässer: Homogenisierung und Mischung in einer Mühle oder einem Homogenisator. Gegebenenfalls Mischung mit anderen Bioabfällen. Einstellen des OTS-Gehaltes der wässrigen Suspension auf für die Vergärung optimalen Bedingungen. Gegebenenfalls Einstellung des pH-Wertes.
- 2. Aufteilen der homogenisierten Biomassesuspension in einen Teilstrom für die direkte Fermentierung, entweder mesophil oder thermophil, ein- oder 2-stufig und einen 2. Teilstrom für die Trocknung. Das Verhältnis der Teilströme ist abhängig vom jahreszeitlichen Anfall der Biomasse.
- 3. Wasserentzug der zu lagernden Biomasse („Molasse„) und deren Lagerung in einem luftdicht verschließbaren Silo, nach einem der vier oben beschriebenen Verfahren.
- 4. Aufschlämmen des Biomassekonzentrates mit Wasser in einem Puffertank. Dazu wird das beim Wasserentzug entstehende Überschusswasser verwendet, das in Wasserbecken zwischengelagert werden kann.
- 5. Einbringen der Biomasse in den Fermenter.
- 6. Zuführung des Biogases, ggfs. nach geeigneter Gasreinigung und -Trocknung, in das Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von el. Strom und Prozessdampf. Rückführung eines Teilstromes des Prozessdampfes (abhängig vom Biomasseanfall) für die Trocknung oder Verdampfung und die Temperierung der Fermentatoren.
-
1 zeigt ein Beispiel einer Anlage für die Fermentierung von Zitrusabfällen. Hierin sind: -
- 1
- Mühle, Homogenisator
- 2
- Puffer Tank
- 3
- Dekanter
- 4
- Halbfestes Substrat
- 5
- Molasse Puffertank
- 6
- Verdampfer
- 7
- d-Limonen Rektifikationk
- 8
- d-Limonen Tan
- 9
- Surpluswasser Tank
- 10
- Puffer- u. Verarbeitungs Tank
- 11
- Fermenten I
- 12
- Fermenter II
- 13
- Biogas Tank
- 14
- BHKW
- 15
- Abhitzkessel
- 16
- Ferm. Substratleitung
- 17
- Surpluswasser Tank
- 18
- Anaerober Kompostsilo
Claims (10)
- Verfahren zur Behandlung von flüssigen und festen pflanzlichen und/oder tierischen Bioabfällen aus landwirtschaftlicher Produktion und aus der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere Zitrusfrüchte- und Zuckerrübenabfälle und deren Abwässer, Abfälle aus Olivenölproduktion, die nur zu bestimmten Jahreszeiten verfügbar sind und die einzeln oder gemischt mit anderen Bioabfällen als wässrige Suspension einer anaeroben Fermentation unterworfen werden, wobei das entstehende methanhaltige Biogas zur Energiegewinnung weiterverwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach entsprechender Vorbehandlung durch Wasserentzug eines Teils der Bioabfälle und dessen Zwischenlagerung in luftdicht verschließbaren Silos, ein ganzjähriger und kontinuierlichen Betrieb gewährleistet ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserentzug durch Verwendung eines Dekanters erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserentzug durch Verwendung einer Presse erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wasserentzug durch Trocknung der Biomasse mit der Prozesswärme aus dem Blockheizkraftwerk erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserentzug durch einen Verdampfer erfolgt, der mit der Abwärme des Blockheizkraftwerks betrieben wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zitrusabfällen durch die Verdampfung zusätzlich d-Limonen gewonnen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nach einem der Ansprüche 2 bis 5 konzentrierte oder getrocknete Bioabfall in einem luftdicht verschlossenen Silo bis zur Fermentation gelagert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nach einem der Ansprüche 2 bis 5 konzentrierte oder getrocknete Bioabfall zur Lagerung in einem luftdicht verschlossenen Silo mit CO2-Gas aus dem Blockheizkraftwerk geflutet oder auf Temperaturen kleiner 10 °C abgekühlt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der konzentrierte oder getrocknete Bioabfall auf den optimalen OTS-Gehalt verdünnt und homogenisiert wird, wobei Wasser verwendet wird, welches durch Wasserentzug mittels Verfahren gemäß Ansprüchen 2 bis 5 erzeugt und in Lagerbecken zwischengelagert wurde.
- Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von konzentrierten oder getrockneten Zuckerrübenabfällen eine Verdünnung auf den optimalen OTS-Gehalt und Homogenisierung erfolgt, wobei Wasser verwendet wird, welches durch Wasserentzug mittels Verfahren gemäß Ansprüchen 2 bis 5 erzeugt und in Lagerbecken zwischengelagert wurde oder aus den Zuckerrübenabwässern der Zuckerproduktion stammt.
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