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Energie

Der Faser stärker zu Leibe rücken

von , am
29.01.2013

Für die Optimierung von Biogasanlagen gibt es manchmal bereits technisch ausgereifte Lösungen, die für den Biogasbereich "entdeckt" werden. So auch bei dem Gorator, der Substrate zerkleinert und die Gasausbeute steigert.

Die Fasern im Medium vor (links im Sieb) und nach dem Gorator. © Rudolph
Das Nasszerkleinerungssystem der hoelschertechnic-gorator GmbH & Co.KG in Gescher gilt als Standardlösung unter den Nassaufbereitungsmaschinen und ist in unterschiedlichen Branchen im Einsatz. Die Palette reicht vom Zerkleinern von Kokspartikeln in Dickteer über das Aufbereiten von Holzschliff und Schwarzlauge in der Papierindustrie bis zum Mischen und Homogenisieren von Gewürzextrakten.

Dass sich für den Klassiker aus der Chemie- und Papierindustrie ein neues Wirkungsfeld in der Biogastechnologie eröffnet, liegt am Grundprinzip des Gorators. In dem Aggregat dreht sich eine schräge Zahnscheibe, der Rotor, mit etwa 1.500 Umdrehungen pro Minute. Im Innenraum des Gehäuses befinden sich abgerundete Stahlsegmente mit einer Gegenverzahnung. "Zwischen den Zähnen des Rotors und den Zahnreihen des Stators ist etwa ein 1 mm Platz. Das System arbeitet also berührungslos und könnte auch trocken laufen", erläutert Projektmanager Arno van de Sandt.

Die bei der Rotation der Zahnscheibe auftretenden Kräfte und die starken Scherspannungen an der Zahngeometrie führen zu einer intensiven Durchmischung des Mediums sowie zu einer Zerkleinerung der Feststoffe. Die Partikelgröße lässt sich durch die Abstände der Spalten an einem Spaltsegment festlegen, den das Medium vor Verlassen der Maschine passieren muss. Das Medium wird ähnlich wie bei einer Kreiselpumpe aus dem Ausgangsstutzen befördert. Die Förderleistung reicht für eine Anhebung von 1 bis 3 m.

"In Versuchsreihen unter Praxisbedingungen haben wir in den vergangenen Monaten eine speziell auf den Biogasbereich zugeschnittene Gorator-Ausführung entwickelt", informiert der Projektmanager. Das Aggregat mit 150 mm Anschlussstutzen wird von einem 30-kW-Motor angetrieben und hat bei Medien mit einem TS-Gehalt von 10 bis 12 % eine Durchsatzleistung von etwa 40 m³ pro Stunde.

Das Spaltsegment ist standardmäßig auf eine Partikelgröße von 12 mm eingestellt, kann aber gegen eine andere Größe ausgetauscht werden. Gelangen Fremdstoffe (Steine oder Metallteile) in das Gerät, verhindert eine innerhalb von Millisekunden reagierende Schnellkupplung dessen Zerstörung.  

Dass sich durch Zerkleinerung langfaseriger Substrate eine Leistungssteigerung erzielen lässt, gilt als gesichert. Aber wie wirtschaftlich arbeitet der Gorator im Gesamtsystem einer Biogasanlage? Die PlanET Biogastechnik GmbH ließ dazu in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Münster eine wissenschaftliche Studie anfertigen. Sabrina Böyer testete den Einsatz des Gorators im Stoffstrom von sieben verschiedenen Biogasanlagen.

Böyer zieht ein durchweg positives Fazit: "Der Energieverbrauch für die Zerkleinerung kompensiert sich in der Regel schon durch die bessere Fließfähigkeit des Substrats und die damit verbundene Einsparung bei Pumpen und Rührwerken". Durch den Wegfall langer Fasern, die sich z.B. um Tauchmotorrührwerke wickeln, verlängerten sich auch deren Standzeiten. Als besonders wirtschaftlich erweise sich der Gorator, "wenn Mist und Zwischenfrüchte einen Großteil des täglichen Substratinputs darstellen."

In der Studie heißt es weiter: "Die Betrachtung der biologischen Parameter führte bei allen Anlagen zu dem Schluss, dass die Biologie durch den Einsatz der Zerkleinerungstechnik nicht negativ beeinflusst wird. Im Gegenteil, es stellten sich Werte ein, die einen stabilen biologischen Prozess kennzeichneten. Die gestiegene Biogasqualität führte zur Gaseinsparung und somit auch zu einer theoretischen Reduzierung des Substratinputs. Die durchgeführten Gärtests mit dem zerkleinerten Fermentermaterial zeigten eine Steigerung der Gasausbeute zwischen 19 und 40 %." Dies entspricht einer Steigerung der Biogasausbeute bezogen auf die gesamte Anlage von maximal 15 %.
Rinder- und Schweinemist besser vergären

In Ocholt (Landkreis Ammerland) arbeiten seit 2006 die beiden Trockenfermentationsanlagen der Biogas Ocholt GmbH. Ein Fermenter mit einem Fassungsvermögen von 2.300 m³ wird jährlich mit rund 16.000 t Nawaros (vornehmlich Mais und GPS) gefüttert. Ein zweiter 4.800 m³ fassende Gärbehälter verarbeitet ausschließlich Rinder- und Schweinemist. "Wir kooperieren da mit etwa 40 Landwirten in der Region", so Geschäftsführer Peter Beeken.
Die Erfassung von Mist erfolge über Container auf den Lieferbetrieben. In ihnen werden separierte Gülle (TS-Gehalt 25 bis 30 %) und Einstreu gesammelt. Die abgepresste Flüssigkeit verbleibt bei den Landwirten und kann auf den überwiegend sandigen Böden ausgebracht werden.

Die Einsatzstoffe für die Nawaro-Anlage werden mit Rezirkulat angemaischt und verweilen dann 50 Tage im Fermenter. Die möglichst vollständige Erschließung des Gaspotenzials erfolgt im Nachgärer (2.300 m³), im 3.200 m³ großen überdachten Endlager (laut Beeken lieber Endnachgärer) sowie in den beiden gasdicht abgedeckten zusätzlichen Gärproduktlagern mit einem Volumen von je 5.500 m³. Alle Behälter sind durch eine Gasleitung miteinander verbunden.  Da uns der Netzbetreiber bei starkem Windaufkommen gelegentlich abschaltet, ergibt sich damit zusammen ein Gasspeichervolumen für 24 Stunden. Zugleich hat diese Sicherheitsreserve Bedeutung für unseren umfangreichen Wärmeverkauf“, erläutert der Geschäftsführer. Die Abwärme der drei BHKW (625, 526 und 250 kW) heizt über zwei Wärmenetze 30 Häuser, die Schule, eine Gärtnerei sowie mehrere Firmengebäude und einen Industriebetrieb.

Im "Mistfermenter" beträgt die Verweilzeit rund 80 Tage. Anschließend gelangt das Substrat in die gemeinsam genutzten Endlager. Beide Anlagen haben prozessbedingt Probleme mit dem Faseraufschluss. "Hier leisten ein RotaCut für den ersten groben Aufschluss und als Störstofffänger sowie im Anschluss der Gorator als Nasszerkleinerer beim Stoffstrom vom Mistfermenter und beim Übergang vom Nawaro-Nachgärer zum Endnachgärer eine effektive und gründliche Arbeit", urteilt Beeken.

Überzeugt habe ihn der Gorator, als das Substrat im Mistfermenter nicht mehr rührfähig war. "Da haben wir angefangen, den Fermenterinhalt über den Gorator umzupumpen. Da durch den Zellaufschluss in dem Zerkleinerer auch immer eine Verflüssigung erfolgt, war es nach einiger Zeit wieder möglich, den normalen Betrieb mit Einsatz der Rührwerke fortzusetzen", berichtet Beeken. Seitdem sei der Gorator jeden Tag etwa zwei Stunden beim Umpumpen von 20 bis 30 m³ des Fermenterinhalts im Einsatz.

Aus der separaten Gasmengenerfassung wurde ermittelt, dass sich der Gasertrag des "Mistfermenters“ bei gleicher Inputmenge um 17,8 % erhöht hatte. Das reichte für 750 m³ Biogas pro Stunde. Künftig soll so der Maiseinsatz um über 50 % gesenkt werden. „Man könnte natürlich auch die Substrate beim Füttern stärker aufschließen. Das führt nach unseren Erfahrungen zu höheren hohen Kosten. ", so Beeken.
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