Vortragsunterlagen vom Biogasverbandsstammtisch
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Stabilisierung und Optimierung von Biogasanlagen Vortrag auf dem Biogas-Stammtisch des „Fachverbandes Biogas e.V.“ am 16.11.2005 in Westervesede Inhalt 1. Kurzvorstellung LandEnergieTechnik GbR 2. Einführung 3. Überwachung der Prozessstabilität 4. Prozessoptimierung 5. Unsere Prozessbetreuung Inhalt 1. Kurzvorstellung LandEnergieTechnik GbR 2. Einführung 3. Prozessstabilität 4. Prozessoptimierung 5. Unsere Prozessbetreuung 1. LandEnergieTechnik GbR • Ingenieurbüro „LandEnergieTechnik GbR“ • Gründung am 1. September 2005 • Gründer: • • Dipl.-Ing. Thomas Stölting Dipl.-Ing. (FH) Christoph Wordelmann • Firmensitz in 27374 Visselhövede • Mitglied im Fachverband Biogas e.V. Inhalt 1. Kurzvorstellung LandEnergieTechnik GbR 2. Einführung 3. Prozessstabilität 4. Prozessoptimierung 5. Unsere Prozessbetreuung 2.1 Der komplexe Biogasprozess Kohlenhydrate Fette Proteine Hydrolytische Bakterien Zucker Fermentative Bakterien Fettsäuren geschwindigkeitsbestimmend Aminosäuren Org. Säuren Alkohole Ammonium Sulfid 80% Essigsäure bildende Bakterien 20% Essigsäure Wasserstoff Acetate Kohlendioxid Methan bildende Bakterien Biogas (Methan + Kohlendioxid) 2.2 Einflussparameter auf Biogasprozess richtig Hemmstoffe Milieu Temperatur Bakterien gleichmäßig Säuregehalt Bewegung Verweilzeit ausreichend Nährstoffe Futterangebot gleichmäßig gleichmäßig ausreichend ausreichend Nicht zu lang Sauerstoff Säurepuffer nicht zu stark Stoffaustausch Je nach Bakterienstamm Licht Nicht zuviel 2.3 Produktion ohne Prozess-Betreuung Starke Produktionsschwankungen Produktion deutlich unterhalb der Kapazitätsgrenze Produzierte Energie [kWh] Produktionsausfall durch Überfütterung / Übersäuerung Zeit [Monate] 2.4 Produktion mit Prozess-Betreuung Vergleichmäßigung der Produktion Produktion nahe der Kapazitätsgrenze Produzierte Energie [kWh] Vermeidung von Produktionsausfällen durch Überfütterung / Übersäuerung Zeit [Monate] Inhalt 1. Kurzvorstellung LandEnergieTechnik GbR 2. Einführung 3. Überwachung der Prozessstabilität 4. Prozessoptimierung 5. Unsere Prozessbetreuung 3.1 Messungen zur Stabilitätsbestimmung Gasbildungsrate CO2 Konzentration CH4 Konzentration Gas Flüssigkeit (Substrat) Säure-Potential Temperatur Auswertung !!! Prozess stabil ? 3.2 Messungen nur in der Gasphase steigt gleich CH4 fällt Gasbildungsrate steigt gleich fällt Prozess stabil Leistung ↓ Fütterung erhöhen! 3.3 Messungen in Gas- und Flüssigkeitsphase steigt gleich Gasbildungsrate steigt gleich fällt Prozess gestört CH4 steigt gleich fällt CH4 fällt Gasbildungsrate steigt gleich fällt Prozess stabil Leistung ↓ Fütterung erhöhen! 3.3 Messungen in Gas- und Flüssigkeitsphase steigt steigt gleich SäurePotential fällt / gleich steigt gleich fällt CH4 fällt Gasbildungsrate Gasbildungsrate steigt gleich CH4 steigt gleich fällt fällt Prozess stabil Leistung ↓ Prozess gestört Widerspruch!!! Fütterung aus! Fütterung erhöhen! 3.4 Bedeutung des Säurepotentials Biomasse Ausgeglichene Säurebilanz Biogas Bakterien A, B, C Säuren Bakterien D pH-Wert bleibt gleich NH3 + H2O Ù NH4+ + OHCO2 + H20 Ù 2H+ + CO3- Säurepotential bleibt gleich 3.5 Bedeutung des Säurepotentials Überfütterung Säureüberschuss Biogas Bakterien A, B, C Säuren Bakterien D Säureüberschuss wird gepuffert pH-Wert bleibt gleich !!! NH3 + H2O Ù NH4+ + OHCO2 + H20 Ù 2H+ + CO3- Säurepotential steigt !!! 3.6 Bedeutung des Säurepotentials Überfütterung Säureüberschuss Biogas Bakterien A, B, C Säuren Bakterien D Erst bei gefülltem Säurepuffer wird der Überschuss nicht mehr gepuffert pH-Wert beginnt zu fallen !!! NH3 + H2O Ù NH4+ + OHCO2 + H20 Ù 2H+ + CO3- Säurepotential steigt weiter 3.7 Bedeutung des Säurepotentials Säureüberschuss GIFTIG !!! Bakterien A, B, C GIFTIG !!! Säuren Bakterien D pH-Wert fällt weiter NH3 + H2O Ù NH4+ + OHCO2 + H20 Ù 2H+ + CO3- Säurepotential steigt weiter Inhalt 1. Kurzvorstellung LandEnergieTechnik GbR 2. Einführung 3. Prozessstabilität 4. Prozessoptimierung 5. Unsere Prozessbetreuung 4.1 Kontrollierte Optimierung (Iteration) Parameter: + + + + + + Temperatur Fütterungsmenge / - Zyklus Rührdauer / -Zyklus / -Art Rezyklatmenge Wassermenge … Prozessbeurteilung: + Stabilität + Leistung + Wirkungsgrad +… . = Wirtschaftlichkeit 4.2 Produktionssteigerung ohne Messungen Produktionssteigerung Produktionsausfall Produktionsminderung Überfütterung Futtermenge Entleeren der Anlage Wiederanfahren mit neuer Biologie Energieproduktion Zeit 4.3 Produktionssteigerung ohne Messungen Produktionssteigerung Produktionsausfall Produktionsminderung Überfütterung Futtermenge Entleeren der Anlage Wiederanfahren mit neuer Biologie Energieproduktion Zeit 4.4 Produktionssteigerung ohne Messungen Produktionssteigerung Produktionsausfall Produktionsminderung Überfütterung Futtermenge Entleeren der Anlage Wiederanfahren mit neuer Biologie Energieproduktion Zeit 4.5 Produktionssteigerung mit pH-Messung pH-Wert Viel zu späte Warnung Futtermenge Energieproduktion Zeit 4.6 Produktionssteigerung mit Säure-Messung pH-Wert Viel zu späte Warnung Futtermenge Säurepotential Frühzeitige Warnung Energieproduktion Zeit 4.7 Anpassung bei rechtzeitiger Warnung Frühzeitige Warnung Æ kont. Messung Rechtzeitige Futterreduzierung Futtermenge Säurepotential Energieproduktion Zeit Inhalt 1. Kurzvorstellung LandEnergieTechnik GbR 2. Einführung 3. Prozessstabilität 4. Prozessoptimierung 5. Unsere Prozessbetreuung 5.1 Komponenten unserer Prozess-Betreuung Einbau unserer Messtechnik vor Ort Dokumentation der Betreuung (Berichte) Nutzung unserer mobilen Messtechnik LandEnergieTechnik GbR Aufstellung und Auswertung eines Prozessoptimierungsplanes Kontinuierliche oder ausreichend häufige Messungen Täglicher Fütterungsplan Beurteilung der Prozess-Stabilität und -Wirtschaftlichkeit 5.2 Vorteile unserer Prozess-Betreuung Erhöhung der Produktionsmenge Erhöhung der Ausbeute [kWh] Fairer, da erfolgsorientierter Betreuungspreis [€] [kWh/t Rohstoff] Besseres Ergebnis Keine zusätzlichen Investitionen [€] Verringerung des Arbeitsaufwandes [h] Weniger Instandhaltung [€] Bessere Planbarkeit der Produktion 5.4 Potentiell erzielbares Mehr-Ergebnis* Anlagengröße Mehr-Ergebnis um 5 % Mehr-Ergebnis um 10 % Mehr-Ergebnis um 15 % 200 kW 9.000 € / a 18.000 € / a 27.000 € / a 300 kW 13.000 € / a 26.000 € / a 39.000 € / a 400 kW 17.000 € / a 34.000 € / a 51.000 € / a 500 kW 21.000 € / a 42.000 € / a 63.000 € / a 750 kW 29.000 € / a 58.000 € / a 87.000 € / a Zu *: Mehr-Ergebnis = Mehr-Erlöse – Mehr-Kosten (variable Kosten z.B. Rohstoffkosten) = DB I Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Für weitere Rückfragen stehen wir Ihnen jetzt oder auch in einem separaten Gespräch gerne zur Verfügung
