DE102005059880A1

DE102005059880A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von Abfallprodukten in Biogasanlagen

Info

Publication number: DE102005059880A1
Application number: DE102005059880A
Authority: DE
Inventors: Erwin Schluetter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2006-08-24

Abstract

Ein Verfahren zur Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen mit mindestens einem Fermenter und einem Blockheizkraftwerk (BHKW) weist die folgenden Schritte auf: DOLLAR A a) mechanische Trennung der Gärrückstände in eine dünnflüssige und eine dickflüssige Phase, DOLLAR A b) Lagerung, Weiterbearbeitung und/oder Ausbringung der dünnflüssigen Phase, DOLLAR A c) Trocknung der dickflüssigen Phase mithilfe der Abwärme des Blockheizkraftwerks und Auffangen des Kondensats, DOLLAR A d) Weiterverwendung des getrockneten Materials als Brennstoff.

Description

Mit der Novellierung des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) in Deutschland ist die Zahl der in Betrieb genommenen und beantragten Biogasanlagen zur Fermentierung von landwirtschaftlichen Primär- und Sekundärprodukten (Nachwachsende Rohstoffe; „NaWaRo") stark angestiegen. Auch in anderen Ländern steigt das Interesse an solchen Anlagen insbesondere vor dem Hintergrund des Kyoto-Protokolls.

Das bei der Fermentierung von Nachwachsenden Rohstoffen erzeugte Biogas enthält neben Kohlendioxid und Wasserdampf vor allem zwischen 40 und 75 Vol-% Methan. Das Gas wird in der Regel in einem der Biogasanlage angeschlossenen Blockheizkraftwerk verstromt. Eine Einspeisung des Gases in das Gasnetz eines Gasversorgers kommt in der Regel aus Qualitätsgründen nicht in Frage. Überdies stehen solche Biogasanlagen meist im ländlichen Raum, wo die Infrastruktur zur Einspeisung von Gas in ein Versorgungsnetz fehlt.

Die in dem Blockheizkraftwerk anfallende Wärme wird über Kühlwasser aufgefangen und zu Heizzwecken verwendet.

Bei der Effizienzbetrachtung heutiger Biogasanlagen, die Nachwachsende Rohstoffe verwerten, ergibt sich folgendes:

1. Die anfallende wärme des Blockheizkraftwerks (BHKW) ist in der Regel nur sehr eingeschränkt nutzbar. So erzeugt eine Biogasanlage mittlerer Größenordnung beispielsweise neben 500 kW elektrischer Leistung, die in das Stromnetz eingespeist werden kann, auch 500 kW Wärmeleistung. Da der Heizbedarf eines Einfamilienhauses im Winter im Bereich um 20 kW liegt, könnten mit dieser Wärmeleistung also 25 Einfamilienhäuser beheizt werden. Allerdings sind Biogasanlagen in der Regel landwirtschaftlichen Betrieben im ländlichen Raum angegliedert, wo selten mehr als ein Wohnhaus am selben Ort steht. Zwar können auch Stallungen, Gewächshäuser und letztlich sogar der Fermenter der Biogasanlage selbst mit der Abwärme geheizt werden, aber auch dann bleibt ein großer Anteil der Wärmeleistung ungenutzt – insbesondere im Sommerhalbjahr, wenn der Wärmebedarf der genannten Einrichtungen geringer ist. In wenigen Fällen befindet sich ein industrieller Abnehmer mit ganzjährigem Wärmebedarf in unmittelbarer Nähe der Anlage. Dies ist jedoch in aller Regel die Ausnahme.
2. Die bei der Fermentation anfallenden Gärreste haben einen Wasseranteil von 85-95 Gew-%. Sie werden i.d.R. vollständig als Dünger auf landwirtschaftlich genutzte Flächen ausgebracht, so dass keine Entsor gungskosten entstehen. Aufgrund des hohen Wasseranteils entstehen jedoch hohe Lagerungs- und Transportkosten. Zudem kann der Betreiber der Anlage aufgrund des hohen Wasser- und des geringen Nährstoffanteils nur geringe Preise für dieses Material verlangen. Enthalten die Gärreste z.B. 9 Gew-% Trockensubstanz mit einem Nährstoffanteil von 20 %, kann ein Betreiber, einen Nährstoffpreis von 0.40 EUR/kg vorausgesetzt, die Rückstände für einen Preis von 7,2 EUR/Tonne als Dünger verkaufen. Hinzu kommt, dass mit der zu erwartenden weiteren Verbreitung von Biogasanlagen für nachwachsende Rohstoffe auch die absolute Menge der anfallenden Gärreste ansteigen wird. Es ist abzusehen, dass damit der am Markt erzielbare Preis für Dünger aus Gärresten weiter abfallen wird.

Die unzureichende Nutzung der thermischen Energie einer Biogasanlage sowie die uneffektive Ausbringung des Gärrestes als geringwertiger Dünger beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen aus dem Stand der Technik – insbesondere dann, wenn die hohen Einspeisevergütungen, die die Energieversorger gemäß dem Erneuerbare Energien Gesetz bzw. ähnlichen Vorschriften in anderen Ländern für die Einspeisung des elektrischen Stroms zahlen müssen, wegfallen, bzw. wenn, wie in vielen Ländern der Fall, solche Einspeiseprivilegien gar nicht vorgesehen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Entwicklung eines technischen Verfahrens, um die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen erheblich zu steigern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst.

Demnach ist ein Verfahren zur Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen mit mindestens einem Fermenter und einem Blockheizkraftwerk (BHKW) vorgesehen, bei dem zunächst die eine mechanische Trennung der Gärrückstände in eine dünnflüssige und eine dickflüssige Phase stattfindet. Dabei soll die dünnflüssige Phase beispielsweise 2-5 Gew.-% Trockensubstanz (TS) enthalten, während die dickflüssige Phase beispielsweise 10-25 Gew.-% Trockensubstanz (TS) enthalten soll.

Dabei wird die sogenannte dickflüssige Phase ab einem Trockensubstanzgehalt von 15 Gew.-% stichfest.

Die Phasentrennung kann z.B. mit einem Trommelsieb, einem Pressschneckenseparator oder einer Bandpresse erfolgen.

Ein Großteil des gelösten Phosphors (P₂O₅, PO₄ ^3–) sowie Stickstoffs (NH₄ ⁺, NO₃ ^–, NO₂ ^–) verbleibt gelöst in der dünnflüssigen Phase. Daher steigt der Anteil dieser Stoffe in der dickflüssigen Phase nicht proportional zu dem Anteil an Trockensubstanz an. Ein Großteil der brennbaren organischen Kohlenstoffverbindungen verbleibt hingegen in der dickflüssigen Phase.

Die dünnflüssige Phase wird gelagert, weiterbearbeitet und/oder als Dünger ausgebracht. Für letztere Verwendung kommt der dünnflüssigen Phase der hohe Anteil an gelöstem Phosphor und Stickstoff zugute.

Unter Umständen wird die dünnflüssige Phase geklärt und beispielsweise in einen Vorfluter eingeleitet, oder weiter verwendet, z.B. als Dünger.

Die dickflüssige Phase wird hingegen einer Trocknung unterzogen, wobei als Trocknungswärme die Abwärme des Blockheizkraftwerks verwendet wird, und das entstehende Kondensat aufgefangen wird. Das dermaßen getrocknete Material wird erfindungsgemäß als Brennstoff verwendet. Unter Umständen kann das getrocknete Material jedoch auch als Dünger verwendet werden.

Bei der Trocknung soll ein Trockensubstanzgehalt von mindestens 80 Gew.-% erreicht werden, um eine gute und saubere Verbrennung zu gewährleisten. Technisch maximal erzielbar ist ein Trockensubstanzgehalt von 98 Gew.-%. Für die Praxis bevorzugt sind Trockensubstanzgehalte im Bereich zwischen 85 und 95 Gew.-%. Dabei kann es sich bei der Trocknung insbesondere um einen ein- oder mehrstufigen Prozess handeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet – im Gegensatz zu der oben angesprochenen Nutzung der Abwärme für Heizzwecke – eine ganzjährige Nutzbarkeit der Abwärme des BHKW der Biogasanlage.

Überdies kann der durch Trocknung erzeugte Brennstoff zu einem vergleichsweise hohen Preis verkauft werden und sichert dem Anlagenbetreiber damit eine zusätzliche Einnahmequelle, deren Ertrag den aus dem Verkauf der ungetrockneten Gärrückstände als Dünger bei weitem übersteigt.

So entspricht der Brennwert des erzeugten Brennstoffs mit 4,5 kWh/kg in etwa dem Brennwert von Getreidestroh. Bei einem Energiepreis von 0,035 EUR/kWh beträgt der Verkaufswert ca. 157,50 EUR/t.

Im Vergleich zur Verwendung des Gärrrückstandes als Dünger, der bei einem Gehalt von 9 Gew-% Trockensubstanz zu einem Preis von 7,2 EUR/Tonne als Dünger verkauft werden kann, kann der Ertrag bei Verkauf des Gärrückstandes als Brennstoff mit einem Gehalt von 90 Gew-% Trockensubstanz somit verdoppelt werden.

Angesichts der Verknappung fossiler Brennstoffe ist für die Zukunft mit einem Anstieg der Energiepreise zu rechnen. Der betriebswirtschaftliche Vorteil durch Nutzung der Gärrückstände als Brennstoff wird daher in Zukunft eher noch steigen.

Zudem wird so ein Brennstoff gewonnen, der – im Gegensatz zu der Abwärme des BHKW – speicherbar ist, und sich zur Erzeugung auch sehr hoher Temperaturen eignet.

Überdies ist der so gewonnene Brennstoff im Gegensatz zu dem durch eine Biogasanlage erzeugten Gas, das i.d.R. an Ort und Stelle verstromt werden muss, sowie zu der Abwärme des BHKW, die nur über kurze Strecken transportiert werden kann, zudem transportabel, und kann so für Heizzwecke an einem anderen Ort verwendet werden.

Der so gewonnene Brennstoff kann insbesondere in landwirtschaftlichen Betrieben, Brennereien und Futtermittelbetrieben anstelle von fossilen Brennstoffen verwendet werden, da diese Betriebe traditionell eine höhere Akzeptanz gegenüber einem Brennstoff aus der Landwirtschaft aufbringen. Er eignet sich jedoch bei entsprechender Ak zeptanz auch für andere Heizzwecke, insbesondere für Pelletöfen.

Die bei der Verbrennung anfallende Asche ist – im Gegensatz zu der Asche, die bei der Verbrennung von Klärschlämmen und dergleichen anfällt – frei von gesundheitsschädlichen Stoffen wie Schwermetallen und dergleichen, und kann wiederum bedenkenlos als Dünger verwendet werden.

So können z.B. mit der in einer Biogasanlage mittlerer Größenordnung anfallenden Abwärme von 700.000 kwh p.a. etwa 1500 t Gärrückstände mit 18 Gew-% Trockensubstanz getrocknet werden. Dabei werden knapp 300 t Brennstoff erzeugt, die gelagert und transportiert werden können und bei Ihrer Verbrennung ca. 1.400.000 kWh Wärmeenergie liefern, also in etwa das doppelte der während der Trocknung eingesetzten Wärmeenergie.

Die der Trocknung vorgeschaltete mechanische Phasentrenung in eine dünn- und eine dickflüssige Phase ist dabei von großer Wichtigkeit, da die Abwärme des BHKW nicht ausreichet, die gesamten Gärrückstände zu trocknen. Bei der mechanischen Phasentrennung wird folglich eine nicht zu trocknende dünnflüssige Phase mit hohem Wassergehalt sowie eine zu trocknende, dickflüssige Phase mit niedrigerem Wassergehalt produziert.

In diesem Ansatzpunkt unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von dem in der DE 43 31 932 aufgezeigten Verfahren. Hier wird in einer an ein Klärwerk angeschlossenen Biogasanlage die Abwärme einer mit dem Faulgas betriebenen stromerzeugenden Gasturbine für die Trocknung des Klärschlamms genutzt. Hintergrund dieses Ansatzes ist, das Gesamtvolumen des anfallenden Klärschlamms zu reduzieren. Da Klärschlamm – im Gegensatz zu den Gärrükständen aus einer mit Nachwachsenden Rohstoffen betriebenen Biogasanlage – i.d.R. endgelagert werden muß, können auf diese Weise die Entsorgungskosten vermindert werden. Eine Verbrennung des Klärschlamms kommt aus Umweltgründen i.d.R. nicht in Frage.

Da es also lediglich auf eine Gesamtreduktion des Schlammvolumens ankommt, ist eine möglichst vollständige Trocknung nur einer Rückstandsfraktion – wie bei der vorliegenden Erfindung – nicht erforderlich. Durch den Verzicht auf einen mechanischen Trennschritt können daher mit dem Verfahren der DE 43 31 932 nicht die Trockengehaltwerte erreicht werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für die dickflüssige Phase erreicht werden können. Dies ist auch nicht Ziel der DE 43 31 932 , da durch das Trocknungsverfahren kein Brennstoff erzeugt werden soll, sondern lediglich das Gesamtvolumen des zu entsorgenden Materials – und damit die Entsorgungskosten selbst – reduziert werden soll, wobei der absolute Wassergehalt des Trocknungsprodukts keine direkte Rolle spielt, sondern lediglich Einfluß auf das Volumen und damit die Entsorgungskosten hat.

Gemäß der DE 43 31 932 sind die Gärrückstände also ein Kostenfaktor, den es durch die Trocknung zu reduzieren gilt, während die vorliegende Erfindung die – nicht endlagerungspflichtigen – Gärrückstände als Ertragsfaktor betrachtet, den es zu steigern gilt.

Vor diesem Hintergrund wäre die Vorschaltung eines Trennschritts zur Phasentrennung vor den Trocknungsschritt in der DE 43 31 932 ein unsinniger, weiterer Kostenfaktor. Für den Fachmann hat daher die DE 43 31 932 die erfindungsgemäße Lösung nicht nahegelegt.

Ähnliches gilt für die DE 102 21 505 , die ein Verfahren zur Vergärung von biogenen Substraten und zur Phasentrennung des anfallenden Gärrückstandes beschreibt.

Aufgabe dieser Schrift ist es, einerseits kleine Mengenströme mit möglichst hohen sowie andererseits große Mengenströme mit möglichst geringen Konzentrationen an düngewirksamen Stoffen zu erzeugen.

Zu diesem Zweck unterwirft die DE 102 21 505 die Gärrückstände – ohne Vorschaltung eines mechanischen Phasentrennungsschritts – einer Vakuumdestillation bei einem Druck von max. 0,15 bar, wobei ein Trocknungsprodukt und ein Kondensat entstehen. Bei ersterem handelt es sich hierbei um den „kleinen Mengenstrom mit möglichst hohen Konzentrationen an düngewirksamen Stoffen", und bei letzterem um den „großen Mengenstrom mit möglichst geringen Konzentrationen an düngewirksamen Stoffen".

Durch die Anlage eines Vakuums sinkt die Siedetemperatur des Wassers, so dass dem Destillationsverfahren weniger wärme zugeführt werden muss. Bei einem Vakuum von 0,15 bar, so schreibt die DE 102 21 505 , liegt die intrinsische Temperatur des frisch aus dem Fermenter kommenden Gärrückstands bereits über der Siedetemperatur des Wassers, so dass dem Verfahrensschritt keine Wärme mehr zugefügt werden muss.

Ziel des Verfahrens ist es, zwei Düngerfraktionen mit unterschiedlich hohen Nährstoffanteilen zu erzeugen. Auch in diesem Fall ist die Vorschaltung eines Trennschritts zur Phasentrennung vor den Vakuum-Trocknungsschritt ein unsinniger, weiterer Kostenfaktor. Hinzu kommt, dass die Trocknung erfindungsgemäß in Vakuumdestillation ausgeführt werden soll, und daher keine Wärme zugeführt werden muß.

Auch wenn die DE 102 21 505 erwähnt, dass zur Deckung des thermischen Prozessenergiebedarfs im Fermenter – d.h. zur Etablierung der Temperaturen in der ersten (40°C) und der zweiten (60°C) Fermentationsstufe – die im Blockheizkraftwerk anfallende Wärme genutzt wird, ist durch diese Schrift die erfindungsgemäße Lösung für den Fachmann nicht nahegelegt.

Die erfindungsgemäß vorgesehene mechanische Trennung in eine dünn- und eine dickflüssige Phase hat überraschender Weise noch einen positiven Nebeneffekt: Da der Großteil des gelösten Phosphors (PO₄ ^3–) sowie Stickstoffs (NH₄ ⁺, NO₃ ^–, NO₂ ^–) in der dünnflüssigen Phase verbleibt und der Anteil dieser Stoffe in der dickflüssigen Phase nicht proportional zu dem Anteil an Trockensubstanz ansteigt, erhält man einen phosphor- und insbesondere stickstoffarmen Brennstoff, bei dessen Verbrennung wenig Stickoxide („Brennstoff-NO_x") freigesetzt werden. Der erfindungsgemäß hergestellte Brennstoff wird somit in seinen Umwelteigenschaften verbessert.

Ebenso hat sich herausgestellt, dass das Gärsubstrat durch die erfindungsgemäße Trocknung weitgehend entkeimt wird, und ein Umgang mit dem Trocknungsprodukt – im Gegensatz zu den unbehandelten Gärresten – aus gesundheitlichen und hygienischen Gesichtspunkten unbedenklich ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Trocknung der flüssigen Phase an einem Wärmetauscher erfolgt, der die Abwärme des Blockheizkraftwerks aufnimmt und an das zu trocknende Material weitergibt.

Ein solcher-Wärmetauscher kann z.B. auf dem Boden eines Trocknungsraums angeordnet sein und nach oben offene Rinnen ausbilden, in denen die zu trocknenden Gärrückstände mittels eines Schneckenförderers bewegt und umgeschichtet werden.

Dabei hat der Anmelder festgestellt, dass die Trocknungstemperaturen genau kontrolliert werden müssen. Untersuchungen ergaben nämlich, dass die Gärrückstände unter bestimmten Bedingungen veraschen oder sich selbst entzünden können. Erfahrungsgemäß lassen sich Temperaturen über Wärmetauscher wesentlich besser regeln und kontrollieren als z.B. über Heizgebläse.

Weitere Untersuchungen haben ergeben, dass die Veraschung bzw. Selbstentzündung unter bestimmten Bedingungen schon bei Temperaturen oberhalb von 80°C auftreten können. Daher ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass während des Trocknungsschritts eine Temperatur von 80°C nicht überschritten wird.

In der bereits erwähnten DE 43 31 932 werden die ausgefaulten Klärschlämme mit Heiß- oder Warmluft in einem Trommeltrockner getrocknet. Abgesehen davon, dass sich auf diese Weise die Temperatur weniger gut kontrollieren als in einem Wärmetauscher, der z.B. am Boden des Trocknungsraums angeordnet ist, ist bei diesem Verfahren eine erhebliche Staubentwicklung zu befürchten, die die Gefahr der Kontamination der Umwelt durch mikroorganismenreiche Aerosole birgt. Um diesem vorzubeugen, muss die Abluft aus einer Anlage gemäß DE 43 31 932 aufwendig gefiltert werden. Bei einer Trocknung auf Wärmetauschern ist eine solche Staubentwicklung nicht zu befürchten.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das getrocknete Material vor der Weiterverwendung als Brennstoff pelletiert wird. Dabei können Transportgewichte von mindestens 6.0 kg/hl erreicht werden.

Die Pelletierung findet bevorzugt nach Abschluss des Trocknungsprozesses statt. Sie kann aber auch als Zwischenstufe in einen mehrstufigen Trocknungsprozess eingeschoben werden. Der sich an die Pelletierung anschließende zweite Trocknungsschritt kann dabei im Gegensatz zu dem ersten Trocknungsschritt mit Heißluft erfolgen, da in diesem Stadium eine übermäßige Staubentwicklung nicht zu befürchten ist.

Besonders bevorzugt werden für diesen Schritt die heißen Abgase des BHKW verwendet, während für dien ersten Trocknungsschritt das Kühlwasser des BHKW für die Beheizung der Wärmetauscher verwendet wird.

Eine Überführung in die Pelletform erleichtert die Lagerung und den Transport des erfindungsgemäßen Brennstoffs.

Überdies wird die Akzeptanz des Brennstoffs erhöht, und er kann in den bereits weit verbreiteten Pelletöfen verwendet werden.

Außerdem wird der Staubanteil vermindert, und die Ware wird förder-, schütt- und rieselfähig, so dass sie z.B. für die automatische Ofenbeschickung verwendet werden kann. Es können dabei die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Pelletierung verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist überdies vorgesehen, dass die getrockneten Gärrückstände vor der Pellettierung mit anderen Materialien, wie z.B. Sägemehl oder Strohschnitt, vermischt werden.

Das bei der Trocknung anfallende Kondensat enthält neben Wasser weitere flüchtige Stoffe, insbesondere gelösten Ammoniak, und kann daher nicht direkt in einen Vorfluter eingeleitet werden. In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen ist daher vorgesehen, dass das bei der Trocknung anfallende Kondensat weiterbehandelt wird. So kann es z.B. mit der während der Phasentrennung anfallenden dünnflüssigen Phase vermischt und als Dünger verwendet werden. Das Kondensat kann allerdings auch direkt als stickstoffreicher Flüssigdünger verwendet werden.

Weiter kann das Kondensat z.B. durch Ammoniakstrippung behandelt werden oder aber einem Klärschritt unterzogen werden. Das geklärte oder durch Ammoniakstrippung behandelte Kondensat wird dann ggf. in einen Vorfluter eingeleitet.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kondensat an Flächen aufgefangen wird, die durch Wärmetauscher gekühlt werden, und die Kondensationswärme für die Temperierung des Fermenters genutzt wird.

Erfahrungsgemäß weist das die Wärmetauscher verlassende Kühlwasser Temperaturen zwischen 25 und 45°C auf und eignet sich damit hervorragend für den Zweck, den Fermenter zu temperieren. Es kann daher auf eine zusätzliche Heizung mit fossilen Brennstoffen verzichtet werden.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen mit mindestens einem Fermenter und einem Blockheizkraftwerk (BHKW) vorgesehen. Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß mindestens eine Trenneinrichtung zur mechanischen Trennung von Gärrückständen in eine dünnflüssige und eine dickflüssige Phase, eine Lagereinrichtung zu Lagerung der dünnflüssigen Phase, eine Trocknungseinrichtung mit einem Wärmetauscher zur Trocknung der dickflüssigen Phase, eine Auffangeinrichtung zum Auffangen des bei der Trocknung anfallenden Kondensats, Zu- und Abförderungseinrichtungen für die Gärreste, sowie Leitungseinrichtungen für die Zuführung der Trocknungswärme zum Wärmetauscher auf. Die Vorrichtung ist so eingerichtet, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Nachrüstung einer bereits bestehenden Biogasanlage eingerichtet ist. Durch diese Maßnahme lässt sich die Wertschöpfung bestehender Biogasanlagen die z.B. in Deutschland unter den Voraussetzungen des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) errichtet wurden, und deren Wirtschaftlichkeit bei Auslaufen bzw. Reduzierung der gesetzlichen Vergütungsprivilegien gefährdet ist, wesentlich verbessern.

Weiterhin ist eine Biogasanlage vorgesehen, aufweisend mindestens einen Fermenter, ein Blockheizkraftwerk sowie eine der oben erwähnten Vorrichtungen zur Verwertung von Gärrückständen.

Erfindungsgemäß ist überdies ein Brennstoff vorgesehen, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbar ist.

Der Brennstoff weist bevorzugt einen Trockensubstanzgehalt von 85-95 Gew.-% und/oder einen Brennwert von mindestens 4 kWh/kg auf, und liegt bevorzugt in Pelletform vor.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung beispielhaft erläutert. Es wird dabei ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das den Schutzbereich der vorgelegten Ansprüche in keiner Weise einschränken soll.
Ein mit nachwachsenden Rohstoffen beschickter Fermenter liefert als Fermentationsprodukte Biogas sowie ausfermentiertes Gärsubstrat. Das Biogas wird in einem dem Fermenter angegliederten Blockheizkraftwerk verbrannt, wobei zu etwa gleichen Teilen elektrische Energie sowie Wärmeenergie erzeugt wird. Die elektrische Energie wird in das Stromversorgungsnetz eingespeist und vom jeweiligen Stromerzeuger vergütet. Die erzeugte Wärme kann hingegen nicht in ein Netz eingespeist und über große Strecken transportiert werden.
Das ausfermentierte Gärsubstrat wird einer mechanischen Trennung unterzogen, wobei eine dünnflüssige Phase mit maximal 5 Gew.-% Trockensubstanzgehalt sowie eine dickflüssige Phase mit mindestens 10 Gew.-% Trockensubstanzgehalt erzeugt wird. Die mechanische Trennung kann zum Beispiel auf einem Trommelsieb erfolgen. Dabei verbleibt ein Großteil des organischen und anorganischen Phosphors sowie Stickstoffs in der dünnflüssigen Phase, während ein Großteil der brennbaren organischen Kohlenstoffverbindungen in der dickflüssigen Phase verbleibt.
Die dünnflüssige Phase wird gelagert und kann gegebenenfalls weiteren Verfahrensschritten unterzogen werden. Es handelt sich hierbei um einen nährstoffreichen Dünger, der in der Regel ohne weitere Aufbereitungsmaßnahmen ausgebracht werden kann.
Die dickflüssige Phase wird unter Ausnutzung der Abwärme des Blockheizkraftwerks getrocknet. Hierfür eignet sich zum Beispiel eine Trocknungseinrichtung in Form eines Raums, dessen Boden mit Wärmetauschern bestückt ist, auf denen die dickflüssige Phase aufgebracht und umgeschichtet wird. Die Wärmetauscher werden mit der Abwärme des Blockheizkraftwerks, zum Beispiel mit dessen Kühlwasser, beheizt. Weiterhin können zum Beispiel auch die Abgase des Blockheizkraftwerks verwendet werden, um die dickflüssige Phase zu trocknen, entweder direkt oder auch wiederum über einen Wärmetauscher.
Bei der Trocknung entsteht ein Kondensat, das in der Zeichnung als Destillat bezeichnet wird, das aufgefangen und gegebenenfalls weiteren Verfahrensschritten unterzogen wird. Grundsätzlich kann das Kondensat als Flüssigdünger verwendet werden. Weitere Verwendungsmöglichkeiten sind der Beschreibung zu entnehmen. Außerdem entsteht bei der Trocknung ein Brennstoff, der einen Trockensubstanzgehalt von 85 bis 95 Gew.-% sowie einen geringen Stickstoffanteil aufweist. Der Brennstoff kann pelletiert werden, um seine Transport-, Förder- sowie Schütteigenschaften zu verbessern und die Staubbildung zu vermindern. Überdies erhöht die Pelletierung die Akzeptanz dieses neuen Brennstoffs bei den potentiellen Abnehmern.
Die Wärme des Blockheizkraftwerks reicht aus, um zirka 50 bis 60% der Trockenmasse des ausfermentierten Gärsubstrats der Anlage zu trocknen. Dabei wird ein Brennstoff erzeugt, der beim Verbrennen eine Wärmeenergie liefert, die etwa doppelt so hoch ist wie die während der Trocknung eingesetzte Wärmeenergie.

Claims

Verfahren zur Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen mit mindestens einem Fermenter und einem Blockheizkraftwerk (BHKW), aufweisend die folgenden Schritte: a) mechanische Trennung der Gärrückstände in eine dünnflüssige und eine dickflüssige Phase, b) Lagerung, Weiterbearbeitung und/oder Ausbringung der dünnflüssigen Phase, c) Trocknung der dickflüssigen Phase mithilfe der Abwärme des Blockheizkraftwerks, und Auffangen des Kondensats, d) Weiterverwendung des getrockneten Materials als Brennstoff.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung der flüssigen Phase an einem Wärmetauscher erfolgt, der die Abwärme des Blockheizkraftwerks aufnimmt und an das zu trocknende Material weitergibt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Material vor der Weiterverwendung als Brennstoff pelletiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Trocknung anfallende Kondensat weiterbehandelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat an Flächen aufgefangen wird, die durch Wärmetauscher gekühlt werden, und die Kondensationswärme für die Temperierung des Fermenters genutzt wird.
Vorrichtung zur Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen mit mindestens einem Fermenter und einem Blockheizkraftwerk (BHKW), aufweisend mindestens a) eine Trenneinrichtung zur mechanischen Trennung von Gärrückständen in eine dünnflüssige und eine dickflüssige Phase, b) eine Lagereinrichtung zu Lagerung der dünnflüssigen Phase, c) eine Trocknungseinrichtung mit einem Wärmetauscher zur Trocknung der dickflüssigen Phase, d) eine Auffangeinrichtung zum Auffangen des bei der Trocknung anfallenden Kondensats, e) Zu- und Abförderungseinrichtungen für die Gärreste, f) sowie Leitungseinrichtungen für die Zuführung der Trockungswärme zum Wärmetauscher.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Nachrüstung einer bereits bestehenden Biogasanlage eingerichtet ist.
Biogasanlage, aufweisend mindestens einen Fermenter, ein Blockheizkraftwerk sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7.
Brennstoff, herstellbar mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-5, in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6-7 oder in einer Biogasanlage gemäß Anspruch 8.
Brennstoff gemäß Anspruch 9, aufweisend einen Trockensubstanzgehalt von 85-95 Gew.-% und/oder einen Brennwert von mindestens 4 kWh/kg.
Brennstoff gemäß einem der Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in Pelletform vorliegt.