DE102013108264B4 - Biogaseinrichtung - Google Patents

Abstract

Biogaseinrichtung (10) mit:einem Hydrolysebehälter (12), welcher zur Durchführung einer Hydrolyse an einem biologisch abbaubaren Substrat ausgebildet ist, wobei bei der Hydrolyse ein Kohlendioxid enthaltendes Hydrolysegas entsteht; undeiner Kohlendioxidabführeinrichtung (16), welche es vermag, im Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter (12) abzuführen;wobei vermittels der Abführeinrichtung (16) das abgeführte Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassbar und/oder einem Energiegasbehälter, welcher ein Biogasspeicher und/oder ein Methanreaktor (30) ist, und/oder einer Biogasleitung (24), welche einem Methanogenesebehälter (20) nachgeschaltet ist, zuführbar ist, wobei im Methanreaktor (30) Wasserstoff mit Kohlendioxid chemisch zu Methan umsetzbar ist, welches dem Biogasspeicher und/oder der Biogasleitung (24) zuführbar ist, wobei eine Steuereinrichtung (40) derart ausgebildet ist, dass die Kohlendioxidzufuhr und/oder die Zufuhr von Methan aus dem Methanreaktor (30) derart ansteuerbar ist, dass in der Biogasleitung (24) im Biogas ein konstanter Methangehalt vorliegt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Biogaseinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Biogaseinrichtung.
• In Biogasanlagen oder Biogaseinrichtungen werden Substrate wie organische Materialien biologisch etwa durch Mikroorganismen, Bakterien und/oder Enzyme zersetzt und abgebaut. Dabei wird Biogas freigesetzt, welches insbesondere Methan enthält, das als hauptsächlich verwendbarer Energieträger im Biogas dient. Dabei entsteht, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des zu zersetzenden Materials, ein dynamisches, biologisches Gleichgewicht zwischen unterschiedlichen Arten von Mikroorganismen wie Bakterien, die unterschiedliche Materialien abzubauen vermögen. Aufgrund der Komplexität der biologischen Prozesse und unterschiedlicher Ausgangssubstrate ist dabei der Methangehalt im Biogas zeitlich in der Regel nicht konstant und kann zum Teil beträchtlich variieren. Selbst wenn konstant gleichartiges Substrat in die Biogaseinrichtung zugeführt oder gefüttert wird, ist in der Regel die Zusammensetzung des erzeugten Biogases insbesondere bezüglich des Methangehaltes nicht konstant und variiert in nicht vorhersehbarer Weise. Ein konstanter Methangehalt kann jedoch bei Betrieb von das Biogas verbrennenden oder umsetzenden Motoren oder Energiequellen vorteilhaft sein. Eine Manipulation oder ein Eingriff in die bei der Erzeugung von Biogas in einer Biogaseinrichtung ablaufenden Prozesse kann allerdings zur Störung oder Zerstörung des Gleichgewichts führen, was die Produktion von Biogas erheblich beeinträchtigen kann. Eine Biogaseinrichtung kann sogar derart „umkippen“, dass sie ausgepumpt und vollständig neu gefüllt werden muss, so dass sich ein neues Gleichgewicht einstellen kann. Dieser Prozess kann jedoch mehrere Wochen andauern, in denen kein effizienter Betrieb einer Biogaseinrichtung durchgeführt werden kann. Ferner entstehen beim Substratabbau eine Vielzahl unterschiedlicher Neben- und Zwischenprodukte, die eine Auswirkung auf das biologische Gleichgewicht haben können.
• US 4 318 993 A offenbart einen zweiphasigen anaeroben Fermentationsprozess, bei dem eine Anfangsphase kontinuierlich ein zugeführtes organisches Material für kurze Verweilzeiten von weniger als zwei Tagen unter Bedingungen erhält, die das zugeführte Material effizient zu niedermolekularen Säuren und anderen Zwischenprodukten zur Umwandlung in Methan verflüssigen und abbauen. Eine nachfolgende Phase dient dazu, um die Säuren und Zwischenprodukte mit niedrigerem Molekulargewicht für Verweilzeiten von etwa zwei bis etwa sieben Tagen unter Bedingungen zu behandeln, die effizient zur Produktion von Methan führen. Die Beschickung wird in der ersten Phase mit Geschwindigkeiten von etwa 1 bis etwa 10 Pfund organische Verbindungen pro Kubikfuß pro Tag beladen; und die Produkte aus der Anfangsphase werden in der nachfolgenden Phase mit Raten von etwa 0,1 bis etwa 0,5 Pfund organische Verbindungen pro Kubikfuß pro Tag beladen. Offenbart wird in US 4 318 993 A ebenfalls ein zweiphasiges anaerobes Fermentiersystem, das einen Säurephasen-Fermentierer und einen separaten Methanphasen-Fermentierer für die Fermantation der festen organischen Abfälle und Biomasse einschließlich unlöslicher Materialien aufweist. Im Methanphasen-Fermentierer wird gasförmiges Methan zum Abführen durch eine Pipeline erzeugt. Die Verbesserung umfasst eine Einrichtung zum Prähydrolysieren der zum Säurephasen-Fermentiererer zuzuführenden Materialzufuhr, eine Einrichtung zum Neutralisieren der prähydrolysierten Materialzufuhr und eine Einrichtung zum Recyceln des ausströmenden Mediums aus dem Methanphasen-Fermentierer zur Prähydrolyse-Einrichtung.
• In DE 10 2008 037 402 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas durch Vergärung von Biomasse in einer Biogasanlage offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte Vergärung von Biomasse in mindestens zwei Stufen, nämlich einer Hydrolysestufe und einer ersten Methanisierungsstufe, Trennung des in der ersten Methanisierungsstufe entstehenden Gasgemisches in zwei Gasanteile, wobei ein erster Gasanteil überwiegend aus Methan besteht und ein zweiter Gasanteil überwiegend aus Kohlendioxid besteht, Einbringen des überwiegend aus Kohlendioxid bestehenden Gasanteils der ersten Methanisierungsstufe in den Reaktor einer zweiten Methanisierungsstufe, Einbringen des in der Hydrolysestufe gewonnenen wasserstoffhaltigen Hydrolysegases in den Reaktor der zweiten Methanisierungsstufe und Umsetzung der Gase Wasserstoff und Kohlendioxid in der zweiten Methanisierungsstufe zu Methan in Anwesenheit methanogener Bakterien.
• WO 91/19682 A1 offenbart ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Behandeln eines biologisch abbaubaren organischen Materials in einem wässrigen Medium, um Methangas zu erzeugen. Das Verfahren umfasst das Einstellen des pH-Werts und der Temperatur des Materials, das Strömen des wässrigen Mediums unter Druck durch einen hydrolytischen Redox-immobilisierten Mikroben-Bioreaktor unter Bildung eines Reaktionsprodukts, Einstellen von pH, Druck und Temperatur des Reaktionsprodukts und anschließendes Fortführen des Strömens des Reaktionsprodukts durch einen anaeroben, immobilisierten Mikroben-Bioreaktor, wodurch Methangas entwickelt wird. Die Strömungsrichtung des wässrigen Mediums ist reversibel und kann recycelt werden. Dieses Verfahren sorgt auch für die intermittierende Entfernung von Kohlendioxid, das in dem ersten Bioreaktor erzeugt wird, wo seine Anwesenheit inhibitorisch ist, unter Druck gelagert wird und das Kohlendioxid mit einer konstanten steuerbaren Rate in den zweiten Bioreaktor geleitet wird, es liefert zusätzlichen Kohlenstoff für die Methanproduktion und erhöht daher das Volumen des produzierten Methangases. Überschüssiges Kohlendioxid wird in die Atmosphäre abgegeben.
• Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 043 630 A1 betrifft ein Verfahren, eine Anlage und einen Methanreaktor zur Erhöhung der Methankonzentration des Biogases aus Biogasanlagen, mit dem die Anreicherung von Methan im Biogas auf biologischem Wege, also im Biogasverfahren selbst, möglich ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erhöhung der Methankonzentration des Biogases aus Biogasanlagen gelöst, bei dem Wasserstoff und Hydrolysat einer Methanstufe eines zweistufigen Biogasverfahrens zugeleitet werden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass - Wasserstoff einem Methanreaktor der Methanstufe oberhalb des Hydrolysats zugeleitet wird, - Hydrolysat unterhalb der Wasserstoffzufuhr aus dem Methanreaktor abgeleitet wird, so dass der Methanreaktor prozesstechnisch in eine mit Hydrolysat durchströmte Untersäule, die den Teil des Methanreaktors zwischen Einlass und Auslass des Hydrolysats darstellt, und eine Obersäule, die den Teil des Methanreaktors zwischen Gaszuleitung und Gasableitung darstellt, eingeteilt ist. Dabei enthält die Untersäule immobilisierte acetotrophe Methanbildner und die Obersäule suspendierte und/oder immobilisierte hydrogenotrophe Methanbildner, - der Wasserstoff am unteren Ende der Obersäule feinverteilt zugeführt wird und durch die Obersäule nach oben strömt, - das in der Untersäule gebildete Biogas in die Obersäule geleitet wird, wo das darin enthaltene Kohlendioxid mit dem zugeführten Wasserstoff durch die hydrogenotrophen Methanbildner zu Methan umgewandelt wird.
• Die Offenlegungsschrift DE 10 2007 024 996 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Biogaskraftwerkes, bei welchem durch Verbrennung in einer Verbrennungsstufe erzeugte Wärme zur Dampferzeugung genutzt und zumindest zur Verstromung in einer Dampfturbine eingesetzt wird, wobei die Verbrennungsstufe des Biogaskraftwerkes zunächst aus einem Gasvorrat gestartet und warmgefahren wird und im Anlauf dieser Startphase zumindest aus einem Teil der erzeugten Wärme ein ortsnah betriebener Biogaserzeugungsprozess thermisch angeschoben wird, sowie ein Biogaskraftwerk mit Verbrennungsofen und Wärmetauscher und/oder Dampferzeuger, wobei dem Biogaskraftwerk BHKW eine ortsnahe oder baulich direkt implementierte Biogaserzeugungsanlage beigeordnet ist.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung dafür zu finden, eine Biogaseinrichtung derart betreiben zu können, dass einerseits beim Substratabbau entstehende Produkte möglichst effizient genutzt werden und andererseits eine Steuerung des Methangehaltes des bereitgestellten Biogases ermöglicht wird.
• Diese Aufgabe wird für eine Biogaseinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 erfüllt.
• Gelöst wird diese Aufgabe demnach durch eine Biogaseinrichtung mit einem Hydrolysebehälter, welcher zur Durchführung einer Hydrolyse an einem biologisch abbaubaren Substrat ausgebildet ist, wobei bei der Hydrolyse ein Kohlendioxid enthaltendes Hydrolysegas entsteht; und einer Kohlendioxidabführeinrichtung, welche es vermag, im Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter abzuführen; wobei vermittels der Abführeinrichtung das abgeführte Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassbar und/oder einem Energiegasbehälter, welcher ein Biogasspeicher und/oder ein Methanreaktor ist, und/oder einer Biogasleitung, welche einem Methanogenesebehälter nachgeschaltet ist, zuführbar ist, wobei im Methanreaktor Wasserstoff mit Kohlendioxid chemisch zu Methan umsetzbar ist, welches dem Biogasspeicher und/oder der Biogasleitung zuführbar ist, wobei eine Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kohlendioxidzufuhr und/oder die Zufuhr von Methan aus dem Methanreaktor derart ansteuerbar ist, dass in der Biogasleitung im Biogas ein konstanter Methangehalt vorliegt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Biogaseinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.
• Vorteilhaft ist eine Biogaseinrichtung, welche mindestens eine Abtrenneinrichtung aufweist, welche es vermag, zumindest eine Komponente des Hydrolysegases vom Hydrolysegas abzutrennen, wobei das Kohlendioxid mit weiteren verbleibenden Komponenten abführbar ist.
• Vorteilhaft ist auch eine Biogaseinrichtung, in welcher die Abtrenneinrichtung eine Filtereinrichtung und/oder Kühleinrichtung und/oder Kondensationseinrichtung und/oder Rückhalteeinrichtung und/oder Siebeinrichtung aufweist, welche es vermag, mindestens eine Komponente des Hydrolysegases von diesem zu trennen.
• Es kann ebenfalls eine Biogaseinrichtung vorgesehen sein, welche einen Behälter zum Erzeugen von als Energieträger verwendbarem Biogas aus im Hydrolysebehälter behandeltem Substrat aufweist.
• Besonders vorteilhaft ist eine Biogaseinrichtung, in welcher der Methanreaktor mit Abwärme versorgbar ist, wobei die Abwärme insbesondere von mindestens einem Prozessbehälter der Biogaseinrichtung, insbesondere dem Hydrolysebehälter und/oder von dem Methanogenesebehälter abführbar ist.
• Besonders vorteilhaft ist ebenfalls eine Biogaseinrichtung, in welcher der Methanreaktor mit Wasserstoff aus einem Prozessbehälter, insbesondere dem Hydrolysebehälter, und/oder mit durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoff versorgt oder versorgbar ist.
• Es kann auch eine besonders vorteilhafte Biogaseinrichtung vorgesehen sein, in welcher die Abführeinrichtung eine Gasüberwachungseinrichtung zum Überwachen und Einstellen des Kohlendioxids und/oder mindestens eine geeignete Gassensoreinrichtung, und/oder eine geeignete Steuereinrichtung und/oder mindestens eine Einrichtung zum Erhöhen und/oder Verringern des Drucks des Hydrolysegases im Hydrolysereaktor aufweist.
• Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben einer Biogaseinrichtung nach Anspruch 8 gelöst.
• Anspruch 8 sieht ein Verfahren zum Betreiben einer Biogaseinrichtung vor, bei welchem in durch Hydrolyse in einem Hydrolysebehälter erzeugtem Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter abgeführt und in die Atmosphäre entlassen und/oder einem Energiegasbehälter, welcher ein Biogasspeicher und/oder ein Methanreaktor ist, und/oder einer Biogasleitung, welche einem Methanogenesebehälter nachgeschaltet ist, zugeführt wird, wobei im Methanreaktor Wasserstoff mit Kohlendioxid chemisch zu Methan umsetzbar ist, welches dem Biogasspeicher und/oder der Biogasleitung zuführbar ist, wobei die Kohlendioxidzufuhr und/oder die die Zufuhr von Methan aus dem Methanreaktor derart angesteuert wird, dass in der Biogasleitung im Biogas ein konstanter Methangehalt vorliegt.
• Ein weiter ausgestaltetes Verfahren ergibt sich anhand von Anspruch 9.
• Weiterhin vorteilhaft ist demnach ein Verfahren zum Betreiben einer Biogaseinrichtung, bei welchem vorgesehen ist, dass im erzeugten Hydrolysegas enthaltendes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter abgeführt und einem Biogasspeicher zugeführt wird, wobei der Partialdruck von Kohlendioxid, und/oder die Zusammensetzung des Gases innerhalb des Hydrolysebehälters überwacht und/oder eingestellt und/oder gesteuert wird.
• Im Rahmen dieser Beschreibung kann eine Biogaseinrichtung dazu ausgebildet sein, eine oder mehrere Phasen oder Schritte durchzuführen, um ein biologisch abbaubares Substrat abzubauen, etwa um ein als Energieträger verwendbares Biogas bereitzustellen, welches insbesondere Methan enthalten kann. Dabei kann Methan der wesentliche Energieträger sein, welcher etwa durch Verbrennung und/oder Umsetzung in einer katalytischen Reaktion, etwa in einer geeigneten Brennstoffzelle, nutzbare Energie bereitzustellen vermag. Die Biogaseinrichtung kann insbesondere zum anaeroben Abbauen von Substrat und/oder zum Abbauen mit Hilfe geeigneter Mikroorganismen wie Bakterien und/oder Enzyme vorgesehen sein. Der Abbau kann einen oder mehrere unterschiedliche Abbauphasen umfassen. Insbesondere kann eine Biogaseinrichtung mehrere Behälter oder Reaktoren umfassen, etwa einen oder mehrere Fermenter. Die Behälter und/oder Reaktoren können separat voneinander ausgebildet sein. Separat vorgesehene Behälter können derart ausgebildet sein, dass sich jeweils in den Behältern vorhandenes Substrat ausgebildete und/oder stehende Gassäulen, etwa über einen Abbauprozess durchlaufendem Substrat, sich nicht miteinander vermischen und/oder nicht ohne entsprechende Ansteuerung von Ventilen und/oder Schleusen und/oder Pumpen miteinander zu vermischen vermag. Jeder Behälter kann mindestens einen Substrateinlass und einen Substratauslass und/oder mindestens einen Gasauslass und gegebenenfalls einen Gaseinlass aufweisen. Ein Einlass oder Auslass kann jeweils manuell und/oder ansteuerbar zu öffnen und zu schließen sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Biogaseinrichtung dazu ausgebildet ist, in unterschiedlichen Behältern unterschiedliche Phasen oder Abbauschritte durch unterschiedliche Arten von Mikroorganismen und/oder in unterschiedlichen Umgebungen und/oder Bedingungen durchzuführen, etwa bei unterschiedlichen pH-Werten. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Behälter oder Reaktor jeweils dazu ausgebildet ist, eine Phase oder mehrere Phasen des Abbaus durchzuführen. Ein Behälter kann allgemein dazu ausgebildet sein, ein Gas aufzunehmen und/oder zumindest zeitweise aufzunehmen und/oder durchzuleiten. Es ist vorstellbar, dass ein Behälter mindestens einen Aufnahmeraum für Gas und/oder mindestens eine zugeordnete Leitung und/oder mindestens einen Gaseinlass und/oder Gasauslass und/oder entsprechende Einrichtungen für Substrat aufweist oder als solche ausgebildet ist. Insbesondere können Leitungen, die zur Abfuhr von Gas aus einem Behälter dienen, etwa Biogasleitungen, als zum Behälter zugehörig angesehen werden und/oder als selbstständige Behälter angesehen werden, da sie einen Aufnahmeraum für durch sie strömendes oder in ihnen anstehendes Gas aufweisen. Separate Behälter können jeweils durch geeignete Einrichtungen wie etwa Leitungen und/oder Ventile und/oder Schleusen und/oder Pumpen und/oder andere Einrichtungen derart miteinander verbunden oder verbindbar sein, insbesondere fluidisch miteinander verbunden oder verbindbar sein, dass Substrat von einem Behälter in einen anderen Behälter überführbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass Substrat aus einem Behälter, in welchem eine oder mehrere Abbauphasen durchgeführt werden, in einen anderen Behälter überführbar ist, in welchem zur Umwandlung in Biogas nachfolgend durchzuführende oder stattfindende Phasen durchgeführt werden. Das Überführen kann dabei manuell und/oder durch eine elektronische Steuereinrichtung steuerbar sein. Das Substrat kann allgemein eine Biomasse sein, welche sich durch Vergären und/oder anaeroben Bedingungen abbauen lässt. Das Abbauen des Substrats kann durch Mikroorganismen wie Bakterien erfolgen, die in Biogasreaktor vorhanden sein können. Dabei können verschiedene Arten von Mikroorganismen vorhanden sein, die unterschiedliche Ausgangsprodukte in Biogas und/oder Zwischen- oder Abfallprodukte umzuwandeln vermögen können. Insbesondere kann der Abbau von Substrat im Wesentlichen vier Phasen umfassen, in denen unterschiedliche Arten von Mikroorganismen unterschiedliche Umwandlungsprozesse von Material vornehmen. Die erste Phase kann eine Hydrolyse-Phase sein, die zweite Phase eine Versäuerungsphase oder Acidogenese, die dritte Phase kann eine essigsäurebildende Phase oder Acetogenese darstellen, während die vierte Phase eine Methanogenese oder methanbildende Phase sein kann, in welcher Methan hergestellt wird. Insbesondere in der zweiten oder dritten Phase können Säuren als Abbauprodukte entstehen, insbesondere organische Säuren wie Valerian-, Butter-, Propion- oder insbesondere Essigsäure. Während der Hydrolyse-Phase oder während der Hydrolyse-Phase und der Acidogenese-Phase kann ein Gas oder Gasgemisch entstehen, welches als Hydrolysegas bezeichnet werden kann. Das Hydrolysegas kann insbesondere Kohlendioxid (CO₂) und/oder Schwefelwasserstoff (H₂S) und/oder Wasserstoff (H₂) und/oder Stickoxid und/oder Alkohole und/oder flüchtige Säurereste umfassen, die während der ersten und/oder zweiten Phase entstehen. Ein wichtiger Bestandteil oder der Hauptbestandteil des Hydrolysegases kann Kohlendioxid sein, welches insbesondere durch die erste Phase erzeugt werden kann. Das Kohlendioxid kann dabei in einem Gleichgewicht mit im Substrat vorhandener Kohlensäure stehen, die ausperlen kann, um als gasförmiges Kohlendioxid im Hydrolysegas aufzugehen. Ein Hydrolysebehälter kann allgemein einen Behälter bezeichnen, welcher zum Durchführen der Hydrolysephase und/oder der Acidogenesephase ausgebildet ist. Es können ein oder mehrere Hydrolysebehälter vorgesehen sein. Insbesondere kann ein Hydrolysebehälter derart ausgebildet und/oder betrieben oder betreibbar sein, dass in ihm im Wesentlichen nur die Hydrolysephase oder die Hydrolysephase und Acidogenesephase durchgeführt werden. Dabei kann ein geeigneter pH-Wert eingestellt oder einstellbar sein, der im sauren Bereich liegen kann, beispielsweise etwa zwischen 3,5 bis 6,3. Es ist vorstellbar, dass jeweils mindestens ein Behälter zum Durchführen der dritten oder vierten Phase und/oder zum Durchführen der dritten und vierten Phase vorgesehen ist. Ein Behälter, der zum Durchführen der Methanogenesephase, also der vierten Phase, ausgebildet ist, kann allgemein als Methanogenesebehälter oder Fermenter bezeichnet sein. Ein solcher Behälter kann zum Durchführen der dritten Phase ausgebildet sein. Im Folgenden kann als Biogas oder Methanmischgas insbesondere ein Gas oder Gasgemischbezeichnet sein, welches in einem Methanogenesebehälter durch die vierte Phase, eventuell durch Mitwirkung einer oder mehrerer anderer Phasen,erzeugt wird, gegebenenfalls insbesondere durch die dritte und die vierte Phase. Biogas und/oder Methanmischgas kann ein Gas oder Gasgemisch sein, welches einen beträchtlichen Methangehalt aufweisen kann, der beispielsweise bei mindestens 10% liegen kann. In unterschiedlichen, insbesondere separat ausgebildeten, Behältern können unterschiedliche Bedingungen herrschen, insbesondere was Druck, Partialdrücke, Temperatur, pH-Wert insbesondere im Substrat und andere Parameter betrifft. Der pH-Wert in einem Methanogenesebehälter kann unterschiedlich vom pH-Wert in einem Hydrolysebehälter eingestellt oder einstellbar sein und beispielsweise im neutralen Bereich und/oder etwa bei 6,8 bis 7,8 liegen. Das Einstellen des pH-Wertes kann allgemein das Überwachen des pH-Wertes umfassen. Ferner kann das Einstellen des pH-Wertes das Zuführen von Material, etwa Substrat und/oder einen Puffer, in den jeweiligen Behälter umfassen. Zum Einstellen und/oder Überwachen des pH-Wertes in einem Behälter kann jeweils eine geeignete Sensoreinrichtung vorgesehen sein, welche mit einer Steuereinrichtung verbunden oder verbindbar sein kann. In einer Variante kann mindestens ein Hydrolysebehälter vorgesehen sein, der zum Durchführen der ersten Phase, also der Hydrolyse, und der zweiten Phase, also der Acidogenese, ausgebildet ist, sowie mindestens ein Methanogenesebehälter, der zum Durchführen der dritten Phase, also der Acetogenese, und der vierten Phase, also der Methanogenese, ausgebildet sein kann. Die Behälter können jeweils separat voneinander ausgebildet sein. Es können insbesondere in dieser Variante Einrichtungen zum Überführen von Substrat und/oder Gas von dem mindestens einen Hydrolysebehälter zum mindestens einen Methanogenesebehälter vorgesehen sein. Es ist vorstellbar, dass eine Gassensoreinrichtung vorgesehen ist, welche es vermag, den Druck und/oder die Zusammensetzung des Gases im jeweiligen Behälter, etwa Hydrolysegas oder Gas in einem Methanogenesebehälter, also im Wesentlichen Biogas, und/oder mindestens einen Partialdruck von einer oder mehreren Komponenten des Gases, insbesondere Kohlendioxid oder, insbesondere in einem Methanogenesebehälter, Kohlendioxid und/oder Methan, und/oder Volumen und/oder Mengen des Gases und/oder einer oder mehrerer seiner Komponenten zu erfassen und/oder entsprechende Daten bereitzustellen. Eine Gassensoreinrichtung, welche entsprechende Daten bezüglich eines bestimmten Komponentengases erfasst und bereitstellt, kann etwa als Kohlendioxidsensoreinrichtung bezeichnet werden, wenn sie Daten bezüglich Kohlendioxid erfasst, oder als Methansensoreinrichtung, wenn sie Daten bezüglich Methan erfasst, usw. Eine Gasüberwachungseinrichtung zum Überwachen und/oder Steuern entsprechender Parameter kann jeweils eine oder mehrere geeignete Sensoreinrichtungen und/oder eine oder mehrere Steuereinrichtungen sowie geeignete, insbesondere durch die Steuereinrichtung ansteuerbare, fluidische Einrichtungen wie etwa mindestens eine Pumpe und/oder einen Lüfter und/oder eine oder mehrere Leitungen und/oder mindestens eine Ventileinrichtung und/oder mindestens ein Kompressor und/oder mindestens einen Gasablass oder Gaseinlass oder Ähnliches umfassen. Eine Biogaseinrichtung kann insbesondere mindestens einen Hydrolysebehälter wie einen Hydrolysereaktor umfassen, welcher zur Durchführung einer Hydrolyse oder einer Hydrolyse und einer Acidogenese eines biologisch abbaubaren Substrates ausgebildet und/oder vorgesehen sein kann. Die Biogaseinrichtung kann ein oder mehrere Gehäuse und/oder eine oder mehrere Behausung für den mindestens einen oder die mehreren Behälter aufweisen, etwa ein entsprechendes Gebäude. Es ist vorstellbar, dass die Biogaseinrichtung Zuleitungen und Ableitungen für Substrat und/oder Gas zu dem mindestens einen Hydrolysebehälter und/oder Methanogenesebehälter und/oder einem oder mehreren anderen Behältern, mindestens eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der Biogaseinrichtung, einen oder mehrere Speicherbehälter für Substrat, usw. aufweist. Ein Behälter, welchem Substrat zugeführt oder zuführbar ist, um mindestens eine der ersten, zweiten, dritten oder vierten Phase zur Umwandlung und/oder zum Abbau zu durchlaufen, kann als Prozessbehälter bezeichnet werden. Ein als Hydrolysebehälter ausgebildeter Behälter kann dazu vorgesehen sein, mit organischer Masse oder Biomasse wie Gülle, Pflanzen, insbesondere Energiepflanzen, landwirtschaftlichen Produkten oder Bioabfällen gefüttert zu werden. Material, mit welchem ein Prozessbehälter, insbesondere ein Hydrolysebehälter gefüttert wird, kann allgemein als Substrat bezeichnet werden. Eine Steuereinrichtung kann eine elektronische Steuereinrichtung sein. Es ist vorstellbar, dass eine Steuereinrichtung einen oder mehrere Computer und/oder Mikroprozessoren und/oder Mikrokontroller und/oder integrierte Schaltkreise aufweist. Eine Steuereinrichtung kann geeignete Hardware und/oder Software und/oder Firmware umfassen. Allgemein kann jeder Sensoreinrichtung eine Steuereinrichtung zugeordnet sein, an welche sie Sensordaten zu übertragen vermag. Dabei können mehreren Sensoreinrichtungen jeweils eine gemeinsame Steuereinrichtung zugeordnet sein. Es ist vorstellbar, dass Steuereinrichtungen miteinander zur Datenübertragung und/oder Steuerung verbunden oder verbindbar sind. Eine oder mehrere der Steuereinrichtungen können dazu ausgebildet sein, Ventile und/oder eine oder mehrere Pumpen und/oder einen oder mehrere Kompressoren und/oder andere ansteuerbare Elemente der Biogaseinrichtung anzusteuern. Dazu können geeignete Steuerleitungen und/oder Steuerkanäle und/oder Versorgungsleitungen vorgesehen sein. Ein Energiegasbehälter kann allgemein ein Behälter sein, welcher zum Aufnehmen und/oder Erzeugen von Methan ausgebildet oder vorgesehen sein kann. Insbesondere kann ein Energiegasbehälter ein Prozessbehälter wie ein Methanogenesebehälter oder ein Speicherbehälter für Methan enthaltenes Biogas sein, etwa in einem Methanogenesebehälter erzeugtes Methan oder Biogas. Es ist auch vorstellbar, dass ein Energiegasbehälter einen Methanreaktor bezeichnet oder umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, aus Ausgangsmaterialien wie Kohlendioxid und Wasserstoff oder anderen Energiegasen unter Druck und/oder Temperatur Methan zu erzeugen, insbesondere ohne dass der beschriebene biologische Abbau stattfindet. Es ist vorstellbar, dass ein Methanreaktor dazu ausgebildet ist, mit Kohlendioxid und/oder Wasserstoff aus einem Hydrolysebehälter versorgt zu werden. Es kann vorgesehen sein, dass ein Methanreaktor oder ein zum Speichern von Methan oder Biogas vorgesehener Behälter keine Einlass oder Auslass für Substrat aufweist. Ein Energiegasbehälter und/oder mindestens eine zugeordnete Leitung zur Zufuhr oder zum Ableiten von Gas kann eine Gassensoreinrichtung zum direkten oder indirekten Erfassen eines Gehaltes und/oder einer Menge und/oder eines Druckes, insbesondere eines Partialdruckes, und/oder eines Volumens und/oder eine Mengenstromes und/oder Volumenstromes eines Energiegases wie Methan und/oder Wasserstoff aufweisen. Insbesondere kann ein Methanogenesebehälter eine Methansensoreinrichtung aufweisen, welche es vermag, den Methangehalt des erzeugten Biogases zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Methansensoreinrichtung dem Methanogenesebehälter nachgeschaltet sein, etwa in einer Leitung für Biogas und/oder einer zugeordneten Biogasspeichereinrichtung. Als Substrat kann jede Art biologisch einsetzbaren Substrats vorgesehen sein, welches sich etwa in einer Biogaseinrichtung zu Methan fermentieren oder abbauen lässt. Umfasst sind insbesondere die so genannten Wirtschaftsdünger, beispielsweise Rinder- oder Schweinegülle, Hühner-/ Geflügelmist (HTK - Hühnertrockenkot), Festmist mit hohem Strohanteil (bis zu 20 % bzw. einem hohen C/N-Verhältnis von bis zu 16:1). Neben den Wirtschaftsdüngern können nachwachsende Rohstoffe sowie organische Reststoffe für die energetische Nutzung eingesetzt werden. Dazu zählen Mais/Maissilage, Getreide (Ganzpflanzensilage), beispielsweise Roggen, Triticale, Gras/Grassilage, Getreidekörner, Rüben (Zucker- oder Futterrüben), Rübenmus, insbesondere aber auch Landschaftpflegematerial (Laub, Grünschnitt) bzw. Paludikulturen (Schilf, Seggen, Rohrglanzgras). Einige dieser Substrate sind schwer umsetzbar, da sie hohe Anteile an Lignocellulose aufweisen. Beispielsweise musste bisher bei Einsatz von Grassilage oft darauf geachtet werden, dass die Trockensubstanz(TS)gehalte nicht zu hoch, nach Möglichkeit nicht oberhalb von 35 Gew.-% TS, liegen. Bei zu hohen TS-Gehalten steigen die Lignin- und Faseranteile, wodurch der Abbaugrad und somit die Methanausbeute bezogen auf die organische Trockenmasse bisher deutlich sanken. Weitere Rohstoffe zur energetischen Verwertung wären Ernterückstände aber auch agroindustrielle Reststoffe (Gemüse-/ Obstreste, Treber, Hefen, Molke etc.) sowie kommunale Abfälle (Schlachthof-/ Bioabfälle).
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Biogaseinrichtung mit einem Hydrolysebehälter, welcher zur Durchführung einer Hydrolyse an einem biologisch abbaubaren Substrat, wobei bei der Hydrolyse ein Kohlendioxid enthaltendes Hydrolysegas entsteht. Die Biogaseinrichtung weist ferner eine Kohlendioxidabführeinrichtung auf, welche es vermag, im Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter abzuführen. Vermittels dieser Abführeinrichtung ist das abgeführte Kohlendioxid einem Energiegasbehälter zuführbar oder wird zugeführt. Somit kann das Kohlendioxid nutzbringend weiterverwendet werden. Das Kohlendioxid und/oder Hydrolysegas können allgemein im Wesentlichen gasförmig vorliegen und/oder abgeführt werden. Die Abführeinrichtung kann eine als Hydrolysegassensoreinrichtung ausgebildete Gassensoreinrichtung aufweisen oder damit verbunden oder verbindbar sein. Die Hydrolysegassensoreinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen Kohlendioxidgehalt im Hydrolysegas und/oder ein Gasvolumen, insbesondere ein Kohlendioxidvolumen, und/oder eine Gasmenge, insbesondere eine Kohlendioxidmenge, und/oder einen Gasvolumen- und/oder Gasmengenstrom, insbesondere einen Kohlendioxidvolumenstrom oder Kohlendioxidmengenstrom, und/oder einen Gasdruck, insbesondere einen Partialdruck von Kohlendioxid, direkt und/oder indirekt zu erfassen. Eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines das Kohlendioxid betreffenden Parameters kann als Kohlendioxidsensoreinrichtung bezeichnet werden. Das Kohlendioxid kann allgemein durch Abführen von Hydrolysegas aus dem Hydrolysebehälter und/oder zusammen mit einer oder mehreren Komponenten des Hydrolysegases abgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Kohlendioxid von einer oder mehreren oder allen anderen Komponenten des Hydrolysegases abgetrennt abführbar sein. Die Abführeinrichtung kann ferner mindestens ein Auslassventile und/oder ein oder mehrere anderen Ventile, und/oder mindestens eine Pumpe und/oder einen Kompressor, und/oder mindestens eine Leitung zum Zuführen des Kohlendioxids zum Energiegasbehälter umfassen und/oder damit verbunden oder verbindbar sein. Es ist vorstellbar, dass die Abführeinrichtung dazu ausgebildet ist, Kohlendioxid in eine Speichereinrichtung und/oder in die Umgebung abzuführen. Die Biogaseinrichtung, insbesondere die Abführeinrichtung, kann dazu ausgebildet sein, den Druck, insbesondere den Partialdruck von Kohlendioxid, und/oder die Zusammensetzung des Gases innerhalb des Hydrolysebehälters zu überwachen und/oder einzustellen und/oder zu steuern. Dazu können etwa eine Gasüberwachungseinrichtung zum Überwachen und Einstellen des Kohlendioxids und/oder mindestens eine geeignete Gassensoreinrichtung, etwa eine Kohlendioxidsensoreinrichtung, und/oder eine geeignete Steuereinrichtung und/oder mindestens eine Einrichtung zum Erhöhen und/oder Verringern des Drucks des Hydrolysegases vorgesehen sein, etwa ein Ablassventil und/oder ein Einlassventil und/oder ein Kompressor. Es kann vorgesehen sein, dass die Biogaseinrichtung dazu ausgebildet ist, gespeichertes Hydrolysegas und/oder Kohlendioxid und/oder Umgebungsluft in den Hydrolysebehälter einzuführen, etwa einzublasen, und/oder Gas aus dem Hydrolysebehälter abzuführen, etwa durch Ablassen und/oder Auspumpen, beispielsweise vermittels der Abführeinrichtung. Das Einstellen und/oder Steuern kann basierend auf Daten von einer Kohlendioxidsensoreinrichtung und/oder einem Kohlensäuregehalt im Substrat oder anderen Betriebsparametern erfolgen, die durch entsprechende ausgebildete und gegebenenfalls mit einer Steuereinrichtung verbundenen Sensoreinrichtungen vorgesehen sein. Somit lassen sich durch die Änderung des Kohlendioxidgehaltes und/oder des Drucks über dem Substrat das Verhalten des Substrates und/oder der Ablauf der Hydrolysephase und/oder der Acidogenese beeinflussen. Der Energiegasbehälter kann allgemein als Teil der Biogaseinrichtung ausgebildet und/oder separat davon vorgesehen und mit der Biogaseinrichtung verbunden oder verbindbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass Hydrolysegas und/oder Komponenten des Hydrolysegases unabhängig und/oder separat vom Substrat aus dem Hydrolysebehälter abführbar und/oder dem Energiegasbehälter zuführbar sind. Die Abführeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, selektiv und/oder angesteuert Hydrolysegas aus dem Hydrolysebehälter abzulassen, etwa in die Atmosphäre, und/oder dem mindestens einen Energiegasbehälter und/oder einem Kohlendioxidspeicher zuzuführen.
• Die Biogaseinrichtung kann mindestens eine Abtrenneinrichtung aufweisen, welche es vermag, zumindest eine Komponente des Hydrolysegases aus dem Hydrolysegas abzutrennen. Insbesondere kann die Abtrenneinrichtung dazu ausgebildet sein, eine oder mehrere Komponenten aus einem aus dem Hydrolysegasbehälter abgeführten oder abzuführenden Hydrolysegasstrom abzutrennen. Die Abtrenneinrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Kohlendioxid zu separieren und/oder mindestens eine andere Komponente zu separieren, wobei das Kohlendioxid mit weiteren verbleibenden Komponenten abführbar sein kann. Die Abtrenneinrichtung kann in die Abführeinrichtung integriert und/oder damit verbunden oder verbindbar sein. Dabei kann die Abtrenneinrichtung der Abführeinrichtung vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet sein. Es ist etwa vorstellbar, dass die Abtrenneinrichtung mehrere Komponenten aufweist, um eine Abtrennung in mehreren Schritten vorzunehmen. Dabei kann jeweils mindestens eine Komponente der Abführeinrichtung vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet und/oder darin integriert sein. Die Abtrenneinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, Schwefelwasserstoff aus dem Hydrolysegas abzutrennen, etwa zu fixieren. Die Abtrenneinrichtung und/oder eine oder mehrere Komponenten der Abtrenneinrichtung können im Hydrolysebehälter und/oder im Energiegasbehälter und/oder dazwischen, etwa in Leitungen, angeordnet oder anordenbar sein. Durch die Abtrennung können etwa schädliche und/oder anderweitig verwendbare Komponenten des Hydrolysesgases separiert werden.
• Die Abtrenneinrichtung kann mindestens eine Filtereinrichtung und/oder mindestens eine Kühleinrichtung und/oder mindestens eine Kondensationseinrichtung und/oder mindestens eine Rückhalteeinrichtung und/oder mindestens eine Siebeinrichtung aufweisen, welche es vermag, mindestens eine Komponente des Hydrolysegases von diesem zu trennen. Eine Filtereinrichtung kann etwa Aktivkohle und/oder eine Flüssigkeitsfilter und/oder einen Siebfilter und/oder andere Filtermaterialien oder -strukturen umfassen. Es ist vorstellbar, dass die Abtrenneinrichtung zusätzlich oder alternativ eine Fixierungseinrichtung aufweist, welche Schwefelwasserstoff (H₂S) aus dem Hydrolysegas abzutrennen und/oder zu fixieren vermag, etwa durch eine oder mehrere Methoden ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Filterung durch Kohle, oxidative Verfahren, Zusatz von Zinkoxid, Zusatz von Eisenverbindungen, insbesondere Eisensalzen oder Eisenchelaten, Biowäscher/ Tropfkörperverfahren, Sulfitfällung. Als Eisenverbindungen / Eisensalze sind insbesondere zu nennen Eisen (II)- und/oder Eisen(III)-Verbindungen, beispielsweise Fe(II)Cl₂, Fe(III)Cl₂,Fe(II)SO₄, Fe(III)₂(SO₄)₃, Fe(II)-hydroxid, Fe(III)-hydroxid, Fe(II)-oxid, Fe(III)-oxid, Raseneisenstein, insbesondere Limonit (FeO(OH) n H₂O). Durch die Abtrennung/Fixierung des H₂S wird elementarer Schwefel gewonnen, der wieder einer Verwendung zugeführt - werden kann. Möglich ist im Rahmen der H₂S-Fixierung auch eine biologische Entschweflung, bei der das H₂S in Wasser gelöst und dort durch Schwefelbakterien oxidiert wird. Hierbei wird zuerst elementarer Schwefel, dann Sulfat erzeugt. Auch die direkte Oxidation von Schwefelwasserstoff zu Sulfat ist möglich. Eine Abtrennung des Schwefelwasserstoffs, die auch als Entschweflung bezeichnet werden kann, verhindert, dass sich der Schwefel oder Schwefelwasserstoff nachteilig auf im Energiegasbehälter vorgesehene Prozesse und/oder Einrichtungen wie etwa die Methanogenese und/oder eine Reaktion im Methanreaktor und/oder auf dem Energiegasbehälter nachgeschaltete Prozesse oder Einrichtungen wie Motoren oder Verbrennungsvorgänge auswirken kann. Es können als Abtrenneinrichtung Biofilter, Biowäscher oder auch eine Tropfkörperanlage vorgesehen sein. Eine solche Fixierungseinrichtung kann als Beispiels für eine Rückhalteeinrichtung für Schwefelwasserstoff angesehen werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Biogaseinrichtung einen Behälter zum Erzeugen von als Energieträger verwendbarem Biogas aus im Hydrolysebehälter behandeltem Substrat aufweist und/oder damit verbunden oder verbindbar ist. Ein solcher Behälter kann ein Methanogenesebehälter sein. Das Substrat kann über geeignete Einrichtungen vom Hydrolysebehälter zum Methanogenesebehälter zuführbar sein, etwa nach einer geeignet gewählten und/oder überwachten Aufenthaltszeit im Hydrolysebehälter. Es kann vorgesehen sein, dass in der Aufenthaltszeit die erste und/oder zweite Phase des Substratabbaus im Wesentlichen abgeschlossen ist, so dass kein weiterer Abbau zu erwarten ist.
• Es kann vorgesehen sein, das die Abführeinrichtung zur Zufuhr von Kohlendioxid mit mindestens einem Methanogenesebehälter und/oder einem diesem nachgeschalteten Energiegasbehälter verbunden oder verbindbar ist. Durch die Zufuhr kann allgemein das Kohlendioxid und/oder das Kohlendioxid enthaltendes Gasgemisch mit Biogas und/oder Methan vermischt werden. Dabei kann der Methangehalt des resultierenden Gemischs verringert werden. Die Zufuhr von Kohlendioxid kann dabei basierend auf Daten von einer dem Hydrolysebehälter zugeordneten Kohlendioxidsensoreinrichtung und/oder basierend auf Daten von einer dem Methanogenesebehälter zugeordneten und/oder nachgeschalteten Methansensoreinrichtung gesteuert oder steuerbar sein. Insbesondere kann die Biogaseinrichtung, etwa durch geeignete Programmierung einer Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Kohlendioxidzufuhr durch die Abführeinrichtung derart anzusteuern, dass ein im Wesentlichen konstanter Methangehalt vorliegt. Es kann etwa vorgesehen sein, dass eine Zufuhr von Kohlendioxid dann erfolgt, wenn der Methangehalt im Biogas und/oder im - Methanogenesebehälter einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann unterhalb, insbesondere deutlich unterhalb, des maximalen durch den Methanogenesebehälter erreichbaren Methangehaltes liegen. Somit kann ein konstanter Methangehalt des Biogases auf einfache Art erreicht werden, wodurch sich das Biogas auch für die Verwendung in empfindlichen modernen Motoren und Verbrennungseinrichtungen oder Brennstoffzellen eignet.
• Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Energiegasbehälter einen Biogasspeicher und/oder eine Biogasleitung umfassen. Der Speicher und/oder die Leitung kann einem Methanogenesebehälter nachgeschaltet sein. Somit werden durch die Zufuhr von Kohlendioxid und eventuelle weitere Komponenten des Hydrolysegases, die mit dem Kohlendioxid strömen, die Prozessbedingungen im Methanogenesebehälter nicht beeinflusst.
• Bei einer Weiterbildung kann der mindestens eine Energiegasbehälter einen Behälter zur Aufnahme von Wasserstoff umfassen, in welchem Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan umsetzbar ist. Ein solcher Behälter kann ein Methanreaktor sein. Somit lässt sich das Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter zur chemischen Umsetzung in Methan verwenden. Der Methanreaktor kann dazu eingerichtet sein, eine geeignete Reaktionstemperatur oder Reaktionswärme bereitzustellen, um die Umsetzung von Wasserstoff und Kohlendioxid in Methan möglichst effizient zu ermöglichen. Dazu kann eine geeignete Heizeinrichtung vorgesehen sein, die etwa thermisch und/oder geothermisch und/oder solarthermisch und/oder durch einen Brenner und/oder eine Elektroheizung und/oder durch Abwärme betreibbar und/oder mit Energie versorgt oder versorgbar sein kann. In einem Methanreaktor erzeugtes Methan kann über eine geeignete Transporteinrichtung einem dem Methanogenesebehälter nachgeschalteten Biogasspeicher und/einer diesem nachgeschalteten Leitung zuführbar sein. Die Transporteinrichtung kann etwa Leitungen, eine Sensoreinrichtung, eine Ventileinrichtung und weitere erforderliche Komponenten aufweisen. Die Zufuhr von Methan kann basierend auf Daten von einer dem Methanogenesebehälter zugeordneten und/oder nachgeschalteten Methansensoreinrichtung erfolgen. Etwa kann vorgesehen sein, dass eine Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Methanzufuhr von dem Methanreaktor derart anzusteuern, dass ein gewünschter, insbesondere ein konstanter, Methangehalt des im Methanogenesebehälter erzeugten Biogases erreicht wird. Etwa kann die Zufuhr von Methan aus dem Methanreaktor dann erfolgen, wenn ein Methangehalt des Biogases unter einen bestimmten Wert abgesunken ist. Somit kann der Methangehalt durch Zufuhr von Kohlendioxid und/oder Zufuhr von Methan aus dem Methanreaktor konstant gehalten werden.
• Insbesondere kann der Behälter zur Aufnahme von Wasserstoff, etwa der Methanreaktor, mit Abwärme versorgt oder versorgbar sein, wobei die Abwärme insbesondere von mindestens einem Prozessbehälter der Biogaseinrichtung, insbesondere dem Hydrolysebehälter und/oder von einem Methanogenesebehälter abgeführt oder abführbar ist. Somit kann die beim Abbau des Substrates entstehende Prozesswärme weiterverwendet werden. Insbesondere kann der Methanreaktor nahe und/oder in direktem Kontakt mit dem oder den Prozessbehältern angeordnet sein, um die Wärmeverluste beim Wärmetransport möglichst gering zu halten.
• Es ist vorstellbar, dass ein Methanreaktor mit Wasserstoff aus einem Prozessbehälter, insbesondere dem Hydrolysebehälter, und/oder mit durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoff versorgt oder versorgbar ist. Dies ermöglicht es, weitere Komponenten des Hydrolysegases zur Methanherstellung zu verwenden. Der Wasserstoff aus dem Hydrolysebehälter kann dadurch bereitgestellt sein, dass aus dem Hydrolysegas Wasserstoff und Kohlenstoff nicht abgetrennt werden und direkt zum Methanreaktor geführt werden. Es kann eine Wasserstoffsensoreinrichtung und/oder eine Kohlendioxidsensoreinrichtung und/oder eine Methansensoreinrichtung vorgesehen sein, um den Wasserstoff oder das Kohlendioxid betreffende Daten zur Ansteuerung des Methanreaktors bereitzustellen. Die Wasserstoffsensoreinrichtung und/oder die Kohlenstoffsensoreinrichtung können jeweils im Methanreaktor und/oder jeweils diesem vorgeschaltet in Leitungen zur Zufuhr von Wasserstoff und/oder Kohlendioxid angeordnet sein. Die Methansensoreinrichtung kann im Methanreaktor oder diesem nachgeschaltet angeordnet sein. Basierend auf solchen Daten kann gegebenenfalls die Zufuhr von Kohlendioxid und/oder Wasserstoff über die Abführeinrichtung und/oder von Wasserstoff aus einer anderen Quelle und/oder die Abfuhr von Methan aus dem Methanreaktor ansteuerbar oder angesteuert sein, etwa durch Ansteuerung von ansteuerbaren Komponenten der Abführeinrichtung und/oder der Transporteinrichtung und/oder geeigneter Ventileinrichtungen, welche die Zufuhr von Wasserstoff und/oder Kohlendioxid und/oder die Abfuhr von Gas, insbesondere Methan, aus dem Methanreaktor, einzustellen vermögen. Es ist vorstellbar, dass eine Elektrolyseeinrichtung zur Herstellung von Wasserstoff durch Aufspaltung von Wasser vorgesehen ist. Zum Versorgen der Elektrolyseeinrichtung mit elektrischem Strom kann eine geeignete Stromversorgung, insbesondere eine photovoltaische Einrichtung und/oder eine Windkrafteinrichtung, vorgesehen und/oder mit ihr verbunden oder verbindbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine weitere Wasserstoffquelle vorgesehen sein, etwa ein geeigneter Speicherbehälter.
• Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Biogaseinrichtung, bei welchem in durch Hydrolyse in einem Hydrolysebehälter erzeugtem Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter abgeführt und einem Energiegasbehälter zugeführt wird. Die Biogaseinrichtung kann insbesondere eine hierin beschriebene Biogaseinrichtung sein. Das Verfahren kann die hierin beschriebenen Schritte und Ansteuerungen umfassen. Eine Komponente des Hydrolysegases kann vermittels einer Abtrenneinrichtung vom Hydrolysegas abgetrennt werden, insbesondere vermittels einer hierin beschriebenen Abtrenneinrichtung. Insbesondere kann Schwefelwasserstoff vom Hydrolysegas abgetrennt werden. Substrat aus dem Hydrolysebehälter kann einem Methanogenesebehälter zugeführt werden, welcher der Energiegasbehälter sein kann, welchem Kohlendioxid zugeführt wird. Es ist vorstellbar, dass das Zuführen des Kohlendioxids zum Energiegasbehälter basierend auf Daten von einer dem Energiegasbehälter zugeordneten oder nachgeschalteten Methansensoreinrichtung und/oder basierend auf Daten von einer dem Hydrolysebehälter zugeordneten und/oder nachgeschalteten Kohlendioxidsensoreinrichtung durchgeführt wird. Das Kohlendioxid kann einem Methanogenesebehälter und/oder einem Methanreaktor und/oder einem Biogasspeicher und/oder einer Biogasleitung zugeführt werden.
• Im Folgenden wird eine Biogaseinrichtung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.
• Es zeigt:
• 1 schematisch eine Biogaseinrichtung.
• 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Biogaseinrichtung 10. Die Biogaseinrichtung 10 weist einen Hydrolysebehälter 12 auf, welcher zur Versorgung mit einem Substrat und zur Durchführung der Hydrolysephase und der Acidogenesephase zum Abbau des Substrats ausgebildet ist. Beim Abbau entsteht über dem Substrat eine Gassäule aus Hydrolysegas, welches insbesondere Kohlendioxid umfasst. Der Hydrolysebehälter 12 weist optional eine Gassensoreinrichtung und/oder eine Kohlendioxidsensoreinrichtung 14 auf, welche in diesem Beispiel den Kohlendioxidgehalt des Hydrolysegases und/oder den Druck des Hydrolysegases zu bestimmen vermag. Über eine Abführeinrichtung 16 kann Hydrolysegas aus dem Hydrolysebehälter abgeführt werden. Die Abführeinrichtung 16 kann als Abtrenneinrichtung eine Entschweflungseinrichtung 18 aufweisen, vermittels welcher Schwefelwasserstoff von dem Hydrolysegas abtrennbar und/oder fixierbar ist. Nach dem Entschwefeln enthält das Hydrolysegas weiterhin Kohlendioxid. Es ist ferner ein Methanogenesebehälter 20 vorgesehen, welcher über eine Substratzufuhr 22 mit Substrat vom Hydrolysebehälter 12 und/oder aus einem Substratvorrat 23 versorgbar ist. Aus dem Substratvorrat kann auch der Hydrolysebehälter 12 mit Substrat versorgt werden. Im Methanogenesebehälter 20 wird aus dem Substrat Biogas erzeugt, welches Methan enthält. In diesem Beispiel kann das methanhaltige Biogas über eine dem Methanogenesebehälter 20 nachgeschaltete und zu dem Methanogenesebehälter 20 gehörende Leitung 24 aus dem Methanogenesebehälter 20 abgeführt werden, etwa in einen nicht gezeigten Speicher. In der Leitung 24 oder im Speicher ist eine Methansensoreinrichtung 26 vorgesehen, welches es vermag, den Methangehalt des Biogases zu bestimmen. Ferner ist ein Methanreaktor 30 vorgesehen, in welchem Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan umsetzbar sind. Der Methanreaktor 30 weist eine Heizung 32 auf, welche zumindest teilweise durch Abwärme aus dem Hydrolysebehälter 12 betrieben wird und zusätzlich eine weitere Wärmequelle wie ein elektrisch betriebenes Heizelement und/oder eine solarthermische und/oder geothermische Wärmequelle und/oder ein Brenner sein kann. Die Abwärme kann etwa durch Führen des Hydrolysegases und/oder des Kohlendioxids an dem Methanreaktor 30 und/oder einem zugeordneten Wärmetauscher zur Wärmeübertragung vorbei zum Methanreaktor 30 geführt werden. Ferner weist der Methanreaktor 30 eine Elektrolyseeinrichtung sowie eine Stromquelle auf, welche Strom zur elektrolytischen Erzeugung von Wasserstoff aus einem nicht gezeigten Wasservorrat vermittels der Elektrolyseeinrichtung bereitzustellen vermag. Die Stromquelle kann einen Stromspeicher wie eine Batterie und/oder einen Akkumulator aufweisen. Insbesondere kann die Stromquelle eine photovoltaische oder durch Windkraft betriebene Einrichtung umfassen. Eine Sensoreinrichtung 34 dient der Überwachung des Methanreaktor und kann insbesondere etwa eine Wasserstoffsensoreinrichtung und/oder eine Kohlendioxidsensoreinrichtung und/oder eine Methansensoreinrichtung sowie Einrichtungen zum Erfassen von Betriebs- und Umgebungsparametern wie der Temperatur und Ähnlichem umfassen. Die Abführeinrichtung 16 ist derart ausgebildet, dass sie Kohlendioxid, welches in entschwefeltem Hydrolysegas enthalten ist, selektiv und/oder angesteuert in die Atmosphäre abzulassen und/oder der Biogasleitung 24 und/oder dem zugeordneten Speicher und/oder dem Methanogenesebehälter 20 und/oder dem Methanreaktor 30 zuzuführen vermag. Dazu weist die Abführeinrichtung 16 entsprechende ansteuerbare Elemente wie etwa Ventile und/oder einen Kompressor und/oder Leitungen auf und ist über eine Steuereinrichtung 40 ansteuerbar, welche mit den Sensoreinrichtungen 14, 26, 34 sowie gegebenenfalls weiteren Sensoreinrichtungen und/oder Steuereinrichtungen verbunden oder verbindbar ist. Durch Zufuhr von Kohlendioxid und/oder Hydrolysegas aus dem Hydrolysebehälter erniedrigt die Steuereinrichtung 40 gegebenenfalls den Methangehalt in der Biogasleitung 24, wenn Daten von der Methansensoreinrichtung 26 erkennen lassen, dass der Methangehalt über einen bestimmten Schwellenwert ansteigt. Alternativ kann die Steuereinrichtung 40 dazu ausgebildet sein, Methan aus dem Methanreaktor 30 zuzuführen, wenn der Methangehalt zu niedrig ist und/oder unterhalb eines Schwellenwertes liegt. Ferner vermag es die Steuereinrichtung 40, die Zufuhr von Kohlendioxid und/oder Kohlendioxid enthaltendem Hydrolysegas und/oder die Zufuhr von Wasserstoff über die Elektrolyseeinrichtung und/oder den Betrieb der Elektrolyseeinrichtung sowie die Heizung 32 basierend auf Daten von der den Methanreaktor überwachenden Sensoreinrichtung 34 zu steuern. Die Steuereinrichtung 40 kann als integrierte Steuereinrichtung mehrere oder alle der hierin beschriebenen Funktionen durchführen oder alternativ mehrere unabhängige Steuereinrichtungen umfassen, die zur Datenübertragung miteinander verbunden sein können, etwa über ein Bussystem und/oder ein herkömmliches Netzwerk.Eine Steuereinrichtung kann allgemein jeweils auf geeignete Art zur Datenübertragung, etwa über Kabel oder drahtlos, mit von ihr überwachten und/oder angesteuerten Sensoren und/oder Einrichtungen, wie insbesondere Ventilen,und/oder einer oder mehreren anderen Steuereinrichtungen verbunden oder verbindbar sein. In 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Verbindungen detailliert dargestellt.
• Bezugszeichenliste

10

Biogaseinrichtung

12

Hydrolysebehälter

14

Gassensoreinrichtung

16

Abführeinrichtung

18

Abtrenneinrichtung/Entschwefelungseinrichtung

20

Methanogenesebehälter

22

Substratzufuhr

23

Substratvorrat

24

Biogasleitung

26

Methansensoreinrichtung

30

Methanreaktor

32

Heizung

34

Sensoreinrichtung

40

Steuereinrichtung

Claims (9)

1. Biogaseinrichtung (10) mit: einem Hydrolysebehälter (12), welcher zur Durchführung einer Hydrolyse an einem biologisch abbaubaren Substrat ausgebildet ist, wobei bei der Hydrolyse ein Kohlendioxid enthaltendes Hydrolysegas entsteht; und einer Kohlendioxidabführeinrichtung (16), welche es vermag, im Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter (12) abzuführen; wobei vermittels der Abführeinrichtung (16) das abgeführte Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassbar und/oder einem Energiegasbehälter, welcher ein Biogasspeicher und/oder ein Methanreaktor (30) ist, und/oder einer Biogasleitung (24), welche einem Methanogenesebehälter (20) nachgeschaltet ist, zuführbar ist, wobei im Methanreaktor (30) Wasserstoff mit Kohlendioxid chemisch zu Methan umsetzbar ist, welches dem Biogasspeicher und/oder der Biogasleitung (24) zuführbar ist, wobei eine Steuereinrichtung (40) derart ausgebildet ist, dass die Kohlendioxidzufuhr und/oder die Zufuhr von Methan aus dem Methanreaktor (30) derart ansteuerbar ist, dass in der Biogasleitung (24) im Biogas ein konstanter Methangehalt vorliegt.
2. Biogaseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Biogaseinrichtung (10) mindestens eine Abtrenneinrichtung (18) aufweist, welche es vermag, zumindest eine Komponente des Hydrolysegases vom Hydrolysegas abzutrennen, wobei das Kohlendioxid mit weiteren verbleibenden Komponenten abführbar ist.
3. Biogaseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Abtrenneinrichtung (18) eine Filtereinrichtung und/oder Kühleinrichtung und/oder Kondensationseinrichtung und/oder Rückhalteeinrichtung und/oder Siebeinrichtung aufweist, welche es vermag, mindestens eine Komponente des Hydrolysegases von diesem zu trennen.
4. Biogaseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biogaseinrichtung einen Behälter zum Erzeugen von als Energieträger verwendbarem Biogas aus im Hydrolysebehälter behandeltem Substrat aufweist.
5. Biogaseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Methanreaktor (30) mit Abwärme versorgbar ist, wobei die Abwärme insbesondere von mindestens einem Prozessbehälter der Biogaseinrichtung, insbesondere dem Hydrolysebehälter (12) und/oder von dem Methanogenesebehälter (20) abführbar ist.
6. Biogaseinrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Methanreaktor (30) mit Wasserstoff aus einem Prozessbehälter, insbesondere dem Hydrolysebehälter (12), und/oder mit durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoff versorgbar ist.
7. Biogaseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abführeinrichtung (16) eine Gasüberwachungseinrichtung zum Überwachen und Einstellen des Kohlendioxids und/oder mindestens eine geeignete Gassensoreinrichtung, und/oder eine geeignete Steuereinrichtung und/oder mindestens eine Einrichtung zum Erhöhen und/oder Verringern des Drucks des Hydrolysegases im Hydrolysereaktor aufweist.
8. Verfahren zum Betreiben einer Biogaseinrichtung (10), bei welchem in durch Hydrolyse in einem Hydrolysebehälter (12) erzeugtem Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter (12) abgeführt und in die Atmosphäre entlassen und/oder einem Energiegasbehälter, welcher ein Biogasspeicher und/oder ein Methanreaktor (30) ist, und/oder einer Biogasleitung (24), welche einem Methanogenesebehälter (20) nachgeschaltet ist, zugeführt wird, wobei im Methanreaktor (30) Wasserstoff mit Kohlendioxid chemisch zu Methan umsetzbar ist, welches dem Biogasspeicher und/oder der Biogasleitung (24) zuführbar ist, wobei die Kohlendioxidzufuhr und/oder die die Zufuhr von Methan aus dem Methanreaktor (30) derart angesteuert wird, dass in der Biogasleitung (24) im Biogas ein konstanter Methangehalt vorliegt.
9. Verfahren zum Betreiben einer Biogaseinrichtung (10) nach Anspruch 8, bei welchem vorgesehen ist, dass im erzeugten Hydrolysegas enthaltenes Kohlendioxid aus dem Hydrolysebehälter (12) abgeführt und dem Biogasspeicher zugeführt wird, wobei der Partialdruck von Kohlendioxid, und/oder die Zusammensetzung des Gases innerhalb des Hydrolysebehälters überwacht und/oder eingestellt und/oder gesteuert wird.

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