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Die
Erfindung betrifft eine Biogasanlage nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs
1 sowie ein Fermentermodul zum Bilden eines Fermenterraums einer
derartigen Biogasanlage gemäß Schutzanspruch 16.
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Biogasanlagen
stellen einen wichtigen Beitrag im Rahmen erneuerbarer Energien
dar. Üblicherweise bestehen Biogasanlagen aus fest installierten
Bauobjekten vor Ort. Hierzu bedarf es umfangreicher Genehmigungen
und Planungsarbeiten. Dies ist oft mit einem sehr hohen finanziellen
und zeitlichen Aufwand verbunden. Gerade diese Umstände einer
langen Projektentwicklungsphase halten Investoren und öffentliche
Auftraggeber oft von derartigen Projekten ab. Zudem schließt
die feste, ortsgebundene Verbauung der Komponenten ein Leasingmodell als
Finanzierung so gut wie aus. Eine wichtige Kenngröße
von Biogasanlagen ist das Faulraumvolumen bzw. das so genannte Fermentervolumen.
Insbesondere bei mobilen Biogasanlagen ist es schwierig, ein großes
Faulraumvolumen bzw. Fermentervolumen zu erreichen.
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Durch
das größenmäßig beschränkte
Faulraumvolumen liegt die elektrische Leistung mobiler Biogasanlagen
meist in einem Bereich von 10–50 kW. Leistungssteigerungen
sind bisher nur durch den Einsatz oder die Zugabe von sehr ergiebigen
Substraten oder Hilfsstoffen möglich. Dies ist jedoch nicht wirtschaftlich
angesichts der Vergütungsstruktur für erneuerbare
Energie.
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Die
DE 199 58 142 A1 beschreibt
eine transportable, modular aufgebaute Biogasanlage, bei der mehrere
Fermenter mit einem Energieteil gekoppelt werden können,
wobei die Fermenter in Reihe oder parallel beschickt werden können.
Bei einer Beschickung der Fermenter in Reihe werden die verschiedenen
Fermentervolumina durch Leitungen miteinander verbunden. Hierbei
sind jedoch alle Komponenten wie Pumpen und Rührwerksmotoren
in mehrfacher Anzahl installiert, was wiederum mit hohen Kosten
verbunden ist und zudem einen höheren Eigenenergiebedarf
bewirkt. Nachteilig hieran ist auch, dass ein separater Gasspeicher
benötigt wird. Schließlich ist auch von Nachteil,
dass zusätzliche Komponenten, nämlich Leitungen,
zur Verbindung der verschiedenen Fermentervolumina benötigt
werden. Zudem ist solch eine Biogasanlage technisch aufwändig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine transportable, modular
aufgebaute Biogasanlage aufzuzeigen, bei der technisch einfach und
kostengünstig ein großes Fermentervolumen gebildet werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Biogasanlage nach Anspruch 1 gelöst.
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Insbesondere
wird die Aufgabe durch eine transportable, modular aufgebaute Biogasanlage
mit einem zusammenhängenden Fermenterraum gelöst, wobei
der Fermenterraum von mindestens zwei an ihren Stirnseiten miteinander
verbindbaren bzw. verbundenen, transportablen Fermentermodulen mit
jeweils einer im Wesentlichen ebenen Grundfläche gebildet
wird.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung besteht darin, dass die Volumina
der verschiedenen Fermentermodule nicht durch Leitungen miteinander
verbunden werden müssen, sondern dass die Fermentermodule
in einem verbundenen Zustand einen zusammenhängenden Fermenterraum
bilden und dass die Fermentermodule jeweils eine ebene Grundfläche haben.
Ein Vorteil hiervon ist, dass hierdurch auf einfache Art und Weise
und kostengünstig ein Fermenterraum mit einem großen
Fermentervolumen gebildet werden kann. Da keine Leitungen benötigt
werden, um die Volumina der verschiedenen Fermentermodule miteinander
zu verbinden, können die Leitungen auch nicht verstopfen.
Zudem können die Fermentermodule ohne Fundamente auf jede
im Wesentlichen ebene Fläche aufgestellt werden. Dies spart
Aufwand, Kosten und Zeit bei der Aufstellung der Fermentermodule.
Darüber hinaus erleichtert eine ebene Grundfläche
den Transport eines Fermentermoduls wesentlich, da die Ladeflächen
von Transportfahrzeugen i. A. eben sind.
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Die
Fermentermodule können einen im Wesentlichen rechteckigen
Querschnitt aufweisen. Hierdurch wird ein platzsparender Aufbau
mehrere Fermentermodule nebeneinander gewährleistet. Zudem können
die Fermentermodule leicht aufeinander gestapelt werden.
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In
einer Ausführungsform sind die Fermentermodule durch einen
oder mehrere Verbindungsflansche miteinander verbunden. Ein Vorteil
hiervon ist, dass die Fermentermodule schnell und technisch einfach
sowie kostengünstig vor Ort miteinander verbunden werden
können. Zudem können die Fermentermodule schnell
und technisch einfach sowie kostengünstig wieder getrennt
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform weisen die Fermentermodule
jeweils Abmessungen auf, die maximal 15 m in der Länge,
3,5 m in der Breite und 3,5 m in der Höhe betragen. Hierdurch
werden der Aufwand und die Kosten für einen Transport auf
dem öffentlichen Straßen- und/oder Bahnnetz und/oder mit
Schiffen deutlich verringert. Spezielle Einzelgenehmigungen für
den Transport auf öffentlichen Straßen werden
für Fermentermodule mit diesen Maximalmaßen i.
A. nicht benötigt.
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Die
Fermentermodule können im Wesentlichen gleich groß sein.
Ein Vorteil hiervon ist, dass der zusammenhängende Fermenterraum
somit ein Volumen erreichen kann, das dem Doppelten der ohne spezielle
Einzelgenehmigungen im öffentlichen Straßenverkehr
transportierbaren Containergröße entspricht.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind die Fermentermodule
im Wesentlichen identisch. Hierdurch wird der Herstellungsprozess
der Fermentermodule stark vereinfacht. Dies spart darüber
hinaus aufgrund der Standardisierung Kosten bei der Herstellung
der Fermentermodule. Zudem können die Lieferungszeiten
deutlich verkürzt werden, da die Fermentermodule aufgrund
ihrer Standardisierung auf Vorrat produziert werden können.
Eine Verwechslung der Fermentermodule beim Aufbau der Fermentermodule
ist hiermit zudem ausgeschlossen.
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Jedes
der Fermentermodule kann eine im Wesentlichen horizontal verlaufende
Rührwerkswelle umfassen, wobei die Rührwerkswellen
drehfest miteinander verbindbar bzw. verbunden sind, wobei vorzugsweise
die Rührwerkswellen durch einen einzigen gemeinsamen Antrieb
angetrieben werden. Vorteilhaft hieran ist, dass nicht jedes der
Fermentermodule einen eigenen Rührwerksantrieb braucht,
sondern dass ein Rührwerksantrieb ausreicht, um die Rührwerkswellen
mehrerer bzw. aller Fermentermodule anzutreiben. Alternativ können
die Rührwerkswellen nicht verbunden sein und jede Rührwerkswelle
wird durch einen eigenen Antrieb angetrieben. Hierdurch muss die
Rührwerkswelle geringere Torsionskräfte aushalten
und kann somit weniger stabil ausgelegt sein.
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Vorzugsweise
sind die Hüllen der Fermentermodule selbsttragend, insbesondere
aus Stahl bestehend. Ein Vorteil hiervon ist, dass der Transport der
Fermentermodule vereinfacht wird. Zudem können die Fermentermodule
während des Transports aufeinander gestapelt transportiert
werden, ohne dass sich die Form der Fermentermodule wesentlich verändert.
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Die
selbstragenden Hüllen der Fermentermodule können
derart stabil sind, dass die Fermentermodule im verbundenen Zustand
transportabel sind. Hierdurch verringert sich bei Änderungen
des Aufstellungsorts der Aufwand, da die Fermentermodule zum Transport
hierzu nicht getrennt werden müssen.
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Die
Außenseiten des Fermenterraums können eine Isolierung,
insbesondere aus Isolierungsplatten, vorzugsweise Mineralwolle umfassend,
zur Verringerung des Wärmeverlustes und zum Witterungsschutz
umfassen. Hierdurch ist es einfacher, die für die Vergärung
der Biomasse benötigten Temperaturen im Fermenterraum zu
erreichen bzw. zu halten.
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In
einer weiteren Ausführungsform weisen die Fermentermodule
im verbundenen Zustand eine gemeinsame, nach oben hin gerichtete Öffnung
auf, über der eine Gasspeicherfolie, insbesondere ein Doppelmembran-Tragluftdach,
zum Bilden eines gemeinsamen Gasspeichers anordbar ist. Hierdurch wird
nur ein gemeinsamer Gasspeicher benötigt, was Materialkosten
spart und den technischen Aufwand reduziert. Zudem kann hierdurch
ein Druckausgleich zwischen den verschiedenen Fermentermodulen stattfinden.
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Ein
Träger für Mikroorganismen zur biologischen Entschwefelung
kann zwischen dem Fermenterraum und einem Gasspeicher anordbar sein.
Hierdurch wird das entstandene Biogas beim Übergang vom
Fermenterraum zu dem Gasspeicher auf technisch einfache Art und
Weise entschwefelt, was eine leichtere Weiterverwendung des Biogases
ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform stehen die Längsseiten
von zwei der Fermentermodule mit Längsseiten mindestens
zweier weiterer Fermentermodule in Kontakt, die einen weiteren Fermenterraum
bilden. Auf diese Weise kann die Wärmeabstrahlung der Fermentermodule
reduziert und die Eigenisolierungswirkung erhöht werden.
Zudem wird durch diese Anordnung eine sehr kompakte und platzsparende
Gesamtdimension bewirkt.
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Zwischen
den Fermenterräumen können Fermenterheizungselemente,
insbesondere Heizungsrohre, vorzugsweise mit einem U-Profil, angeordnet
sein. Hierdurch erniedrigen sich die Wärmeverluste der
Heizelemente, wodurch weniger Energie zum Heizen oder Kühlen
benötigt wird.
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An
mindestens einer Längsseite der Fermentermodule können
Fermenterheizungselemente, insbesondere Heizungsrohre, vorzugsweise
mit einem U-Profil, zum Heizen oder Kühlen des Fermenterraums
angeordnet sein. Hierdurch kann auf technisch einfache Art und Weise
die Temperatur, die zur Vergärung der Biomasse benötigt
wird, erreicht bzw. gehalten werden.
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Mit
der vorliegenden Anmeldung wird nicht nur die erfindungsgemäße
Biogasanlage beansprucht, sondern es werden hiermit auch die einzelnen
Fermentermodule zum Bilden eines Fermenterraums der erfindungsgemäßen
Biogasanlage offenbart und beansprucht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Hierbei zeigen
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Biogasanlage;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Fermentermoduls;
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3 eine
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Biogasanlage
mit zwei nebeneinander angeordneten Fermentermodulen; und
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4 eine
Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Biogasanlage
mit vier Fermentermodulen.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich
wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Biogasanlage.
Die Biogasanlage umfasst zwei Fermentermodule 10, die an
ihren Stirnseiten durch Verbindungsflansche 45 und/oder Dichtungen
miteinander verbunden sind, so dass sie einen zusammenhängenden
Fermenterraum 20 bilden. 2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Fermentermoduls 10.
Das Fermentermodul 10 weist eine Fermenterhülle
auf, die selbsttragend ist und vorzugsweise aus Stahl besteht. Die
Fermenterhülle kann auch aus einem anderen Metall oder
Metalllegierung bestehen. Vorstellbar ist auch, dass die Fermenterhülle
aus Kunststoff oder anderen Materialen besteht.
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Die
Fermenterhülle wird entsprechend den jeweiligen Anforderungen
gefertigt. Das Fermentermodul 10 hat eine ebene Grundfläche.
Der Querschnitt des Fermentermoduls 10 ist rechteckig.
Das in 1 gezeigte Fermentermodul 10 hat eine
quaderförmige Form. Andere Formen und Querschnitte des
Fermentermoduls 10 sind vorstellbar.
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Die
Abmessungen des Fermentermoduls 10 orientieren sich erstrangig
an den Einschränkungen für maximale Fahrzeugdimensionen
innerhalb der Straßenverkehrsordnung der in den jeweiligen
Ländern geltenden Bestimmungen für Sondertransporte. Um
einen vernünftigen wirtschaftlichen Kompromiss zwischen
maximalem Fermentervolumen, Anzahl der zu montierenden Fermentermodule,
dem damit verbundenen Montageaufwand vor Ort, den entsprechenden
Transport- und Genehmigungsaufwand für Sondertransporte
sowie den damit verbunden Kosten zu finden, werden diese Maße
in der Regel ca. 15 m in der Länge, ca. 3,5 m in der Breite
und ca. 3,5 m in der Höhe nicht überschreiten.
Die Maße der Fermentermodule sind insbesondere darauf ausgelegt, dass
sie unterhalb der Maße liegen, bei denen der Transportaufwand
im jeweiligen Land, insbesondere aufgrund von gesetzlichen Anforderungen,
immens ansteigt. Vorzugsweise überschreiten die Fermentermodule
eine Größe von ca. 12,20 m in der Länge,
ca. 2,55 m in der Breite und ca. 2,50 m in der Höhe nicht. Durch
diese Maximalmaße wird der Transportaufwand noch einmal
deutlich verringert. Andere größere oder kleinere
Maße sind jedoch vorstellbar.
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Vorstellbar
ist ebenfalls, dass das Fermentermodul die Größe
eines ISO-Containers aufweist. Dadurch kann die bereits vorhandene
Infrastruktur zum Transport von ISO-Container genutzt werden, wodurch
der Aufwand und die Kosten für den Transport erheblich
sinken.
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Drei
Längsseiten des Fermentermoduls 10 sind geschlossen,
während die nach oben zeigende Längsseite eine Öffnung
aufweist. Die auf 2 vordere Stirnseite ist nicht
geschlossen, sondern weist ein Kreuz aus Stahl auf, um das Fermentermodul 10 zu
stabilisieren. Die in 2 abgewandte Stirnseite des
Fermentermoduls 10 ist vollständig geschlossen. In
der Nähe der auf 2 abgewandten
Stirnseite befindet sich auf der oberen Seite des Fermentermoduls 10 ein
Mannloch bzw. Kontrollfenster 40, durch das während
des Betriebs der Biogasanlage Kontroll- und Wartungsarbeiten in
dem Fermentermodul 10 durchgeführt werden, gegebenenfalls
auch indem ein Mensch durch das Mannloch 40 in das Fermentermodul 10 steigt. Über
dieses Mannloch 40, welches im Betrieb durch einen sich
abdichtenden Deckel (nicht gezeigt) verschlossen ist, wird ein direkter
Zugang in das Fermentermodul 10 bzw. in den Fermenterraum 20 ermöglicht.
Der Deckel kann durchsichtig sein oder es kann alternativ zum Deckel
ein Kontrollfenster über dem Mannloch 40 angebracht
sein. Durch das Kontrollfenster 40 kann der Innenraum des
Fermentermoduls 10 optisch untersucht werden.
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An
den Ecken der Längsseiten des Fermentermoduls 10 befindet
sich jeweils ein Verbindungspunkt 47, um das Fermentermodul 10 mit
weiteren Fermentermodulen 10 zu verbinden. An den Ecken der
nicht vollständig geschlossenen Stirnseite befinden sich
Verbindungsflansche 45, um das Fermentermodul 10 mit
einem weiteren Fermentermodul 10 an dessen offener Stirnseite
zu verbinden. Durch die miteinander in Kontakt stehenden offenen
Stirnseiten der verbundenen Fermentermodule 10 wird die
zu vergärende Biomasse von einem Fermentermodul 10 in
das andere Fermentermodul 10 bewegt. Die miteinander verbundenen
Fermentermodule 10 bilden so einen zusammenhängenden
Fermenterraum 20.
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Das
Fermentermodul 10 weist eine Rührwerkswelle 54 auf,
die im Wesentlichen horizontal entlang der Längsachse des
Fermentermoduls 10 verläuft. In dem Fermentermodul 10,
das in 2 gezeigt ist, ist die Rührwerkswelle 54 mittig
in einer Aufnahme für das Rührwerk mit Rührwerkslagerung 50 im
Fermentermodul 10 angeordnet. Die Rührwerkswelle 54 kann
auch (leicht) dezentral zur Mitte des Fermentermoduls 10 angeordnet
sein. Die Rührwerkswelle 54 weist mehrere Rührwerkspaddel 56 auf,
um bei Drehung der Rührwerkswelle 54 die zu vergärende
Biomasse zu durchmischen. Die Rührwerkspaddel 56 sind
in vorgegeben Abständen an der Rührwerkswelle 54 angebracht
und sind längs der Rührwerkswelle 54 im
Winkel zueinander versetzt angeordnet.
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Durch
den Einsatz von horizontalen, zentralen Rührwerken innerhalb
der Fermentermodule 10 macht sich die Erfindung die Vorteile
des Prinzips des Propfenstromfermenters zu Eigen. Propfenstromfermenter
sind seit langer Zeit bekannt und werden ausführlich zusammen
mit den Vorteilen dieses Prinzips in der Fachliteratur beschrieben.
Die Nutzung von Substraten mit hohen Trockensubstanzgehaiten (> 20%), kompaktere Bauweise,
geringerer energetischer Eigenbedarf, höhere Faulraumbelastung,
höhere Gasausbeuten und eine insgesamt effektivere Arbeitsweise
von Propfenstromfermentern gegenüber Rührkesselsystemen
werden in der Fachliteratur umfangreich dargestellt.
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An
dem offenen Ende des Fermentermoduls 10 befindet sich ein
Anschlussflansch 52 für das Rührwerk.
Hierdurch kann die Rührwerkswelle 54 drehfest
mit weiteren Rührwerkswellen 54 weiterer Fermentermodule 10 verbunden
werden. Wie in 1 gezeigt, befindet sich am
Ende des zweiten Fermentermoduls 10 ein Rührwerksmotor
mit Getriebe 53, der die Rührwerkswelle bzw. Rührwerkswellen 54 antreibt.
Im drehfest verbundenen Zustand der Rührwerkswellen 54 können
die Rührwerkswellen 54 mit einem einzigen Rührwerksmotor 53 angetrieben werden.
Dies erspart Kosten und reduziert die Fehleranfälligkeit
der Biogasanlage. Die Rührwerkswelle 54 des zweiten
Fermentermoduls 10 ist bereits bei Auslieferung in deren
späteren Betriebsposition beidseitig gelagert vormontiert,
also mit Rührwerksmotor mit Getriebe 53 verbunden.
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Alternativ
können die Rührwerkswellen 54 auch nicht
miteinander verbindbar bzw. verbunden sein. In diesem Fall wird
je Rührwerkswelle 54 ein separater Motor benötigt,
der bei Auslieferung des Fermentermoduls 10 bereits vormontiert
ist bzw. sein kann. Hierdurch muss die Rührwerkswelle 54 geringere
Torsionskräfte aushalten und kann somit weniger stabil
ausgelegt sein.
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Auf
der Oberseite des Fermentermoduls 10 befindet sich eine
Aufnahmeeinrichtung 32 für einen Träger 30.
Der Träger 30 ist für Mikroorganismen
zur biologischen Entschwefelung vorgesehen. Der Träger 30 kann
als Gewebematte, als Holzlattenkonstruktion oder als eine Verbindung
hieraus ausgeführt sein. Der Träger 30 für
Mikroorganismen erstreckt sich über fast die komplette
Länge des Fermentermoduls 10. Ein kleiner Teil
der Oberseite des Fermentermoduls 10 wird durch eine Decke
begrenzt, in die das oben beschriebene Mannloch/Kontrollfenster 40 angeordnet
ist. Durch die nach oben hin gerichtete Öffnung des Fermentermoduls 10 wird
ermöglicht, defekte Rührwerksteile auszutauschen,
ohne den Behälter entleeren zu müssen.
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Die
geschlossenen Außenseiten der Stahlhülle des Fermentermoduls 10 sind
mit Mineralwolle/Isolierungsplatten 12 zur Reduktion des
Wärmeverlustes und zum Witterungsschutz verkleidet. Die Bakterien,
die die Biomassen vergären, benötigen eine bestimmte
Temperatur, um den Vergärungsvorgang optimal ablaufen zu
lassen.
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Die
benötigte Temperatur hängt von den Bakterien ab,
die zur Vergärung verwendet werden. Sie liegt üblicherweise
im Bereich von ca. 38°C bis ca. 55°C. Es können
beispielsweise abhängig von der Substratart mesosphile
Bakterien verwendet werden, die eine Temperatur im Bereich von ca.
38°C bis ca. 43°C benötigen. Ebenso können
thermophile Bakterien verwendet werden, die eine Temperatur im Bereich
von ca. 43°C bis ca. 55°C benötigen.
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In 1 sind
zwei gleichgroße Fermentermodule spiegelsymmetrisch angeordnet,
d. h. die beiden offenen Stirnseiten der Fermentermodule 10 sind
durch ihre Verbindungsflansche 45 und/oder Dichtungen gasdicht
miteinander verbunden. Andere Arten der Verbindung zwischen den
Fermentermodulen 10, wie z. B. Verschweißen, Verkleben
etc., sind vorstellbar. Die beiden Fermentermodule 10 bilden einen
zusammenhängenden Fermenterraum 20.
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Die
Fermentermodule 10 können ohne aufwendige Bau-
und Montagearbeiten vor Ort verbunden werden, um eine Biogasanlage
basierend auf anaerober Vergärung von Biomasse und/oder
organischen Abfällen zu errichten. Die Fermentermodule 10 sind
transportabel und werkseitig vormoniert, so dass die Fermentermodule 10 vor
Ort nur noch verbunden werden müssen. Hiermit lassen sich
Biogasanlagen mit einer Bruttoenergieleistung errichten, die einer
elektrischen Äquivalenzleistung von mindestens 100 kW entspricht.
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Die
zu vergärende Biomasse wird in einen Substrataufgabebehälter
bzw. Substratmischer 72 gegeben, der an der geschlossenen
Stirnseite des ersten Fermentermoduls 10 angeordnet ist.
Zur Beschickung wird ein im Markt bekannter Futtermischer für
feste Substrate in Verbindung mit einer Suspensionsbeschickung 74,
welche die festen Substrate durch die Zufuhr von flüssigen
Substraten bzw. Rezirkulat zu einer homogenen Suspension vermischt, eingesetzt.
Von dem Substrataufgabebehälter 72 gelangt die
Biomasse durch die Suspensionsbeschickung 74 in die Substratzuführung 70,
von wo sie in den Fermenterraum 20 gelangt.
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Von
der linken Seite des Fermenterraums 20 in 1 bewegt
sich die Biomasse über die Zeit zu der Verbindungsstelle
zwischen den beiden Fermentermodulen 10, und von hier wiederum
zu dem anderen, in 1 rechten Ende des zweiten Fermentermoduls 10.
Gleichzeitig wird Biomasse durch den zweiten Fermenterraum 20 in
dieselbe Richtung bewegt. Dies wird als sogenannte Parallelbeschickung bzw.
Parallelbetrieb der beiden Fermenterräume 20 bezeichnet.
An diesem Ende wird der nichtvergärbare Gärrest
abgepumpt. Die Biomasse durchläuft die beiden Fermentermodule 10 kontinuierlich
von der Seite des Substrateintrags hin zur Seite des Austrages und
wird hierbei vom Rührwerk durchmischt. Die Taktung und
Menge der Substratzuführung und Gärrestabführung
wird über eine Anlagensteuerung (nicht gezeigt) geregelt.
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Ebenso
ist es möglich, dass die vier Fermentermodule 10 in
Serie betrieben werden. Das Substrat durchläuft die ersten
beiden miteinander verbunden Fermentermodule 10 in 4 von
links nach rechts. Nachdem das Substrat bzw. die Biomasse am rechten
Ende des ersten Fermenterraums 20 in 4 angelangt
ist, wird das Substrat, beispielsweise durch Pumpen, in den zweiten
Fermenterraum 20 befördert. Hier durchläuft
das Substrat den zweiten Fermenterraum 20 und damit die
beiden zweiten Fermentermodule 10 von rechts nach links
in 4, d. h. umgekehrt zu der Bewegungsrichtung im
ersten Fermenterraum 20. Vorzugsweise ist die Drehrichtung
der Rührwerkswelle 56 im zweiten Fermenterraum 20 ebenfalls
entgegengesetzt zur Drehrichtung der Rührwerkswelle im
ersten Fermenterraum 20.
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Die
Gärreste werden bei einem Betrieb der Fermenterräume 20 in
Serie auf derselben Frontseite der Fermenterräume 20 abgepumpt,
an der auch das Substrat zugeführt wird.
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Die
beiden miteinander verbundenen Fermentermodule 10 bilden
eine zusammenhängende, nach oben hin gerichtete Öffnung. Über
dieser Öffnung ist ein Tragluftdach 26 angeordnet
bzw. eine Gasspeicherfolie, das bzw. die gasdicht ist. Hierdurch
wird ein Gasspeicher 28 gebildet, der die gemeinsame Öffnung
der beiden Fermentermodule 10 überspannt. In diesem
Gasspeicher 28 wird das durch die Vergärung der
Biomasse entstehende Biogas gesammelt. Die Gasspeicherfolie stellt
basierend auf den Abmessungen der Fermentermodule ein größtmögliches
Gasspeichervolumen bereit.
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Das
Tragluftdach 26 schließt gasdicht mit den Rändern
der Fermentermodule 10 ab. Als Material für das
Tragluftdach 26 ist jede Art von Gasspeicherfolie vorstellbar.
Vorzugsweise ist das Tragluftdach bzw. die Gasspeicherfolie ein
Doppelmembran-Tragluftdach, welches basierend auf den Abmessungen
der Fermentermodule ein größtmögliches Volumen
bereitstellt. Es besteht aus einer inneren hochelastischen PE-Folie,
die als Biogasspeicher dient, und einer äußeren
Wetterschutzfolie aus PVC. Mittels eines Gebläses (nicht
gezeigt) wird die äußere Wetterschutzfolie des
Tragluftdaches 26 ständig in Form gehalten, so
dass sie gegen Sturm und Schneelasten weitgehend unempfindlich ist.
Der Innendruck überträgt sich über die
PE-Gasspeicherfolie auf den Gasraum der Fermentermodule und ergibt dadurch
gleichzeitig den Biogas-Systemdruck. Die innen liegende Gasspeicherfolie
passt sich flexibel an die Biogasproduktion an und ermöglicht
dadurch eine kontinuierliche und optimale Biogasabgabe und somit
eine kontinuierliche und optimale weitere Verwendung in einem Energieteil.
Vom Gasspeicher wird das biologisch entschwefelte Biogas über
eine Rohrleitung 85 außen am Fermentermodul 10 nach unten
geführt und dort zur Übergabe an einen Verbraucher,
wie z. B. ein Energieteil (nicht gezeigt), bereitgestellt. Das Energieteil
kann z. B. ein Blockheizkraftwerk, eine Brennstoffzelle oder einen
Heizbrenner umfassen, in dem im Wesentlichen nur Wärme und
kein Strom erzeugt wird.
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Das
Energieteil der Biogasanlage ist autark in einem separaten Container-Modul
(nicht gezeigt) untergebracht und ist mit der hier beschriebenen
Biogasanlage über Anschlüsse und Leitungen verbunden.
Auch besteht die Möglichkeit, das Energieteil durch Mikrogasleitungen
und/oder Nahwärmeleitungen entsprechend entfernt von der
Biogasanlage aufzustellen. Der Betrieb als so genanntes „Satellitenblockheizkraftwerk” ist
somit möglich.
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Für
alle nicht direkt die Fermentermodule 10 betreffenden Anlageteile
wie Substrateintrag, Hygienisierungseinheit, Energieeinheit zur
Verwertung des erzeugten Biogases, Endlager zur Aufbewahrung der Gärreste,
ein eventuell eingesetzter Separator zur Trennung der festen und
der flüssigen Phase des Gärrestes, eine eventuell
zusätzlich verwendete Entschwefelungseinheit etc. wird
auf die bereits in den Markt eingeführten und im Betrieb
erprobten Produkte verwiesen. Daher soll an dieser Stelle hierauf
nicht näher eingegangen werden.
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Vorzugsweise
soll bei allen mit dieser Erfindung zu verbindenden Komponenten
auf die innovativsten und effizientesten Produkte zurückgegriffen werden,
um ein Gesamtsystem zu schaffen, welches aus den in dieser Erfindung
dargestellten Fermentermodulen 10 die vorhanden Potentiale
abruft und somit in der Gesamtheit beim Betrieb die bestmöglichste
Nutzung der Ressourcen ermöglicht.
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Die
räumliche Anordnung der zusätzlichen Systemkomponenten
kann den Gegebenheiten vor Ort nach Bedarf entsprechend angepasst
werden. So kann beispielsweise der Substrateintrag entweder direkt
stirnseitig vor das Fermentermodul 10 oder auch neben das
Fermentermodul 10 platziert werden. Dementsprechend müssen
dann die Leitungen und Anschlüsse angepasst werden. Das
Energieteil kann den örtlichen Bedingungen angepasst platziert
werden.
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Die
in dieser Erfindung beschriebene transportable Biogasanlage kann
der am Standort entsprechend möglichen Gesamtkapazität
modular erweitert werden. Schaltet man der hier beschriebenen Biogasanlage
zusätzliche Gärbehälter nach, entsteht auf
diese Weise ein zweistufiges System, mit den hier beschriebenen
Fermentermodulen 10 als Hauptfermenter und weiteren Gärbehältern
als Nachfermenter. Die Vorteile eines zweistufigen Biogassystems
sind in der Fachliteratur einschlägig bekannt und sollen
hier nicht weiter ausgeführt werden. Zudem kann auf diesem
Weg eine Biogasanlage mit einer wesentlich höheren Anlagenleistung
entstehen. Die Dimensionierung richtet sich auch hier and der am
Standort möglichen Gesamtkapazität aus. Es ist durchaus
möglich, die hier beschriebene Biogasanlage einer bereits
bestehenden Biogasanlage vorzuschalten. Gerade auf diesem Weg kann
z. B. eine Rührkesselanlage durch die Vorteile des Propfenstromfermenters
eine wesentliche Erweiterung der Substratbandbreite zur Verfügung
gestellt werden.
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Die
Biogasanlage kann den Strom entweder ins Netz einspeisen, oder aber
in so genannten Insellösungen für den Eigengebrauch
bereitstellen. Die bei der Stromerzeugung zusätzlich anfallende
thermische Energie kann z. B. in öffentlichen Gebäude, Schulen,
touristische Einrichtungen, Sport- und Freizeiteinrichtungen, Hotels,
Krankenhäusern etc. eingesetzt werden.
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In 3 ist
eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Biogasanlage
gezeigt, bei der an die Längsseite der beiden Fermentermodule 10 zwei weitere
Fermentermodule 10 angeordnet sind, die einen weiteren
Fermenterraum 20 bilden. Diese vier Fermentermodule 10,
die insgesamt zwei zusammenhängende Fermenterräume 20 bilden,
werden von einem Tragluftdach 26 überspannt, das
einen gemeinsamen Gasspeicher 28 oberhalb der Fermentermodule 10 bildet.
Deutlich ist in 3 die Gasleitung 85 zu
erkennen, die von dem Gasspeicher 28 nach unten führt
und dort einen Anschluss zur Übergabe des Gases an einen
Verbraucher aufweist.
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Zweck
der längsseitigen Kontaktierung der beiden Fermenterräume 20,
die jeweils von zwei Fermentermodulen 10 gebildet werden,
ist die Reduzierung des Wärmeverlustes und die Erhöhung
der Eigenisolierungswirkung. Zudem wird durch diese Anordnung eine
sehr kompakte und platzsparende Gesamtdimension bewirkt. Insgesamt
besteht dieses System somit aus mindestens vier mechanisch, miteinander
verbundenen vorgefertigten Fermentermodulen 10. Das Gesamtbruttofermentervolumen
der vier Fermentermodule 10 weist vorzugsweise insgesamt
mindestens 450 m3 auf. Die durch das Aneinanderflanschen
entstandenen zwei Fermenterräume sind als selbsttragende
Konstruktion ausgeführt und jeweils zwei miteinander verbundene
Fermentermodule 10, die einen gemeinsamen Fermenterraum 20 bilden,
können durch ihre statischen Eigenschaften jeweils auch
im verbundenen Zustand als eine Einheit transportiert werden.
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Die
beiden Fermenterräume 20 werden vorzugsweise parallel
mit Substrat und gegebenenfalls mit Rezirkulat beschickt.
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Vorstellbar
ist ebenfalls, dass drei oder mehr Fermentermodule 10 miteinander
verbunden werden, um einen zusammenhängen Fermenterraum 20 zu
bilden. Hierbei haben die Fermentermodule 10 an den Rändern
einen anderen Aufbau als die Fermentermodule 10 in der
Mitte. Bei den Fermentermodulen 10 in der Mitte sind beide
Stirnseiten offen. Somit können noch größere
zusammenhängende Fermenterräume 20 gebildet
werden. Vorstellbar ist ebenfalls, dass drei, vier oder mehr Fermentermodule 10 nebeneinander
angeordnet werden. Somit werden mehrere Fermenterräume 20 nebeneinander
angeordnet. Die mehreren Fermenterräume 20 können
jeweils einen Gasspeicher, beispielsweise eine Gasspeicherfolie
haben, oder die mehreren Fermenterräume 20 können
einen gemeinsamen Gasspeicher aufweisen, beispielsweise eine Gasspeicherfolie,
die die nebeneinander angeordneten Fermenterräume 20 gemeinsam überspannt.
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4 zeigt
eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Biogasanlage,
die vier Fermentermodule 10 umfasst. Jeweils zwei der Fermentermodule 10 sind
stirnseitig miteinander verbunden. Die Längsseiten der
beiden Fermentermodule 10, die einen gemeinsamen Fermenterraum 20 bilden,
stehen in Kontakt mit den Längsseiten zweier weiterer Fermentermodule 10,
die wiederum einen gemeinsamen Fermenterraum 20 bilden.
Die Rührwerkswellen 54 der jeweiligen zwei Fermentermodule 10,
die einen gemeinsamen Fermenterraum 20 bilden, sind miteinander
drehfest verbunden, so dass sie durch jeweils einen Rührwerksmotor 53 angetrieben
werden können. Eine Rezirkulatleitung 65 verbindet
das eine Ende der Fermentermodule 10 mit der Suspensionsbeschickung 74,
um flüssige Biomasse zu der Suspensionsbeschickung 74 zu
leiten. Dies ist insbesondere bei der Zuführung von Substraten
mit hohen Trockensubstanzgehalten vorteilhaft.
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Vorstellbar
ist, dass eine oder zwei Längsseiten jedes Fermentermoduls 10,
die dem jeweils angrenzenden Fermentermodul 10 oder den
jeweils angrenzenden Fermentermodulen 10 zugewandt sind, offen
sind, so dass die vier Fermentermodule 10 einen einzigen
zusammenhängen Fermenterraum 20 bilden. Auf diese
Weise wird die Durchführung des Substrats durch die vier
Fermentermodule 10 vereinfacht.
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Vorstellbar
ist auch, dass weitere Längsseiten der Fermentermodule 10,
die anderen angrenzenden Fermentermodulen 10 zugewandt
sind, beispielsweise die untere Längsseite, geöffnet
sind, so dass durch Stapeln und nebeneinander Anordnen von mehreren
Fermentermodulen 10 ein noch größerer
Fermenterraum 20 gebildet wird.
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An
einer Stirnfläche der Fermentermodule 10 befindet
sich eine Gärrestablaufpumpe 60, die nichtvergärbare
Reste abpumpt. Die Gärrestablaufpumpe 60 pumpt
die Gärreste aus beiden Fermenterräumen 20 durch
Gärrestausbringrohre 61 ab und leitet sie in eine
Rohrleitung 62. Die Gärrestablaufpumpe 60 pumpt
ebenfalls das Rezirkulat aus einem oder beiden Fermenterräumen 20 und/oder
dem Separator ab und führt sie der Suspensionsbeschickung 74 zu.
Zwischen den Paaren von Fermentermodulen 10, die jeweils
einen gemeinsamen Fermenterraum 20 bilden, ist eine Fermenterheizung
angeordnet. Die Fermenterheizung umfasst Rohrleitungen 80,
die an den zwei gegenüberliegenden geschlossenen Längsseiten
der Fermentermodulen 10 (werkseitig) angebracht sind, und
die durch Heißwasser oder Kaltwasser im Betrieb eine gleichbleibende
Temperatur und somit ein für die Methanbakterien geeignetes Milieu
schaffen. Andere Heiz- oder Kühlmittel sind vorstellbar.
Die Heizungsrohre 80 stellen mittels Anschlussflansch einen
Zulauf und Ablauf zur Verbindung mit dem Energieteil bereit, das
im Normalfall als Energiequelle dient. Vorstellbar ist auch, dass
zwischen den Fermenterräumen 20 keine Heizungselemente
angeordnet sind, sondern nur an den freiliegenden geschlossenen
Längsseiten der Fermentermodule 10. Die Heizungsrohre
weisen vorzugsweise einen rechteckigen oder U-förmigen
Querschnitt auf. Hierdurch wird die Wärme- oder Kälteübertragung des
Wärme- oder Kühlmittels auf den Fermenterraum
erhöht.
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Die
Heizungselemente bzw. Heizungsrohre 80 können
als Heizungstaschen ausgebildet sein und an den Fermentermodulen 10 angebracht
werden. Die Heizungstaschen sind vorzugsweise als statisches Element
zur Stabilisierung der Fermenterhülle ausgebildet.
-
An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen
Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination,
insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich
beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann
geläufig.
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- 1
- Biogasanlage
- 10
- Fermentermodul
- 12
- Isolierungsplatten
- 20
- Fermenterraum
- 25
- Flansch
für Tragluftdach/Gasspeicherfolie
- 26
- Tragluftdach/Gasspeicherfolie
- 28
- Gasspeicher
- 30
- Träger
für Mikroorganismen
- 32
- Aufnahme
für Träger für Mikroorganismen
- 40
- Mannloch/Kontrollfenster
- 45
- Verbindungsflansch
- 47
- Verbindungspunkte
Fermenter
- 50
- Aufnahme
Rührwerk mit Rührwerkslagerung
- 52
- Rührwerk
mit Anschlussflansch
- 53
- Rührwerksmotor
mit Getriebe
- 54
- Rührwerkswelle
- 56
- Rührwerkspaddel
- 60
- Gärrestablauf-Pumpe
- 61
- Gärrestausbringrohre
- 62
- Gärresteablaufrohr
- 65
- Rezirkulatleitung
- 70
- Substratzuführung
- 72
- Substrataufgabebehälter/Substratmischer
- 74
- Suspensionsbeschickung
- 80
- Fermenterheizung/Rohrleitung
- 85
- Gasleitung/Anschluss Übergabe
Verbraucher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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