Leistungsfähigkeit der Trockenvergärung von nachwachsenden Rohstoffen unter thermophiler und mesophiler Prozessführung

Liebeneiner, Rolf

Die Bereitstellung von erneuerbarer Energie durch die Biogaserzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen (NawaRo) ist ein wichtiger Beitrag zu einer regenerativen Energieversorgung. Eine möglichst effektive Nutzung der eingesetzten Biomassen ist dabei ökologisch und ökonomisch notwendig. In dieser Arbeit wird die Trockenfermentation von NawaRo unter thermophilen und mesophilen Bedingungen hinsichtlich des CH4-Ertrags und der Prozessstabilität untersucht. Die Leistungsfähigkeit der Trockenfermentation wird mit Literaturergebnissen zur Nassfermentation verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die kontinuierliche Trockenfermentation von NawaRo Biogaserträge in Höhe der Nassfermentation erzielt. Die maximal unter stabilem Prozessverlauf erzielte Raumbelastung lag vier- bis fünfmal höher als bei Nassfermentationsanlagen. Die höheren Raumbelastungen der kontinuierlichen Trockenfermentation führen im Vergleich zur Nassfermentation zu einem, bezogen auf das Fermentervolumen, deutlich höheren Biogasertrag. Die Abbauleistung von NawaRo-Praxisanlagen mit unterschiedlichen Trockenfermentationstechniken wurde untersucht, dabei zeigte sich eine große Spannweite bei der Substratausnutzung. Die alleinige Vergärung von Mais- und Grassilage führte zu Prozessstörungen. Der Prozess konnte zum einen durch die Kovergärung geringer Mengen Rinderfestmistes, zum anderen durch die gezielte Zugabe von Makro- und Mikronährstoffen nachhaltig stabilisiert werden. Mit einer ausreichenden Nährstoffversorgung konnte auch bei hohen Raumbelastungen ein gleichbleibend hoher spezifischer CH4-Ertrag erzielt werden. Die untersuchten Substrate wurden in Batchversuchen unter thermophilen Bedingungen deutlich schneller abgebaut. In kontinuierlichen Versuchen führte dies zu einem deutlichen CH4-Mehrertrag, dieser lag substratabhängig bei bis zu 31%. Bei cellulosereichen Biomassen war der Unterschied am höchsten. Besonders bei hohen Leistungsdichten ist die Prozessüberwachung für einen wirtschaftlichen Betrieb entscheidend. Unterschiedliche Analysen wurden auf ihre Eignung zur frühzeitigen Erkennung von Prozessstörungen untersucht und daraus Handlungsempfehlungen für Betreiber abgeleitet.

The biogas production through fermentation of renewable resources makes a significant contribution to a renewable energy supply. An effective utilisation of the treated biomass is ecologically and economically necessary. The dry fermentation of renewable resources was investigated under thermophilic and mesophilic conditions. The aim was to identify a stable process with high methane yield. To evaluate the performance, the results were compared with references of wet fermentation. It was shown, that continuous dry fermentation achieves biogas yields comparable to wet fermentation. The maximum organic load which was realised through dry fermentation was about four to five times higher than by wet fermentation. The higher organic load leads to smaller digesters. Based on the digester volume dry fermentation could gain a significant higher biogas yield. The degradation performance of several full-scale dry fermentation plants was defined. It was determined a wide range of efficiency. The mono fermentation of corn and grass silage with high organic loads could not establish a stable process. Through co-digestion of small amounts of cattle manure or the dosage of micronutrients the process could stabilised. With a sufficient nutrient supply a constant high methane yield was shown. In batch tests, all examined substrates were degraded faster under thermophilic conditions. In continuous test this effect leads to a higher methane yield. Depending on the substrate the surplus was up to 31 %. Biomasses rich on cellulose show the biggest effect. The process monitoring is important for a successful operation, especially under high organic loads. Different analytical methods were tested for their ability to an early detection of process problems. Recommendations for operators were derived. The fertilisation effect of digestates from dry and wet fermentation differentiates mainly because of their input biomasses. The basic difference is the higher dry matter content of digestate of dry fermentation plants.

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Liebeneiner, Rolf: Leistungsfähigkeit der Trockenvergärung von nachwachsenden Rohstoffen unter thermophiler und mesophiler Prozessführung. 2010.

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