Intermediäre Belüftung zur Optimierung der Biogasqualität und -quantität

Thiel, Timo

Das Verfahren der intermediären Belüftung macht sich die unterschiedliche Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten zu Nutze. Hierzu wird kontinuierlich ein Teil des Biogasreaktors in einen separaten Behälter gepumpt, in diesem unterschiedlich lange belüftet und anschließend in den Fermenter zurückgepumpt. Kohlenstoffdioxid und Methan unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Löslichkeit in Wasser um den Faktor 40. Durch das Einblasen von Luft werden beide Gase ausgetrieben. Anschließend lösen sich im Fermenter beide Gase wieder bis zur Sättigung. Da sich wesentlich mehr Kohlenstoffdioxid löst, führt dies zu einer Aufreinigung des Biogases, gleichzeitig nimmt damit jedoch die Biogasquantität ab. Eine Steigerung der Methankonzentration um ca. 25 % konnte mit Hilfe dieses Verfahrens erreicht werden. Die Methanfracht, das produzierte Biogasvolumen multipliziert mit der Methankonzentration, erreichte zwischen 95 % und 100 % der Methanfracht der unbehandelten Reaktoren. Verglichen mit den am Markt etablierten Gasaufreinigungsverfahren konnten Energieeinsparungen von bis zu 50 % erreicht werden. Allerdings verschlechtert sich diese Bilanz durch den etwas höheren Methanschlupf von 5 % im Gegensatz zu durchschnittlich 1- 2 % bei den etablierten Verfahren. Wird der Energieverlust durch den Methanschlupf einberechnet so schneidet das Verfahren der intermediären Belüftung etwas schlechter ab. Hierbei handelt es sich jedoch um Ergebnisse einer nicht optimierten Versuchsanlage, so dass Effizienzsteigerungen hinsichtlich des Energieverbrauchs und des Methanschlupfes zu erwarten sind. Das Verfahren der intermediären Belüftung kann zur effizienten Biogasaufreinigung beitragen, hierfür sind jedoch weitere Forschungen und eine Optimierung des Verfahrens notwendig. Eine Optimierung der Belüftungseinrichtung und der Abstimmung von Belüftung und Ruhezeit sollte ebenso untersucht werden wie die Verringerung des Methanschlupfes.

The process of the intermediate aeration bases upon a different solubility of gases in liquid phases. Therefore a part of the digestate is continuously pumped into an aeration column, in which the digestate is aerated and afterwards recirculated into the digester. The solubility of carbon dioxide in water is 40 times higher compared with methane. The intermediate aeration will strip both gases. The aerated liquid is recirculated into the digester, in which carbon dioxide and methane from the biogas will solve in the liquid phase up to their saturation concentration. The result of stripping carbon dioxide and methane in the aeration column is a lower biogas quantity produced by the digester. Because of the its higher solubility less carbon dioxide will remain in the gas phase which results in a higher methane concentration in the gas phase - up to 25 %. Compared with processes on the market the technology of the intermediate aeration could save up to 50 % of the energy demand. Concerning also the loss of methane to the energy balance the intermediate aeration is slightly worse compared with established technologies. But the technology of the intermediate aeration is still in an experimental phase so a lot of improvements can be predicted in terms of methane leakage, construction and processing. The intermediate aeration could be a way for efficient biogas purification, but therefore more research and improvements of this technology have to be made.

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Thiel, Timo: Intermediäre Belüftung zur Optimierung der Biogasqualität und -quantität. 2013.

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