Biogas Flashcards
Was ist Biogas?
- Erneuerbare Energiequelle, die durch die anaerobe Vergärung von organischem Material erzeugt wird
- Variiert in seiner Zusammensetzung je nach Material/Feedstock:
- Kohlenhydrate: ca. 50 Vol.-% Methan
- Fette: ca. 70 Vol.-% Methan
- Proteine: ca. 84 Vol.-% Methan
Was ist Anaerobic digestion /degradation / treatment
These terms are all used
interchangeably, and mean “breaking down of organic matter”
Was ist Digestate / digester residue / digested organic matter
the effluent from a digester; the liquid product of the anaerobic digestion process
Was ist Biogas digester / anaerobic digester?
A covered vessel (or reactor) in which anaerobic digestion occurs
Was ist Methane? Wie ist es bei standard Konditionen? Was ist der boiling Point?
- Hauptbestandteil von “Erdgas”, ca. 97 Volumenprozent
- Bei Standardbedingungen: farbloses, geruchloses Gas (der für Erdgas charakteristische Geruch ist eine künstliche Sicherheitsmaßnahme, die durch den Zusatz eines Geruchsstoffes hervorgerufen wird)
- Siedepunkt von -162°C bei einer Atmosphäre (Dichte 0,72 kg/m3)
Ab wie viel Prozent Methan ist Luft flammable?
5-15%
Werden organische Substanzen unter anaeroben Konditionen fermentiert?
Ja, org. Substanzen werden nicht oxidiert sondern reduziert (fermentiert) und produzieren dabei statt 32 2 Moleküle ATP
Was sind bei der Fermentation die Elektronen Akzeptoren, wie schnell ist der Prozess und wie ist die Temperaturabhängigkeit?
- Energiereiche Endprodukte, wie organische Säuren oder Alkohole sind Elektronenakzeptoren
- Es handelt sich um einen “langsamen” Prozess (niedrige Wachstumsrate von Methanogenen) im Vergleich zu aeroben Prozessen → lange Verweilzeiten des Schlamms sind erforderlich
- Wie alle biologischen Prozesse ist er temperaturabhängig (höhere Umsetzungs höhere Umsetzungsraten bei höheren Temperaturen) → Faulbehälter sind typischerweise beheizt / isoliert oder unterirdisch
Was sind die 4 Schritte des anaeroben Digestion Processes?
- Hydrolyse
- Acidogenese
- Acetogenese
- Methanogenese
Was passiert bei der Hydrolyse?
- Bakterien bauen unlösliche organische Polymere (Proteine, Lipide, Kohlenhydrate) in lösliche Oligo- und Monomere ab
- erfordert eine Kombination von Exoenzymen und Zeit, um die komplexen Molekülstrukturen aufzubrechen (sterische Hinderung)
- fakultativ anaerob oder streng anaerob, sehr widerstandsfähig gegenüber wechselnden Bedingungen
Was passiert bei der Acidogenese?
- fermentative Bakterien bauen Stoffe aus der Hydrolyse zu niedermolekularen Zwischenprodukten ab (Aminosäuren, kurzkettige Carbonsäuren, Alkohole)
Was passiert bei der Acetogenese?
- Zwischenprodukte der Acidogenese in Essigsäure umgewandelt Säure, H2, CO2
- pH-Wert von etwa 4,5 bis 6,0
Was passiert bei der Methanogenese?
- streng anaerobe methanogene Archaeen wandeln Wasserstoff, Essigsäure und Kohlendioxid in Methan um
- Langsam wachsend und empfindlich gegenüber wechselnden Bedingungen und Hemmstoffen wie Ammoniak
- physikalische und chemische Parameter einstufiger Systeme zugunsten der Archaeen eingestellt (neutrale pH-Werte, mesophil)
- Zwei Wege zur Methanproduktion: hydrogenotrophisch:
4H2 + CO2»_space;> CH4 + 2H2O
acetoklastisch:
CH3COOH»_space;> CH4 + CO2
Welche 2 Phase arbeiten miteinander?
Die Acidogenese und die Methanogenese
Was sind die Milestones in der Geschichte von Biogas?
Früher einfach gemacht zum Heizen, Kochen etc.
- A. Volta (1776) beobachtete bei der Zersetzung von organischen Stoffen in Abwesenheit von Luft die Bildung von brennbarem Gas
- Sir Humphry Davy (1808) entdeckte die Entflammbarkeit von Methan
- 1930s 40s gabs Forschung und Entwicklung zur Produktion und Nutzung von Biogas in DL
- mid 20th Century: Entwicklung von Biogas-Fermentern
- late 20th Century: Biogas als erneuerbare Energie?
- 21th Century: Staatliche Anreize und Richtlinien»_space; Entwicklung von Biogas-Projekten
Was fließt in den Anaerobic Digester?
- Livestock Waste
- Crops
- Waste Water
- Food Waste
Was fließt aus dem Anaerobic Digester?
- Biogas
- Digestate
Was kann man aus Biogas ziehen?
- Heat
- Elektrizität
- Biomethane (für Fuel und Gas Grid)
Was kann aus dem Digestate gemacht werden?
- Fertilizer
- Soil amendments
- Livestock bedding
Was sind die main Energie consumers bei einer Biogas Plant?
Mixing
Heating
Pretreatment
What do we want to know and control in our process?
- stirrer speed
- Temp. – Thermometer
- pH Value
- Off-Gas/ Methane Concentration
- DOC of Feed
- Volatile Fatty Acids
- Dry Matter Conc. darf nicht zu hoch sein wegen Stirrer
Was sind Vor- und Nachteile von dem Biogas Prozess?
+ :
keine Abhängigkeit von Environmental Einflüssen
Renewable
Simple Application
– :
Konkurrenz mit Food Industry
high investment
feedstock dependancy
nicht beliebt
Was sind Voraussetzungen für geeignete Substrate?
- Organisches Material
- Flüssiges oder festes organisches Material mit einem Wassergehalt von ~ 50% oder mehr)
- Geeignetes C/N-Verhältnis (idealerweise zwischen 20:1 und 30:1)
Wie wird das Digestate getreated?
- Fest-Flüssig-Trennung: mit Sedimentation, Schneckenpressen, Zentrifugen oder Bandfiltern
-
Kompostierung: Stabilisierung der organischen Substanz, Reduzierung von Krankheitserregern und Unkrautsamen, beinhaltet
Belüftung - Trocknung: Reduzierung von Volumen und Gewicht
-
Hygienisierung: Reduzierung von Krankheitserregern durch Erhitzung/UV-Bestrahlung (besonders wichtig bei der Verwendung
als Düngemittel für Nahrungspflanzen) - Nährstoffrückgewinnung: Extraktion von Stickstoff und Phosphor aus dem Gärrest
- Pelletierung oder Granulierung: pelletierte oder granulierte Gärreste (Handhabung, Transport usw.)
