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NaWaRo > Methangärung > Flashcards

Methangärung Flashcards

1
Q

Was sind am Meisten als Substrat in BGA verwendet?

A
  • 46% NaWaRo (74% Maissilage; 10% Grassilage; Zuckerrüben; Getreidekorn)
  • 49% Wirtschaftsdünger
  • kommunale Bioabfälle
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Q

Wie sieht die Gleichung für Methangärung (anaerober mikrobieller Abbau von Biomasse/ Substrat) aus?

A

Substrat + H2O + Bakterien + Wärme → CH4 + CO2 + Gärrest

Achtung:
CH4 + CO2 ist Biogas
Das läuft ohne Licht

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3
Q

Wie läuft das Prozess für die Energieproduktion durch Methangärung?

A
  • z.B. wird Gülle in einem Fermenter rein gegeben
  • Dort wird Gas produziert, die in z.B. einem BHKW benutzt wird
  • BHKW gibt Wärme und Strom ab
  • Gärrest kann für den Landwirtschaft verwertet werden
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4
Q

Was sind die Biomassen bzw. Organische Substanzen, die eingesetzt werden kann?

A
  • Leicht lösliche Stoffe: Kohlenhydrate; Aminosäuren
  • Enzymatisch abbaubare Stoffe: Hemizellulose; Cellulose; Lipide, Proteine
  • Schwer abbaubare Stoffe: Teile der Cellulose
  • Nicht abbaubare Stoffe: Mineralstoffe; Lignin (aerob abbaubar)
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5
Q

Was kommt unter dem Gärrest?

A
  • Neue Organismen: Bakterien
  • Umgebaute organische Substanzen
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6
Q

Wie läuft die Methangärung für Biogas Produktion?

A

Organisches Material —> (Hydrolyse & Acidogenese) H2, CO2, Essigsäure —> (Methanogenese) CH4 & CO2
UND / ODER
Organisches Material —> (Hydrolyse & Acidogenese) Zucker, kurzkettige org. Säuren, Alkohole (hängt von Input Zusammensetzung ab) —> (Acetogenese) H2, CO2, Essigsäure —> (Methanogenese) CH4 & CO2

Achtung:
- H2S kann auch produziert werden, wenn viele Proteine gibt, das muss dan entschwefelt werden
- CH4 und CO2 können direkt in BHKW eingesetzt werden, aber CO2 muss rausgenommen werde, wenn in Leitung für Ersetzung von Erdgas benutzt wird
- Anteil von H2 und kurzkettige org. Säuren müssen ständig geprüft werden. Wenn sie steigen, dann gibt es Probleme bei Methanogenese bzw. Acetogenese.

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7
Q

Was sind die Bedingungen für Hydrolyse (auch: Verflüssigung)?

A

◼ Aerobe und fakultative anaerobe Bakterien
◼ Enzymwirkung
◼ Langsamer Vorgang
◼ pH_Opt: 4,5 – 6

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8
Q

Was sind die Bedingungen für Versäurung?

A

◼ Fakultative anaerobe Bakterien
◼ Sauerstoffverbrauch→anaerobe Bedingungen
◼ pH_Opt : 6 – 7,5

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9
Q

Was sind die Bedingungen für Essigsäurebildung?

A

◼ Sehr temperaturempfindlich

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10
Q

Was sind die Bedingungen für Methanbildung?

A

◼ Obligat anaerobe Bakterien
◼ pH_Opt : 6,6 – 8
◼ Bilden 90 % des Methans
◼ 70 % aus Essigsäure
◼ Lichtabschluss
◼ Wassergehalt mind. 50 %

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11
Q

Was sind die unterschiedlichen Temperaturbereiche für Methangärung?

A

◼ Psychrophil:
- <20°C
- kaum angewendet
◼ Mesophil:
- 30 – 48°C (opt. 35°C)
- Geringe Abwasserbelastung
- Hoher Umsatz komplexer Substrate
- Gute Entwässerbarkeit
◼ Thermophil:
- 48 – 65°C (opt. 50 – 55 °C)
- Gute Hydrolyseleistungen
- Hygienisierung

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12
Q

Was sind die max. Gasertrag [m3/kg oTS], CH4-Gehalt [%] und Energiegehalt [MJ/kg oTS] für Kohlenhydrate?

A

0,79; 50%; 14,4

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13
Q

Was sind die max. Gasertrag [m3/kg oTS], CH4-Gehalt [%] und Energiegehalt [MJ/kg oTS] für Proteine?

A

0,7; 71%; 17,6

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14
Q

Was sind die max. Gasertrag [m3/kg oTS], CH4-Gehalt [%] und Energiegehalt [MJ/kg oTS] für Fette?

A

1,25; 68%; 28,9

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15
Q

Was muss bei diesen Faustregeln für Gaserträge beachtet werden?

A

Verweilzeit spielt eine große Rolle

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16
Q

Was sind die Verfahrensarten bei Methangärung?

A
  • Nassfermentation (ca. 10% Trockensubstanz)
  • Trockenfermentation (» 10% Trockensubstanz bis max. 50%)
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17
Q

Vorteile von Nassfermentation?

A
  • Hohe spezifische Biogasausbeute
  • Automatisierbare Störstoffabtrennung
  • Gute Pump- und Mischbarkeit
  • Co-Vergärung möglich
18
Q

Vorteile von Trockenfermentation?

A
  • Geringes spezifisches Faulvolumen
  • Geringer spezifischer Wärmebedarf
19
Q

Was sind die unterschiedlichen Arten von Prozessführungen bei Methangärung?

A

◼ Einstufige Vergärung: Alles in einem Behälter
- Einfache Handhabung
- Geringe Investmentkosten
◼ Zweistufige Vergärung: Hydrolyse und Versäurung im ersten Behälter und Rest im zweiten
- Hohe Raum-Zeit-Ausbeuten
- Sicherer Betrieb
◼ Zweiphasige Vergärung: Hydrolyse und Versäurung im Behälter und Rest im Festbettreaktor
- Sehr hohe Raum-Zeit-Ausbeuten

20
Q

Wie sind die Verfahren unter Trockenvergärung eingeteilt?

A

◼ Containerverfahren
◼ Boxen-Fermenter
◼ Perkolationsverfahren
◼ Folienschlauch-Fermenter
◼ Pfropfenstromfermenter

21
Q

Wie sind die Verfahren unter kontinuierliche Nassvergärung eingeteilt?

A

◼ Durchfluss-Verfahren
◼ Durchfluss-Speicher-Verfahren
◼ Pfropfenstromfermenter

22
Q

Wie sind die Verfahren unter diskontinuierliche Nassvergärung eingeteilt?

A

◼ Wechselbehälter-Verfahren
◼ Batch-Verfahren
◼ Speicher-Verfahren

23
Q

Was sind die Arten von Reaktoren bzw. Fermenter?

A
  • Stehende Rundfermenter (Rührkesselprinzip, Volldurchmischung)
  • Liegende Fermenter (Pfropfenstrom)
24
Q

Was sind die Vor- und Nachteile von Stehende Rundfermenter?

A

◼ Vorteil: hohe Reaktorvolumen realisierbar (6.000 m3)
◼ Nachteil: Kurzschlussströmung, Totzonen im Fermenter

25
Q

Was sind die Vor- und Nachteile von liegende Fermenter?

A

◼ Vorteil: optimale Durchmischung des Fermenters
◼ Nachteil: geringere Reaktorvolumen realisierbar (800 m3)

26
Q

Was sind die Einflussgrößen bei Durchmischung?

A
  • Fermenter
  • Rührtechnik
  • Sedimentation
  • Schwimmdecke
  • Kurzschlussströmung
27
Q

Was sind die unterschiedlichen Arten von Rührwerken?

A
  • Pneumatische Rührwerke (z.B. Biogaseinpressung)
  • Hydraulische Rührwerke (z.B. Pumpe + Düse)
  • Mechanische Rührwerke (Haspel-Rührwerke, Paddel-Rührwerke, Propeller-Rührwerke)
28
Q

Was sind die Arten von Gasspeicher?

A
  • Doppelmembran-Gasspeicher
  • Nassspeicher (Wassertassengasometer; Wasserringgasometer)
  • Trockenspeicher (Folienspeicher)
29
Q

Warum muss man bei Trockenvergärung die Biomasse mit Inertgas spülen?

A

Um Luftsauerstoff raus zu nehmen, sodass es keine Mischung mit Methan entsteht, da es ein Explosionsgefahr vorhanden wäre

30
Q

Ist Trockenvergärung kontinuierlich oder diskontinuierlich und was ist die Lösung dafür?

A

Diskontinuierlich, was sehr ungünstig ist, deshalb können mehrere Fermenter operiert werden (mind. 4)

31
Q

Bei welchen Temp. Wird Trockenvergärung i.d.R. gemacht?

A

Mesophil

32
Q

Welcher Prozessschritt wird durchgeführt, nachdem die Biomasse mit Inertgas gespült wird und die Fermentation angefangen ist?

A

Perkolat wird gespritzt, was auch warm ist

33
Q

Was machen Enzyme bei Methangärung?

A

Beschleunigen Abbau von Makromolekule bei der Hydrolyse (Proteine, Cellulose und Hemicellulose)

34
Q

Was sind die Vorteile von Enzyme?

A

◼ Verringerung der Viskosität→niedrige Rührenergiekosten
◼ Steigerung der Biogasrate
◼ Einsparungen bei den Substratkosten
◼ Vermeidung von Schwimmschichten im Fermenter und Endlager

35
Q

Was sind die Nachteile von Enzyme?

A

◼ Enzyme sind selbst bakteriellem Abbau unterworfen
◼ Enzympräparate dem Prozess ständig zugefügt werden → zusätzliche Kosten!

36
Q

Wie wird Gärprodukt benutzt?

A
  • kann verbrannt werden, aber kaum gemacht, muss getrocknet und denitrifiziert werden
  • landwirtschaftlich verwertet
  • Als Gärprodukt vermarktet
37
Q

Was sind die Verfahrensschritte für Gasaufbereitung, wenn es im Erdgasnetz eingespeist werden muss?

A

◼ Gastrocknung: Kondensation in Erdleitung; Abscheidung mittels Kälteanlage; Absorption an Trocknungsmittel
◼ Entschwefelung: Interne / externe biologische Entschwefelung; Interne / externe chemische Entschwefelung
◼ CO2-Abtrennungsverfahren: Adsorptionsverfahren; Physikalische Absorption; Chemische Absorption; Membranverfahren

38
Q

Was sind die unterschiedlichen Verfahren zur Entschwefelung?

A
  • biologische Verfahren (Biotropfkörper; Im Gärbehälter)
  • chem. -phys Verfahren (Absorption; Adsorption; Fällung; Sonderverfahren)
39
Q

Was sind Beispiele von Entschwefelungsprozesse?

A

◼ Fällung durch direkte Eisensalzzugabe
◼ Reaktion an eisenhaltigen Massen zu Eisensulfid
◼ Reaktivadsorption an Aktivkohle
◼ Laugenwäsche
◼ Biologische Verfahren: z.B. Biosulfex-Verfahren (ist besser, weil Produkt is normalerweise nur Schwefel, was direkt in Landwirtschaft benutzt werden kann)

40
Q

Was sind die unterschiedlichen CO2-Abtrennungsverfahren?

A

◼ Druckwechseladsorption PSA (Physikalische Adsorptionvon CO2, H2S an Molekularsieb)
◼ Druckwasserwäsche DWW (Lösung von CO2, H2S, NH3 in Wasser unter Druck (6-8 bar))
◼ Glycoletherwäsche – Selexol (Physikalische Absorption von Molekülen (CO2, H2S) in Waschlösung unter Druck)
◼ Aminwäsche (Chemische Absorption von CO2, H2S an Waschlösung. Nicht unter Druck aber Wärme für Abscheider nötig)

41
Q

Für welche CO2-Abtrennungsverfahren is eine Vorreinigung nötig?

A

Für PSA und Aminwäsche, aber nicht für DWW und Selexol

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