Methangärung Flashcards
Was sind am Meisten als Substrat in BGA verwendet?
- 46% NaWaRo (74% Maissilage; 10% Grassilage; Zuckerrüben; Getreidekorn)
- 49% Wirtschaftsdünger
- kommunale Bioabfälle
Wie sieht die Gleichung für Methangärung (anaerober mikrobieller Abbau von Biomasse/ Substrat) aus?
Substrat + H2O + Bakterien + Wärme → CH4 + CO2 + Gärrest
Achtung:
CH4 + CO2 ist Biogas
Das läuft ohne Licht
Wie läuft das Prozess für die Energieproduktion durch Methangärung?
- 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
Was sind die Biomassen bzw. Organische Substanzen, die eingesetzt werden kann?
- 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)
Was kommt unter dem Gärrest?
- Neue Organismen: Bakterien
- Umgebaute organische Substanzen
Wie läuft die Methangärung für Biogas Produktion?
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.
Was sind die Bedingungen für Hydrolyse (auch: Verflüssigung)?
◼ Aerobe und fakultative anaerobe Bakterien
◼ Enzymwirkung
◼ Langsamer Vorgang
◼ pH_Opt: 4,5 – 6
Was sind die Bedingungen für Versäurung?
◼ Fakultative anaerobe Bakterien
◼ Sauerstoffverbrauch→anaerobe Bedingungen
◼ pH_Opt : 6 – 7,5
Was sind die Bedingungen für Essigsäurebildung?
◼ Sehr temperaturempfindlich
Was sind die Bedingungen für Methanbildung?
◼ Obligat anaerobe Bakterien
◼ pH_Opt : 6,6 – 8
◼ Bilden 90 % des Methans
◼ 70 % aus Essigsäure
◼ Lichtabschluss
◼ Wassergehalt mind. 50 %
Was sind die unterschiedlichen Temperaturbereiche für Methangärung?
◼ 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
Was sind die max. Gasertrag [m3/kg oTS], CH4-Gehalt [%] und Energiegehalt [MJ/kg oTS] für Kohlenhydrate?
0,79; 50%; 14,4
Was sind die max. Gasertrag [m3/kg oTS], CH4-Gehalt [%] und Energiegehalt [MJ/kg oTS] für Proteine?
0,7; 71%; 17,6
Was sind die max. Gasertrag [m3/kg oTS], CH4-Gehalt [%] und Energiegehalt [MJ/kg oTS] für Fette?
1,25; 68%; 28,9
Was muss bei diesen Faustregeln für Gaserträge beachtet werden?
Verweilzeit spielt eine große Rolle
Was sind die Verfahrensarten bei Methangärung?
- Nassfermentation (ca. 10% Trockensubstanz)
- Trockenfermentation (» 10% Trockensubstanz bis max. 50%)
Vorteile von Nassfermentation?
- Hohe spezifische Biogasausbeute
- Automatisierbare Störstoffabtrennung
- Gute Pump- und Mischbarkeit
- Co-Vergärung möglich
Vorteile von Trockenfermentation?
- Geringes spezifisches Faulvolumen
- Geringer spezifischer Wärmebedarf
Was sind die unterschiedlichen Arten von Prozessführungen bei Methangärung?
◼ 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
Wie sind die Verfahren unter Trockenvergärung eingeteilt?
◼ Containerverfahren
◼ Boxen-Fermenter
◼ Perkolationsverfahren
◼ Folienschlauch-Fermenter
◼ Pfropfenstromfermenter
Wie sind die Verfahren unter kontinuierliche Nassvergärung eingeteilt?
◼ Durchfluss-Verfahren
◼ Durchfluss-Speicher-Verfahren
◼ Pfropfenstromfermenter
Wie sind die Verfahren unter diskontinuierliche Nassvergärung eingeteilt?
◼ Wechselbehälter-Verfahren
◼ Batch-Verfahren
◼ Speicher-Verfahren
Was sind die Arten von Reaktoren bzw. Fermenter?
- Stehende Rundfermenter (Rührkesselprinzip, Volldurchmischung)
- Liegende Fermenter (Pfropfenstrom)
Was sind die Vor- und Nachteile von Stehende Rundfermenter?
◼ Vorteil: hohe Reaktorvolumen realisierbar (6.000 m3)
◼ Nachteil: Kurzschlussströmung, Totzonen im Fermenter
Was sind die Vor- und Nachteile von liegende Fermenter?
◼ Vorteil: optimale Durchmischung des Fermenters
◼ Nachteil: geringere Reaktorvolumen realisierbar (800 m3)
Was sind die Einflussgrößen bei Durchmischung?
- Fermenter
- Rührtechnik
- Sedimentation
- Schwimmdecke
- Kurzschlussströmung
Was sind die unterschiedlichen Arten von Rührwerken?
- Pneumatische Rührwerke (z.B. Biogaseinpressung)
- Hydraulische Rührwerke (z.B. Pumpe + Düse)
- Mechanische Rührwerke (Haspel-Rührwerke, Paddel-Rührwerke, Propeller-Rührwerke)
Was sind die Arten von Gasspeicher?
- Doppelmembran-Gasspeicher
- Nassspeicher (Wassertassengasometer; Wasserringgasometer)
- Trockenspeicher (Folienspeicher)
Warum muss man bei Trockenvergärung die Biomasse mit Inertgas spülen?
Um Luftsauerstoff raus zu nehmen, sodass es keine Mischung mit Methan entsteht, da es ein Explosionsgefahr vorhanden wäre
Ist Trockenvergärung kontinuierlich oder diskontinuierlich und was ist die Lösung dafür?
Diskontinuierlich, was sehr ungünstig ist, deshalb können mehrere Fermenter operiert werden (mind. 4)
Bei welchen Temp. Wird Trockenvergärung i.d.R. gemacht?
Mesophil
Welcher Prozessschritt wird durchgeführt, nachdem die Biomasse mit Inertgas gespült wird und die Fermentation angefangen ist?
Perkolat wird gespritzt, was auch warm ist
Was machen Enzyme bei Methangärung?
Beschleunigen Abbau von Makromolekule bei der Hydrolyse (Proteine, Cellulose und Hemicellulose)
Was sind die Vorteile von Enzyme?
◼ Verringerung der Viskosität→niedrige Rührenergiekosten
◼ Steigerung der Biogasrate
◼ Einsparungen bei den Substratkosten
◼ Vermeidung von Schwimmschichten im Fermenter und Endlager
Was sind die Nachteile von Enzyme?
◼ Enzyme sind selbst bakteriellem Abbau unterworfen
◼ Enzympräparate dem Prozess ständig zugefügt werden → zusätzliche Kosten!
Wie wird Gärprodukt benutzt?
- kann verbrannt werden, aber kaum gemacht, muss getrocknet und denitrifiziert werden
- landwirtschaftlich verwertet
- Als Gärprodukt vermarktet
Was sind die Verfahrensschritte für Gasaufbereitung, wenn es im Erdgasnetz eingespeist werden muss?
◼ 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
Was sind die unterschiedlichen Verfahren zur Entschwefelung?
- biologische Verfahren (Biotropfkörper; Im Gärbehälter)
- chem. -phys Verfahren (Absorption; Adsorption; Fällung; Sonderverfahren)
Was sind Beispiele von Entschwefelungsprozesse?
◼ 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)
Was sind die unterschiedlichen CO2-Abtrennungsverfahren?
◼ 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)
Für welche CO2-Abtrennungsverfahren is eine Vorreinigung nötig?
Für PSA und Aminwäsche, aber nicht für DWW und Selexol
