VL 8 Biogas Flashcards
Wie ist die Zusammensetzung von Biogas? Wovon hängt diese ab?
Methan 50-75 %
CO2 25-50%
Stickstoff <7%
Sauerstoff <2%
Schwefelwasserstoff <1%
Ammoniak <1%
je nach Substrat höherer Methangehalt
Kohlenhydrate -> ~50 %
Fette -> ~75%
Protein -> ~84%
Was passiert in den einzelnen Phasen der anaeroben Fermentation?
Hydrolyse: Bakterien zersetzen organische Polymere (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) in kürzere Ketten; benötigt Exoenzyme und Zeit
Azidogenese: Bakterien zersetzen Produkte aus Hydrolyse in kürzere Ketten (Aminosäuren, kurze Carbonsäuren und Alkohole)
Azetogenese: Produkte aus Azidogenese werden zu Essigsäure, Wasser und CO2; pH bei 4,5 - 6
Methanogenese: langsam wachsende, eher fragile Archaeen synthetisieren Methan; Prozessparameter angepasst (pH neutral, mesophile T)
- Acetoclastisch: CH3COOH -> CH4 + CO2
- Hydrogenotroph: 4 H2 + CO2 -> CH4 + 2 H2O
Wie ist eine moderne Biogasanlage aufgebaut?
- Substrat wird in einem Sammeltank gesammelt
- Substrat wird im Digester anaerob fermentiert
-> feste Bestandteile werden zwischengelagert und als Dünger verwendet
1. -> Biogas wird in einer weiteren Anlage prozessiert und ins Erdgasnetz eingespeist oder als Treibstoff verwendet
2. -> Biogas wird in einer Wärme-Strom-Anlage entweder lokal verwendet, um Prozesswärme bereitzustellen, oder ins lokale Strom- und Wärmenetz eingespeist
Was waren die wichtigsten historischen Meilensteine der Biogasentwicklung?
Antike: Gruben mit Dung stellen natürliches Biogas her
18. Jhd.: Alessandro Volta entdeckt flammbares Gas nach Kompostierung organischen Materials in Abwesenheit von Luft
19. Jhd.: Humphrey Davis entdeckt flammbare Eigenschaft von Methan
Anfang 20. Jhd.: Biogas im ländlichen Raum verbreitet
Mitte 20. Jhd.: Biogas in Deutschland gefördert
21. Jhd.: Biogas wird als wichtige erneuerbare Energiequelle und zur Verwertung von Abfällen gesehen
Welche Parameter werden in einer Biogasanlage überwacht?
Rührgeschwindigkeit -> gleichmäßige Durchmischung
Temperatur: mesophil 30-40°C oder thermophil 50-60°C
pH-Wert zwischen 6,5-8
Gaszusammensetzung: Methan, CO2, H2 etc.
Organische Beladungsrate; wieviel organisches Material wird dem Reaktor zugeführt
Volatile Fettsäuren; entstehen als Zwischenprodukte der Fermentation
Trockenmasse: unter 10% bei CSTR, bis 20% bei PFR
Nährstoffanalyse der Substrate
Hydraulische Retentionszeit zwischen 5-40 Tagen
Sicherheitsmaßnahmen: Sensoren für Gaslecks, Ventile, Sicherheitsfackel, Notschalter
Was sind Vor- und Nachteile der Biogasproduktion?
+ erneuerbare Energie
+ wetterunabhängig
+ Müllverarbeitung
+ Ökonomische Grundlage für Landwirte
+ Dünger für Böden
+ Energie kann im ländlichen Raum lokal und dezentral bereitgestellt werden
- Umwelt: Geruchbelastung, mögliche Wasserverschmutzung
- Hohe Investitionskosten
- Abhängigkeit von verfügbarem Substrat bestimmt Prozesseffizienz
- Soziale Aspekte: Konkurrenz mit Lebensmittelproduktion
- Noch keine flächendeckende Integration in Energienetze
Welche Substrate kommen für Anaerobe Fermentation in Frage?
Aus Agrarwirtschaft: Dünger, Pflanzenreste, Energiepflanzen
Organische Reste aus kommunalem Müll: Lebensmittelreste, Gartenabfälle
Industrieabfälle aus Brauereien, Distillerien, Molke oder Papierproduktion
Klärwerke: Klärschlamm
Lebensmittelindustrie: Schlachtabfälle, Fette
Was sind Eigenschaften eines Plug-Flow-Reaktors? Was sind die Limitationen?
Röhrendesign; passt zu Eigenschaften des PFR, einfach skalierbar
Lineare Strömung; Reaktanten mischen sich nicht rückwärtig
Konzentrationsgradienten bilden sich auf der Länge des Reaktors aus
Vollständige Umsetzung möglich, je nach Länge
Gleichmäßige Verweildauer für jeden Plug/ jede Schicht
Weniger effektiv, falls Reaktionen Durchmischung benötigen
Fouling: Ablagern von unerwünschten Stoffen
Was ist die Rolle von H2 bei der Anaeroben Fermentation?
Entsteht durch hydrolytische und azidogene Bakterien, verhindert die Oxidation von Propion- und Buttersäure
Bestimmt, ob hydrogenotrophe Methanogenese stattfinden kann
Power to gas: H2 aus Elektrolyse, um Methan zu gewinnen
