Hoher Rührenergiebedarf
Mechanische Rührwerke verursachen Eigenstrombedarf, Verschleiß und Wartungsaufwand. Bei hochviskosen Gärsubstraten stoßen sie zudem an Leistungsgrenzen.
Technische Lösung für die Nassfermentation
Kulturerhaltender und hydraulisch umwälzbarer Methanfermenter
Der Fermenter verbindet eine hydraulische Umwälzung ohne dauerhaft arbeitende mechanische Rührwerke mit dem gezielten Erhalt unterschiedlicher, an das jeweilige Gärsubstrat angepasster Mikrokulturen. Dadurch können insbesondere rohfaserreiche und stickstoffreiche biogene Reststoffe effizienter und betriebssicherer behandelt werden.
Ausgangsproblem
Konventionelle Rührfermenter begrenzen die biologische und energetische Effizienz
Verlust angepasster Mikrokulturen
Eine starke vollständige Durchmischung erschwert die räumliche Ausbildung spezialisierter Kulturen für leicht und schwer abbaubare Substratbestandteile.
Schwimm- und Sinkschichten
Faserreiche und mineralische Bestandteile können Schwimmschichten beziehungsweise Sedimente bilden, nutzbares Volumen verringern und Betriebsunterbrechungen verursachen.
Schwankende Gasproduktion
Periodische starke Mischimpulse können ungleichmäßige Gasströme erzeugen und nachgeschaltete Gasbehandlungsanlagen zusätzlich belasten.
Funktionsprinzip
Zwei verbundene Fermenterbereiche mit natürlicher hydraulischer Umwälzung
Außen- und Innenfermenter
Ein konzentrisch angeordneter Innenfermenter und ein ringförmiger Außenfermenter sind am Behälterboden über Strömungsdüsen miteinander verbunden.
Gasauftrieb als Mischenergie
Die im Gärsubstrat entstehenden Gasblasen überwinden die hydrostatische Last und bewirken eine kontinuierliche Umschichtung des hochviskosen Mediums – ohne permanent laufende mechanische Rührwerke.
Getrennte mikrobielle Milieus
Im Außenfermenter bauen schnell wachsende Kulturen vor allem leicht verwertbare Fette, Proteine und Kohlenhydrate ab. Im Innenfermenter können sich langsam wachsende Kulturen für schwer abbaubare, lignocellulosehaltige Bestandteile erhalten.
Geregelte Gasführung
Gasüberströmkanäle führen das im Außenfermenter erzeugte Gas in den Innenfermenter. Dort unterstützt es die Durchmischung vor dem Ablaufwehr und wird anschließend kontrolliert zur Gasbehandlung abgeführt.
Bedarfsgerechte Fluidisierung
Nur bei Bedarf wird ein Gasdruckausgleich ausgelöst, um einen starken hydraulischen Mischimpuls zur Auflockerung und Austragung von Sedimenten zu erzeugen. Zusätzliche Fluidisierungselemente können Schwimmschichten auflösen.
Integrierte Sicherheit und Temperierung
Hydraulische und pneumatische Sicherheitseinrichtungen schützen vor unzulässigem Über- und Unterdruck. In die Außenwand integrierte Wärmetauscherflächen ermöglichen die Regelung des mesophilen oder thermophilen Milieus.
Konstruktive Merkmale
Robuste Bauweise für große Fermentervolumina
Konzentrische Behältergeometrie
Innen- und Außenfermenter bilden zwei hydraulisch gekoppelte, biologisch unterschiedlich wirksame Behandlungsräume.
Druckfeste Stahlabdeckungen
Sphärisch geformte, gasdichte Abdeckungen mit verkleinerten Durchmessern reduzieren belastete Flächen, Verankerungskräfte und Baukosten.
Sediment- und Schwimmschichtmanagement
Strömungsdüsen, Austragsstutzen, Tauchhülsen und Fluidisierungselemente ermöglichen Gegenmaßnahmen im laufenden Anlagenbetrieb.
Flexible Gasnutzung
Ein Gasdruck-Regelventil ermöglicht die Anpassung an Gasentschwefelung, Gasspeicherung, Motorennutzung oder eine weitergehende Biomethanaufbereitung.
Kreisringförmige Flachböden
Die Bauweise der Fermentationsbehälter mit kreisringförmigen Flachböden ist die entscheidende Voraussetzung für eine wirksame Bespülung der Behälterböden und damit für die Vermeidung nicht mehr fluidisierbarer Sedimente. Solche Ablagerungen würden im Laufe der Zeit unweigerlich eine Öffnung und Reinigung der Behälter erforderlich machen. Durch die gewählte Ausführung sollen Betriebsunterbrechungen während der gesamten technischen Nutzungsdauer der Fermentationsbehälter vermieden werden.
Kundennutzen
Höhere biologische Leistung bei geringerem mechanischem Aufwand
Geringerer Eigenenergiebedarf
Die kontinuierliche Umwälzung wird überwiegend durch die eigene Gasbildung bewirkt. Dauerhaft laufende Hochleistungsrührwerke können weitgehend entfallen.
Erhalt spezialisierter Kulturen
Unterschiedliche Mikroorganismen können sich in den Fermenterbereichen an die jeweils vorherrschenden Substratqualitäten anpassen und dauerhaft erhalten.
Hohe Trockensubstanzgehalte
Feststoffreiche Biosuspensionen und Hydrolysate mit etwa 15 bis 20 % Trockensubstanz ermöglichen hohe organische Raumbelastungen und lange Behandlungszeiten.
Weniger Verschleiß und Stillstand
Der reduzierte Einsatz mechanischer Rührtechnik sowie die Austragbarkeit von Schwimm- und Sinkstoffen können Wartung, Reparaturen und ungeplante Stillstände vermindern.
Gleichmäßiger Rohgasstrom
Der Verzicht auf regelmäßige großvolumige Druckausgleichsvorgänge unterstützt eine gleichmäßigere Gasproduktion und entlastet die nachgeschaltete Gasbehandlung.
Breites Einsatzstoffspektrum
Besonders geeignet ist die Lösung für heterogene, rohfaserreiche und stickstoffreiche Reststoffe, beispielsweise Strohsubstrate, Gärreste und Ethanolschlempen.
Technischer Hintergrund
Die dargestellte technische Lösung orientiert sich an der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2020 004 136 A1. Die konkrete Dimensionierung, Werkstoffwahl, Druckstufe, Sicherheitstechnik und Einbindung in eine Gesamtanlage müssen projekt-, standort- und einsatzstoffbezogen ausgelegt und genehmigungsrechtlich geprüft werden.
Technische Projektprüfung