 |
Neues Hochleistungsverfahren zur Vergärung
von Nachwachsenden Rohstoffen
Versuchsdurchführung
 Ein kleintechnischer
Versuchsstand wurde zur Erprobung des Aufstromverfahrens errichtet
und über einen mehrmonatigen Zeitraum kontinuierlich betrieben.
 Schema
des Versuchsaufbaus
Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag dabei auf der
Leistungsfähigkeit des Aufstrom-Feststoffreaktors (26,5 l), weshalb
der Festbettreaktor mit 78 l sehr großzügig dimensioniert wurde.
Die
Zugabe und Entnahme der Feststoffe erfolgte per Hand. Um eine
möglichst gleichmäßige Verteilung der zugegebenen Biomasse zu
erreichen, wurde ein Magnetrührer am Boden des Reaktors installiert.
Das Rühren beschränkte sich auf kurze Phasen der Substratzugabe und
wirkte nicht auf das Festbett ein.
Zur Abtrennung
der Flüssigphase wurde der Feststoffreaktor am oberen Ende mit einem
Trichter aus überlappenden Ringelementen ausgestattet. Der Austausch
der Prozessflüssigkeit zwischen den Reaktoren erfolgte
kontinuierlich mit Hilfe einer Schlauchpumpe. Die Prozesstemperatur
wurde im gesamten System auf thermophile 55°C eingestellt. Als
Substrate wurden nacheinander zwei unterschiedliche Maissilagen
eingesetzt, Maissilage1 (TS = 33,1 %, oTS = 96,7 % TS) bis
einschließlich Tag 27 und nachfolgend Maissilage 2 (TS = 34,9 %, oTS
= 95,9 % TS). Zur Strukturverbesserung wurden außerdem 2 bis 5 Masse-%
Gerstenstroh zudosiert. Anhand von Batch-Gärtests wurden die
Methanpotenziale der organischen Substanz von Maissilage 1 (415 l kg-1),
Maissilage 2 (364 l kg-1) und Stroh (334 l kg-1)
ermittelt.
Während des Versuchs wurde die Raumbelastung (BR) des
Feststoffreaktors mit organischer Substanz schrittweise erhöht, von
6,3 auf 16 g l-1 d-1. Neben weiteren
Prozessgrößen wurde dabei vor allem die Entwicklung der
Methanbildung als wichtigster Leistungsparameter verfolgt.
Ergebnisse
Die Erhöhung der Raumbelastung führte zu einem Anstieg der
Gesamtproduktion (
Graphik). Die um den
Strohanteil bereinigte Methanausbeute der Maissilage ging dabei von
409 l kg-1 bei BR6,3 auf 332 l kg-1
bei BR16 zurück. Bezieht man die Ausbeuten auf das
Potenzial von Maissilage 1 und 2, so fällt der Rückgang mit 98 auf
91 % jedoch deutlich geringer aus. Nach der Beendigung der
Substratzugabe am Tag 60, wurde ein zügiger Rückgang der Gasbildung
beobachtet.
Die Aufteilung der Methanausbeute auf die
beiden Reaktoren veränderte sich mit Erhöhung der Raumbelastung
grundlegend. So stieg der Anteil des Festbettreaktors von
ursprünglich 10 % auf 75 % an. Daraus ist zu folgern, dass der
Feststoffreaktor bis zu einer oTS-Raumbelastung von zumindest 6,3 g
l-1 d-1 auch ohne einen zusätzlichen Hochleistungsreaktor betrieben
werden kann. Für höhere Raumbelastungen ist der Hochleistungsreaktor
dagegen essentiell erforderlich. Auf Basis der bekannten
Leistungsparameter, wird davon ausgegangen, dass der
Hochleistungsreaktor sich auf eine Größe von 30 % des
Feststoffreaktor-Volumens reduzieren lässt. Die ermittelte
Abbaugeschwindigkeit der Feststoffe lag mit einer
Hydrolysekonstanten (Reaktion 1.Ordung) von 0,14 d-1 etwa 5 mal
höher als bei der Vergärung von Maissilage in voll durchmischten,
mesophil betriebenen Anlagen (Linke und Mähnert 2005).
|
|
englisch
