Band 46 - Anaerobe biologische Abfallbehandlung

- Entwicklungen, Nutzen und Risiken der Biogastechnologie -


Berechnung des Methanpotenzials im Biogas der neuen geordneten Deponien Griechenlands
Thomas Tsatsarelis, Assoc. Prof. Avraam Karagiannidis, Dr. George Perkoulidis
Hauptziel der Studie dieses Vortrags war die Berechnung und Vorhersage der künftigen, erwarteten Methanmengen im Deponiegas aus den neuen hellenischen Deponien, um daraus das entsprechende Energiepotential zu kalkulieren, und die alternativen Erfassungs- und Verwertungswege zu evaluieren. Die hier präsentierten Berechnungen wurden für den Zeitraum 2008-2028 mittels eines Mehr-Phasen Models durchgeführt. Es wurden unterschiedliche Sensitivitätsanalysen durchgeführt. Diese werden hier diskutiert unter zwei Grenzbedingungsszenarien, einmal mit rechtzeitiger Einführung der Ziele der EU-Deponie- Richtlinie (Szenario «landfill directive») als auch ohne rechtzeitiger Einführung der Ziele der EUDeponie- Richtlinie (Szenario «do-nothing»), die künftig entsprechende Grenzen bezüglich der Mengen der deponierten organischen Abfälle und der Verpackungs- Abfälle setzt.
Übertragbarkeit von labortechnischen Untersuchungen auf den Betrieb einer Großanlage
Dipl.-Ing. Lilly Brunn, Prof. Dr.-Ing. Christina Dornack, Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Bernd Bilitewski
Beim Bau von Biogasanlagen besteht ein nicht unwesentliches ökonomisches Risiko, insbesondere im Umgang mit noch weitgehend unerforschten Abfallsubstraten oder anderen organischen Stoffen. In Anbetracht dessen, bietet die erfolgreiche Nachbildung von großtechnischen Vergärungsprozessen im Labormaßstab eine kostengünstige und technisch einfache Möglichkeit wichtige Prozessparameter wie Gaspotenziale, Methanbildung, Hemmeffekte, etc. bereits bei der Anlagenplanung bzw. parallel zum bereits laufenden Betrieb bewerten zu können.
Modellierung und Monitoring der Biogasproduktion von Deponien in Brasilien
Prof. Dr. Sc. Claudio Fernando Mahler
Diese Arbeit zeigt Aspekte der Modellierung und des Monitoring der Biogasproduktion von Deponien in Brasilien auf. Am Beispiel der Mülldeponie von Nova Iguaçu demonstriert eine vorläufige Einschätzung der möglichen Förderung von Biogas, unter Berücksichtigung des dort existierenden Methangases als Energiequelle für die Gewinnung von elektrischer Energie wie auch dessen Umwandlung in CO2, welche gemäss der Projekte vom MDL und des Protokolles von Kioto Zertifikate für Karbon-Kredite ermöglichen.
Untersuchungen zu Inhibierungen bei der Vergärung proteinreicher Reststoffe
Dipl.-Ing. Claudia Hecht, Prof. Dr. Carola Griehl
Bislang wurden biologische Reststoffe in der Entsorgungstechnik zum größten Teil deponiert oder verbrannt. Nach der technischen Anleitung für Siedlungsabfälle (Tasi) dürfen seit Juni 2005 Abfälle nicht mehr ohne Vorbehandlung auf Deponien ausgebracht werden. Zusätzlich fallen in Deutschland jährlich ca. 2 Millionen Tonnen biogene Abfälle in Form von Speiseresten an, die in der bisherigen Entsorgungspraxis im großen Umfang zu Futtermitteln verarbeitet werden. Ab November 2006 entfällt dieser Entsorgungsweg aufgrund eines Euweiten Verfütterungsverbotes von Speiseresten. Die Entwicklung alternativer Verwertungswege ist daher zwingend erforderlich.
Entwicklung der Biogasnutzung in Deutschland: Erfahrungen und Perspektiven
Dr. Bernhard Dreher
Ein Ziel des weiteren Ausbaus der erneuerbaren Energien in Deutschland ist der Koalition die mittelfristig deutliche Steigerung des Biomassenanteils am Primärenergieverbrauch
Ziele und Vorgaben zu Biomasse und Biogas aus Brüssel – Was ist realistisch?
Dr. Dörte Fouquet
Europas erneuerbare Ziele: - Verdoppelung des Anteils Erneuerbarer Energien an dem EU Binnenmarktverbrauch von 5,4 % in 1997 bis auf 12,0 % in 2010 - Zieldisskussion bis 2020 (20%)
Systematische Vorteile des zweistufigen Fest-Flüssig- Biogasprozesses mit offener Hydrolyse - eine ph√§nomenologische Betrachtung
Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Busch, Dipl.- Ing. Marko Sieber
Die Fest-Flüssig-Vergärung steht systematisch zwischen der reinen Feststoffvergärung, die grundsätzlich nur einstufig ausführbar ist, und der ein- oder mehrstufigen konventionellen Nassvergärung. Sie gewinnt gegenwärtig aufgrund ihrer technologischen Vorteile im Vergleich zur Nassvergärung zunehmend an Bedeutung bei der Vergärung nachwachsender Rohstoffe und anderer nichtkonventioneller Einsatzstoffe.
Neue Chancen für die anaerobe Verg√§rung durch CO2- Zertifikatehandel
Dipl.-Ing. Hans-Peter Gottfried, Roland Wunderlich
Mit der Klimarahmenkonvention von 1997, vorbereitet auf dem Umweltgipfel in Rio de Janeiro 1992, und dem Kyoto-Protokoll wurde ein wichtiger Grundstein für die weltweite Klimapolitik gelegt. Das Kyoto-Protokoll trat 2005 nach der Ratifizierung durch Russland in Kraft. Ziel der Vereinbarung ist, dass die Unterzeichnerstaaten ihre Treibhausgasemissionen verringern. Zu diesem Zweck verpflichteten sich verschiedene Industrie- und Schwellenländer (Annex-I-Staaten1), ihre Emissionen bis 2012 um fünf Prozent unter das Niveau von 1990 zu senken.
Biogasaufbereitung
Ass.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Michael Harasek
Warum Biogasaufbereitung ?: - Gasnutzungsszenarien: – Einspeisung in Erdgasnetze / Industrielle Nutzung – Aufbereitetes Biogas (Erdgassubstitut) als Kraftstoff – EU-Biokraftstoffrichtlinie als gesetzlicher Rahmen - Ökologische Aspekte – Bessere Nutzbarkeit des Energieinhaltes von Biogas im Vergleich zur dezentralen Produktion von Ökostrom (90-95% versus 35-40%) – Erdgas bzw. Erdgassubstitut ist nachweislich der emissionsärmste Kraftstoff (z.B. Feinstaubproblematik) - Volkswirtschaftliche Aspekte – Geringere Importabhängigkeit von fossilen Energieträgern – Energiepflanzenproduktion Chance für die Landwirtschaft und den ländlichen Raum
Anaerobe Verfahren und Verbrennung von Biomasse –ein energetischer Vergleich
Dipl.-Ing. Gaston Hoffmann, Dr.-Ing. Matthias Schirmer, Prof. Dr.-Ing. Christina Dornack
Vor dem Hintergrund einer stetigen Verknappung fossiler Energieträger, gewinnenregenerative Energieträger zunehmend an Bedeutung. Dieser Zuwachs resultiert darüber hinaus auf verstärkten Bemühungen des Klimaschutzes, welcher durch die CO2- Neutralität des Energieträgers Biomasse erreicht werden kann [1]. Auf die Potenziale biogener Brennstoffe wird in [2] eingegangen und beispielsweise für biogene Festbrennstoffe ein technisch nutzbares Potenzial von 1.100 PJ/a angegeben. So vielfältig die einsetzbaren regenerativen Energieträger sind, so zahlreich sind die derzeit anwendbaren Nutzungstechnologien. Im Fokus der Betrachtung dieses Beitrages sollen daher als regenerative Energieträger 4 ausgewählte Biomassen und als Nutzungstechnologien 3 ausgewählte Verfahren der energetischen Biomassenutzung stehen.
Metallorganische Verbindungen in Biogasanlagen
Dr. Norbert H√ľsers, Prof. Dr. rer. nat. Peter Werner
Die neusten Untersuchen zur Verteilung metall(oid)organischer Verbindungen zeigen immer deutlicher die Bedeutung dieser Substanzen in der Umwelt. Neben dem direkten Eintrag industriell produzierter Stoffe spielen hier vor allem die mikrobiologischen in situ Prozesse durch die Biomethylierung eine entscheidende Rolle. Die Methylierungsprodukte konnten in Gas- und Feststoffproben von verschiedenen biologischen Abfallverwertungsanlagen nachgewiesen werden. Den Substanzen kommt wegen ihrer hohen Mobilität verbunden mit den toxikologischen Eigenschaften eine entsprechende Umweltrelevanz zu.
Entwicklung der Biogasanlagen im Freistaat Sachsen
Dr. Kerstin Jäkel
In den vergangenen Jahren konnte die Biogaserzeugung weiter deutlich ausgebaut werden. Nicht nur Anzahl und Größe der Anlagen haben sich erhöht, auch die technischen Reserven wurden deutlich besser genutzt. Durch die nunmehr mehrjährigen Erfahrungen der Anlagenbetreiber sind Effizienz und Amortisation (Rückflussdauer des Kapitals) von Biogasanlagen deutlich gestiegen. Dazu trägt bei, dass der Einsatz von Energiepflanzen, auf Grund geringerer Wirtschaftlichkeit, in Sachsen eher verhalten ist.
Die Schadstoffproblematik in Biogasanlagen
Dr. Gerhard Langhans
Die Prozessbeeinträchtigenden Wirkungen von Schad- und Störstoffen in Vergärungsanlagen sind vielfältig und können sowohl die Technologie als auch die Mikrobiologie betreffen. Letztendlich hängen sie von der stofflichen Zusammensetzung des Imput ab.
Nutzung der Überschussw√§rme aus der Kraft-W√§rme-Kopplung zur Aufbereitung von G√§rresten
Dr. Doris Schieder, Dipl.-Ing. Yves-Marc Schade, Prof. Dr.-Ing. Martin Faulstich
Der Bestand an Biogasanlagen in Deutschland ist als Folge des EEG in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Die Zunahme des Anlagenbestandes ist begleitet von einem Trend zur größeren Kapazitäten, erkennbar an der Zunahme der elektrischen Anschlussleistung der Anlagen [BMU 2005]. Mit der elektrischen Leistung steigt auch der Anfall an KWKWärme.
Energiepotenzial von Bio- und Grünabfall
Dr.-Ing. Michael Kern, Dipl.-Ing. Thomas Raussen
Gegenwärtig werden noch erhebliche Mengen an Bio- und Grünabfall gemeinsam mit dem Hausmüll erfasst und beseitigt. Dies obwohl erhebliche Mengen an biologischen Behandlungskapazitäten nicht ausgelastet sind und die getrennte Erfassung und Verwertung von Bio- und Grünabfall sowohl im ländlichen als auch im städtischen Bereich gegenüber der gemeinsamen Beseitigung Kostenvorteile bietet. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund der gegenwärtigen Entsorgungsengpässe bei der Restabfallbehandlung unverständlich.
Ökobilanz großtechnischer Biogasanlagen
Dr. Kilian Hartmann, Prof. Dr. Wolfgang L√ľcke, Prof. Dr. Michael Nelles
Insgesamt kann festgehalten werden, dass der größte Teil (ca. 80%) der ökologischen Effekte aus der Stromerzeugung mittels Biogas mit dem Anbau der Energiepflanzen verbunden ist. Die Bewertung der Flächennutzung durch den Eco indicator 99 Ansatz trägt maßgeblich zu diesem Ergebnis bei. Der Energieinput für Treibstoffe und Mineraldünger bei der Pflanzenproduktion ist ebenfalls als kritische Größe zu betrachten. Die Nutzung von Abfällen kann der Seite der ökologischen Effekten der Inputstoffe zu deutlichen Entlastungen des Gesamtprozesses führen. Eine einseitige Förderung der Nutzung von Energiepflanzen ist unter diesem Gesichtspunkt suboptimal. Der Einsatz vergärbarer Abfälle und Reststoffe sollte gefördert werden!
Sicherheitsrisiken auf Biogasanlagen
Dr.-Ing. Thomas Fritz, Dr.-Ing. Sarah Gehrig, Prof. Dr. Michael Nelles
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Sicherheitsaspekte in der Praxis bisher nicht immer mit der notwendigen Sorgfalt beachtet wurden. Dies zeigt sich an der erhöhten Anzahl von Störfällen an Biogasanlagen. Letztlich führen aber gerade diese Störfälle in den letzten Monaten zu einem erhöhten Bewusstsein für Sicherheitsfragen bei Anlagenbauern, Planungsbüros und Betreibern. Dies ist eine gute Grundlage für die Einhaltung der wichtigsten Regeln im Bereich der Sicherheitstechnik und des Arbeitsschutzes. Diese Änderung des Bewusstseins ist eine wesentliche Basis für die Erhaltung des guten Images der Biogastechnik und den weiteren Ausbau.
Erforderliche Weiterentwicklung der rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen
Dipl.-Chem. Markus Ott
Zusammenfassung: Politischer Handlungsbedarf: Strom aus Biogas – EEG: - Sicherung - Weiterentwicklung - Bedarfsgerechte Stromproduktion - Netzausbau / Netzumbau Biogas im Erdgasnetz: - Diskriminierungsfreier Zugang von Biogas zum Gasnetz Baurecht / Umweltrecht: - Hemmnisse - Stimmigkeit Mobilität: - Biogas als Kraftstoff
Möglichkeiten des Einsatzes von besonders überwachungsbedürftigen Abf√§llen in Verg√§rungsanlagen
Prof. Dr. Stephan Prechtl, Rolf Jung, Prof. Dr.-Ing. Martin Faulstich
Vor dem Hintergrund der steigenden Mengen an Komposten und Gärresten kommt der ökologischen und ökonomischen Sicherung der Anwendung und des Absatzes, insbesondere von Gärresten, eine zunehmende Bedeutung zu. Auch die Qualität des entstehenden Prozessabwassers bei der Mitbehandlung von energiereichen Abfällen, beispielsweise Alkohol-Wasser-Gemischen aus der Lebensmittel verarbeitenden Industrie in Bioabfallvergärungsanlagen ist wissenschaftlich zu hinterfragen.
Sicherheitstechnik bei Biogasanlagen mit Gasbehältern -Zusammenfassung
Prof. Dr.-Ing Gerhard Rettenberger
In jüngster Zeit haben sich an Biogasanlagen Unfälle ereignet, die so gravierend waren, dass diese sogar den Weg in die Öffentlichkeit fanden. Damit wurden Fragen zur Sicherheitstechnik erneut in der Fachwelt diskutiert, obwohl gerade hier Fragen der Sicherheitstechnik durch die Vielzahl von Faulungsanlagen auf Kläranlagen sowie Deponiegasanlagen in der Vergangenheit nicht nur intensiv diskutiert wurden, sondern auch zu einem bestimmten Standard geführt haben. Somit sei hier nochmals auf grundlegende Zusammenhänge hingewiesen.
Anforderungen an Substrate für Biogasanlagen
Prof. Dr.-Ing. Frank Scholwin
Zusammenfassend wird deutlich, dass eine Biogasanlage eine sehr große Komplexität aufweist und sehr spezifisch auf die zu verarbeitenden Substrate abgestimmt werden muss. Daher müssen bei der Dimensionierung einer Biogasanlage vor allem die physikalischen und biochemischen Eigenschaften der Substrate genau bekannt sein.
Fermentative Produktion von Biowasserstoff aus biogenen Rohund Reststoffen
Dipl.-Ing. Mareike Meyer, Dipl.-Ing. Dorothea Rechtenbach, Prof. Dr.-Ing. Rainer Stegmann
Wasserstoff (H2) wird als Energieträger der Zukunft angesehen. In drei Testsystemen (Sensomat System 500 ml, ATS 6 l und Rührreaktor 30 l) wurden thermophile Laboruntersuchungen zur fermentativen Biowasserstoffproduktion bei 60°C im Batch- und diskontinuierlichen Betrieb mit Glucose und landwirtschaftlichen Produkten als Substrat durchgeführt.
Trockenfermentation versus Nassfermentation
Dr. Martin Wittmaier, Dipl.-Ing Marco W√∂ltje, Anne Kleyb√∂cker, Dr Hilke W√ľrdemann
Mit der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2004 sind neben quantitativen Zielen auch qualitative Ziele verfolgt worden, wie die Steigerung der Energieeffizienz von Vergärungsanlagen. Dies hat darin Ausdruck gefunden, dass für Trockenfermentationsverfahren ein Technologiebonus gewährt wird. Eine Abgrenzung von Nass- und Trockenfermentationsanlagen ist schwierig; eine allgemein anerkannte Vorgehensweise gibt es nicht. Es erscheint daher sinnvoll, eine Bonusregelung eher an die Energieeffizienz von Verfahren und Anlagen zu koppeln. Bei Nassfermentationsverfahren kann infolge der guten Durchmischung und des höheren Substrataufschlusses mit kürzeren Verweilzeiten als bei der Trockenfermentation gearbeitet werden. Durch die Verlängerung der Verweilzeit in der Trockenfermentation sind jedoch substratspezifische Biogaserträge auf gleich hohem Niveau zu erreichen.
Aufbereitung von Biogas und Nutzungsmöglichkeiten
Dipl.-Ing. Wolfgang Schulz
Am sinnvollsten wäre es sicherlich, den Standort der Biogasanlage von vornherein so auszuwählen, dass die Wärmenutzung gewährleistet ist. Falls dies nicht möglich ist, dann wäre eine Fortleitung von schwach aufbereitetem Biogas zu einem entfernt gelegenen Großverbraucher an erster Stelle zu prüfen. Weiterhin sollte nicht außer Acht gelassen werden, dass sich auch für abgelegene Standorte Wärmenutzungsoptionen zur Produktveredelung oder gewerbliche Dienstleistung einrichten lassen. Erst wenn sich in diesem Schritt keine wirtschaftlichen Perspektiven ergeben, sollte man sich bei Anlagen, die eine Biogasproduktion von mindestens 400 m³/h (ca. 2,4 MW Brennstoffleistung) aufweisen, die Aufbereitung zu Biomethan und Einspeisung in das Erdgasnetz erwägen. Bei günstiger Biogasproduktionsbasis kann auch die Biomethanherstellung zur Nutzung in einer Erdgastankstelle erwogen werden.
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