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DAS FACHMAGAZIN FÜR BIOENERGIE UND -ÖKONOMIE Samstag, 23.06.2018

4_2011_gicon_grHydrolyse und Methanbildung beim Gicon-Verfahren getrennt

Durch die konstruktive Trennung steigt der  Methangehalt im Gas und läßt sich die Gaserzeugung besser steuern. Die Konstruktion der Hydrolyse-Stufe als Boxenfermenter erleichtert die Nutzung faseriger Substrate, ist weniger empfindlich gegenüber Störstoffen und verringert den Eigenenergieverbrauch.

Ein Techniker schiebt den Deckel eines vielleicht ein mal zwei Meter messenden und einen guten halben Meter hohen Metallkastens auf. Es riecht säuerlich-vergoren. In der Mitte ist der Kasten durch ein Filtersieb getrennt. Auf der einen Seite wabern Buckel von einem braunen, faserigen, aufgeschäumten Etwas. Der Schaum komme von dem Eiweiß aus den Lupinen, die derzeit im Substratmix enthalten seien, vermutet Hagen Hilse von der Großmann Ingenieur Consult GmbH (Gicon). Durch das Filtersieb tropft braune Flüssigkeit. Sie wird in den 100 Kubikmeter fassenden Hydrolysat-Zwischenspeicher gepumpt. Hieraus wird das Perkolat entnommen, mit dem die Substrate in den sechs Boxen mit je 240 Kubikmeter Nutzvolumen besprüht werden.


Letzterer Ablauf scheint bekannt, so funktionieren Boxenfermenter. Doch in den Boxen der Anlage nach dem Gicon-Biogasverfahren findet nur der Hydrolyse-Schritt der Biogas-Bildung statt, die Methanerzeugung ist in den Methanreaktor, einen separaten Rundbehälter, verlegt. Von dieser Trennung der Verfahrensschritte verspricht sich das Ingenieur-Unternehmen vor allem eine hohe Prozeßstabilität, mehr Steuerbarkeit und einen höheren Methan-Anteil im Biogas.

4_2011_giconfilter_grNoch am Morgen war eines der Tore offen. Ein Radlader holte Gärrest mit etwa 18 Prozent Trockensubstanzgehalt heraus und legte ihn auf der befestigten Fläche davor ab. Das Gespann mit neuem Substrat wartete schon. Die Belieferung der Anlage in Cottbus findet „just in time“ statt, nicht, weil das Verfahren das bräuchte, sondern weil die Anlage auf dem Gelände der Kläranlage Cottbus liegt, wo eine Silagelagerung nicht möglich ist – wie die Anlage dahin kam, ist eine längere Geschichte. Aufgrund dieser Konstellation ergibt sich zudem eine uneinheitliche Substratzusammensetzung aus zwar auch Maissilage, aber ebenso Luzerne, Roggen-Ganzpflanzensilage und Grassilage – was Agrarbetriebe aus der Umgebung gerade liefern können, insgesamt etwa 7.000 Tonnen pro Jahr. Fasern und Störstoffe sind kein Problem. Die Substrate müssen nur stapelbar sein und das Durchsickern des Perkolates zulassen. Auch Landschaftspflegegut ließe sich ohne weiteres vergären, aber es sei prinzipiell energieärmer, verursache höhere Logistikkosten und sei damit wirtschaftlich weniger attraktiv, erläutert Hilse. Ebenso kann Bioabfall vergoren werden. Wie bei anderen Boxenverfahren hat auch das Gicon-Verfahren aufgrund des Fehlens von Rührwerken und anderen beweglichen Teilen einen geringen Eigenenergieverbrauch.

Das Verfahren geht auf ein Patent aus dem Jahr 2004 zurück, das zwei Wissenschaftler von der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) Cottbus entwickelt hatten. Die Großmann Ingenieur Consult GmbH hätte es damals gereizt, eine komplette Verfahrensentwicklung mit einer innovativen Trockenfermentationstechnik zu übernehmen, so Hilse. Großmann leistet ansonsten international Beratung, Planung, Projektmanagement sowie Realisierung und erstellt Gutachten. Erneuerbare Energien bilden dabei ebenfalls nur einen von vielen Fachbereichen. Im Jahr 2005 erwarb die Ingenieurgesellschaft die ausschließlichen Lizenzrechte für das Verfahren, nach dem jetzt die Anlage in Cottbus arbeitet. Ein Jahr später entstand die Tochtergesellschaft Gicon Bioenergie GmbH als Generalunternehmer und Ingenieurcontractor für Biogasanlagen. Die Anzahl der Mitarbeiter der Gicon im Biogasbereich wuchs inzwischen von zwei auf fast 50. „Wir sind an einer kompletten Projektdurchdringung interessiert“, betont Hilse, der Geschäftsbereichsleiter Energie und Umwelt bei der Muttergesellschaft Gicon ist. Diese ist zudem Eigentümerin des Cottbuser Produktions- und Servicezentrums, zu dem auch die Biogasanlage gehört.

Mit Luft, dennoch gasdicht

Die Verweilzeit von Maissilage in der Hydrolyse beträgt drei Wochen, andere Substrate können aber länger oder kürzer benötigen. Die Temperatur in den Cottbuser Boxen beträgt derzeit 35 Grad. Doch noch werden Temperatur, pH-Wert und weitere Prozeßkenngrößen optimiert, um eine maximale Biogasausbeute bei einem schnelleren Abbau der Substrate in den Hydrolyseboxen zu erreichen. Die Hydrolyse – die Aufspaltung organischer Makromoleküle in leicht lösliche Bausteine wie Stärke, Zucker, Alkohole und Säuren – ist ein aerober Prozeß, dem die Anwesenheit von Luft nichts ausmacht. Doch bei ihren ersten Anlagen mußten die Entwickler feststellen, daß bei völlig offener Hydrolyse in den Boxen ein Teil des Substrates kompostiert statt hydrolysiert – „ein unerwünschter Energieverlust“, so Hilse. Deshalb und um die Menge an Hydrolysegasen kontrollieren zu können, wurden die Boxen in Cottbus gasdicht gebaut, auch wenn das aufwendiger war. Der mit dem Befüllen in die Boxen gelangte Sauerstoff reicht zum Anschieben der Hydrolyse aus. Das gebildete Kohlendioxid – Methan entsteht zunächst nicht – wird mit dem Gasstrom ausgetragen. Dieser wird in einem Biofilter gereinigt und das Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassen. Um diesen Anteil Kohlendioxid ist das Biogas später ärmer und damit methanreicher. Leider bliebe das aber über die drei Wochen Hydrolysezeit nicht so, erklärt Hilse: Durch einen verfahrensbedingten Rücklauf von Flüssigkeit aus dem Methanreaktor und den Luftabschluß in den Boxen komme es mit der Zeit doch zur Methanbildung, weshalb dann nach etwa der Hälfte der Verweildauer der Gasstrom in den Biogasspeicher geleitet wird. 

4_2011_gicongrafik_grDas mit Säuren und Co. angereicherte Perkolat muß vor der Vergärung im Methanreaktor von Fasern mit mehr als zwei Millimeter Länge befreit werden, da diese den Methanreaktor sonst verstopfen würde, denn der zylindrische Hochbehälter ist mit Füllkörpern aus Kunststoff gefüllt. Auf deren großer Oberfläche siedeln die methanbildenden Organismen und bilden hier einen sogenannten Biofilm. Über diesen „Festbettreaktor“ wird das nährstoffreiche Perkolat verrieselt. Dabei setzen die Mikroorganismen die organischen Stoffe zu Methan um, das fast 80 Prozent des entstehenden Biogases ausmacht. Doch durch die Verdünnung mit dem Gasstrom aus der Hydrolyse im Speicher hat das Biogas dann „nur noch“ Methan-Gehalte von bis zu 70 Prozent. Die übrigbleibende, quasi ausgelaugte Flüssigkeit wird am Boden des Methanreaktors abgezogen, anschließend zwischengespeichert und dann zur Hydrolysestufe zurückgepumpt. Ohne diese Rückführung müßte dem System ständig Wasser zugeführt werden, erläutert Hilse, da die Substrate relativ wenig Wasser enthielten. In diesem zweiten Speicherbehälter sammelt sich zuweilen auch etwas Schlamm, der hieraus aber leicht zu entfernen ist. Erwarten würde man diese Schlammablagerungen bei der Vergärung von Bioabfall, so Hilse.

Die Verweilzeit im Methanreaktor liegt bei zehn bis 18 Stunden. Bis so ein Methanreaktor aber erst einmal komplett besiedelt ist, dauert es etwa sechs Monate, so die Erfahrung des Ingenieurs. Deshalb baute das Unternehmen an der – ja eigenen – Cottbuser Anlage einen zweiten Methanreaktor, der nur dazu dient, neue Füllkörper zu besiedeln, damit diese in neuen Anlagen schnell die volle Leistung erreichen und damit die Anfahrzeit verkürzt wird. Ein weiterer Vorteil des Festbettreaktors ist, daß die methanbildenden Bakterien weitgehend auf den Füllkörpern haften. „So sind immer hundert Prozent Bakterienkapazität verfügbar“, berichtet Hilse. Hier könnten sie einige Tage, sogar wenige Wochen ruhen, erklärt Hilse weiter, solange sie naß bleiben und nicht belüftet werden. Werde dann die Produktion wieder angefahren, dauere es nur wenige Stunden, bis der Reaktor erneut Vollast fährt. Auch das Hydrolysat läßt sich für einige Zeit – oder solange das Behältervolumen reicht – im Zwischenspeicher lagern. Dadurch läßt sich die Methanproduktion von der deutlich langwierigeren Hydrolyse abkoppeln, aber genauso die Methanproduktion sehr viel schneller regeln als beispielsweise in Rührkesselfermentern. 

Das Biogas wird wie anderswo auch gereinigt, getrocknet und verdichtet, bevor es in dem Blockheizkraftwerk mit 350 Kilowatt elektrischer Leistung verstromt wird. Allerdings liegt dieser Bereich in den Händen des Betreibers des Klärwerks, zu dem auch das zentrale Maschinenhaus zählt. Dieser Standort bot sich für das Bhkw an, da kurz zuvor die Klärgas-Bhkw modernisiert wurden, wobei eine komplette Kabine frei wurde. Doch der Vorteil der vorhandenen Infrastruktur einschließlich Wärmenetz mußte mit einer 580 Meter langen Wärmeleitung zur Biogasanlage bezahlt werden, bedauert Hilse.

Aus Anfrage wurde Kooperation

Daß die Gicon-Anlage auf dem Klärwerks-Gelände entstand, hatte sich ursprünglich aus einer Anfrage des Betreibers des Klärwerks nach den Perkolat-Boxen ergeben, mit denen zusätzliches Substrat vergoren werden sollte. Mit dem an Organik reichen Hydrolysat sollten die Faultürme ausgelastet werden. Der damalige Geschäftsführer hatte aufgrund persönlicher Kontakte zur Cottbuser Universität von dem Patent der beiden Wissenschaftler gehört, für das aber damals bereits die Großmann Ingenieur Consult die Lizenz erworben hatte. Allerdings fußte das Patent auf Laborversuchen und das Ingenieur- und Entwicklungsbüro wollte das Verfahren erst einmal in größerem Maßstab ausprobieren. „Das war der Beginn unserer Kooperation“, erinnert sich Hilse. So entstand im Jahr 2007 mit der BTU Cottbus zusammen ein Großtechnikum auf dem Klärwerksgelände und im vergangenen Jahr das Produktions- und Servicezentrum mit der Biogasanlage im kommerziellen Maßstab. Eine Perkolat-Nutzung in den Faultürmen des Klärwerks existiert immer noch nicht, dafür werden inzwischen Speisefett-Abfälle und ähnliches mitvergoren – nach der Wende wurde das Klärwerk erneuert, die damals noch angeschlossene, abwasserintensive Textilindustrie schloß jedoch bald ihre Tore.

Die Tore der Boxen-Fermenter der Gicon-Anlage werden sich aber hoffentlich noch oft öffnen und schließen. Mit 350 Kilowatt elektrischer Leistung ist die Anlage nicht die kleinstmögliche. Hilse schätzt, daß bereits ab 200 Kilowatt elektrischer Leistung ein wirtschaftlicher Betrieb möglich ist, wenn die Substrate nicht zu energiearm sind. Die Investitionen bewegten sich je nach Skalierungsgrad zwischen etwa 1.600 und 1.200 Euro je Kilowatt thermischer Biogasleistung.    

www.gicon.de 

Dorothee Meier

Dieser Artikel ist in der Ausgabe 4 / 2011 energie pflanzen erschienen.




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