Intensivierung der Vergärung auf Biogasanlagen mittels Desintegration
Mit der Energiewende in Deutschland werden zum Zweck des Klimaschutzes erneuerbare Energien gefördert, wobei die Biogasproduktion aus Biomasse ein wichtiges Element mit Speicherfunktion darstellt. Während die Anzahl der Biogasanlagen seit Anfang der 2000er Jahre aufgrund förderlicher gesetzlicher Rahmenbedingungen stark anstieg, stagniert der Neubau von Biogasanlagen mittlerweile, da u. a. mit der Novellierung des deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2021 die Einspeisevergütungen für Biogasanlagen verringert wurden. Steigende Energiepreise und geringe Vergütungssätze erfordern daher eine effizientere Gestaltung der Biogasproduktion in Biogasanlagen. Dabei werden immer häufiger Desintegrationsverfahren angewandt, um das energetisch nutzbare Potenzial von Biomasse zu erhöhen. Bisher gibt es jedoch kaum wissenschaftlich verifizierte Untersuchungen über die Leistungsfähigkeit von Desintegrationsverfahren im Biogasbereich. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die systematische Untersuchung und Validierung ausgewählter mechanischer, chemischer und thermischer Desintegrationsverfahren als Vor- und Zwischenbehandlung. Dafür wurden Untersuchungen zum Substrataufschluss und zur Vergärung im Technikumsmaßstab durchgeführt mit dem Ziel, die Effekte des jeweiligen Desintegrationsverfahrens, u. a. hinsichtlich der Aufschlussgrade und Nährstofffreisetzung zu charakterisieren. Anschließend wurde im Vergleich zum Referenz-Zustand dargestellt, inwiefern sich die jeweilige spezifische Gasausbeute und der Abbaugrad nach der Desintegration ändern. Darüber hinaus wurden die Viskosität, das Entwässerungsverhalten sowie der refraktäre CSB-Anteil von Gärresten untersucht und der Umfang der Desintegrationseffekte ermittelt. Angesichts der höheren Biogasausbeute wurde eine Thermodruckhydrolyse favorisiert und deren großtechnische Implementierung betrachtet. In diesem Zusammenhang wurden die Investitionskosten sowie der Strompreis hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit als wichtige Faktoren identifiziert.
With the energy transition in Germany, renewable energies are being promoted for the purpose of climate protection. Here, biogas from biomass represents an important element with a storage function. While the number of biogas plants has been rising significantly since the early 2000s as a result of legally enforced conditions, the construction of new biogas plants is now stagnating. This is partly due to the reduction of feed-in tariffs for biogas plants with the amendment of the German Renewable Energy Sources Act (EEG) in 2021. Rising energy costs and low compensation rates, therefore, necessitate a more efficient biogas production. In this context, disintegration processes are increasingly used to enhance the potential of biomass for energy production. So far, however, there are hardly any scientifically verified studies on the performance of disintegration processes in the biogas sector. The aim of the present work is the investigation and validation of selected mechanical, chemical and thermal disintegration processes as pre- and intermediate treatment of biomass. For this purpose, investigations on substrate digestion and fermentation were carried out on a pilot plant with the aim of characterizing the effects of the respective disintegration process, on parameters such as the degrees of digestion and nutrient release. Subsequently, the change in specific gas yield and the degree of degradation after disintegration in comparison to the reference condition were shown. In addition, the viscosity, dewatering behavior, and refractory COD content of fermentation residues were investigated, and the extent of disintegration effects was determined. In view of the higher biogas yield, thermal hydrolysis was favored and its large-scale implementation was examined. In this context, the investment costs as well as the electricity price were identified as important factors with regard to economic profitability.
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