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by Jan P.

Definieren Sie den Begriff Biogas und nennen Sie mindestens drei zum Biogas gehörige Gase!

Natürliches Gasgemisch, das unter Ausschluss von Sauerstoff entsteht. Organische Masse wird unter Beteiligung von Mikroorganismenin in ein Gasgemisch umgesetzt.

Bioabfallvergärung
Deponiegas
Klärgas

Nennen Sie die wesentlichen Bestandteile von Biogas!

Nennen sie mindestens 5 Vorteile der Biogaserzeugung!

Erzeugung von Strom und Wärme aus erneuerbaren Rohstoffe
Minimierung des Einsatzes von fossilen Energieträgern
Minimierung des CO2-Eintrages in die Atmosphäre
Verwertung biologischer Abfälle
Verbesserung der Gülleeigenschaften
Unabhängigkeit von Energieimporten
Hohe Verfügbarkeit

Welche Arten der Wärmenutzung aus Biogasanlagen gibt es?

• Sozialgebäude

• Trocknungsprozesse

• Wärmenetze

• Stallheizung

• Gewerbe/Industrie

• Öffentliche Gebäude

• Gärtnerei

Erläutern Sie, warum die Entschwefelung des Biogases vor der Verwertung im BHKW so wichtig ist!

Schwefel im Biogas verursacht folgende Auswirkungen:

Korrosionsschäden im Motor
Versäuerung des Motoröls
Erhöhter Wartungsaufwand

Nennen Sie Gründe für die Biogasnutzung

• Verwertung biologischer Abfälle

• Verringerung der Nutzung von fossilen Energien

• CO2-neutrale Strom und Wärmeerzeugung

• Treibstoffproduktion

• Einspeisung in das Erdgasnetz

Welchen Vorteil hat Gülle aus einer Biogasanlage gegenüber herkömmlicher Gülle aus einer Stallanlage?

• Weniger Ätzwirkung

• Verbesserte Fließfähigkeit

• Weniger Ammoniakverluste

• Weniger Nitratauswaschung

• Abtötung von Unkrautsamen und Krankheitskeimen

Skizzieren und erläutern Sie ein allgemeines Verfahrensfließbild für eine landwirtschaftliche Biogasanlage!

Nennen Sie Argumente für die energetische Verwertung landwirtschaftlicher Roh- und Reststoffe!

• Energiepflanzen: geringe Entstehungskosten, hoher Gasertrag,

• Aus Reststoffen kann Strom und Wärme gewonnen werden

• Gülle wird dadurch verbessert

Nennen Sie typische Substrate aus der Landwirtschaft, die in landwirtschaftlichen Biogasanlagen verwertet werden!

Tierische Exkremente
Angebaute Energiepflanzen
- Mais
- Zuckerrübe
Pflanzliche Reststoffe
- Stroh
- Getreideputz

Nennen Sie typische Substrate aus Industrie, Gewerbe und Kommunen, die in Bioabfallvergärungsanlagen eingesetzt werden!

• Industrie: Produktabfälle, überlagerte Lebensmittel

• Lebensmittelverarbeitendes Gewerbe: Essensreste aus Gastronomie/Catering

• Kommunale Abfallwirtschaft: Biotonne, Grünschnitt, Landschaftspflege, Restabfälle

Nennen Sie die am häufigsten in Biogasanlagen verwertete Energiepflanze und beschreiben Sie die Gründe für deren intensiven Einsatz!

Mais

• Hohe Energieerträge

• Anspruchslose Kultur

• Gute Vergärungseigenschaften

• Geringe Bereitstellungskosten

• 35-65 tFM/ha, durchschnittlich 45 tFM/ha

• TS zwischen 28 und 36 %

FM: Frischmasse

Erläutern Sie die Faktoren, die beeinflussen, welches Substrat in einer landwirtschaftlichen Biogasanlage verwertet wird!

• Verhältnis Energieertrag zu Bereitstellungskosten

• Verfügbarkeit

Erläutern Sie den biologischen Prozess der Biogaserzeugung!

Nennen Sie mindestens sechs Parameter, die den Gärprozess beeinflussen!

• Temperatur

• pH-Wert

• Substrat

• Verweilzeit

• FOS/TAC und Säurekapazität

• Spurenelemente/Nährstoffe

Beschreiben Sie welche Folgen ein absinkender pH-Wert für den Gärprozess hat und nennen Sie min. eine Gegenmaßnahme!

• Wenn pH-Wert sinkt ist die Störung bereits seit mehreren Tagen vorhanden

• Verringerte Gasproduktion

• Schaumbildung

• Substratzufuhr reduzieren bzw. einstellen

Nennen Sie die beiden Temperaturbereiche, in denen Biogasanlagen üblicherweise betrieben werden und grenzen Sie die Bereiche in °C ein!

• Mesophile Methangärung: 32-42 °C

• Thermophile Methangärung: 50-58 °C

Welche Konzentrationen der organischen Säuren beeinflussen wie den Prozess der Biogasentstehung?

200 - 300 mg/l —> Raumbelastung kann erhöht werden

> 2000 mg/l —> Grenzwert

7000 - 10000 —> Bestickung einstellen (mehrere Tage)

Nennen Sie 6 Hemmstoffe, die bei Überschreitung der Grenzwerte eine Prozessstörung hervorrufen können!

• flüchtige Fettsäuren

• Sauerstoff

• Schwefelwasserstoff

• Ammoniumstickstoff

• Schwermetalle (Cu, Zn, Cr)

• Antibiotika / Desinfektionsmittel

Beschreiben Sie, wie sich eine Prozessstörung in einer Biogasanlage äußert!

• Verhältnis Essigsäure/Propionsäure Richtung Propionsäure

• Gasproduktionsrate sinkt

• Mögliche Schaumbildung

• pH-Wert reagiert zu träge, um aussagekräftig zu sein

Nennen Sie die Anlagenkomponenten einer landwirtschaftlichen Biogasanlage und beschreiben Sie deren Funktion!

• Substratlager

• Substrataufbereitung

• Substrateinbringung

• Hauptfermenter

• Rührwerk

• Fermenterbeheizung

• Gasspeicher

• Notfackel

• Nachgärer

• Gärrückstandslager

• Gülleaufbereitung

• Gasaufbereitung

Beschreiben Sie, wozu das Desintegrationsverfahren in landwirtschaftlichen Biogasanlagen genutzt wird.

Desintegration —> Zerkleinerung

▪ erschließt Substratoberflächen für den biologischen Abbau und damit auch für die Methanproduktion

▪ mit höherem Zerkleinerungsgrad steigt die Geschwindigkeit des biologischen Abbaus, aber nicht zwingend die Gasausbeute

▪ Zerkleinerung der Substrate vor der Einbringung oder direkte Kopplung von Zerkleinerung und Förderung

▪ Zerkleinerungstechnik für direkte Feststoffeinbringung meist im Vorlagebehälter installiert

klassifizieren Sie die Desintegrationsverfahren!

• Physikalisch

Mechanisch
Thermisch
Elektrisch

• Chemisch

Hydrolyse
Oxidation

• Biologisch/Biochemisch

Mikroorganismen
Enzyme

Nennen Sie mindestens zwei Desintegrationsverfahren

Gorator

RotaCut

Ultraschallkavitation

Beschreiben Sie unter welchen Bedingungen Desintegrationsverfahren vorteilhaft für die Vergärung sind!

▪ Substratbezogen:

bei unzerkleinertem Substrat
bei unbefriedigendem Abbaugrad

▪ Anlagenbezogen:

Fermenter zu kein dimensioniert
hohes Restgaspotential
Durchmischungsschwierigkeiten

Skizzieren Sie den Aufbau eines stehenden Rührkesselfermenters und benennen Sie die verbauten Anlagenteile!

Skizzieren Sie den Aufbau eines liegenden Pfropfenstromfermenters und benennen Sie die verbauten Anlagenteile!

Nennen Sie Systeme der Fermenterdurchmischung

Erläutern Sie die Aufgabe der Fermeneterdurchmischung!

▪ Vermischen von frischem und ausgefaultem Substrat, wodurch das frische Substrat angeimpft wird

▪ gleichmäßige Verteilung von Wärme und Nährstoffen

▪ Vermeidung und Zerstörung von Sink- und Schwimmschichten

Nennen Sie die Auswirkungen einer zu starken und zu schwachen Fermenterdurchmischung!

• Zu schwach:

Inhomogenität im Fermenter (TS, Temperatur, …)
Keine optimale Versorgung mit Mikroorganismen
Kein vollständiger Abbau
Produkthemmungen (CH4, H2, …)

• Zu stark:

Hoher Energieaufwand
Verstärkte Abnutzung
Scherbelastung auf Bakterien

Nennen Sie Systeme zur Speicherung von Biogas!

• Externer Foliensack-Speicher

• Folienspeicher über Teildecke

• Gasspeicher-Folie über Behälter

• Gasspeicher unter Tragluftdach

• Gasspeicher unter Dach mit zentraler Stütze

Nennen Sie Systeme zur Messung der Gasmenge in Gasspeicherung und beurteilen Sie deren Genauigkeit!

Seilzugverfahren

Schlauchwaage

Ultraschallmessung

Seilzugverfahren Genauigkeit beurteilen

Schlauchwaage Genauigkeit beurteilen

Ultraschallmessung Genauigkeit beurteilen

Beschreiben Sie die Funktion und den Aufbau eines Nachgärers!

▪ nachgeschalteter Fermenter zur Erhöhung der Verweilzeit und einer besseren Ausfaulung des Gärsubstrates

▪ vielfach mit integriertem Gasspeicher ausgeführt

Klassifizieren Sie die Gülleaufbereitungsverfahren und nennen Sie je ein Bespiel!

• Physikalisch

Feststoffabtrennung

• Chemisch

Phosphat-Fällung

• Biologisch

Kompostierung

Nennen und beschreiben Sie die Verfahrensschritte von der Gasentstehung bis zur Gaseinspeisung in das Erdgasnetz!

Bei der Verwertung von Biogas im BHKW entsteht neben Strom auch Wärme. Nennen Sie Möglichkeiten der Wärmenutzung!

• Temperierung des Fermenters

• Beheizung von Stallungen

• Versorgung von Wirtschaftsgebäuden

• Einspeisung in Wärmenetz

Mit welcher Messtechnik (min. fünf) sind Biogasanlagen üblicherweise ausgestattet?

▪ Temperaturüberwachung Rührmotoren, Substratpumpe, Gärbehälter, Gastemperatur

▪Wägung der Einsatzstoffe

▪Durchflussmengenmessung von flüssigen Substraten

▪ Füllstandmessungen in den Behältern

▪pH-Wert-Messung im Gärbehälter

▪Gasmengendurchflussrate

▪ Schaumsonden

▪ Sauerstoffluftratenmessung

▪Gasspeicherfüllstand

▪Gasanalyse

▪Betriebsstundenzähler Gasfackel

▪Betriebsstundenzähler BHKW

▪ Stromzähler für Gesamtstromverbrauch der Anlage

▪Wärmemengenzähler (Wärmeabgabe)

Nach welchen Kategorien würden Sie die bestehenden Biogasverfahren einteilen? Beschreiben Sie eine davon im Detail!

Vorteile einer vorgeschalteten Hydrolysestufe

▪ Erhöhung der Energieausbeute aus Rohstoffen

▪ Stabilisierung der Biogasproduktion

▪ problemloser Substratwechsel möglich

Beschreiben Sie den Ablauf der Inbetriebnahme einer Biogasanlage! Auf was dabei besonders geachtet werden muss?

Nennen Sie Risiken, die beim Betrieb einer Biogasanlage für das Bedienpersonal bestehen?

▪ Absturz von erhöhten Arbeitsplätzen

▪ Unfälle bei Reparaturarbeiten an Maschinen

▪ Vergiftung durch Gase

▪ Gesundheitsrisiko durch Kofermente und Additive

Welche Schäden können an einer Biogasanlage auftreten und wie können sie vermieden werden?

▪ Auslauf von Gärsubstrat

▪ Korrosionsschäden BHKW, Rührwerk

▪ Brandschäden

▪ Explosionen

▪ Schäden durch Umwelteinflüsse

▪ Vandalismus

Notfackel
Über-/ Unterdrucksicherung
Not-Ausschalter BHKW
Warnleute und Hupe

Bei der Bioabfallvergärung wird aus Bio- und Grüngut Biogas erzeugt. Nennen Sie Vorteile der Bioabfallvergärung gegenüber der Vergärung von landwirtschaftlichen Produkten und gegenüber der Kompostierung!

• Gegenüber landwirtschaftlichen Biogasanlagen:

Einsatz von Abfällen
Keine Flächenkonkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion

• Gegenüber Kompostierungsanlagen:

Nachhaltige Strom- und Wärmegewinnung
Einsparung fossiler Ressourcen
Mit integrierter Kompostierung

Welche Verwertungsmöglichkeiten für Bioabfall kennen Sie?

• Biogasanlage

• Kompostierung

• Thermische Nutzung

Erläutern Sie, wie Sie das Potential der Bioabfallvergärung in Deutschland im Hinblick auf das Jahr 2025 sehen?

Perspektivisch ist mit einer deutlichen Steigerung vom erfassten Biogut und von Vergärungsanlagen für Bio- und Grüngut zu rechnen

Erfassung Biogut: 4,5 Mg/a —> 7,5 Mg/a

Vergärungsanlagen für Bio- und Grüngut: 2 Mg/a —> 5,5 Mg/a

Was ist unter Trockenfermentation zu verstehen? Erläutern Sie dies an einem Beispiel!

nach EEG 2004: Trockenfermentation, wenn TS im Input > 30 % und BR > 3,5 kg oTS/m³d; Nassfermentation, wenn Fermenterinhalt < 12 % TS

Nennen und skizzieren Sie Reaktorsysteme zur einstufigen Nassvergärung von Bioanfällen!

Nennen und skizzieren Sie Reaktorsysteme zur ein- und zweistufigen Trockenvergärung von Bioanfällen!

Nennen und skizzieren Sie Reaktorsysteme zur zweistufigen Nassvergärung von Bioanfällen!

Skizzieren Sie ein allgemeines Fließschema für eine Bioabfallvergärungsanlage

Optimaler ph-Wert Biogasanlage

6,7 - 7,8

ph-Wert reagiert langsam

PROZESS DER BIOGASENTSTEHUNG – PROZESSBEEINFLUSSENDE PARAMETER – RICHTWERTE

Was ist FOS/TAC

FOS —> Flüchtige organische säuren

TAC —> Total Anorganic Carbon

Verhältnis des Gehalts an flüchtigen Fettsäuren zur Pufferkapazität

Zusammensetzung Frischmasse FM

WAS IST EINE BIOGASANLAGE? - Grundlegender Verfahrensablauf

Hemmkonzentration Schwefelwasserstoff

> 50 mg/l

Hemmkonzentration Sauerstoff

> 0,1 mg/l

4 Hemmstoffe nennen

Sauerstoff
Schwefelwasserstoff
Flüchtige Fettsäuren
Ammoniumstickstoff

Wie erfolgt die Substratzugabe zeitlich?

Wie kann ich das Substrat wechseln?

▪ Langsamer kontinuierlicher Substratwechsel

▪ Kontrolle der Spurenelemente auf Mangelerscheinungen

Was passiert bei einer Prozessstörung?

Sollverhältnis Essig zu Propionsäure (3:1) wird gekippt
Gasausbeute verringert sich
ph-Wert sinkt —> reagiert aber zu träge

Entschwefelungsverfahren – Klassifikation nach Verfahrensprinzip

Max. ppm für Schwefelwasserstoff im Biogas, wenn in das Gasnetz einspeisen?

5 ppm

Was ist HRT?

Hydraulische Verweilzeit (HRT): Zeitraum, den das Substrat im Fermenter verbleibt

Hydraulic redemttion time

PROZESSBEEINFLUSSENDE PARAMETER Biogasanlge

▪ Temperatur

▪ pH-Wert

▪ Leicht flüchtige organische Säuren

▪ Substrat

▪ Faulraumbelastung

▪ Verweilzeit

▪ FOS/TAC und Säurekapazität

▪ Spurenelemente/Nährstoffe

▪ Hemmstoffe

▪ Grenzwerte

Interne Gasspeicher

Folienspeicher über Teildecke

Tragluftfoliendach

Gespanntes Foliendach

Externe Gasspeicher

Gassack

Doppelmembran-Biogasspeicher

Einstufiges – oder Zweistufiges BIOGASVERFAHREN Unterscheiden

Mais Alternativen

Getreideganzpflanzensilage
Grassilage
Getreidekorn
Zuckerrüben

Optimale Raumbelastung (BR)

2 - 3

Einheit: kg oTs/m^3 * d

Einer Anlage werden täglich 6 m³ Silomais, 8 m³ Bullenmist, 6 m³ Grassilage und 0,5 t Getreideschrot zugeführt. Der Fermenter und der Nachgärer haben ein Volumen von jeweils 800 m³, d.h. es stehen effektiv 1.600 m³ Fermentervolumen zur Verfügung. Berechnen Sie die Raumbelastung und beurteilen Sie diese.

Hydraulische Verweilzeit (HRT) berechnen

Wichtiger Parameter für die Dimensionierung von Anlagen

▪ Mindestverweilzeiten von:

Mais
Zuckerrübe
Gülle
Stroh

▪ Maissilage 80 Tage

▪ Zuckerrübe 60 Tage

▪ Gülle 35 Tage

▪ Stroh 160 Tage

Raumbelastung (BR) berechnen

Einer Biogasanlage werden täglich 6 m³ Silomais, 8 m³ Bullenmist, 6 m³ Grassilage und 0,5 t Getreideschrot (0,7 m³) zugeführt. Der Fermenter und der Nachgärer haben ein Volumen von jeweils 800 m³, d.h. es stehen effektiv 1.600 m³ Fermentervolumen zur Verfügung. Berechnen Sie die Hydraulische Verweilzeit und beurteilen Sie diese.