Pöttinger Trockenfermenter MobiGas: Gas aus der Garage
Faserige, störstoffhaltige Substrate wie Pferdemist oder Biotonnenabfälle lassen sich zu Biogas vergären. Im Garagen-Fermenter geht das ohne Vorzerkleinerung und Rühren.
vor 5 Jahren
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Gut zu wissen
- Bei der Trockenfermentation sind Zerkleinerungsaggregate, Substratpumpen und Rührwerke überflüssig.
- Frische Biomasse muss mit Gärrest und Perkolat geimpft werden.
- Die Steuerung regelt Luft-, Wärme- und Perkolatzufuhr.
- Der Pöttinger-Fermenter erzeugt rund 80 m³ Biogas/t Pferdemist.
- Frische Biomasse muss mit Gärrest und Perkolat geimpft werden.
- Die Steuerung regelt Luft-, Wärme- und Perkolatzufuhr.
- Der Pöttinger-Fermenter erzeugt rund 80 m³ Biogas/t Pferdemist.
Strohhaltiger Mist, Strauch- und Grünschnitt oder auch andere organische Abfälle aus der Biotonne enthalten Energie. Aber wegen ihrer schlechten Pump- und Rührfähigkeit gelten diese Substrate als schwierig — zumindest, wenn das Biogas für die Energiegewinnung im üblichen Nassfermentationsverfahren erzeugt werden soll. Zudem können Störstoffe hierbei Probleme bereiten.
Vor- und Nachteile der Fermentation in Boxen
Anders sieht das bei der Trockenfermentation im absätzigen Batch-Verfahren aus. Dafür eignen sich Substrate mit einem Trockensubstanzgehalt von 30 Prozent und mehr. Sie müssen stapelbar sein und sollen sogar für eine gute Durchfeuchtung mit Gärflüssigkeit, dem sogenannten Perkolat, eine gewisse Struktur besitzen.
Als Fermenter dienen luftdicht verschließbare Garagen, die der Betreiber z. B. mit dem Hoftrac befüllt und entleert. Während des Gärprozesses wird das Substrat nicht bewegt. Damit der Prozess schnell startet, muss das frische Substrat vor dem Einbringen in den Fermenter mit vergorenem Substrat gemischt werden. Boden- oder auch Wandheizungen halten den Fermenterinhalt auf der nötigen Prozesstemperatur. Düsen an der Fermenterdecke besprühen das Material mit Perkolat.
Die Vorteile dieses Fermentationsverfahrens sind schnell klar: Es werden keine Rührwerke und Substratpumpen benötigt. Verschleiß, Wartungsaufwand und Strombedarf sind daher vergleichsweise gering. Dennoch hat sich die Trockenfermentation bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen bislang nicht durchgesetzt.
Ein Problem des absätzigen Verfahrens ist die qualitativ und mengenmäßig schwankende Gasproduktion. Um die Biogasmenge und den Methangehalt im Biogas zu homogenisieren, müssen daher mehrere Fermenter installiert sein. Außerdem bedarf es einer intelligenten Steuerung, die den Prozess und die Biogasqualität überwacht.
Als Fermenter dienen luftdicht verschließbare Garagen, die der Betreiber z. B. mit dem Hoftrac befüllt und entleert. Während des Gärprozesses wird das Substrat nicht bewegt. Damit der Prozess schnell startet, muss das frische Substrat vor dem Einbringen in den Fermenter mit vergorenem Substrat gemischt werden. Boden- oder auch Wandheizungen halten den Fermenterinhalt auf der nötigen Prozesstemperatur. Düsen an der Fermenterdecke besprühen das Material mit Perkolat.
Die Vorteile dieses Fermentationsverfahrens sind schnell klar: Es werden keine Rührwerke und Substratpumpen benötigt. Verschleiß, Wartungsaufwand und Strombedarf sind daher vergleichsweise gering. Dennoch hat sich die Trockenfermentation bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen bislang nicht durchgesetzt.
Ein Problem des absätzigen Verfahrens ist die qualitativ und mengenmäßig schwankende Gasproduktion. Um die Biogasmenge und den Methangehalt im Biogas zu homogenisieren, müssen daher mehrere Fermenter installiert sein. Außerdem bedarf es einer intelligenten Steuerung, die den Prozess und die Biogasqualität überwacht.
Pöttingers Lösung
Pöttinger hat deswegen seinen Trockenfermenter „MobiGas“ modular aufgebaut. In einem Technikcontainer sind die Steuerung, ein Gasanalysegerät, die Gasverteilstation mit Gasverdichter, die Wärmeverteilung mit Wärmetauscher und Heizungspumpe, ein Luftgebläse, das Bhkw sowie der Gasspeicher und ein Perkolattank untergebracht. Die Biogasproduktion erfolgt in drei bis fünfzehn weiteren Containern, die jeweils Platz für 45 m³ Substrat bieten.
In der Standardausstattung mit drei Fermentern hat das Bhkw von Tedom 30 kW elektrische und 50 kW thermische Leistung. Bei einer Erweiterung der Fermenteranzahl müssen unter Umständen Bhkw-Leistung und Gasspeichervolumen ergänzt werden.
Als Gasspeicher dient ein Sack mit nur 22 m³ Volumen, der in einem abgetrennten Raum im Technikcontainer untergebracht ist. Der Gasspeicher ist zum einen Zwischenpuffer, zum anderen vermischt sich hier das Biogas aus den angeschlossenen Fermentern, die Gas mit unterschiedlich hohen Methangehalten produzieren.
Um eine kontinuierliche Gasproduktion zu erreichen, werden die Container nicht alle zeitgleich befüllt und entleert, sondern zeitversetzt. Die Verweildauer des Substrats im Fermenter beträgt etwa 21 Tage. In der ersten Woche des Gärprozesses steigt der Methangehalt im Biogas kontinuierlich an. Sobald die Methanbildung voll im Gange ist, erzeugt jeder Fermenter je nach Substrat 3,5 bis 4,5 m³ Biogas pro Stunde mit bis zu 67 Prozent Methan bei Bioabfällen bzw. bis zu 60 Prozent bei Pferdemist.
In der Standardausstattung mit drei Fermentern hat das Bhkw von Tedom 30 kW elektrische und 50 kW thermische Leistung. Bei einer Erweiterung der Fermenteranzahl müssen unter Umständen Bhkw-Leistung und Gasspeichervolumen ergänzt werden.
Als Gasspeicher dient ein Sack mit nur 22 m³ Volumen, der in einem abgetrennten Raum im Technikcontainer untergebracht ist. Der Gasspeicher ist zum einen Zwischenpuffer, zum anderen vermischt sich hier das Biogas aus den angeschlossenen Fermentern, die Gas mit unterschiedlich hohen Methangehalten produzieren.
Um eine kontinuierliche Gasproduktion zu erreichen, werden die Container nicht alle zeitgleich befüllt und entleert, sondern zeitversetzt. Die Verweildauer des Substrats im Fermenter beträgt etwa 21 Tage. In der ersten Woche des Gärprozesses steigt der Methangehalt im Biogas kontinuierlich an. Sobald die Methanbildung voll im Gange ist, erzeugt jeder Fermenter je nach Substrat 3,5 bis 4,5 m³ Biogas pro Stunde mit bis zu 67 Prozent Methan bei Bioabfällen bzw. bis zu 60 Prozent bei Pferdemist.
Das 3a-Verfahren
Der Gärprozess in den Fermenterboxen erfolgt in drei Stufen: aerob — anaerob — aerob. Wegen der Anfangsbuchstaben (dreimal „a“) wird das Verfahren der Trockenfermentation auch 3a-Verfahren genannt.
Am Anfang des Prozesses bläst ein Gebläse Luft von unten durch den Fußboden in den Substrathaufen im Fermenter. Aufgrund dieser Zwangsbelüftung startet der Rotteprozess, an dem sauerstoffliebende (aerobe) Bakterien beteiligt sind. Dabei erwärmt sich das Material schnell auf die gewünschte Temperatur von knapp 40 °C.
Anschließend stoppt die Belüftung, und es folgt der anaerobe Methanisierungsprozess ohne Luftzufuhr. Währenddessen regelt die Anlagensteuerung die Fußbodenheizung, um die Solltemperatur im Substrathaufen zu erhalten. Eine Temperaturlanze mit drei Sensoren misst dazu die Kerntemperatur des Substrats im Fermenter. Die gemittelte Temperatur dieser drei Sensoren verwendet die Steuerung als Referenz für die Fermenterheizung.
Am Ende des Prozesses wird der Fermenterraum wieder belüftet. Dadurch stoppt die Methanbildung. Das Gasanalysegerät misst den Methangehalt im Biogas. Erst wenn dieser unter zwei Prozent gesunken ist, darf die Tür des Fermenters geöffnet werden. Enthält das Gasgemisch weniger als vier Prozent Methan, entlässt die Steuerung das Gas über den Biofilter in die Atmosphäre.
Am Anfang des Prozesses bläst ein Gebläse Luft von unten durch den Fußboden in den Substrathaufen im Fermenter. Aufgrund dieser Zwangsbelüftung startet der Rotteprozess, an dem sauerstoffliebende (aerobe) Bakterien beteiligt sind. Dabei erwärmt sich das Material schnell auf die gewünschte Temperatur von knapp 40 °C.
Anschließend stoppt die Belüftung, und es folgt der anaerobe Methanisierungsprozess ohne Luftzufuhr. Währenddessen regelt die Anlagensteuerung die Fußbodenheizung, um die Solltemperatur im Substrathaufen zu erhalten. Eine Temperaturlanze mit drei Sensoren misst dazu die Kerntemperatur des Substrats im Fermenter. Die gemittelte Temperatur dieser drei Sensoren verwendet die Steuerung als Referenz für die Fermenterheizung.
Am Ende des Prozesses wird der Fermenterraum wieder belüftet. Dadurch stoppt die Methanbildung. Das Gasanalysegerät misst den Methangehalt im Biogas. Erst wenn dieser unter zwei Prozent gesunken ist, darf die Tür des Fermenters geöffnet werden. Enthält das Gasgemisch weniger als vier Prozent Methan, entlässt die Steuerung das Gas über den Biofilter in die Atmosphäre.
Perkolat im Kreislauf
Die Steuerung der Luftzufuhr und der Temperatur ist also entscheidend für den Prozessstart und den Prozessverlauf. Doch die Methanbildung würde zu langsam in Gang kommen, wenn wie bei Strauch- und Grünschnitt nur wenige Bakterien im Substrat vorhanden sind. Deswegen muss das Material vor dem Einbringen in den Fermenter geimpft werden.
Pöttinger empfiehlt, das frische Material mit 30 bis 50 Prozent vergorenem Material aus dem Fermenter zu mischen. Zum einen startet dann der Gärprozess schneller, zum anderen ist im Gärrest noch Biogas enthalten, das beim erneuten Prozessdurchlauf frei wird.
Sobald die Steuerung den anaeroben Prozess gestartet hat, beginnt das Besprühen des Substrathaufens mit Perkolat, um Bakterien in den Prozess zu bringen. Je nach Substrat fällt mehr oder weniger viel von dieser Gärflüssigkeit an. Bei Biotonnenabfällen vermehrt sich die Flüssigkeit im Kreislauf, so dass der Betreiber diese von Zeit zu Zeit in ein Güllelager umpumpen und auf seinen Feldern ausbringen muss. Beim Vergären von strohhaltigem, trockenem Mist hingegen reicht die austretende Perkolatmenge gerade, um den Fermenterinhalt kontinuierlich zu befeuchten.
Eine Rinne hinten an den Fermenterboxen sammelt die Sickersäfte. Von dort werden sie in den Perkolattank gepumpt, um damit anschließend das Substrat zu berieseln.
Durch dieses ständige im Kreis Pumpen reichern sich zunehmend Nährstoffe in der Gärflüssigkeit an. Problematisch ist dies, wenn Phosphat in Form von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP bzw. Struvit) auskristallisiert. Die steinharten Kristalle können Düsen und Leitungen verstopfen. Nach bisherigen Praxiserfahrungen gab es damit im Pöttinger-Fermenter noch keine Probleme.
Pöttinger empfiehlt, das frische Material mit 30 bis 50 Prozent vergorenem Material aus dem Fermenter zu mischen. Zum einen startet dann der Gärprozess schneller, zum anderen ist im Gärrest noch Biogas enthalten, das beim erneuten Prozessdurchlauf frei wird.
Sobald die Steuerung den anaeroben Prozess gestartet hat, beginnt das Besprühen des Substrathaufens mit Perkolat, um Bakterien in den Prozess zu bringen. Je nach Substrat fällt mehr oder weniger viel von dieser Gärflüssigkeit an. Bei Biotonnenabfällen vermehrt sich die Flüssigkeit im Kreislauf, so dass der Betreiber diese von Zeit zu Zeit in ein Güllelager umpumpen und auf seinen Feldern ausbringen muss. Beim Vergären von strohhaltigem, trockenem Mist hingegen reicht die austretende Perkolatmenge gerade, um den Fermenterinhalt kontinuierlich zu befeuchten.
Eine Rinne hinten an den Fermenterboxen sammelt die Sickersäfte. Von dort werden sie in den Perkolattank gepumpt, um damit anschließend das Substrat zu berieseln.
Durch dieses ständige im Kreis Pumpen reichern sich zunehmend Nährstoffe in der Gärflüssigkeit an. Problematisch ist dies, wenn Phosphat in Form von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP bzw. Struvit) auskristallisiert. Die steinharten Kristalle können Düsen und Leitungen verstopfen. Nach bisherigen Praxiserfahrungen gab es damit im Pöttinger-Fermenter noch keine Probleme.
MobiGas in der Praxis
Auf dem Betrieb Drexler in St. Peter am Hart (Österreich) wurde der Pöttinger Trockenfermenter MobiGas im Jahr 2014 anfangs mit drei Fermentercontainern in Betrieb genommen, später kamen zwei weitere hinzu. Im Zuge der Erweiterung hat Betriebsleiter Alexander Drexler einen Gaskessel mit 46 kW Wärmeleistung installiert. Dieser verbrennt überschüssiges Biogas, das das 30-kW-Bhkw nicht verstromt. Der Betrieb Drexler vergärt im Trockenfermenter hauptsächlich Biomasseabfälle aus der kommunalen Biotonne. Zum Start der Anlage hat Alexander Drexler den Biotonnenabfall mit Rindermist gemischt, um das Substrat mit den nötigen Bakterien zu impfen. Pöttinger nutzt die Anlage auf dem Betrieb Drexler auch für eigene Versuche mit unterschiedlichen Substraten. Dazu gehören neben Pferdemist auch Nährböden aus der Pilzzucht und Seegras. Das Vergären von Rinder- und Pferdemist funktioniert nach Alexander Drexlers Erfahrung gut.
Begeistert ist der Betreiber auch deswegen von diesem Biogasverfahren, weil er wenig Arbeitszeit für die Betreuung der Anlage investieren muss. „Es sind keine laufenden Wartungen nötig. Die Kontrollgänge beschränken sich auf die Tage, an denen einer der fünf Fermenter leergeräumt und wieder gefüllt werden muss. Diese Arbeit dauert höchstens zehn Stunden in der Woche“, sagt er. Auch die Kosten für Strom sind überschaubar. „In 24 Stunden braucht die Anlage bei 700 kWh erzeugter Energie (Strom und Wärme) rund 2 kWh Eigenstrom,“ berichtet Alexander Drexler.
Begeistert ist der Betreiber auch deswegen von diesem Biogasverfahren, weil er wenig Arbeitszeit für die Betreuung der Anlage investieren muss. „Es sind keine laufenden Wartungen nötig. Die Kontrollgänge beschränken sich auf die Tage, an denen einer der fünf Fermenter leergeräumt und wieder gefüllt werden muss. Diese Arbeit dauert höchstens zehn Stunden in der Woche“, sagt er. Auch die Kosten für Strom sind überschaubar. „In 24 Stunden braucht die Anlage bei 700 kWh erzeugter Energie (Strom und Wärme) rund 2 kWh Eigenstrom,“ berichtet Alexander Drexler.
Die Pöttinger-Trockenfermentationsanlage besteht aus einem Technikcontainer und mindestens drei Fermentern.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Das Bhkw von Tedom mit 30 kWel und 50 kWth verstromt das Biogas.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Eine elektronische Steuerung überwacht und regelt den dreistufigen Prozess.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Gärreste und frisches Substrat müssen ungefähr im Verhältnis 1:1 gemischt werden.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Das Mischen kann mit einem Kompostwender erfolgen.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Hier kommen die Gasleitungen aus den Fermentern an (links) und ein Heizungssystem (rechts) leitet Wärme in die Fermenterböden.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Der Gasspeicher ist ein 22-m³-Sack im Container.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Damit die Steuerung die Temperatur im Substrathaufen kennt, steckt der Mitarbeiter die Temperaturlanze in den Haufen.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
An der Fermenterdecke sind die Perkolatleitungen mit Düsen (blau) zum Befeuchten des Substrats angebracht.
(Bildquelle: Stefan Tovornik)
Der Betrieb Drexler
Alexander Drexler betreibt zusammen mit seinen Eltern und seinem Bruder im österreichischen St. Peter am Hart eine Gärtnerei. In Gewächshäusern produzieren sie Gemüse- und Salatjungpflanzen sowie Beet- und Balkonblumen. Zum Beheizen der 4 600 m² Gewächshausfläche benötigen sie auch im Sommer Wärme. Darüber hinaus erzeugt der Betrieb aus Biotonnenabfällen Kompost für den Eigenbedarf und für den Verkauf.
Deswegen fasziniert Alexander Drexler die Idee, aus Bioabfall Strom und Wärme zu produzieren. „Die Vergärung der Biotonnenabfälle im Trockenfermenter von Pöttinger passt super zu unserem Betriebskonzept. Denn die Fermentierung ist ein Zwischenschritt bei der Kompostierung, der über das Biogas Energie aus dem Material herausholt. Die Wärme kann ich gut in der Gärtnerei gebrauchen, und der Strom bringt uns dank der Einspeisevergütung einen Zusatzerlös“, sagt Alexander Drexler.
Technische Details zum Fermenter-Container:
Der Fermenter misst außen 3 x 3 x 8 m. Innen ist er 2,70 m breit, 2,60 m hoch und 7,50 m lang.
Der Fermenterraum ist mit Epoxidharz pulverbeschichtet, um ihn vor Korrosion zu schützen. Außerdem ist er mit Hartschaumstoffplatten und Brandschutzpaneelen wärmegedämmt.
Am Fermenterboden sind Holzbalken angebracht, auf denen der Fahrer die Frontladerschaufel ablegen und vorwärts schieben kann.
Zum Schutz der Seiteninnenwände bringt Pöttinger inzwischen Siebdruckplatten an, die auch im Baumarkt erhältlich sind, so dass der Betreiber sie einfach und kostengünstig austauschen kann.
Zum Befüllen des Fermenters wird eine Abschiebegabel benötigt.
Während des Befüllens des Containers wird schon Luft reingeblasen. Das ist für den Fahrer wegen des Geruchs des Substrats angenehmer.
Über dem Substrathaufen muss etwa 40 cm Platz zur Decke bleiben, damit die Perkolatdüsen die Flüssigkeit breit verteilen können.
Bei den neuen Fermentercontainern verhindert eine Zwischentür, dass Substrat in die Toröffnung des Containers fällt und das Schließen des Tors blockiert.
Die Fundamentplatte für die Container erstellt der Kunde selbst. Die Pläne dafür liefert Pöttinger. Die Neigung der Platte soll bewirken, dass keine Flüssigkeit unter den Container läuft und Perkolat im Container nach hinten zur Sammelrinne fließt.
Ein Biofilter sorgt dafür, dass beim Belüften der Fermenter zu Prozessbeginn und zu Prozessende keine Gerüche ins Freie gelangen.
Der Technikraum ist mit einem Gaswarnsystem ausgestattet, das bei erhöhten Methanwerten den Innenraum belüftet.
Die komplette Anlage mit Technikcontainer und drei Fermentern einschließlich Biofilter und Abschiebegabel für einen Hoflader kostet 450 000 Euro ohne MwSt.
Der Fermenterraum ist mit Epoxidharz pulverbeschichtet, um ihn vor Korrosion zu schützen. Außerdem ist er mit Hartschaumstoffplatten und Brandschutzpaneelen wärmegedämmt.
Am Fermenterboden sind Holzbalken angebracht, auf denen der Fahrer die Frontladerschaufel ablegen und vorwärts schieben kann.
Zum Schutz der Seiteninnenwände bringt Pöttinger inzwischen Siebdruckplatten an, die auch im Baumarkt erhältlich sind, so dass der Betreiber sie einfach und kostengünstig austauschen kann.
Zum Befüllen des Fermenters wird eine Abschiebegabel benötigt.
Während des Befüllens des Containers wird schon Luft reingeblasen. Das ist für den Fahrer wegen des Geruchs des Substrats angenehmer.
Über dem Substrathaufen muss etwa 40 cm Platz zur Decke bleiben, damit die Perkolatdüsen die Flüssigkeit breit verteilen können.
Bei den neuen Fermentercontainern verhindert eine Zwischentür, dass Substrat in die Toröffnung des Containers fällt und das Schließen des Tors blockiert.
Die Fundamentplatte für die Container erstellt der Kunde selbst. Die Pläne dafür liefert Pöttinger. Die Neigung der Platte soll bewirken, dass keine Flüssigkeit unter den Container läuft und Perkolat im Container nach hinten zur Sammelrinne fließt.
Ein Biofilter sorgt dafür, dass beim Belüften der Fermenter zu Prozessbeginn und zu Prozessende keine Gerüche ins Freie gelangen.
Der Technikraum ist mit einem Gaswarnsystem ausgestattet, das bei erhöhten Methanwerten den Innenraum belüftet.
Die komplette Anlage mit Technikcontainer und drei Fermentern einschließlich Biofilter und Abschiebegabel für einen Hoflader kostet 450 000 Euro ohne MwSt.
Fazit
Das Verfahren der Trockenfermentation ist zwar schon seit Jahren bekannt. Es konnte sich aber bislang nicht durchsetzen. Vielleicht gelingt Pöttinger das jetzt mit seiner modular aufgebauten Anlage. Der MobiGas-Fermenter ist mit einer intelligenten Steuerung ausgestattet, die die Prozesstemperatur sowie die Biogasmenge und den Methangehalt im Gas überwacht. Interessant könnte die Investition z. B. auch für Pferdehalter oder für Betreiber von Kompostierungsanlagen sein.
