Stand der Technik

Wenn Bioabfälle einer anaeroben Behandlung unterzogen werden, erfolgt dies meist in einem einphasigen Prozessschritt. Dabei laufen alle biologischen Schritte in einem Fermenter parallel ab. Im Einsatz sind das Kompogas-, Linde-, Valorgaverfahren und weitere. Aufgrund des hohen Fasergehalts des eingesetzten Substrates liegt im Fermenter ein Trockensubstanzgehalt von 25 bis 30 % vor. Für diesen Prozess sind starke Rührorgane und eine robuste Fermenterbauart erforderlich. Nach einer Verweilzeit von etwa 20 Tagen im Fermenter wird das Substrat separiert. Der Feststoff wird kompostiert, während die Flüssigkeit zwischengelagert und anschließend meist landwirtschaftlich als Düngerlösung ausgebracht wird.

Vorteile 2-stufige Hochlastfermentation

Die Entfernung der schwer abbaubaren Faserfraktion vor der Biogasanlage ermöglicht die Verwendung von wesentlich effizienteren Verfahren, da nur noch gut vergärbare Bestandteile in der Pülpe vorliegen. Im vorgestellten Forschungsprojekt wird eine Hochlastfermentation in zwei Reaktoren durchgeführt: einem volldurchmischten Hydrolysereaktor und einem Festbettreaktor zur Biogaserzeugung. 
Durch die zweiphasige Prozessführung können die verschiedenen Prozessstufen separat optimiert werden. Dies führt zu einem höheren Methanertrag, verbesserter Gasqualität und wesentlich verkürzter hydraulischer Verweilzeit im Fermenter und dem auf die Hydrolyse folgenden Methanreaktor. Zudem können deutlich höhere Raumbelastungen (8-14 kgoTS/m³d) realisiert werden. Die Fütterung kann im mehrstufigen System flexibler gestaltet werden, um eine Fahrweise anzupassen, die dem Strom- und Wärmebedarf entspricht.

Wie funktioniert eine 2-stufige Hochlastfermentation?

Das Substrat, das aus der TDH stammt, ist bereits weitgehend hydrolysiert. In einer biologischen Hydrolysestufe werden die restlichen Kohlenhydrate bzw. Polymere zu kurzkettigen Säuren aufgeschlossen. Diese Säuren sind eine ideale Futterlösung für die Archaen im Methanisierungsfermenter. Noch vorhandene Partikel, die im anschließenden Festbettreaktor zu Problemen führen könnten, werden durch eine Filtrationseinheit abgeschieden und zurück in den Hydrolysefermenter geleitet.
Größe und Betrieb der Pilot-Hochlastfermentation in Backnang
In der Pilotanlage sollen täglich etwa 200 Liter Pülpe mit einem TS-Gehalt von ca. 3-5% verarbeitet werden. Der Hydrolysefermenter hat ein Volumen von 3 m³ und der Festbettreaktor ein Volumen von 1,5 m³. Beide Reaktoren werden bei einer thermophilen Temperatur von ca. 52 °C betrieben, wobei diese variiert werden soll. Der pH-Wert und die Verweilzeit werden im Projekt ebenfalls variiert. Außerdem wird das Enzym der Hochschule Offenburg eingesetzt und erprobt. Die Stoffströme und Erträge werden bilanziert.
Der Festbettreaktor wird mit Füllkörpern betrieben, die das Reaktionsgemisch durchströmen. Es handelt sich um ein Upstream-Verfahren.

Nutzung Gärrest

Der Gärrest kann als Düngerlösung verwendet werden und dient dem Fraunhofer IGB als Ausgangssubstrat für die Abtrennung von Nährstoffen (NPK).