Regenerative Energienutzung (Biomasse)

Wärmeaustauschplatten zur Fermenterheizung direkt in der Biomasse als Nutzung regenerativer Energien

Um einen optimalen Vergärungsprozess zu gewährleisten und damit eine möglichst hohe Gasausbeute zu erzielen, sollte vor allem das Temperaturniveau möglichst konstant gehalten werden. Diese Vorgänge erfolgen in wärmegedämmten, beheizten Fermentern. Zur Aufheizung des Gärsubstrats und zum konstanten Halten des Temperaturniveaus wird der Fermenter mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet. Das Hauptaugenmerk liegt auf den integrierten Heizeinrichtungen und der Wandmontage. Unsere Wärmeaustauschplattem werden über Halterungen an der Fermenterwandung angebracht. Alle Teile sind in Edelstahl ausgeführt. Sie sind somit korrosions- und alterungsbeständig und weisen gegenüber Kunststoffen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und bessere Wärmeübergansgwerte auf, was sich auf die Dimensionierung der Wärmetauscherfläche positiv auswirkt.

Die Bedeutung der erneuerbaren Energiequellen wie Sonne, Wind und Geothermie steigt aufgrund aktueller Ausgangslage. In Deutschland setzt sich der Gesamtverbrauch derzeit zu rund 60 % aus Erdöl und Erdgas zusammen und nur 40 % des deutschen Energiebedarfs können aus heimischen Quellen gedeckt werden. Biogas ist durch die technischen Weiterentwicklungen ein häufig diskutiertes Thema. Umwelt- und Klimaverträglichkeit sowie gesellschaftliche Akzeptanz lassen diesen Energieträger zu einem förderungswürdigen Baustein zur Sicherung der Energieversorgung werden. Nach vorsichtigen Schätzungen könnten in Deutschland etwa 5,5 % des Erdgasverbrauchs durch Biogas gedeckt werden. Biochemische Umwandlungsverfahren wie die Biogasproduktion beruhen auf Gärprozessen. Eine der wichtigsten Prozessgrößen, die Einfluss auf die Prozessstabilität und die Biogasproduktion haben ist die Gärtemperatur, welche die Geschwindigkeit des anaeroben Abbaus beeinflusst. Innerhalb des Gärspektrums unterscheidet man drei Temperaturbereiche, in denen die entsprechenden Bakterienstämme gedeihen.

  • unter 25 °C (psychrophile Stämme)
  • 30 °C bis 45 °C (mesophile Stämme)
  • über 50 °C (thermophile Stämme)

Die meisten landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden im mesophilen Temperaturbereich betrieben. Vergärung und Freisetzung von Biogas erfolgen nicht gleichmäßig. Die Gasentstehung ist vielmehr von der biologischen Aktivität der beteiligten Mikroorganismen und der Verdaulichkeit der Ausgangssubstrate abhängig. Um einen optimalen Vergärungsprozess zu gewährleisten und damit eine möglichst hohe Gasausbeute zu erzielen, sollte vor allem das Temperaturniveau möglichst konstant gehalten werden. Diese Vorgänge erfolgen in wärmegedämmten, beheizten Fermentern. Zur Aufheizung des Gärsubstrats und zum konstanten Halten des Temperaturniveaus wird der Fermenter mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet. Aus den Einsatzerfahrungen der Branche ist dabei folgendes festzustellen: Man unterscheidet in integrierte Heizeinrichtung und Wandmontage, auf der der Hauptaugenmerk liegt. In der Regel wird dies mit Kunststoffrohren bewerkstelligt. Diese sind zwar preiswert, längen aber nach und müssen erheblich enger verlegt werden. Das reduziert die Durchgänge und führt schneller zu Ablagerungen von Substrat mit dem Nachteil schlechterer Durchmischung und reduzierter Wärmeleitfähigkeit. Durch alle Kunststoffrohre diffundiert Sauerstoff, welcher in das Heizungswasser gelangt. Diese unerwünschte Tatsache führt zur Verschlammung des Heizungswassers und damit zu einer ständigen Verschlechterung des Energieaustausches. Man benötigt also immer mehr Energie um die gewünschte Heizungswirkung erreichen zu können. Um den Wärmeverlust zu kompensieren werden in der Regel die Vorlauftemperaturen erhöht, was jedoch eine schnellere Verdampfung der Stabilisatoren im Kunststoff und somit eine schnellere Versprödung zu Folge hat. Die Sauerstoffdiffusion nimmt dagegen mit der Versprödung der Kunststoffrohre noch zu. Diese Tatsache kann auch zur Korrosion von metallischen Heizungsrohren und Heizkesseln führen, da diese nicht gegen Korrosion geschützt sind. In die Behälterwand integrierte Heizeinrichtungen haben sich bei Beton nicht bewährt, da dies zum Abplatzen des Baumaterials führen kann.

Zum Teil werden auch Fußbodenheizungen in die Behälterböden einbetoniert. Deren Wirksamkeit ist jedoch eingeschränkt, da Sinkschichten wärmedämmend wirken und die Wärmeabgabe der Bodenheizung dadurch stark eingeschränkt wird.

Unsere Lösung

Wärmeaustauschplattem werden über Halterungen an der Fermenterwandung angebracht. Wärmeaustauschplattem an der Behälterwandung montiert (s. Bild).

Fazit

Alle Teile sind in Edelstahl ausgeführt. Sie sind somit korrosions- und alterungsbeständig und weisen gegenüber Kunststoffen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und bessere Wärmeübergangswerte auf, was sich auf die Dimensionierung der Wärmetauscherfläche positiv auswirkt. Es findet keine Sauerstoffdiffusion und kein Eintrag von Kohlenwasserstoffen sowie Ammoniak in das Heizsystem statt. Niedrigere Druckverluste ermöglichen Einsatz von kleineren und somit günstigeren Pumpen. Inkrustationen, Verklumpungen und Verstopfungen durch lang- und kurzfasriges Substrat, die isolierendes Verhalten verursachen werden vermieden.

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