Prallreaktor, mehr Gas durch mechanischen Aufschluss

Dipl.-Ing. Elmar Brügging, M.Sc.

Inhalt

1 Ziele des mechanischen Aufschlusses2 Mechanischer Aufschluss3 Laborversuche mit Stroh4 Versuche mit dem Prallreaktor5 Versuchsergebnisse – Prallreaktor6 Fazit

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1 Ziele des mechanischen Aufschlusses• Der Aufschluss von Biomasse optimiert die Substratumsetzung

– Weniger Einsatzmengen an Substrat für die gleiche erzeugte Energie– Weniger Reststoffe, Gärreste durch besseren Umsatz in der Fermentation– Kleinere Fermenter für die gleiche elektrisch installierte Leistung– Kleinere Substratlager, Silolager für die gleiche Biogasanlage

• Der Aufschluss verbessert den Prozess– Kleinere Partikelgrößen erleichtern Pump- und Rührprozesse, weniger Kosten für

Instandhaltung– Größere spezifische Oberflächen beschleunigen die Umsetzungsvorgänge– Faserige Substrate, wie Grassilage, werden effizienter umgesetzt

• Der Aufschluss verbessert die Nutzung von biogenen Reststoffen– Auch teilverholzte Substrate können vergoren werden– Grassilagen, Landschaftsschutzgras und Straßenbegleitgrün sind technisch leichter

einsetzbar– Zwischenfrüchte können äquivalent zu Silomais eingesetzt werden

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2 Mechanischer Aufschluss• Der mechanische Aufschluss teilt sich in verschiedene

Zerkleinerungsarten auf– Mechanische Zerkleinerung durch Schnitt

• Auch bei geringen Umdrehungen laufsicher• Eindeutiges Zerkleinerungsergebnis• Scharfe Schnittkanten

– Mechanische Zerkleinerung durch Prall• Hohe Umdrehungen notwendig• Breites Zerkleinerungsergebnis• Zerfaserte Bruch- und Risskanten • Hohe spezifische Oberflächen

• Zellstrukturen werden zerstört– Eingeschlossene Cellulose wird frei– Höherer Umsatz– Höherer Biogasertag

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2 Laborversuche mit Stroh

• Mahlversuche von Stroh mittels Schnitt- und Prallsatz– Partikelgrößenverteilung– Schnitt bzw. Bruchoptik– Methangaserträge der Partikelfraktionen– Mehrerträge durch Aufschluss?

• Mahlversuche mit einer Labormühle

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2 Laborversuche mit Stroh

• Klare Unterscheidbarkeit des Zerkleinerungsergebnisses– Schnittzerkleinerung

• Scharfe Schnittkante• Enge Partikelgrößenverteilung

– Prallzerkleinerung• Grobe, zerfaserte Bruchkante• Breite Partikelgrößenverteilung

• Methangaserträge– Schnitt: Höhere Erträge (15 %) durch feiner werdende Partikel– Prall: Hohe Erträge (22 %) auch bei groben Partikeln

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2 Laborversuche mit Stroh

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Schnittzerkleinerung Prallzerkleinerung

3 Versuche mit dem Prallreaktor• Versuch im technischem Maßstab

– Größe: 1.000 x 800 x 1.500 (LxBxH - mm)– Prallrotor: 500 mm– Durchsatz: 20 – 200 kg/h– Antrieb: 5,5 kWel– Klassiersieb: 20 mm

• Untersuchung von – Sommergerste– Sommertriticale– Hafer– Sonnenblumen– Zuckerrüben– Stroh– Grasssilage

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2 Prallreaktor

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

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4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

gewelktes Heu219 l/kgoTM (-4 %) – 228 l/kgoTM

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

Sommertriticale209 l/kgoTM (4 % mehr) – 200 l/kgoTM

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

Hafer311 l/kgoTM (8 % mehr) – 289 l/kgoTM

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

Zuckerrübe304 l/kgoTM (9 % mehr) – 280 l/kgoTM

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

Stroh167 l/kgoTM (25 % mehr) – 129 l/kgoTM

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

Sonnenblume318 l/kgoTM (34 % mehr) – 238 l/kgoTM

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor

Sommergerste274 l/kgoTM (51 % mehr) – 182 l/kgoTM

4 Versuchsergebnisse - Prallreaktor• Alle Substrate bis auf das gewelkte Heu und das Stroh

konnten optisch gut zerkleinert bzw. zerfasert werden• Die Methangaserträge steigen durch den Prall vor Allem bei

den feuchteren Substraten (höhere Dichte)• Die Stromaufnahme lag bei allen Substraten ungefähr bei

10 kWh/tFMMethangasertrag Trockenrückstand Vorher Nach dem Prallreaktor Mehrertrag

[% v. FM] [l/kg oTM] [l/kg oTM] [%]Grassilage 82,26 227,98 219,12 -4 %Sommertriticale 20,6 201,11 209,85 4 %Hafer 21,45 289,02 311,54 8 %Zuckerrübe 12,48 280,33 304,67 9 %Stroh 88,78 129,12 161,66 25 %Sonnenblume 16,66 238,11 318,28 34 %Sommergerste 12,53 182,32 274,75 51 %

5 Fazit• Der Prallreaktor ist für verschiedene Substrate geeignet

und erhöhte den Methangasertrag im Mittel um 18 % bei einem Strombedarf von rund 10 kWhel/tFM

• Sehr trockene Substrate sind für den technischen Aufschluss tendenziell ungeeignet

• Es besteht bei den meisten Substraten ein großes Potenzial

• Hafer und Sonnenblumen erreichen in den bisherigen Untersuchungsreihen die höchsten Biogaserträge (ca. 90 % Silomais-Äquivalent)

• Diese ersten Untersuchungsreihen werden im Rahmen des neuen GrennGas Projektes fortgesetzt 19