Forschung
[Home] [Über uns] [Stellenangebote] [Referenzen] [Vertrieb] [Wartung] [Impressum]

 

nachfolgend beschriebenes Projekt wurde dieses Jahr von verschiedenen Stellen für den “Bayerischen Energiepreis” nominiert.

Klärschlamm und Tiermehl als Energiequellen der Zukunft

Gewinnung von Ökodiesel und Kohle aus organischen Abfällen.

Pilotprojekt

Gefördert durch die DBU (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) entwickeln  wir seit etwa einem Jahreine Pilotanlage zur „Thermokatalytischen Niedertemperatur-Konvertierung (NTK)“ von Biomasse zu Energieträgern, wie Kohle und Ökodiesel.

Ein an der FH Giessen-Friedberg entwickeltes, spezielles thermo-katalytisches Verfahren, erzeugt zur Zeit in einer im Klärwerk des  Abwasserzweckverbandes Füssen aufgestellten Pilotanlage, stündlich etwa 7 Liter Rohöl und 25 kg Kohle.

Die Energieausbeute ließe  sich steigern, wenn anstatt des Füssener Klärschlamms (ausgefault, d.h. Methangas ist bereits entzogen) getrockneter Belebtschlamm oder Tiermehl zu Einsatz kommen würden.

Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, und bereits in der Entwicklungsphase möglichst breite Erfahrungen zu sammeln, wurde die gesamt Pilotanlage in einen Containerrahmen  montiert. Dies ermöglicht problemlos die Umsetzung an andere Orte, und den Testbetrieb bei anderen Betreibern.

Projektpartner, Projektdauer

Fachhochschule Gießen-Friedberg, Fa. W+F Grimmel Wassertechnik GmbH, Fa. Rünagel Elektrotechnik GmbH, Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Offizieller Startschuss war am 1.2.2003, der Projektplan sieht vor, dass die Anlage bis Ende Juli 2004 serienreif ist.

Der Prozess

Reaktor mit Isolierung und HeizungsanschlüssenIn einem Reaktorbehälter findet bei ca. 400 °C unter Ausschluss von Sauerstoff ein „beschleunigter Prozess“ der „Natur“ statt. Was dort in  Jahr-Millionen unter dem Druck der übereinanderliegenden Erdschichten passiert ist, spielt sich hier in weniger als einer Stunde ab. Vorlagebehälter mit WägezelleEs entsteht Rohöl, Kohle und Gas.

Aus einem Vorlagenbehälter fördert eine Zufuhrschnecke die Biomasse in den Reaktor. Diese Schnecke ist mit einem Kühlregister vor dem Reaktoreingang  ausgestattet um Antriebsschäden durch die hohe Temperatur zu vermeiden.

.Innerhalb des Reaktors findet durch entsprechend gesteuerte Höhenstände und Bewegungsabläufe die  thermokatalytische Umwandlung statt. Ein stetiger Stickstoffüberdruck verhindert, dass über Außenanschlüsse wie Zufuhr oder Austragsschnecke, Sauerstoff an den Prozess gelangt und die getrocknete Biomasse verbrennen  könnte.

Eine Austragsschnecke, ebenfalls mit entsprechenden Kühlregistern versehen, trägt die heiße Kohle proportional zum zugeführten Material aus.

Die entstehenden Gase werden unter Ausschluss von Sauerstoff in einem Kondensator  auskondensiert und die flüssigen Phasen in ein Trennsystem weiterleitet. Bei der letzten Trennung, im Ölabscheider, wird das Rohöl mit einer Viskosität, vergleichbar mit Dieselöl, abgezogen.
Die nichtkondensierbaren Gase (CO, CO2, CH4, H2) werden noch mittels einer überwachten Flamme abgefackelt. Das abgeschiedene Reaktionswasser wird dem  Kläranlagenprozess wieder zugeleitet. Die Ausbildung des zwischenzeitlich zum Patent angemeldeten „Festbett-Schlaufenreaktors“ erlaubt uns einen kontinuierlichen  Pilotbetrieb mit einem Durchsatz von ca. 50 kg/h. Die erzeugten Öle übertreffen die in umfangreichen experimentellen Tests ermittelten Ergebnisse des FH-Labors, in Bezug auf Viskosität und Heizwert.
 

Die gasförmigen Reststoffe enthalten  Kohlenwasserstoffe und werden deshalb mittels einer überwachten Flamme abgefackelt. Das abgeschiedene „Reaktions-Wasser“ wird dem Kläranlagenprozess wieder zugeleitet.

Die Ausbildung des zwischenzeitlich zum Patent angemeldeten „Festbett -Schlaufenreaktors“ erlaubt uns einen kontinuierlichen Pilotbetrieb  mit einem Durchsatz von ca. 50 kg/h. Die erzeugten Öle übertreffen die in umfangreichen experimentellen Tests ermittelten Ergebnisse des FH-Labors, in Bezug auf Viskosität und Heizwert.

Automatisierung

Die Pilotanlage wird durch zwei DDC-Controller und einem intelligenten PC-Leitsystems vollautomatisch gesteuert. Speziell für dieses Projekt, von uns  entwickelte Schnittstellen, zeichnen Projektdaten direkt in Office-Dateiformaten auf, von wo sie einfach und effektiv weiterverarbeitet und ausgewertet werden können.

Die Controller müssen  neben steuerungsrelevanten Abläufen etwa 25 Regelkreise zur Beheizung, Begrenzung, Kühlung und Antriebsregulierung  gleichzeitig verarbeiten können.

Eine OPC-Datenschnittstelle ermöglicht dem Leitsystem Zugriff auf nicht weniger als 1600 Datenpunkte zur Visualisierung, Bedienung und Datenaufzeichnung.

 

Energiebilanz

Zur Untersuchung der Energieausbeute verschiedener Biomassen waren eine ganze Reihe Laborversuche nötig.

Dabei konnte nachgewiesen werden, dass bei einem Heizwert von 11,1 MJ/kg des Füssener Klärschlamms etwa 49,6% der Energie in der Kohle und 25,5% im Öl fixiert werden.

Bei getrocknetem Belebtschlamm mit 19,6 MJ/kg, wie er z.B. auf den Kläranlagen in Scheßlitz , oder Burgebrach im Lkr.  Bamberg vorkommt, finden sich in Kohle 37,5% und bis zu 42,6% Energie im Öl wieder.

Noch höher liegt die Energieausbeute in Öl aus Tiermehl. Bei nur 18,5 MJ/kg sind 52% im Öl- und nur 33% in der Kohle.

Die zuzuführende Energie bei einer Durchsatzleistung von 50 kg/h liegt etwa bei 16 kW.
Da weder Öl noch Kohle netzgebundene Energieformen  darstellen, müssen sie auch nicht direkt an der Anlage verbraucht werden, wie dies z.B. bei Methangas der Fall ist. Sie stellen somit  ernstzunehmende Substitute für einzukaufende Heizmaterialien dar.

Nachwachsende Rohstoffe, CO2-Einsparpotential

Da es sich bei Klärschlamm und Tiermehl eigentlich um „nachwachsende Rohstoffe“ handelt, ist dem gesamten  Energiegewinn ein CO2 -Einparpotential im Sinne der oxidativen Energieerzeugung zuzuordnen, nämlich 0,8to CO2/t Klärschlamm)

Rentabilität für Kommunen und Zweckverbände

Davon ausgehend, dass in einer Kläranlage für 30.000 Einwohner genügend Belebtschlamm zum Betrieb einer  50kg-Anlage anfällt, kann bei entsprechender Energienutzung der Kohle und des Öl‘s ein Gebäude mit 2000-4000 m² Nutzfläche beheizt werden. Dies entspricht etwa der Größe der  Grund– und Hauptschulen unserer Zielgruppen.

Betreibt man mit dem Biodiesel ein BHKW mit 120 kW elektrischer Leistung, werden neben der elektrischen Energie  etwa 200 kW Wärmeleistung anfallen, welche zur Beheizung der Anlagengebäude sowie zur Trocknung des Klärschlamms herangezogen werden können.

 

Über einen Abgaswärmetaus cher kann dann, wie im nebenstehenden Schema, auch die Reaktorheizung betrieben werden. Dadurch würde die  notwendige elektrische Heizenergie zum Betrieb der NTK Anlage entfallen, was die Energiebilanz noch einmal verbessert.

Dem Betreiber bleiben dadurch nicht nur Investitionen in eine Schlammtrocknung erspart, er kann darüber hinaus den selbst erzeugten  Strom nutzen, oder in das öffentliche Netz einspeisen. Bei 86 MWh/Monat erzeugter elektrischer Leistung lassen sich so durch den Stromverkauf aus „erneuerbarer Energie“ jährlich 98.496,- € erlösen.  Unseren Abwasserzweckverbänden wird auf diesem Weg einiges der über die Stromkosten bereits bezahlten EEG-Mehrkosten zurückfliesen.

In der neben stehe nden Tabelle entsprechen die ersparten Heizkosten den Energiekosten unter Zugrundelegung der momentanen Gaspreise. Die  Amortisierung einer Investition von ca. 0,5 Mio. € erfolgt so maximal in weniger als 6 Jahren.

Links:

  • FH Giessen-Friedberg, Labor für Entsorgungstechnik
  • “Werkstatt + Funktion” Grimmel Wassertechnik GmbH

 

[Home] [Über uns] [Stellenangebote] [Referenzen] [Vertrieb] [Wartung] [Impressum] [Impressum]

© Copyright 2005..2015, Edgar Rünagel. Alle Rechte vorbehalten.

smallogo3
Home
Unternehmen
Mitarbeiter
Presse
Forschung
Zertifizierung