Hoch effiziente Verarbeitung von Fermentationsrückständen
Fotos: Maabjerg Bioenergy, Jens Bach
Die weltgrößte Biogasanlage arbeitet mit Dekantern von GEA
Harte Währung: hoher Phosphatgehalt und hohes Methanpotenzial in den Feststoffen
Die Verarbeitung der Fermentationsrückstände, also die Entwässerung, ist eine essentielle Anforderung, wenn vermieden werden muss, dass eine große Wassermenge über lange Distanzen und zu hohen Kosten transportiert werden muss. Die Verarbeitung der Fermentationsrückstände erfolgt durch verschiedene Prozesse: Filtrierung durch Schneckenpressen, Riemenfilter, Kesselfilter, Walzenpressen oder Siebe, Sedimentation mit Tanks oder Hydrozyklonen, oder sogar durch Zentrifugieren mit Dekantern. Alle diese Prozesse haben ihre Vor- und Nachteile.
Die vergleichsweise größeren Investitionskosten für die Dekanter werden durch die geringeren Gesamtkosten mehr als amortisiert - durch die Gesamtbetriebskosten. Auch andere wirtschaftliche und verfahrenstechnische Kriterien beweisen die Vorteile der Dekanter. Insbesondere ist der Grad der Abscheidung von Phosphat und Stickstoff deutlich größer bei einem Dekanter als bei anderen Technologien. Dies wurde konstant in Maßstabs-Tests und mit Hilfe unabhängiger Forschungen bewiesen.
Dies bedeutet auch: auf dem Düngemittelmarkt können durchaus hohe Preise für die aufkonzentrierten Feststoffe mit ihrem wertvollen Phosphatgehalt erzielt werden. Ein weiterer Faktor ist das hohe Methanpotenzial in den abgeschiedenen Feststoffen. Dies ist dann besonders interessant, wenn der Schlamm für die Veraschung und Energieerzeugung verwendet werden soll.
Maabjerg Bioenergy setzt fünf Dekanter ein
Die Vorteile der Abscheidung mit Dekantern werden auch in der Maabjerg Bioenergy Biogasanlage in Holstebro, Dänemark erkannt, die 2012 modernisiert wurde. Maabjerg Bioenergy ist derzeit die größte Biogasanlage der Welt. Sie entstand durch die Zusammenarbeit zwischen Landwirten, den örtlichen Behörden und den Wärmeanlagen. Auf der einen Seite ist die Anlage dazu gedacht, Gülle aus landwirtschaftlichen Betrieben zu verarbeiten und zu verfeinern; auf der anderen Seite soll sie Wärme und Energie für die Städte Holstebro und Struer liefern.
Die Biomasseanlage ist so ausgelegt, dass sie rund 500.000 Tonnen Biomasse aus der Landwirtschaft und aus der Nahrungsmittelindustrie pro Jahr verarbeitet. Sie erzeugt daraus etwa 20 Millionen Kubikmeter Biogas und dementsprechend einen Energiegehalt von etwa 110.000 MW/h Elektrizität und etwa 100.000 kW/h heißes Wasser. Die Kohlendioxid-Emissionen werden hier um 21.600 Tonnen pro Jahr reduziert. Insgesamt sollte in der Zukunft die entsprechende Senkung der CO2 Emissionen bei Volllastbetrieb bei etwa 50.000 Tonnen pro Jahr liegen, auch aufgrund der Senkung der CO2 Emissionen und der Methan-Emissionen aus landwirtschaftlichen Betrieben. Um Biomasse so umweltfreundlich und kostengünstig wie möglich zu einer Anlage zu transportieren, plant Maabjerg ein Rohrleitungssystem mit radialem Konzept über eine Fläche von 16 Kilometern, das die größten Biomasselieferanten der Anlage mit dieser verbindet.
Ohne dieses Versorgungssystem wären pro Tag bis zu 50 Lkw-Fahrten erforderlich. Für die Entwässerung der Fermentationsrückstände hat Maabjerg drei GEA-Dekanter des Typs UCD 535 und zwei GEA-Dekanter des Typs UCF 466 installiert. Aufgrund des hohen Grads der Phosphat- und Stickstoff-Abscheidung durch die Dekanter beträgt die jährliche Gesamtsenkung an Nährstoffüberschüssen bis zu 400 Tonnen Stickstoff und 450 Tonnen Phosphat. Dieser Wirkungsgrad in der Abscheidung wird ohne den Einsatz von Polymeren erreicht. Bedingt durch das hohe Methanpotenzial im abgeschiedenen Schlamm erzeugt das Veraschen der Feststoffe im Veraschungsofen 22.000 MW/h Energie pro Jahr. Phosphat und Stickstoff bleiben in der Asche, die dann recycelt werden kann.
Foto: Maabjerg Bioenergy, Jens Bach
Die richtige Geometrie
Die richtige Geometrie für den Kessel und die Schnecke sind für die richtige Auslegung des Dekanters unerlässlich. Auch hier gelingt es GEA, die gebündelte Erfahrung des Unternehmens ins Spiel zu bringen. Nach der Abscheidung werden die Fermentationsrückstände aus einer Trockensubstanz von etwa fünf bis zehn Prozent auf etwa 30 Prozent entwässert. Der Phosphatgehalt in den flüssigen Fermentationsrückständen wird hier zum Beispiel von etwa 1,5 kg/t auf bis zu 5 bis 7 kg/t in den entwässerten Feststoffen aufkonzentriert, und der Stickstoffgehalt von etwa 4 bis 6 kg/t in den flüssigen Fermentationsrückständen auf 8 bis 10 kg/t Feststoffen aufkonzentriert. Der Transport, der in einigen Regionen bis zu 500 Kilometer betragen kann, wird dadurch stark vereinfacht, da weniger Wasser transportiert wird und eher Lkws statt Tanker benutzt werden. Aus diesem Grund reduziert die Verarbeitung die Transportkosten und erhöht zusätzlich die Ausbeute aufgrund des höheren Phosphat- und Stickstoffgehalts sowie aufgrund des höheren Methanpotenzials.
Neu: Zweistufige Abscheidung
GEA bietet zum ersten Mal eine zweistufige Abscheidung an. In diesem sekundären Abscheidungsschritt können bis zu 95 Prozent - im Vergleich zu etwa 75 Prozent ohne den Einsatz von Chemikalien - des Phosphatgehalts im Feststoffanteil durch die Zugabe eines kleinen chemischen Anteils abgeschieden werden - um die kleinsten Partikel von wasserlöslichem Phosphat zu binden. Diese äußerst wirtschaftliche Variante ist besonders für Länder und Regionen interessant, die einen extrem hohen Nährstoffüberschuss und damit eine hohe Nährstoffexportrate haben wie beispielsweise die Türkei oder Mexiko.
Viele Jahre Erfahrung
GEA blickt auf eine Erfahrung für den Betrieb von Biogasanlagen bis ins Jahr 1988 zurück. Seit dieser Zeit sind über 6.000 Biogasanlagen aller Größen in Deutschland in den Betrieb gegangen. Mit einer großen Anzahl von Bauprojekten entdecken Frankreich, die Niederlande, Skandinavien und England sowie Osteuropa und die USA gerade die vielen Vorteile der Biogaserzeugung. Die von GEA verfügbaren Dekanter für die Verarbeitung von Fermentationsrückständen können Ausgangsleistungen von drei bis 100 Kubikmetern pro Stunde erzielen. Ohne den Einsatz von Chemikalien sind die GEA-Dekanter für diese Anwendung perfekt geeignet und in der Lage, einen sehr hohen Trockensubstanzgehalt von bis zu 30 Prozent in den Feststoffen zu garantieren.
