ISBN 978-3-8439-2992-9

978-3-8439-2992-9, Reihe Verfahrenstechnik

Anna-Maria Wonneberger
Verfahrenstechnische Aspekte der zweistufigen Druckfermentation von Biomasse

186 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Aufbereitung und Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz leistet in Deutschland einen wichtigen Beitrag zur regenerativen Strom- und Wärmeproduktion. Die vorliegende Arbeit beschäftigtsich mit der Biogaserzeugung in einer zweistufigen Druckfermentation, durch die die Erzeugung, Aufbereitung und Einspeisung von Biogas in ein Erdgasnetz effizienter werden soll.

Durch den zweistufigen Ansatz kann nach der ersten Stufe (Hydrolyse/Versäuerung) eine fest-flüssig Phasentrennung angeordnet werden, die den Einsatz faserreicher Substrate, wie Maissilage ermöglicht. Der neue Aspekt einer Methanerzeugung unter erhöhtem Druck in der zweiten Stufe(Methanogenese) lässt auf hauptsächlich zwei Vorteile für die Gasaufbereitung und –einspeisung hoffen.

Erstens bewirkt ein erhöhter Druck während der Gasbildung eine verstärkte Absorption der Gase in der Flüssigkeit, insbesondere des Kohlenstoffdioxids. Die Karbonatbildung in der Flüssigphase führt darüber hinaus zu einer vom pH-Wert abhängigen chemischen Absorption von CO2. Die selektive Bindung von CO2 in der Flüssigkeit bewirkt eine Anreicherung von Methan in der Gasphase. Dies vereinfacht die nachfolgende Gasaufbereitung.

Zweitens wird ein oft notwendiges Verdichten des Gases durch energetisch günstigeres Pumpen von Flüssigkeit ersetzt.

Ziel dieser Arbeit war es, ein vertieftes Prozessverständnis der zweistufigen Druckfermentation zu entwickeln. Dafür wurden Berechnungsmodelle entwickelt, die die Vorgänge im druckbetriebenen Methanogenesereaktor beschreiben und insbesondere die Auswirkungen des Drucks und der Prozessführung auf den Methangehalt im Biogas aufzeigen. Im Rahmen der Modellentwicklung wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt.

Die in diesen Untersuchungen und mit der Modellbeschreibung gesammelten Erkenntnisse wurden auf die Verfahrensführung einer zweistufigen Druckfermentation im technischen Maßstab angewandt. Dadurch kann das Potential der zweistufigen Druckfermentation auch über den momentanen experimentellen Stand hinaus aufgezeigt werden.