Verbundvorhaben: Steigerung der Effizienz der Wirtschaftsdüngervergärung durch Einsatz von Ultraschall-Desintegrationsverfahren - WDSonic

Abstract

Das Gesamtziel des Vorhabens war es, den Einfluss der Ultraschall (US)-Desintegration bei der überwiegenden oder ausschließlichen Vergärung von Wirtschaftsdünger unter Praxisbedingungen und wissenschaftlich belastbar zu untersuchen. Dazu sollte an einer bestehenden BGA ein Zusatzmodul zur Desintegration des Gärsubstrats mittels US installiert werden. Das Modul (US-Modul) sollte so konzipiert sein, dass sowohl die Behandlung eines Teilstroms als auch des gesamten Fermenterinhalts möglich ist. Vor Inbetriebnahme der Desintegration sollte der Anlagenzustand durch begleitende wissenschaftliche Untersuchungen dokumentiert werden. Dabei sollten sowohl Kennzahlen zur Effizienz der Substratausnutzung als auch zur Gesamteffizienz der Anlage bestimmt werden. Insbesondere der Energiebedarf für Rührwerke, Pumpen und ggf. die Gärrestnachbehandlung war zu berücksichtigen. Das Ziel dieser Arbeiten war, eine energetische Gesamtbilanz der BGA zu erstellen. Der Betrieb der BGA mit US-Desintegration führte zu einer messbaren und statistisch belastbaren Steigerung der Gasausbeute. Die Effizienz der Anlage, gemessen als Verhältnis der tatsächlichen Methanmenge zum theoretischen Potenzial der eingesetzten Substrate, stieg um 7,3 %. Konkret erhöhte sich der mittlere Methanertrag von zuvor 203.586 Nm3 auf 226.395 Nm3 pro Monat. Mit einem p-Wert von 0,03 gilt diese Steigerung als statistisch signifikant. Obwohl sich der Anteil des Eigenstromverbrauchs an der gesamt-Energieproduktion der BGA durch den Betrieb der US-Desintegrationsanlage von 2,03 % auf 2,14 % leicht erhöhte, konnte die substratbezogene Energieausbeute gesteigert werden. Mit US-Desintegration wurden im Bilanzierungszeitraum im Mittel 2,5 kWh/kgTM (Bezogen auf zugeführtes Substrat) eingespeist, im vergleichbaren Zeitraum ohne Desintegration waren es 2,19 kWh/kgTM. Durch den Einsatz der Ultraschall-Desintegration konnten auch die Fließeigenschaften des Gärrests im Hauptfermenter signifikant verbessert werden. Der Konsistenzfaktor (K), ein Maß für die Viskosität, sank dabei deutlich um 42 %, von 289 auf 169 Pa×s. Während die absolute Viskosität abnahm, blieb der Fließindex (n), ein Maß für die Stärke des scherverdünnenden Verhaltens, mit ca. 0,24 weitgehend stabil. Trotz des zusätzlichen Energiebedarfs für den Betrieb des Ultraschall-Moduls (US) zeigten sich beim Gesamtverbrauch positive Tendenzen. Im Hauptfermenter konnte der Strombedarf der Rührwerke, bedingt durch die verringerte Viskosität des Gärmediums, um 8,1 % gesenkt werden. Der Gesamtstromverbrauch der Anlage (ohne Berücksichtigung der Biogasaufbereitung) sank tendenziell um 9,4 %. Bei Einbeziehung der Biogasaufbereitungsanlage (BGAA) ergab sich hingegen kein wesentlicher Unterschied im Strombedarf zwischen den Messphasen mit und ohne US-Desintegration. Die sinkenden Tendenzen in der energetischen Gesamtbilanz sind allerdings statistisch noch nicht voll abgesichert (p > 0,05). Eine Bilanzierung über einen längeren Untersuchungszeitraum wäre hier erforderlich gewesen, um den Trend belastbar zu bestätigen.