flexigast

Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens zur flexiblen Biogasproduktion und optimierten Wärmespeicherung auf Basis gezielter Variationen der Gärtemperaturen

01.02.2021

30.06.2024

FKZ-Nr.:

03EI5424

Wesentliche Ziele sind: • die signifikante Reduzierung des zur Flexibilisierung erforderlichen Gasspeichervolumens, • die Vermeidung von zusätzlich zu errichtenden Wärmespeichern, • die betriebliche Optimierung des Wärmemanagements, • und eine Verbesserung der Effektivität und Effizienz von Fütterungsvariationen durch gezielte Temperaturanpassung.

Um die fluktuierende Stromerzeugung aus Wind und Photovoltaik auszugleichen, werden Biogasanlagen zunehmend für eine bedarfsorientierte Stromproduktion ausgerüstet. Diese sogenannte „Flexibilisierung“ der Biogasanlagen ist neben der Installation zusätzlicher elektrischer Leistung durch neue Blockheizkraftwerke mit weiteren erforderlichen Maßnahmen verbunden, die in der Summe zu einer nicht unerheblichen Investition führen. Hier sind insbesondere die abhängig vom Flexibilisierungsgrad deutliche Erhöhung des Gasspeichervolumens und die je nach Wärmenutzungskonzept erforderliche Errichtung von Wärmespeichern zu nennen. Hierfür soll im Rahmen des Vorhabens ein neues Verfahren (flexigast) zur bedarfsorientierten Biogasproduktion und optimierten Wärmespeicherung auf Basis gezielter Variationen der Gärtemperaturen in den Fermentern entwickelt werden. Wenn das BHKW gemäß Stromfahrplan ausgeschaltet wird, wird die Gärtemperatur gezielt abgesenkt. Geht das BHKW wieder in Betrieb wird die Temperatur erhöht. Diese Temperaturvariationen sind mit einer flexiblen Fütterung zu kombinieren. Die Fütterungsvariationen sollen hierbei nur unterstützend und abgestimmt mit den gezielten Temperaturänderungen erfolgen und sich zudem auf verbreitete, praxisrelevante Substrate bzw. Reststoffe mit relativ langsamem Abbauverhalten beziehen. Im Rahmen der zweiten Projekthälfte ist das Verfahren auf einer Technikumsanlage und auf einer Gülle-Biogasanlage zu erproben. Ein Rückgang des mittleren Methanertrages und der Prozessstabilität kann durch kontrollierte Prozessführung vermieden werden. Durch Einsatz einer Wärmepumpe werden das Potenzial und die Regelbarkeit der erforderlichen Temperaturabsenkungen verbessert und gleichzeitig die Temperatur und die nutzbare Wärmemenge für externe Verbraucher deutlich gehoben.

Biogas, Wärme

• Analyse aktueller Rahmenbedingungen und Spezifikation der Anforderungen, Beispielsysteme mit relevanten Biogasanlagentypen, • Verfahrens- und anlagentechnische Entwicklung anhand der definierten Beispielsysteme • Begleitung der halbtechnischen Erprobung, großtechnischer Versuch auf einer Gülle-Biogasanlage • Optimierung des flexigast-Verfahrens, Marktpotenzial validieren, Umrüstungspläne und Handreichung für großtechnische Realisierungen, Technische Dokumentation des Verfahrens

• Grundlagenermittlung und Entwurf MSR-Konzept zum flexigast-Verfahren anhand der Beispielsysteme • Entwicklung der Regelung anhand der Beispielsysteme und Implementierung auf Technikumsanlage • Planung Integration Verfahren und Regelung in Automatisierungslösungen von Biogasanlagen, • MSR-technische Aspekte der Übertragbarkeit, Technische Dokumentation der Automatisierungslösung

• Basisuntersuchungen zur Verknüpfung mit innovativen Technologien der Erneuerbaren Energien und Wärmenutzung, • Analyse und Anpassung der Wärmenutzungskonzepte und des Wärmemanagements für die Beispielsysteme an das flexigast-Verfahren • Analyse optionaler Varianten zum Wärmemanagement • Testszenarien bzgl. Wärmemanagement für Modellrechnungen zur optimalen Verfahrensparametrierung

• Wissenschaftlicher Nachweis, dass sich mit Temperaturänderungen im Fermenter die Biogas- und Methanproduktion steuern lässt • Entwurf Prozessmonitoring-Konzept; Wissenschaftlicher Nachweis für Kombination mit flexibler Fütterung; Modelle Gasspeicher- und Wärmemanagement • Halbtechnische Erprobung unterstützt durch prozessbiologische Modellierung • Wissenschaftliche Auswertung der halb- und großtechnischen Erprobung, Optimierung Prozessmonitoring-Konzept

• Methodenentwicklung zur analytischen Bewertung der Temperatur- und Lasttoleranz der Fermenterbiologie mit Batch-Gärtests und qPCR • Belastbare Anwendung der methodischen Analyseverfahren (Gärtests, qPCR-Verfahren) im Labormaßstab im Abgleich mit Experimentaldaten • Erweiterung der bioanalytischen Methoden auf den halb- und großtechnischen Maßstab • Dokumentation des molekularbiologischen Nachweisverfahrens inkl. Validierung der analytischen Nachweisverfahren am großtechnischen Versuch mit Blick auf die Praxiseignung