BIODIGESTER: WOFÜR IST ES, TYPEN, VOR- UND NACHTEILE - UMGEBUNG - 2025

Ein Biodigester ist ein geschlossener Tank, in dem Methangas und organischer Dünger aus der anaeroben Fermentation organischer Stoffe entstehen. Die biologische Grundlage ist die Zersetzung organischer Stoffe durch Einwirkung von Bakterien durch Hydrolyse, Ansäuerung, Acetanogenese und Methanogenese.

Der Biodigester liefert die kontrollierten Bedingungen, die für den Biodigestionsprozess erforderlich sind. Nach diesem Prozess werden Biogas (Methan, Kohlendioxid, Stickstoff und Schwefelwasserstoff), Biosol (Festdünger) und Biol (Flüssigdünger) als Endprodukte gewonnen.

Biogasanlage. Quelle: Renergon International AG

Die Grundoperation beginnt mit der Zugabe von organischem Abfall und Wasser in einen luftdichten Behälter, in dem der anaerobe Fermentationsprozess erzeugt wird. Das Biogas wird dann zur Lagerung, direkten Verwendung oder als Dünger gewonnen.

Die drei Grundtypen von Biodigestern gemäß ihrem Beladungssystem sind diskontinuierlich, halbkontinuierlich und kontinuierlich. Die Batch-Biodigester werden in jedem Produktionsprozess nur einmal mit organischen Abfällen beladen. Anschließend wird der Dünger extrahiert, um einen weiteren Zyklus zu starten.

Diejenigen mit halbkontinuierlicher Beladung werden in regelmäßigen Abständen beladen, wobei die dem beladenen Volumen entsprechende Düngermenge extrahiert wird. Kontinuierliche Systeme sind Industrieanlagen mit einer permanenten Ladung organischer Stoffe sowie der Gewinnung von Biogas und Dünger.

Zu den Vorteilen von Biodigestern gehört die ordnungsgemäße Entsorgung organischer Abfälle, deren Recycling und die Reduzierung von Umweltrisiken. Zusätzlich werden Energie (Biogas) und organische Düngemittel erzeugt, die einen wirtschaftlichen und ökologischen Wert erzeugen.

Es gibt jedoch auch bestimmte Nachteile wie den Wasserverbrauch, die Schwierigkeit, die idealen Temperaturniveaus aufrechtzuerhalten, und das Vorhandensein schädlicher Substanzen (Schwefelwasserstoff, Siloxene). Außerdem werden die Ansammlung von Rohstoffen in der Nähe des Gebiets und die Explosionsgefahr hervorgehoben.

Sie können einen relativ kostengünstigen hausgemachten Biodigester bauen und organische Küchenabfälle verarbeiten. Dies erfordert nur ein Fass mit einem hermetischen Deckel und einige Installationsmaterialien (PVC-Rohre, Absperrhähne ua).

In größerem Maßstab ist in Häusern in ländlichen Gebieten die Wurst das wirtschaftlichste und relativ einfach zu bauende System. Dieses System besteht im Wesentlichen aus einem versiegelten Polyethylenbeutel mit den entsprechenden Anschlüssen.

Wofür ist das

- Behandlung und Recycling von organischen Abfällen

Biodigester sind sehr nützliche technologische Alternativen im Hinblick auf eine nachhaltige Bewirtschaftung organischer Abfälle und die Erzeugung erneuerbarer Energien. Sie bieten beispielsweise eine Alternative für das Recycling von festen und flüssigen organischen Abfällen, die in Rohstoffe für den Biodigester umgewandelt werden.

Das Recycling von organischen Abfällen auf diese Weise verringert die Umweltverschmutzung und führt zu Einsparungen bei der Bewirtschaftung. Biodigester werden zur Abwasserbehandlung, zur Verarbeitung fester organischer Abfälle in der Stadt sowie für landwirtschaftliche und tierische Abfälle verwendet.

- Produktion von Biogas und Biofertilisatoren

Der anaerobe Aufschlussprozess erzeugt Biogas und organischen Dünger als Produkte.

Biogas

Biogas enthält rund 60% Methangas, ein kalorienreicher Brennstoff, der zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Es kann zum Kochen, zur Erzeugung elektrischer Energie (Gasturbinen), zum Bewegen von Motoren oder zum Heizen verwendet werden.

Biofertilizer

Aus Biodigestern resultierende Biofertilizer werden in einem Zustand (Biosol) und einer Flüssigkeit (Biol) mit hohen Gehalten an Makro- und Mikronährstoffen erhalten. Grundlegende Makronährstoffe (Phosphor, Stickstoff und Kalium) können durch Ultrafiltration und Umkehrosmose isoliert vom Biol isoliert werden.

Biol enthält signifikante Mengen an Wachstumshormonen, die für die Pflanzenentwicklung nützlich sind, wie Indolessigsäure, Gibberelline und Cytokinine.

Wie funktioniert es

Der Biodigester erzeugt einen Biogasierungsprozess durch anaerobe Vergärung, durch Zersetzung der hydratisierten organischen Substanz und in Abwesenheit von Luft. Dies geschieht durch einen Fermentationsprozess, dessen Hauptprodukte Methangas (CH4) und Kohlendioxid (CO2) sind.

- Laden des Biodigesters und Schütteln

Es wird durch den Ladetank durchgeführt, der aus einem Tank besteht, in dem die organische Substanz vorbereitet ist, um durch das Laderohr zum Biodigester hinzugefügt zu werden.

Verarbeitung von organischer Substanz und Ladung

Der Biodigester muss regelmäßig mit organischer Substanz und ausreichend Wasser für seine Tragfähigkeit gespeist werden. In diesem Sinne müssen 25% des Volumens des Biodigesters für die Akkumulation des erzeugten Gases frei bleiben.

Die Art und Qualität der organischen Substanz beeinflusst wiederum auch die Produktivität und die Verwendung von festen und flüssigen Abfällen als Dünger. Einige organische Abfälle können Probleme beim Fermentationsprozess verursachen, z. B. Zitrusfruchtreste, die das Medium zu stark ansäuern können.

Das Material muss zerkleinert oder auf die kleinstmögliche Größe reduziert werden. Um die Fermentation zu erleichtern, muss die Mischung 75% Wasser und 25% organische Substanz enthalten. Es muss regelmäßig gerührt werden, um die Homogenität des Fermentationsprozesses in der Mischung zu gewährleisten.

Temperatur und Verweilzeit

Die Verweilzeit der organischen Substanz im Biodigester, um ihre vollständige Fermentation zu erreichen, hängt von der Art dieser und der Temperatur ab. Je höher die Umgebungstemperatur ist, desto schneller ist die Fermentation (z. B. kann es bei 30 ° C etwa 20 Tage dauern, bis der Biodigester wieder aufgeladen ist).

- Anaerobe Gärung

Anaerobe Gärung. Quelle: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterien wirken dabei, die geeignete Umgebungsbedingungen wie Luftabwesenheit, Temperaturen über 20 ° C (idealerweise 30-35 ° C) und ein Medium erfordern, das nicht sehr sauer ist. Unter diesen Bedingungen entwickeln sich drei Phasen:

Hydrolyse

In diesem Prozess wirken hydrolytische Bakterien, die extrazelluläre Enzyme absondern. Daher werden die komplexen Ketten von Kohlenhydraten, Proteinen und Lipiden in kleinere lösliche Stücke (Zucker, Aminosäuren und Fette) zerlegt.

Ansäuerungs- oder Fermentationsstufe

Die löslichen Verbindungen der vorherigen Phase werden zu flüchtigen Fettsäuren, Alkoholen, Wasserstoff und CO2 fermentiert.

Acetanogenese

Acetogene Bakterien kommen ins Spiel, die organische Säuren als Kohlenstoffquelle oxidieren. Sie erzeugen Essigsäure (CH3COOH), Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) und durch die Anwesenheit von Schwefelwasserstoff entstehen unangenehme Gerüche.

Methanbildung oder methanogene Phase

In der letzten Phase wirken methanogene Bakterien, die die Produkte der Acetanogenese zersetzen und Methan erzeugen. In der Natur wirken diese Bakterien in Sümpfen, Gewässern und im Magen von Wiederkäuern.

Am Ende dieser Phase enthält das Gemisch Methan (45 bis 55%), Kohlendioxid (40 bis 50%), Stickstoff (2 bis 3%) und Schwefelwasserstoff (1,5 bis 2%).

- Entladung aus dem Biodigester

Die Geschwindigkeit der Biogas- und Düngemittelproduktion hängt von der Art des Biodigesters, der organischen Substanz, die ihn speist, und der Temperatur ab. Das Biogas sammelt sich im oberen Teil des Biodigesters und wird über Rohre zu Lagertanks gefördert.

Nach Beendigung der Fermentation wird der Schlamm (eine Mischung aus Feststoffen und Flüssigkeit) durch Rohre extrahiert. Die Entladung erfolgt nach dem Prinzip der Kommunikation von Gefäßen, dh beim Laden neuen Materials bewirkt der Druck, dass der Überschuss von der gegenüberliegenden Seite austritt.

Das Verhältnis zwischen der Menge des eingebrachten Materials (organischer Abfall und Wasser) und dem Ausgangsprodukt (Biosol und Biol) beträgt fast 1: 0,9. Dies entspricht einer Ausbeute von 90%, wobei der höchste Anteil dem Biol (flüssig) entspricht.

- Biogas: Reinigung

Das erzeugte Gas muss gereinigt werden, um den Gehalt an Schwefelwasserstoff und Wasser unter Verwendung von Fallen zu beseitigen oder zu verringern, um beide Verbindungen einzufangen. Dies ist erforderlich, um das Risiko einer Beschädigung des Geräts aufgrund der Korrosionskraft dieser Komponenten zu verringern.

Wasserfalle

Das vom Biogas weggetragene Wasser fällt aus, wenn sich das Rohr zu einem größeren Raum öffnet und das Gas durch eine weitere Verengung weitergeht. Dieses Rohr endet in einem großen und hermetischen Behälter, um das Wasser aufzunehmen, das später von einem Ablasshahn im unteren Teil entnommen wird.

Schwefelwasserstofffalle

Das Verfahren zur Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus dem Biogas ähnelt dem der Wasserfalle, die im Rohrweg eingebettete Falle muss jedoch Eisenspäne oder -schwämme enthalten. Wenn das Biogas das Eisenbett passiert, reagiert der Schwefelwasserstoff damit und fällt aus.

- Dünger: Trennung und Kompostierung

Das Gemisch aus Biosol und Biol wird einem Dekantierungsprozess unterzogen, um beide Komponenten zu trennen. Das Biosol kann allein oder nach einem Mischverfahren mit Kompostierung zur späteren Verwendung als fester Dünger verwendet werden.

Biol wird als flüssiger Blattdünger verwendet oder dem Bewässerungswasser zugesetzt, was es in hydroponischen Systemen sehr nützlich macht.

Typen

Biogasproduktion in Deutschland. Quelle: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigester werden nach ihrer Belastungsperiodizität und Strukturform klassifiziert. Aufgrund seiner Ladefrequenz haben wir:

- Diskontinuierlich

Das diskontinuierliche oder Chargensystem besteht aus einem luftdichten Tank, der vollständig aufgeladen und erst wieder geladen wird, wenn keine Biogasproduktion mehr erfolgt. Das Gas sammelt sich in einem schwimmenden Kollektor an der Oberseite des Tanks (Gasometer).

Diese Art von Biodigester wird verwendet, wenn die Verfügbarkeit von organischen Abfällen zeitweise ist.

- Halbkontinuierlich

Im Gegensatz zum diskontinuierlichen System erfolgt das Be- und Entladen zu bestimmten Zeiten während des Biogaserzeugungsprozesses. Entsprechend seinem Konstruktionssystem gibt es drei Grundtypen:

Ballon- oder Wurstbiodigester

Es wird auch als taiwanesisch bezeichnet und besteht aus einer flachen, mit Beton ausgekleideten Grube, in der ein Polyethylenbeutel oder -zylinder installiert ist. In diesem Beutel müssen Anschlüsse für den Eintritt von organischen Abfällen und den Austritt von Biogas installiert sein.

Der Zylinder wird mit Wasser und Luft gefüllt und später wird die Ladung organischen Abfalls hinzugefügt.

Feste Kuppel-Biodigester

Es ist der sogenannte chinesische Biodigester und besteht aus einem unterirdischen Tank aus Ziegeln oder Beton. Der Tank ist ein vertikaler Zylinder mit konvexen oder abgerundeten Enden und verfügt über ein Lade- und Entladesystem.

Das Biogas sammelt sich in einem dafür vorgesehenen Raum unter der oberen Kuppel. Der Biodigester arbeitet je nach Produktion mit einem variablen Biogasdruck.

Biodigester mit schwimmender Kuppel

Es wird als hinduistischer Biodigester bezeichnet und besteht aus einem unterirdischen zylindrischen Tank mit einem Be- und Entladesystem. Es ist aus Ziegeln oder Beton gebaut und in seinem oberen Teil befindet sich ein schwimmender Tank (Gasometer), in dem sich das Biogas ansammelt.

Das mit Edelstahl oder Kunststoff beschichtete Glasfaser-Gasometer schwebt dank des angesammelten Biogases über der Mischung. Es hat den Vorteil, dass es einen konstanten Gasdruck aufrechterhält.

Anschließend geht das Gasometer je nach Füllstand und Menge des Biogases auf und ab. Daher sind Seitenschienen oder eine zentrale Führungsstange erforderlich, um Reibung mit den Wänden zu vermeiden.

- Kontinuierlich

In diesem Fall ist das Be- und Entladen des Biodigesters ein kontinuierlicher Prozess, der eine permanente Verfügbarkeit von organischen Abfällen erfordert. Es handelt sich um große industrielle Systeme, die im Allgemeinen zur Aufbereitung von kommunalem Abwasser verwendet werden.

Hierzu werden Sammeltanksysteme, Pumpen zur Übertragung auf Biodigester und Düngemittelgewinnung eingesetzt. Das Biogas wird einem Filtersystem unterzogen und durch Komprimierung verteilt, um seine Verteilung an die Benutzer zu gewährleisten.

Vorteil

Recycling und Umweltverschmutzung

Die Installation eines Biodigesters ermöglicht das Recycling von organischen Abfällen, wodurch die Umweltverschmutzung verringert und nützliche Produkte erhalten werden. In ländlichen Gebieten ist dies besonders wichtig für die Bewirtschaftung von Tierausscheidungen in Tierhaltungssystemen.

Biogas gewinnen

Biogas stellt eine effiziente und wirtschaftliche Energiequelle dar, vor allem in Gebieten, in denen die Verfügbarkeit anderer Energiequellen nicht zugänglich ist. In ländlichen Gebieten wirtschaftlich benachteiligter Länder wird mit Brennholz gekocht, was sich auf die Umwelt auswirkt.

Die Verfügbarkeit von Biogas kann dazu beitragen, die Nachfrage nach Brennholz zu senken, und sich daher positiv auf den Erhalt der biologischen Vielfalt auswirken.

Düngemittelproduktion

Mit Hilfe von Biodigestern werden feste organische Düngemittel (Biosol) und flüssige (Biol) erhalten. Diese Düngemittel haben eine geringere Umweltbelastung und senken die Kosten der landwirtschaftlichen Produktion.

Gesundheit

Durch die ordnungsgemäße Entsorgung organischer Abfälle werden die Gesundheitsrisiken verringert. Es wurde festgestellt, dass 85% der Krankheitserreger den Biodigestionsprozess nicht überleben.

Beispielsweise werden fäkale Coliforme bei 35 ° C innerhalb von 24 Stunden um 50-70% und Pilze um 95% reduziert. Da es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, werden schlechte Gerüche reduziert.

Nachteile

Wasserverfügbarkeit

Das System stellt hohe Anforderungen an die Wasserverfügbarkeit, da eine Mischung erforderlich ist. Andererseits muss sich der Biodigester in der Nähe der Rohstoffquelle und der Biogasverbrauchsstelle befinden.

Temperatur

Der Biodigester muss eine konstante Temperatur nahe 35 ° C und in einem Bereich zwischen 20 und 60 ° C aufrechterhalten. Daher kann ein externer Wärmeeintrag erforderlich sein.

Schädliche Nebenprodukte

Es kann Schwefelwasserstoff (H2S) produzieren, der giftig und ätzend ist, sowie Siloxene, die aus Silikon gewonnen werden, das in kosmetischen Produkten und in der Mischung organischer Abfälle enthalten ist. Diese Siloxene erzeugen SiO2 (Siliziumdioxid), das für Maschinen und Komponenten abrasiv ist.

Das Vorhandensein und die Konzentration dieser Nebenprodukte hängen unter anderem vom verwendeten Rohmaterial, dem Anteil an Wasser und festem Substrat ab.

Ansammlung von Abfällen

Es ist notwendig, Abfälle in der Nähe des Biodigesters anzusammeln, was logistische und hygienische Probleme mit sich bringt, die angegangen werden müssen.

Explosionsgefahr

Da es sich um ein Brenngasgeneratorsystem handelt, besteht ein gewisses Explosionsrisiko, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.

Kosten

Obwohl die Wartung und der Betrieb des Biodigesters relativ kostengünstig sind, können die anfänglichen Installations- und Baukosten relativ hoch sein.

Wie man einen hausgemachten Biodigester macht

Home Biodigester. Quelle: Kevinsooryan

Ein Biodigester benötigt als Grundelemente und einen Tank zum Fermentieren, Laden und Entladen von Rohren mit ihren jeweiligen Absperrhähnen. Außerdem sind Tanks für Biogas und Dünger erforderlich.

Es ist wichtig zu beachten, dass das gesamte System luftdicht sein muss, um Gaslecks zu vermeiden. Darüber hinaus muss das System aus rostfreien Materialien wie PVC oder rostfreiem Stahl bestehen, um Schäden durch Wasser und Schwefelwasserstoff zu vermeiden.

- Gärtank

Es kann ein Kunststofffass oder -tank verwendet werden, dessen Kapazität von der Menge des zu verarbeitenden organischen Abfalls abhängt. Dieser Tank muss einen hermetischen Deckel haben, andernfalls muss der Deckel mit hochtemperaturbeständigem Kunststoffkleber versiegelt werden.

Der Tank muss vier Löcher haben und alle darin vorgenommenen Installationen müssen mit Hochtemperatursilikon abgedichtet sein.

Abdeckung laden

Dieses Loch befindet sich in der Mitte des Tankdeckels, muss mindestens 4 Zoll lang sein und ein Sanitärstopfen mit Gewinde muss installiert sein. Dieser Stecker wird an ein 4-Zoll-PVC-Rohr angeschlossen, das vertikal bis zu 10 cm vor dem Boden in den Tank eintritt.

Dieser Eingang dient zum Laden der zuvor zerkleinerten oder zerkleinerten organischen Abfälle.

Abwasserablaufloch 1

Es ist wichtig zu beachten, dass 25% des Tankraums für die Ansammlung von Gas frei bleiben müssen, daher muss in diesem Bereich seitlich ein Loch geöffnet werden. In diesem Loch wird ein Tankadapter mit einem 15 cm langen 2-Zoll-PVC-Rohrsegment mit einem Absperrhahn installiert.

Die Funktion dieses Abflusses besteht darin, das überstehende Biol entweichen zu lassen, sobald der Tank durch den Ladedeckel wieder aufgeladen ist. Das Biol muss zur späteren Verwendung in geeigneten Behältern aufbewahrt werden.

Abwasserablaufloch 2

Dieser zweite Abfluss muss zum Boden des Tanks führen, um den dichtesten Teil des fermentierten Produkts (Biosol) zu extrahieren. Ebenso wird ein 15 cm langes Segment eines 2-Zoll-PVC-Rohrs mit einem Absperrhahn verwendet.

Biogasauslass

In das Tank-Top wird ein 1/2-Zoll-Loch geschnitten, um ein PVC-Rohr mit gleichem Durchmesser mithilfe eines Tankadapters zu installieren. Dieses Rohr hat einen Absperrhahn am Auslass.

- Biogasauslass- und Reinigungssystem

Das Biogasauslassrohr muss mindestens 1,5 m lang sein, damit die Wasser- und Schwefelwasserstoff-Extraktionssysteme in ihren Weg eingeführt werden können. Dieses Rohr kann dann bei Bedarf verlängert werden, um das Gas an seinen Speicher- oder Verwendungsort zu bringen.

Wassergewinnung

Um das Wasser aus dem Auslass zu entfernen, muss das Rohr bei 30 cm unterbrochen werden, um einen Kunststoff- oder Glasbehälter mit hermetischem Deckel einzusetzen. Das Gasübertragungsrohr muss einen Bypass durch eine T-Verbindung haben, damit das Gas in den Behälter eindringen kann.

Auf diese Weise füllt das Gas den Behälter, das Wasser kondensiert und das Gas setzt seinen Weg durch das Rohr fort.

Schwefelwasserstoff-Extraktion

Nach der Wasserfalle wird durch die entsprechenden Reduzierungen ein 4-Zoll-Rohrsegment in die nächsten 30 cm eingeführt. Dieses Segment sollte mit Eisenspänen oder handelsüblichen Metallschwämmen gefüllt sein.

Der Schwefelwasserstoff reagiert mit dem Metall und fällt aus, während das Biogas seinen Weg zum Vorratsbehälter oder Verwendungsort fortsetzt.

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