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Ultraschallgeräte zur Steigerung der Biogasproduktion

  • Ultraschallgeräte zur Steigerung der Biogasproduktion 

    Ultraschallsysteme der Ultrawaves GmbH werden in landwirtschaftlichen und abwassertechnischen Biogasanlagen zur Intensivierung von zugesetzten Biomassematerialien aller Art (z. B. nachwachsende Rohstoffe, Mais, Bioabfälle, Gülle) eingesetzt.
    usw.) anaerober biologischer Abbau. Dies macht die Ultraschalltechnologie sehr vielseitig einsetzbar. Ultraschall erhöht typischerweise entweder die Biogasproduktion, ohne die zugeführte Substratmenge zu erhöhen oder zu verringern, oder
    ermöglicht die Einsparung von eingesetzter Biomasse ohne Einbußen bei der Biogasproduktion. 

    Technische Grenzen der Fermentation und deren Überwindung mit Ultraschall

    Die anaerobe Vergärung von organischem Substrat (Biomasse) ist eine hervorragende und ausgereifte Technologie. Im Fermenter wird die Biomasse bei einer Temperatur von etwa 37°C durch Bakterien abgebaut. Als Stoffwechselprodukt entsteht Biogas, dessen Hauptbestandteil und eigentlicher Energieträger Methan ist. Der biologische Prozess der anaeroben Zersetzung verläuft jedoch sehr langsam, da Bakterien die Biomasse nur schwer zersetzen können. Die sogenannte Hydrolyse stellt den ersten Schritt in der Abbaukette dar. Es kommt zur Reduzierung von Partikeln oder Molekülen und daher bestimmt die Hydrolyse die Geschwindigkeit des gesamten Zersetzungsprozesses.

    Unsere Ultraschallbehandlung ist darauf ausgelegt, diesen limitierenden Hydrolyseschritt zu umgehen. Ultraschallschwingungen beeinflussen nicht nur die Struktur von Substraten (Zellaufschluss), sondern auch die aktiven Mikroorganismen (Stimulation durch schwankenden Schalldruck und Kavitation, Verhinderung der Agglomeratbildung, Freisetzung von Enzymen). Daher erleichtert oder ersetzt unser Ultraschallsystem die biologische Hydrolyse vollständig, um einen schnellen und großflächigeren Abbau zu erreichen. 

    Intensivierung der Gärung mit Ultraschall

    Ultraschall intensiviert die Gärung in Biogasanlagen. Fermentierende Mikroorganismen produzieren Enzyme (Exoenzyme), die für den Abbau organischer Stoffe notwendig sind. Mit unserem
    Hochleistungs-Ultraschallgeräte erhöhen selbst bei niedriger Energiedosis die Freisetzung dieser Enzyme und stimulieren so die Aktivität der Mikroorganismen. Durch die Ultraschallzerstörung entsteht zudem eine ausgeprägtere Grenzfläche zwischen der flüssigen und der festen Phase (Partikel und Flocken lösen sich auf), was den „Angriff“ von Enzymen erleichtert. Durch weitere Energiezufuhr werden außerdem die Pflanzenwände und Bakterienzellen zerstört und somit gelöste organische Zellinhaltsstoffe freigesetzt, welche wiederum bei der Fermentation sehr leicht abgebaut werden. Das Endergebnis ist ein intensivierter Fermentationsprozess, bei dem organische Substrate weiter zersetzt werden und Biogas in größerem Maßstab produziert wird. Daher kann Ultraschall einerseits dazu eingesetzt werden, aus der gleichen Menge Biomasse mehr Gas zu produzieren. Andererseits ist es auch möglich, den Biomasseanteil zu reduzieren und zumindest eine geringere Menge Biogas zu produzieren. Darüber hinaus verbessert sich die Qualität des Biogases, da der Methananteil steigt. Aufgrund der Verwendung schwer abbaubarer Biomasse aus der Landwirtschaft liegt der Methananteil herkömmlicher Biogasanlagen teilweise unter 50 Prozent. Darüber hinaus verringert der zusätzliche Volumenstrom der Ultraschallzerkleinerung die Viskosität des fermentierten Inhalts und macht ihn somit flüssiger. Dadurch verbrauchen Rührwerke und Pumpen weniger Strom. 

    Design und einfache Integration

    Da die Struktur der in das System eingespeisten Rohbiomasse komplex ist, neigen wir dazu, einen Teil des fermentierten Biomassestroms aus dem Primär- oder Sekundärfermenter mittels Ultraschall aufzubrechen.
    Der durch Ultraschall aufgeschlossene Schlamm im Kreislauf wird dann zum Hauptfermenter zurückgeführt. Dieser Volumenstrom entspricht üblicherweise 30 bis 50 % der täglichen Substratzugabe. Standard-Ultrawellen
    Das Ultraschallsystem (Anschlussleistung 5 kW) ist mit einer Grundfläche von lediglich 1,45 m x 0,25 m sehr kompakt und benötigt somit nur wenig Platz. Am Installationsort des Systems ist es wichtig, sich nur um die Ein- und Ausgänge zu kümmern.
    Anschlüsse sowie Strom- und Wasseranschluss. Die Ultraschallsysteme selbst sind normalerweise 24 Stunden am Tag in Betrieb. 

     

    Vorteile im Überblick

    • Gärungsintensivierung
    • Steigerung der Biogasproduktionsmenge
    • Anstieg des Methangehalts
    • Es wird weniger Substrat verbraucht
    • Die Viskosität nimmt ab
    • Mischer und Pumpen verbrauchen weniger Strom 

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