BIOGAS

Der Prozess der Biogasproduktion besteht aus einer Reihe komplexer Phasen, die zum Ziel haben, aus Abfällen Methan zu produzieren. Herkömmliche Biogasanlagen können verschiedene Arten von Abfällen verwerten, wie Rohstoffe inklusive beispielsweise Biomasse. Da Rohstoffe erneuerbar sind, produzieren Biogasanlagen grüne Energie und tragen damit zu einer Kreislaufwirtschaft bei. Laut der World Bioenergy Association ist der Sektor der Biogasproduktion einer

der am schnellsten wachsenden unter allen Biokraftstoffsektoren. Das durchschnittliche Wachstum der Biogasproduktion betrug im Jahr 2014 11,2 % bei einer Gesamtproduktion von 58,7 Mrd Nm3. Fast die Hälfte dieser Menge wurde in Europa produziert, wo rund 17.000 Biogasanlagen in Betrieb sind. Deutschland ist hinsichtlich der Anzahl an Biogasanlagen führend mit insgesamt 11.000 Anlagen, gefolgt von Italien mit 1.600 und Frankreich mit 800.

Ozon kann im Prozess der Biogasproduktion an vielen Stellen hilfreich sein. Wir haben unter anderem drei Hauptanwendungsbereiche der Ozonbehandlung in Biogasanlagen identifiziert:

• Vorbehandlung von Substrat zur Biogas-Ertragsförderung
• H₂S-Reduktion für Methanaufwertung
• Geruchskontrolle

In jeder Stufe des Biogasproduktionsprozesses sind Schwefelverbindungen und Ionen gemeinsam vorhanden. Diese Verbindungen sind oft für eine Reihe von Problemen bezüglich der Gesamtleistung verantwortlich. Zum Beispiel fördern hohe Anteile an Schwefelionen in den Rohstoffen die Aktivität schwefelreduzierender Bakterien (SRB) im Faulbehälter, wodurch die Aktivität

methanproduzierender Mikroorganismen, z. B. Archaeen, gehemmt wird. Dadurch wird der Ertrag der Methanproduktion reduziert, während die Produktion von schwefelreduzierten Verbindungen, wie H₂S, begünstigt wird. Werden hohe Konzentrationen an H₂S aus dem Faulbehälter ausgegeben, kann dieser Prozess zu Gerüchen und Korrosionsproblemen führen.

Besonders Geruchsbelastung ist ein häufiges Problem in Biogasanlagen, da H₂S eine der niedrigsten bekannten Geruchsschwellen hat und der menschliche Geruchssinn somit schon für kleinste Konzentrationen empfindlich ist.

Vor der Phase der anaeroben Gärung wird oftmals ein Vorbehandlungsschritt durchgeführt. Der Zweck dieses Schritts ist eine Reduktion der Arbeit der hydrolytischen fermentativen Bakterien, indem das

Substrat leichter biologisch abbaubar wird. Dies schließt Eigenschaften wie Oberflächenvergrößerung, Auflösung komplexer Materie, Reduktion von Kristallinität in Polymeren, wie Zellulose etc., ein. Die

häufigsten Arten der Vorbehandlung, die heutzutage angewendet werden, sind in folgender Tabelle aufgelistet.

Ozon ist bekannt für seine hochoxidativen Eigenschaften und es wurde gezeigt, dass es Teile der komplexen organischen Materie abbauen kann, die als Rohstoff für einen anaeroben Faulbehälter verwendet wird. Wenn z. B. Ozon auf einen Rohstoff aus Belebtschlamm angewendet wird, sind mehrere Effekte zu beobachten. Ist das Ozon richtig dosiert, kann die Substratumsetzung zu Biogas stark erhöht werden, wie der Abbildung rechts zu entnehmen ist. In vielen Fällen, wie der Biogasproduktion aus Belebtschlamm, zeigen die Ergebnisse einen sehr positiven Einfluss der Ozonbehandlung. Dieses Ergebnis lässt sich auf den hohen Gehalt aerober Bakterien und unzersetzter organischer Materie in diesem Rohstoff zurückführen. Unter diesen Bedingungen oxidiert das Ozon zügig jegliche ungesättigten Verbindungen, die zu Radikalen

werden und wiederum andere organische Materie oxidieren. Dieser Reaktionsmechanismus führt zu einer höheren biologischen Abbaubarkeit der Rohstoffe, was sich in eine höhere Biogasproduktion übersetzt. Die Steigerung der Biogasproduktion ist proportional zu der Ozonzugabe im System. Je mehr Ozon verwendet wird, desto höher die biologische Abbaubarkeit und der Methanertrag. Wie in der Studie von Bougrier et. al. vom “Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement” rechts dargelegt, verbessert die Vorbehandlung mit Ozon die Biogasproduktion, wobei optimalerweise etwa 0,15 g O₃ pro Gramm Feststoffe zu einer Steigerung der Biogasproduktion von etwa 150 % im Vergleich zu unbehandelten Rohstoffen führt.

Der Effekt von Ozonbehandlung auf die biologische Abbaubarkeit von Substrat für Belebtschlamm.
TS = Feststoffe (total solids)

Wenn das Biogas in einem zweistufigen Prozess produziert wird, ist es möglich die H₂S-Konzentration durch Ozonzuführung in den Faulbehälter vor der Methanaufwertung zu reduzieren. Dadurch wird das H₂S bereits vor der Methanproduktion reduziert, was in einem effizienteren System und geringeren Kosten

für die abschließende Biogasaufbereitung resultiert. Da der Gärungsprozess anaerob ist, muss die Ozonzuführung engmaschig überwacht werden, um die Prozessbedingungen nicht zu beeinträchtigen. Üblicherweise wird das Ozon in das Luftkissen über dem Biobett in der Faulbehältereinheit injiziert.

Alternativ kann es auch in einem Zwischentank zwischen Faulbehälter und Methanaufwertung injiziert werden.

Erfahren Sie mehr über H₂S-Reduktion für Methanaufwertung..

Im Biogas nach der Methanaufwertung sind oft hohe Konzentrationen von Schwefelwasserstoff vorhanden, die für die folgenden Prozessschritte problematisch sind. Korrosion ist dabei eines der zu beachtenden Probleme, da hohe H₂S-Werte Leitungen und Prozessinstrumentierung angreifen können, was zu Kosten von mehreren Tausend Euro pro Jahr

führen kann. Ein weiteres Problem der Methanaufwertung und deren Abgase sind Gerüche. Das liegt an der hohen Empfindlichkeit des menschlichen Geruchssinns gegenüber Schwefelwasserstoff, nachdem die Geruchsrezeptoren bereits bei Konzentrationen im part-per-billion-Bereich (ppb) angeregt werden.

Daher kann schon ein kleines Leck im Prozess oder eine Öffnung während eines Prozessschritts zu einer Geruchsbelästigung eines großen Bereichs führen, da das ausgetretene Gas bis zu 200.000 Mal verdünnt werden muss, um den Geruch zu überdecken.

Auf Grundlage traditioneller Lösungen hat Ozonetech innovative Lösungen für Geruchsemissionen auf Grundlage von Ozon entwickelt, die die Kosteneffektivität des Prozesses deutlich verbessert und im Hinblick auf Abbaugrade höchsten Standards entspricht. Eine Zusammenfassung der Betriebskosten einer konventionellen Lösung im Vergleich zu unserer Lösung auf Grundlage von Ozon können Sie in der Abbildung rechts sehen.
Aus der Abbildung rechts kann entnommen werden, dass die Betriebskosten einer Ozonetech-Lösung mehr als vier Mal günstiger sind, als die einer konventionellen Lösung, selbst bei suboptimaler Konfiguration. Die geringeren Betriebskosten führen jedes Jahr zu großen wirtschaftlichen Einsparung von bis zu 100.000 Euro. Die Abbildung hebt auch die Flexibilität unserer Lösung hervor. Nachdem jeder Biogasprozess unterschiedlich ist und verschiedene Anforderungen stellt ist es wichtig, unser System den Bedürfnissen der Kunden anzupassen. Daher wird jede Lösung sorgfältig entwickelt und zugeschnitten, um die Vorteile der Kunden zu maximieren, wie die Betriebskosten im unserem vorliegenden Fall. Neben den großen Einsparungen sichert die Ozonetech

-Lösung auch eine hocheffiziente und robuste Leistung über die gesamte Lebensdauer, was zu einer effektiven Geruchsbeseitigung über lange Zeit führt.

Eine verbreitete Ozonetech-Lösung zur Geruchskontrolle setzt sich aus mehreren Stufen zusammen, inklusive der RENA Pro-Ozoneinheit und der Nodora Odor control Solution.

Lesen Sie mehr zur Geruchskontrolle, dem RENA Pro und Nodora Odor control Solution (Broschüre).

Die Betriebskosten einer konventionellen Lösung (links) sind vierfach höher als jegliche der drei möglichen Ozonetech-Lösungen. Unsere Lösung wird aus 1) RENA Pro-Ozonbehandlung, oder 2) Nodora-Luftfilter, oder 3) RENA Pro und Nodora bestehen. Die Gesamtkosten steigen mit der Ozonkonzentration, die vom RENA Pro produziert wird - die geringsten Kosten fallen bei einer optimalen Kombination aus Ozon und Nodora an.

Nach der Biogasproduktion hat das Abwasser noch immer einen hohen Gehalt an stickstoffhaltigen Bestandteilen, die eine wertvolle Ressource darstellen. Sie können in der Landwirtschaft als Düngemittel eingesetzt werden und damit wichtige wirtschaftliche Einsparungen bedeuten. Vor dem effektiven Einsatz der Ressource ist allerdings eine Weiterbehandlung notwendig, die ausgestoßene Gerüche und

unangenehme Farben beseitigt. Ozon kann eingesetzt werden, um beide Probleme gleichzeitig zu lösen. Durch Injektion ins Abwasser entsteht bereits ein Nutzen an der Quelle, Gerüche werden beseitigt, bevor sie ausgestoßen werden. Zusätzlich wird der COD-Anteil deutlich reduziert, was zu einer Veränderung der Farbgebung führt und eine Nutzung der Abwässer als Düngemittel ermöglicht.

Lesen Sie mehr zu Geruchskontrolle und der RENA Pro-Ozonlösung zur Geruchsbehandlung.

Lesen Sie mehr über COD-Behandlung und der RENA Vivo-Ozonlösung zur COD-Reduktion.

Eine der Herausforderungen von Biogasanlagen ist die strenge Vorgabe zur H₂S-Entfernung nach der Phase der anaeroben Gärung, vor der Aufwertung.

Eine weitere anhaltende Sorge betrifft die Gerüche, die von einer Biogasanlage ausgehen. Beides kann heutzutage effektiv und biologisch angegangen werden.

Wir haben einen Katalysator speziell für die Entfernung von H₂S entwickelt: den Rubicat TM. Selbst ohne Sauerstoff wird H₂S entfernt und hinterlässt keine Spuren vor der Aufwertungsphase. Da der

Arbeitsmechanismus katalytisch wirkt, hat der Rubicat eine viel größere Lebensdauer als traditionelle Technologien, wie Aktivkohle. Der Nodora CAT kann eine Reduktion von 40-95 % der Betriebskosten erreichen.

Zusätzlich können die Geruchsprobleme kosteneffektiv vor Ort, in der Anlage durch Ozonproduktion reduziert werden. Das Ozon wird in das bestehende Lüftungssystem gespeist, um Gerüche zu beseitigen und vor der Entlüftung als finale Aufbereitungsphase durch einen Nodora ADS geleitet zu werden.

Ambitionierte Biogasproduzenten verfügen über eine weitere Option: Die Biomasse mit Ozon zu behandeln kann in manchen Anlagen den Biogasertrag verdoppeln.

Unabhängig von der Anlage wird die Behandlung effektiv, grün und leicht zu handhaben sein.

H₂S-Entfernung vor der Aufbereitung

Mit unserer Lösung brauchen Sie nicht mehrere verschiedene Technologien, um das H₂S in den Griff zu bekommen. Keine Aktivkohle, kein Ozon oder andere Behandlungsarten. Unser eigens entwickeltes Nodora CAT, ausgestattet mit dem Rubicat, ist ausreichend. Das Nodora-System ist darauf ausgelegt, aktives Material konstant zu nutzen, die Effizienz der H₂S-Entfernung und die Filterlebensdauer deutlich zu erhöhen.

INHOUSE GERUCHSBESEITIGUNG

Die Gerüche aus hauseigenen Quellen werden über die Lüftung entfernt und die gesammelten Gerüche können dann durch RENA Pro und Nodora ADS behandelt werden, bevor die Luft in die Umwelt abgeleitet wird.

Die bestehende Lüftung ist die Behandlungskammer

Unser wichtigster Ratschlag ist, die Luft genau zu analysieren. Die Analysen und Modellversuche, die wir in unserem Haus durchführen, beziehen sich auf Strömungen und Konzentrationen und entwerfen somit eine optimale Behandlungsmethode.

Nodora wird in Branchen eingesetzt, die strengen regulatorischen Anforderungen zur Geruchsreduktion unterliegen. Alle Nodora-Systeme sind auf die Strömungslast ausgelegt, um eine möglichst hohe H₂S- und Geruchsreduktion zu erzielen. Einer der vielen

Vorteile der Kombination von Ozonbehandlung und Nodora ist, dass das aktive Material mindestens fünf Mal länger aktiv ist, als bei einer Lösung ohne vorangegangene Ozonbehandlung.