Vorbehandlung von Rindergülle im Pilotmassstab zur Erhöhung der Biogasausbeute

In diesem Projekt wird der Betrieb einer kontinuierlichen wärmeintegrierten Pilot-Dampfvorbehandlungsanlage für Rindergülle und die Ausbeutesteigerung in der anschliessenden anaeroben Vergärung unter realen Bedingungen untersucht.

Steckbrief

Beteiligte Departemente Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften
Institut(e) Agronomie
Forschungseinheit(en) Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft
Förderorganisation Schweizerische Eidgenossenschaft (Bundesverwaltung)
Laufzeit (geplant) 01.10.2020 - 28.02.2023
Projektleitung Prof. Dr. Michael Hans-Peter Studer
Projektmitarbeitende Patrice Claude Bühler
Prof. Dr. Michael Hans-Peter Studer
Partner Bundesamt für Energie BFE
Schlüsselwörter Rindergülle, Vorbehandlung, Biogas, Dampfexplosionsverfahren, Biogasausbeutesteigerung

Ausgangslage

Im Vorgängerprojekt wurde das hier vorgestellte Verfahren der Ausbeutesteigerung von Biogas aus Rindergülle getestet und optimiert. Die Vorbehandlungsmethode besteht aus der Aufheizung der Rindergülle mittels Dampf auf eine vorgegebene Temperatur und nach einer Haltezeit, der explosiven Entlastung der Gülle vom Dampfdruck auf Atmosphärendruck. Die positiven Resultate führen zu diesem Antrag dessen Ziel die Pilotierung einer Rindergülle Vorbehandlungsanlage ist. Die Pilotierung dient dem präziseren technischen Verständnis der Vorbehandlung im grosstechnischen Rahmen. Das Institut Agricole in Grangeneuve (IAG) ist zurzeit am Bau eines neuen Kuhstalls. Im Zuge dieser Erweiterungsarbeiten wird auch eine Biogasanlage am IAG gebaut. Es soll eine Biogasanlage mit Vorbild-Charakter für die ‘post-KEV-Situation’ entstehen, d.h. die Anlage soll Elemente enthalten und testen, die zu einer ökonomischen Biogasproduktion führen können - auch ohne zusätzliche Vergütungen. Hierbei soll unter anderem die eben beschriebene Vorbehandlung bei der geplanten Biogasanlage in Grangeneuve pilotiert werden. Um die Vorbehandlungstechnologie im Pilot-Massstab zu untersuchen, muss nicht nur eine kontinuierliche Vorbehandlungsanlage entworfen und gebaut werden, sondern es wird auch ein zusätzlicher Biogasfermenter benötigt, um die tatsächlich erzielte Biogas-Ausbeute aus der vorbehandelten Rindergülle zu bestimmen.

Vorgehen

In der 1. Projektphase wird die Vorbehandlungsanlage als alleinstehende Baukomponente erstellt und getestet. In einem 1. Schritt werden zusätzliche Versuche zur Gülleseparation bei einer bestimmten Trennschärfe (z.B. 50, 100 oder 200 m), zur Stoppelbildung und zur kontinuierlichen Expansion durchgeführt. Darauf basierend wird die Vorbehandlungsanlage geplant, konstruiert und in der Schweiz gebaut. Anschliessend werden die Teilfunktionen Gülleförderung, Separation, Dampfinjektion und Explosion am IAG mit Rindergülle getestet, die vorbehandelte Gülle wird jedoch noch nicht fermentiert. Nach dieser 1. Projektphase wird ein Zwischenbericht erstellt und entschieden, ob das Projekt in die 2. Phase übergeht oder abgebrochen werden muss. In der 2. Projektphase wird der Effekt der kontinuierlichen Vorbehandlung auf die Verdaubarkeit getestet. Dies ist notwendig, da sich alle Vorbehandlungsapparate in der Wirkung unterscheiden und daher davon ausgegangen werden muss, dass das in Batch-Versuchen (steam-gun) ermittelte Optimum der Vorbehandlungsparameter nicht mit den Ergebnissen aus der kontinuierlichen Vorbehandlung übereinstimmen werden. Danach werden die Vorbehandlung sowie die Fermentation der vorbehandelten Rindergülle kontinuierlich betrieben. Der Schulfermenter wird installiert, in Betrieb genommen und mit der Vorbehandlung sowie dem Standardfermenter verknüpft. Hiermit kann die gesamte Biogasproduktionskette unter realen Bedingungen geprüft und evaluiert werden.