Er ist das Herz einer jeden Biogasanlage: der Fermenter. Ohne Fermenter funktioniert keine Biogasanlage. Denn hier findet ein ganz zentraler Prozess in der Herstellung von Biogas statt. Doch bei der Wahl des richtigen Biogasfermenters für die verschiedenen Arten von Biogasanlagen spielen gleich mehrere Faktoren eine wichtige Rolle.
Was genau damit gemeint ist, wie Sie den passenden Fermenter für Ihre Biogasanlage finden und wie ein Biogasfermenter überhaupt funktioniert, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Was ist ein Fermenter und wie funktioniert er?
Der Fermenter ist der Teil einer Biogasanlage, in dem die Biomasse zu Biogas vergärt.
Die Fermentation ist ein biologischer Abbau von organischen Stoffen unter Ausschluss von Sauerstoff und Licht. Dabei arbeiten verschiedene Bakterienstämme an der Zersetzung der Biomasse – je nach Verfahren in der Trocken- oder Nassfermentation:
- Trockenfermentation: Vergärung trockener, faseriger Biomasse
- Nassfermentation: Vergärung nasser bzw. feuchter Biomasse
Das Biogas kann nun zur Produktion von Energie genutzt werden. Entstehende Gärreste kommen als Düngemittel für die Landwirtschaft zum Einsatz.
Für die Herstellung von Biogas eignet sich Bioabfall aus Haushalten (Biotonne) oder Grünschnitt als Ausgangssubstrat. Geeignet sind aber auch Energiepflanzen, Gülle oder Klärschlamm. Kurz gesagt: Der Fermenter bildet die Basis für die Herstellung von Biogas durch Fermentation.
Das sollten Sie über Fermenterwartung und Fermenterrevision wissen
Im Fermenter einer Biogasanlage setzen sich mit der Zeit Feststoffe am Boden ab. Die Folge dieser sogenannten Sinkschicht: Der Fermenterinhalt ist irgendwann nicht mehr pump- und rührfähig. Soll der Fermenter allerdings lange zuverlässig und reibungslos laufen, sind eine regelmäßige Wartung und Revision zwingend notwendig. Diese sollten jedoch immer in der Hand einer erfahrenen Fachkraft liegen, da der Reinigungsprozess eines Fermenters sehr gefährlich ist.
Der Grund sind die im Biogas enthaltenen Gase Methan, Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff. Denn in Verbindung mit Luft bildet Methan ein explosives Gemisch, und Schwefelwasserstoff (H₂S) ist schon in geringer Konzentration lebensgefährlich giftig. Geeignete Sicherheitsausrüstung, wie zum Beispiel Gaswarnmessgerät, Anseilschutz, Sicherheitsgeschirr und Schlauchatmungsgerät, ist deswegen ein absolutes Muss bei jeder Fermenterwartung.
Fermenter einer Biogasanlage – diese Fermentertypen gibt es
Nicht jeder Fermenter gleicht dem anderen, gibt es auf dem Markt doch unterschiedlichste Modelle und Angebote. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, sich bei der Planung frühzeitig über die verschiedenen Arten von Biogasfermentern zu informieren. In der folgenden Auflistung finden Sie eine Übersicht der wichtigsten Auswahlkriterien und Unterscheidungsmerkmale von Fermentern für Ihre Biogasanlage.
Der Prozessablauf im Fermenter und die Anzahl der Gärkammern
Der Prozessablauf bei der Biogas-Fermentation kann diskontinuierlich (Batch) oder kontinuierlich erfolgen, mit oder ohne vorgeschaltete Hydrolyse. Letztere gilt dabei als besonders kritischer Vergärungsprozess, da die versäuernden Bakterien sowie die Essigsäure- und Methanbildner unterschiedliche Anforderungen an ihre Umgebung haben. Um diesen gerecht zu werden, lässt sich die Hydrolyse abtrennen und in einem separaten Behälter bereits vor der Vergärung im Fermenter durchführen. Danach kann die Biomasse wesentlich besser weiterverarbeitet werden.
Der Fermenter einer Biogasanlage kann sowohl über nur eine Gärkammer als auch über mehrere Gärkammern verfügen. Ist nur eine Gärkammer vorhanden, so finden alle Prozessphasen der Fermentation – also Hydrolyse, Versäuerung, Essigsäurebildung sowie die Entstehung von Methan – im selben Behälter statt. Gibt es mehrere Gärkammern, laufen die Prozessphasen in verschiedenen Behältern ab. Das hat den Vorteil, dass sich die Prozessbedingungen besser an die unterschiedlichen Bakteriengruppen und deren Bedürfnisse anpassen lassen. Das ermöglicht eine stabilere Methanbildungsphase und dadurch bedingt höhere Biogaserträge.
Die Durchmischung beim liegenden Biogasfermenter
Generell unterscheidet man zwischen zwei Arten von Fermentern: dem stehenden und dem liegenden Fermenter. Die liegende Variante eines Fermenters kann sowohl aus Stahl als auch aus Beton bestehen. Vor allem ältere Biogasanlagen sind mit einem liegenden Fermenter ausgestattet. Beschickung und Überlauf befinden sich in diesem Fall an den jeweils gegenüberliegenden Enden. Dadurch entsteht im Inneren ein langsamer Substratstrom in Richtung Überlauf. Gerührt wird das Substrat mit einer Rührwelle, die eine leichte Vorwärtsbewegung des Substrats einleitet. So werden neben dem Substrat auch Sinkschichten in der Biogasanlage mitbefördert. Im Fall, dass die Beheizung des Fermenters nicht über dessen Außenwand läuft, übernimmt die Rührwelle zusätzlich die Heizfunktion.
Die Vorteile des liegenden Fermenters sind zum einen der Sinkschichtaustrag, zum anderen die schonende Rührtätigkeit. Ein Nachteil sind die oftmals doch sehr großen Abmessungen des Fermenters, die schnell zu einem Platzproblem führen können. Ein stehender Fermenter für die Biogasanlage kann sowohl aus Beton als auch Stahl bestehen. Beide sind in der Regel rund.
Aufbau und Beheizung beim stehenden Biogasfermenter
Der Vorteil von stehenden Betonbehältern liegt in ihrem geringen Materialbedarf. Die Beheizung eines stehenden Fermenters läuft entweder über eine Fußboden- oder über eine Wandheizung mit Edelstahlrohren, die an der Innenseite des Fermenters angebracht sind. Eine entsprechende Isolierung an der Außenseite hilft dabei, zu große Temperaturspannungen zu vermeiden. Wichtig ist, dass die Isolierung zuverlässig gegen äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Witterung oder Grundwasser, geschützt ist. Zudem sollte es keine Luftzirkulation zwischen Isolierung und Behälterwand geben. Empfehlenswert ist eine Isolierstärke von acht bis zehn Zentimetern.
Eine Variante des stehenden Betonfermenters ist das Ring-in-Ring-System, auch „Pott in Pott“ genannt. Bei dieser Kombination aus Fermenter und Gärrestlager setzt sich der Fermenter aus einem Außenring sowie einem kleineren Innenring zusammen. Im Innenring wird das Substrat vergoren und gelangt danach über einen Überlauf in den Außenring. Dieser dient dann als Gärrestlager. Beide Ringe werden gemeinsam von einer gasdichten Betondecke überspannt. Die Vorteile dieses Systems sind eine kompakte Anordnung, die dadurch bedingten kürzeren Pumpwege und geringere Betriebskosten.
Stehende Stahlfermenter funktionieren auf ähnliche Weise wie Betonfermenter. Der Unterschied: Sie bestehen aus speziell gefalzten Blechen. Dadurch ist eine beständige Dichtigkeit garantiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Biogasfermenter aus Stahl besonders schnell errichten lassen.
Der Batch-Fermenter für die Biogasanlage
Zudem kann ein Fermenter auch ein sogenannter Batch-Fermenter sein. Dieser wird zu Beginn des Verfahrens einmal auf ein Sollstandsniveau gefüllt, später gibt es keine weiteren Füllungen mit Biomasse. So kann das Material „in Ruhe“ ausfaulen. Danach wird der Behälter bis auf einen Rest von fünf bis zehn Prozent geleert. Die verbleibende Restmenge dient als Impfmaterial für die danach neu aufgefüllte Biomasse. Wichtig ist, dass der Batch-Fermenter vor jedem Gärvorgang komplett gefüllt ist. Für gleichbleibende Gasmengen müssen zudem mehrere Batch-Fermenter zeitversetzt betrieben werden, was nur realisierbar ist, wenn mehrere Fermenter einer Biogasanlage nebeneinander eingerichtet sind und abwechselnd genutzt werden.
Die Aufgabe des Nachfermenters
Eine Biogasanlage kann zudem über einen Nachfermenter verfügen. Dieser sollte immer die gleiche Ausführung wie der Hauptfermenter haben. Wichtig ist, dass Nachfermenter, in denen Ausgangssubstrate mit Fremdanteilen wie Sand verarbeitet werden, über eine Sinkschichtaustragung verfügen. Diese kann eine Vertiefung im Boden, ein radial angeordneter Schneckenkanal oder ein radial angelegter Spülkanal sein. Die Sinkschichtaustragung entfernt abgesetzte Feststoffe wie Sand aus dem Nachfermenter.
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