Intelligentes Pumpensystem zur Durchmischung von Biogasreaktoren

Die Substrateinbringung und eine ausreichende Fermenter-Durchmischung sind nach wie vor große Herausforderungen für den wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen – insbeson­dere dann, wenn strukturreiche biogene Reststoffe, wie Stroh und Festmist eingesetzt werden. Hier setzt das Verbundvorha­ben FlexPump an. Gemeinsam mit den Projektpartnern Vogel­sang GmbH & Co. KG und A&U Service- und Vertriebs GmbH entwickelt das Fraunhofer IKTS ein intelligentes Pumpensystem zur hydraulischen Durchmischung von Biogasreaktoren, welches unter Praxisbedingungen getestet wird. Die eingesetzte Pump­technik wird sowohl zur Beschickung als auch zur Reaktor-Durchmischung genutzt. Dabei werden die einzubringenden Feststoffe, also Stroh und Festmist, zunächst mit Gärsubstrat aus dem Fermenter suspendiert. Das Gemisch wird dann mit hoher hydraulischer Intensität wieder zurück in den Fermenter gegeben. Dieses Prinzip der außenliegenden Umwälzung ist von Anlagen zur Klärschlammfaulung bekannt. Voraussetzung für diese Vorgehensweise ist, dass das Fließverhalten der Sus­pensionen an die Pumptechnik angepasst wird. Aus diesem Grund wurden Anlagen zur Substrat-Zerkleinerung mit in die Betrachtungen einbezogen. Im Verbundvorhaben konnte ge­zeigt werden, dass zerkleinerte Substrate eine deutlich geringere Viskosität aufwiesen. Batch-Gärtests wiesen diesen Substraten zudem eine verbesserte Desintegrationswirkung und damit deutlich höhere Biogaserträge nach (Grafik rechts). Das entwi­ckelte Mischsystem wurde am IKTS im Technikumsmaßstab bewertet. Dafür wurden die großtechnischen Prozessbedingun­gen runterskaliert – bei konstanter Eintrittsgeschwindigkeit des gepumpten Mediums in den Reaktor. Mittels prozesstomogra­phischer Untersuchungen (Bild 2) wurden die fluiddynamischen Prozessabläufe der Durchmischung in Abhängigkeit der Substrateigenschaften bewertet und optimiert. Zusätzlich kamen numerische Strömungssimulationen zum Einsatz (Bild 1). Das entwickelte Mischsystem wird derzeit unter Praxisbedingungen auf einer Biogasanlage getestet und weiter verbessert.

Leistungs- und Kooperationsangebot

• Skalierung und Bewertung von Misch- und Strömungspro­zessen
• Mehrphasige numerische Strömungssimulation mit nicht-newtonschen Fluiden