Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Entwicklung und Erprobung sensorbasierter Rührsysteme in Biogasanlagen zur Steigerung der Effizienz und Prozessstabilität bei einer lastflexiblen und bedarfsgerechten Biogasproduktion
Durch die Speicherbarkeit von Biomasse in Kombination mit einem lastflexiblen Betrieb der Anlagen kann die Stromerzeugung in Biogasanlagen mit sehr geringen Vorlaufzeiten bedarfsgerecht betrieben werden. Eine umfassende Flexibilisierung der Biogaserzeugung stellt aufgrund des ständig wechselnden Lastprofils von Fütterung, Gaserzeugung und Verstromung hohe Ansprüche an die zentrale und periphere Anlagentechnik sowie an die Stabilität der vorhandenen Prozessbiologie. Hierbei rücken insbesondere die im Fermenter ablaufenden fluiddynamischen Prozesse in den Mittelpunkt der Betrachtungen, da sie einen wesentlichen Einfluss auf den realen Biogasertrag haben.
Um die mit einer stark flexibilisierten Biogaserzeugung einhergehenden hohen Anforderungen erfüllen zu können, müssen die Rührsysteme, Substratbehandlungstechnologien sowie ein Gärrest-/Prozesswassermanagement in die vorzunehmende Prozessoptimierung einbezogen werden. Im Rahmen des BMEL/FNR-Verbundvorhabens OptiFlex (FNR, FKZ 22401617) wurde bereits die modellbasierte prädiktive Fütterungsregelung mit einem für die Rühr- und periphere Anlagentechnik aufzustellenden Regelalgorithmus gekoppelt und die entsprechende MSR-Technik entwickelt. Mittels Prozesstomographie und numerischer Strömungssimulation konnte für ausgewählte Substratmischungen ein optimaler Betrieb der Rührtechnik abgeleitet und gezielt Rückschlüsse auf die notwendige Substratvorbehandlung getroffen werden.
Eine automatisierte Prozessführung zur flexiblen Biogasproduktion setzt eine umfassende Erfassung relevanter Messgrößen im Echtzeitbetrieb voraus, die in dieser Form jedoch nicht bekannt ist. Insbesondere erfordert die Automatisierung der Mischprozesse eine ortsaufgelöste Online-Messung der im Fermenter ablaufenden fluiddynamischen und biochemischen Prozesse. Ziel des Teilprojekts des Fraunhofer IKTS ist es, ein KI-basiertes Regelsystem zu entwickeln, mit dessen Hilfe es gelingt, einen dauerhaften, sicheren Betrieb von Biogasanlagen bei Einsatz von herausfordernden Substratmischen und lastflexibler Betriebsweise zu gewährleisten.
