ULTRAWAVES
Wasser- & Umwelttechnologien GmbH
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Vorteile der Ultraschalltechnologie auf Biogasanlagen

Steigerung der Biogasproduktion

Die Ultraschallsysteme von ULTRAWAVES werden auf landwirtschaftlichen Biogasanlagen (BGA) zur Intensivierung des anaeroben biologischen Abbaus aller Arten zugeführter Biomassen eingesetzt, wie z.B. NawaRos, Mais, Grünschnitt, Gülle etc. Dadurch ergibt sich ein breites Anwendungsspektrum für die Ultraschalltechnologie. Ultraschall ermöglicht in der Regel entweder die Steigerung der Biogasproduktion bei unveränderter Substratzufuhr oder die Einsparung zugeführter Biomasse ohne Einbuße bei der Biogasproduktion.






BIOSONATOR: Hochleistung-Ultraschall zur Effizienzsteigerung und Energiegewinnung in Biogasanlagen


Mit integrierter Hochleistungs-Ultraschalltechnologie der neuesten Generation ist der BIOSONATOR ein effizientes und kompaktes Komplettsystem zum Aufschluss von Biomasse auf Biogasanlagen – auch bei schwierigen Substraten. Um den Betreibern jetzt eine noch praktischere und vor allen Dingen optimierte Lösung zu bieten, hat ULTRAWAVES in Zusammenarbeit mit den Kollegen von SONOTRONIC das Ultraschallsystem zu einem Plug&Play-System weiterentwickelt.

ULTRAWAVES garantiert mindestens 10 % erhöhten wirtschaftlichen Nutzen und begleitet die Kunden von Anfang an bis zum Erfolg! Sie können dabei auf über 20 Jahre Praxiserfahrung und weltweit über 250 erfolgreich realisierte Projekte zählen sowie eine seriöse Technologie, die kontinuierlich weiterentwickelt wird.


Design und einfache Einbindung in Biogasanlagen

Der BIOSONATOR ist unser neues Komplettsystem bestehend aus modularem Hochleistungs-Ultraschallsystem, vorgeschaltetem Nasszerkleinerer und Exzenterschneckenpumpe sowie einer intelligenten Regelungs- und Automatisierungstechnik mit Fernwartung. Als Plug&Play-System kann der BIOSONATOR einfach und schnell in bestehende Biogasanlagen integriert werden.

Üblicherweise genügt es, eine Teilmenge des Fermenter­ oder Nachgärerinhaltes mit Ultraschall zu behandeln und in die Fermentation zurückzuführen. Dieser Volumenstrom entspricht gewöhnlich 30 % bis 50 % der täglich zugeführten Substratmenge. Das Ultraschallsystem (Anschlussleistung 5 kW) ist bei einer Grundfläche von 1,45 m x 0,25 m sehr kompakt und benötigt somit nur wenig Platz. Vor Ort sind lediglich Zu­ und Ablaufanschlüsse sowie ein Strom­ und Wasseranschluss erforderlich. Die Ultraschallsysteme selbst sind in der Regel 24 Stunden im Betrieb.

 

Welche Vorteile bewirkt der Einsatz von Ultraschall auf Biogasanlagen?

Die Gewinnung von Biogas als regenerativer Energieträger ist aktuell von hoher Bedeutung, weshalb die Anzahl von landwirtschaftlichen Biogasanlagen mit Vergärung von organischen Substraten (Nawa­Ros, Gülle etc.) stetig ansteigt. Ultraschall spielt dabei eine wichtige Rolle, um die Grenzen der Fermentation zu überwinden. Obwohl Fermenter auf landwirtschaftlichen Biogasanlagen mit höheren Verweilzeiten dimensioniert werden, muss auch hier der geschwindigkeitsbestimmende Hydrolyseschritt überwunden werden. Dazu hat sich die Beschallung der aktiven Bakterien­-Biomasse aus dem Fermenter oder Nachgärer mit Ultraschall bewährt. Daraus ergeben sich ein intensivierter anaerober Abbau mit erhöhter Biogasproduktion sowie in der Regel auch ein höherer Methangehalt.

Welche Anlagen sind geeignet?

  1. Biogasanlagen ab 300 kW
    Mit der Neuentwicklung des BIOSONATOR ist es uns gelungen, die Investitionskosten um 25 – 30 % zu reduzieren. Somit ist der BIOSONATOR jetzt auch für kleine Biogasanlagen ab 300 kW wirtschaftlich interessant. Die Amortisationsdauer liegt bei ca. 3 – 4 Jahren.
     
  2. NawaRo-Anlagen, auch bei alternativen faserigen Substraten
    Die Technologie eignet sich insbesondere für Biogasanlagen, bei denen schwer aufschließbare, faserige und raue Substrate (z.B.Gras, Mist etc.) gefüttert werden. Sie werden somit unabhängig von gut fermentierbaren Edelsubstraten (z.B. Mais).
     
  3. Kofermenteranlagen
    Auch bei Kofermenteranlagen ist ein hohes Potenzial zur Steigerung der Anlageneffizienz vorhanden.
     
  4. Anlagen mit Trockensubstanz bis max. 15 %
    Harte Kavitation ist zum Aufschluss schwer abbaubarer organischer Substanzen mit einer Trockensubstanz von maximal 15 % möglich.
     
  5. Mesophil oder thermophil gefahrene Anlagen
    Ob eine Biogasanlage mesophil (37 bis 42 °C) oder thermophil (50 bis 57 °C) betrieben wird, in beiden Fällen kann unsere Hochleistungs-Ultraschalltechnik erfolgreich eingesetzt werden.
     
  6. Anlagen, die auf alternative Substrate umstellen
    Durch den Austausch teurer Substrate gegen mit Ultraschall aufbereitete, günstigere Substrate bzw. Reststoffe aus der Landwirtschaft können die Substratkosten der Biogasanlage deutlich reduziert werden.

BAFA-Zuschuss sichern!

Da der BIOSONATOR eine investive Maßnahme zur energetischen und ressourcenorientierten Optimierung von Biogasanlagen darstellt, können unsere Kunden einen Antrag zur Förderung der Investition beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) stellen. Im sogenannten BAFA Modul 4 – Energie- und ressourcenbezogene Optimierung von Anlagen und Prozessen – kann ein Zuschuss von bis zu 40 % der Investitionskosten für den BIOSONATOR genehmigt werden. Unter Einbezug dieser BAFA-Förderung wird eine Amortisationszeit i.d.R. von unter zwei Jahren erzielt. Weitere Informationen zur BAFA-Förderung finden Sie auf folgendem Link BAFA - Modul 4: Energie- und ressourcenbezogene Optimierung von Anlagen und Prozessen. Wir beraten und unterstützen Sie gerne zu diesem Förderprogramm.

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Fermentation durch Ultraschall

Technische Grenzen der Fermentation und deren Überwindung mit Ultraschall

Die anaerobe Fermentation von organischem Substrat (Biomasse) ist eine ausgereifte Technologie. Die Biomasse wird im Fermenter bei Temperaturen um 37 °C durch Bakterien zersetzt. Dabei fällt Biogas als Stoffwechselprodukt an, dessen Hauptkomponente und eigentlicher Energieträger Methan ist. Der anaerobe biologische Abbauprozess verläuft, bedingt durch die für Bakterien schwer aufzulösende feste Biomasse, allerdings sehr langsam. Der erste Schritt in der Abbaukette ist die sogenannte Hydrolyse, welche eine Reduktion der Partikel­ bzw. Molekülgröße bewirkt und damit die Geschwindigkeit des gesamten Abbauprozesses bestimmt.

Bei der Hydrolyse setzt die Wirkung unseres Ultraschalls an. Die Ultraschallschwingungen wirken sowohl auf die Struktur der Substrate (Aufschluss der Zellen) als auch auf die aktiven Mikroorganismen (Stimulierung durch Schallwechseldruck und Kavitation, Vermeidung von Agglomeratbildung, Freisetzen von Enzymen). Die biologische Hydrolyse wird somit durch den Einsatz der Ultraschallsysteme unterstützt oder gänzlich substituiert, sodass ein beschleunigter und erweiterter Abbau erfolgt.

Eine Landwirtschaftliche Maschine nimmt Substrat auf

Intensivierung der Fermentation durch Ultraschall

Ultraschall intensiviert die Fermentation in Biogasanlagen. Die fermentierenden Mikroorganismen produzieren die zum Abbau der organischen Substanz notwendigen Enzyme (Exoenzyme). Bei Anwendung unseres Hochleistungs­-Ultraschalls führt bereits geringer Energieeintrag zu verstärkter Freisetzung dieser Enzyme, sodass die Aktivität der Mikroorganismen gesteigert wird. Beschallung führt auch immer zur Erhöhung der Grenzfläche zwischen flüssiger und fester Phase (Partikel und Flocken werden zerlegt), was den enzymatischen Angriff erleichtert.

Weitere Energiezufuhr zerstört auch Wände von pflanzlichen und bakteriellen Zellen und führt damit zur Freisetzung von organischen gelösten Zellinhaltsstoffen, die nun wiederum sehr gut fermentativ abbaubar sind. Im Endeffekt entsteht ein intensivierter Faulprozess mit weitergehendem Abbau der organischen Substrate und erhöhter Biogasproduktion.

Bei gleicher Biomassefütterung kann durch den Einsatz von Ultraschall damit einerseits mehr Biogas produziert werden, andererseits ist die Reduktion der Fütterungsmenge bei unveränderter Biogasproduktion möglich. Darüber hinaus verbessert sich die Qualität des Biogases durch Erhöhung des Methangehaltes. Aufgrund der schwer abbaubaren landwirtschaftlichen Biomassen liegt der Methananteil auf herkömmlichen Biogasanlagen teilweise unter 50 %. Zusätzlich wird durch Beschallung des zugeführten Volumenstroms die Viskosität des Fermenterinhaltes reduziert und somit fließfähiger. Damit sinkt die Leistungsaufnahme an Rührwerken und Pumpen und infolgedessen der Strombedarf der Biogasanlage.






Einsatzgebiete und Vorteile

Mit dieser innovativen Technologie können insbesondere schwer aufschließbare, faserige und raue Biomasse-Suspensionen (Gras, Mist etc.) behandelt werden. Der Betreiber bleibt somit unabhängig von den gut fermentierbaren Edelsubstraten (z.B. Mais). Vorzugsweise wird ein Rezirkulationsstrom aus dem Nachgärer in den Hauptfermenter mit dem BIOSONATOR bearbeitet.

Die Biomasse wird aufgeschlossen und eine erhöhte mikrobiologische Aktivität im Fermenter erreicht. Die Folge vom intensivierten Prozess ist eine deutlich erhöhte Biogasproduktion (in der Regel 10 bis 15 %), die einem nur geringen Energieaufwand gegenüber steht. Die Amortisationszeit der Investition beträgt 3 bis 5 Jahre und ist damit entsprechend kurz. Die Anbindung des Containers an die Biogasanlage ist einfach. Es sind Anschlüsse für den Zu- und Ablauf von Substrat und Spülwasser an der Außenseite vorhanden. Lediglich ein Elektroanschluss (400 V, 32 A, TN-S Netz) wird zum Einsatz benötigt.

Mögliche Einbindung des BIOSONATORS in Biogasanlagen:

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Ausrüstung und technischer Aufbau

Im Kern des BIOSONATORS befinden sich vier Aggregate, angeordnet im technologischen Ablauf:

  • Nasszerkleinerer mit Stirnradgetriebemotor (2,2 kW Antriebsleistung)
  • Modifizierte Exzenterschneckenpumpe mit Stirnradgetriebemotor (1,5 kW Antriebsleistung) und Frequenzumformer
  • Hochleistungs-Ultraschallsystem (ULTRAWAVES/SONOTRONIC) mit 5 kW Anschlussleistung
  • Volumenstrommesser

Fließdiagramm des BIOSONATORS

 

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Technische Eigenschaften

  • Durchflusssystem für kontinuierlichen Betrieb
  • Reaktorvolumen 20 bis 50 l (je nach Anzahl der Schwinggebilde und Reaktorkammern)
  • Anzahl Schwinggebilde 3 bis 10
  • Dauerleistung ca. 3 kW bis 10 kW
  • Frequenz 20 kHz
  • Automatische Amplitudenregelung bei Amplituden zwischen 12 und 20 μm
  • Intensität 25 bis 50 W/cm2
  • Beschallzeit 1 bis 2 Minuten
  • Beschalldosis 2 bis 5 kWh/m3
  • Direkte Beschallung der Biomassesuspension, d.h. Schwinggebilde tauchen in die Biomassesuspension ein und erzeugen infolge der hohen Amplitude sogenannte transiente („harte“ =Wasserdampf-) Kavitation, die zu etwa 10 x höheren Biomasse-Aufschlussgraden als eine indirekte Beschallung (Schwinggebilde auf einer Reaktorwand fixiert) bei vergleichbaren Beschalldosen führt.





Referenzen Biogasanlagen

Vorteile der Intensivierung der anaeroben Faulung und Steigerung auf Biogas- und Abfallvergärungsanlagen

  • Steigerung der Energiegewinnung um 8 % bis 19 %
  • Reduzierung des oTR im Gärrest um bis zu 4 %
  • Reduktion der Substratkosten um 5 % bis 13 %
  • Steigerung des Methangehaltes um 1 % bis 4 % und damit erhöhte Stromproduktion

Biogasanlage Beerlage

  • Deutschland
  • 1.500 kW
  • seit 2016

Biogasanlage Bispingen

Biogasanlage Bordesholmerland

Biogasanlage Ense

Biogasanlage Haren

Biogasanlage Heinzhof

  • Deutschland
  • 720 kW
  • seit 2019

Biogasanlage Hellweg

  • Deutschland
  • 500 kW
  • seit 2016

Biogasanlage HKS Wittenburg

  • Deutschland
  • 716 kW
  • seit 2012

Biogasanlage Hollmann

  • Deutschland
  • 500 kW
  • seit 2017

Biogasanlage Koop

  • Deutschland
  • 590 kW
  • seit 2015

Biogasanlage Lindow

  • Deutschland
  • 500 kW
  • seit 2008

Biogasanlage Löhndorf

Biogasanlage Münster

  • Deutschland
  • 800 kW
  • seit 2019

Biogasanlage Wesel

  • Deutschland
  • 500 kW
  • Großtechnischer Test 2007

Biogasanlage Wulkow

  • Deutschland
  • 400 kW
  • seit 2015



Was sagen unsere Kunden nach dem Einsatz von unseren Ultraschall-Anlagen auf Ihren Biogasanlagen?
 

„Das Substrat kommt jetzt flüssig wie Wasser aus dem Nachgärer.“ 
Hartwig Koop, Koop Biogas, Haren, Emsland: Biosonator im Container für 590 kW BGA, Einbau: Juli 2015

 

„Bei unserer Biogasanlage haben wir durch den Biosonator bei gleicher Substratmenge die Stromerzeugung um 10 % erhöht."
Hans-Joachim Deter, Biogasanlage Wulkow (Neuruppin), 2017