Welche Einsatzstoffgruppen (NawaRos/Reststoffe) sind generell für Biogasanlagen geeignet und welche weniger? An welchen Produktionsstandorten fallen diese an?
Substrate mit geringen Trockensubstanzgehalten eignen sich sehr gut
Biomassen mit hohen Anteilen an Lignin, Cellulose oder Hemi-Cellulose (z. B. Stroh, Holz) sind für die Biogasproduktion besonders geeignet
Wirtschaftdünger, wie Gülle und Stallmist, sind ideal für die Biogasproduktion
Die Biomasse zur Biogaserzeugung stammt zu über 80% aus Reststoffen aus: Landwirtschaft, Industrie/ Gewerbe, Kommunen/ Entsorger, Kläranlagen/ Deponien
Durch die EEG Novellierung 2004 ist der Anteil nachwachsender Rohstoffe deutlich zurückgegangen
Aus welchen grundlegenden Bestandteilen besteht Biomasse und inwiefern tragen diese quantitativ und qualitativ zur Biogasbildung und Bildung weiterer Stoffe bei?
Biomasse besteht aus anorganischer Trockenmasse, organischer Trockenmasse und Wasser
Lignin ist hauptverantwortlich für die Biogasbildung und die Menge des Biogases
Anhand des stöchiometrischen Biogasbildungspotenzials kann theoretisch auf die maximale erreichbare Biogasmenge geschlossen werden
Kohlenhydrate, Fette und Proteine sind unbedeutend in der Biogaserzeugung
Die Reihenfolge der Teilschritte in der Biogaserzeugung ist: Acetogenese, Hydrolyse, Acidogenese und Methanogenese
Welche Zwischenprodukte werden von den jeweiligen Bakteriengruppen im anaeroben Abbauprozess gebildet und wie ist deren jeweilige Wachstumsgeschwindigkeit?
Die in der Acetogenese gebildeten Zwischenprodukte sind z.B. Lignin, Cellulose und Aminosäuren
die Hydrolyse ist eine Voraussetzung für die Biogaserzeugung, da hochmolekulare Substanzen also Fette, Proteine und Kohlenhydrate in niedermolekulare Substanzen also Fettsäuren, Aminosäuren und Glukose umgewandelt werden müssen
Ziel der Acidogenese ist der Abbau von kleineren Moleküleinheiten zu niedermolekularen Basen, wie Amin oder Natronlauge
die Wachstumsgeschwindigkeit der jeweiligen Bakterien wird unter anderem von der Temperatur im Fermenter beeinflusst
die Phasen des anaeroben Abbauprozesses laufen zeitlich und räumlich voneinander getrennt ab
Aus welchen Stoffen können Methanbakterien Methan generieren? Welche Bedeutung hat das für die gesamte Stoffumwandlungskette im Biogasprozess sowie für Power-to-gas?
Bei der Methanproduktion wird etwa 30 % des Methangases aus den Nebenprodukten Wasserstoff und Kohlenstoff erzeugt
Die Schwefelsäure trägt nur minimal bei der Produktion zu Methangas bei.
Die Methanbakterien benötigen zur Umwandlung nur eine geringe Menge Wasserstoff
Bei der Methanherstellung mittels des Prozess Power-to-gas muss Kohlenstoff hinzugegeben werden
Bei der Methanherstellung mittels des Prozess Power-to-gas ist genügend Kohlenstoff vorhanden
Welche Bioabfälle sind eher für einen Biogasprozess als für eine Kompostierung geeignet und welche Rolle spielen dabei holzartige Bestandteile?
Zur Kompostierung eignen sich Bioabfälle mit hohem Gehalt an Lignin und Zellulose.
Durch den Einsatz von holzartigen Bestandteilen kann ein niedriger Heizwert erreicht werden.
Lignin und Zellulose lassen sich im Wesentlichen nur unter aeroben Bedingungen abbauen.
Für die Vergärung eigenen sich struktur- und energiereiche Bioabfälle, wie Speiseabfälle und Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung.
Bioabfälle mit trockenen, holzartigen Bestandteilen lassen sich besonders gut sowohl für die Vergärung, als auch für die Kompostierung nutzen.
Worin unterscheiden sich NawaRos und Gü̈lle?
Die nachwachsenden Rohstoffe und Gülle enthalten beide Ammonium
Der Stickstoffanteil der Maissilage ist im Vergleich zu den Gülle relativ groß
Ca. 36% der TS Anteil der Mais bestehen aus Hemicellulosen und Cellulosen
Das Trockensubstanzgehalt der nachwachsenden Rohstoffe ist im Durchschnitt größer als das der Gülle, aber der Methanertrag der Gase ist niedriger
Die Eigenschaften von NawaRos und Gülle unterscheiden sich für Biogaserzeugeng nicht wesentlich
Welche wesentlichen Unterschiede gibt es bei der Gewinnung von Biogas aus Biomüll im Vergleich mit Biogas aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen (z.B. hinsichtlich der Zusammensetzung des Substrates, der Gaszusammensetzung, dem Gasertrag, der Prozessparameter)?
Festmist ist aufgrund seiner Pump- und Fließfähigkeit bestens für die Vergärung geeignet
Bioabfälle haben die höchsten Hemm- und Störstoffgehalte und benötigen daher eine Vorbehandlung
Stroh ist aufgrund der niedrigen Lingninanteil schlecht bakteriell abbaubar
Rinder- und Schweinegülle haben die geringste Trockensubstanz
Der Methanertrag von Bioabfälle ist deutlich höher als der von Maissilage
Welche Auswirkungen haben hohe Proteinanteile im Substrat auf Emissionen und Gärrestverwertung?
Erhöhte Bildung von Schwefelwasserstoffen H2S und Lachgas N2O bei der Gärreste
Gehemmte Bildung von Schwefelwasserstoffen H2S und Lachgas N2O bei der Gärreste
Erhöhte Konzentration von Ammoniak NH3 in den Gärresten
Gärreste besser verwendbar
Verbesserter Methanertrag gegenüber Kohlenhydraten und Fetten
Welche Bauformen von Fermentern kennen Sie und aus welchen Werkstoffen können Fermenter gebaut sein? Nennen Sie Vor- und Nachteile der verschiedenen Bauformen und der Werkstoffe.
Die am häufigsten verwendete Fermenter ist der für das Pfropfenstromverfahren
Ein Vorteil des Fermenters zur Volldurchmischung ist die mögliche Automatisierung der Substratzugabe
Das Batchverfahren eignet sich nicht zur Vergärung von trockenem und faserigem Substrat
Der Fermenter zur Volldurchmischung kann wegen seiner Größe von mindestens 9000m³ nicht mit einer Foliendecke gebaut werden
Der Fermenter zum Pfropfenstromverfahren besteht aus einem Stahltank
Wozu benötigt man Pumpen in einer Biogasanlage und welche Pumpenbauarten kennen Sie? Nennen Sie Vor- und Nachteile der Pumpenbauarten.
Durch Pumpen wird eine möglichst kontinuierliche Substrateinbringung von pumpfähigen Substrat in den Fermenter gewährleistet.
Die Balgpumpe hat zum Nachteil, dass sie nicht selbstansaugend und empfindlich gegen Störstoffe ist.
Die Exzenterschnecken- und Drehkolbenpumpe zählen zu den Kreiselpumpen.
Pumpen werden benötigt um das entstandenen Biogas in den Speicher zu befördern.
Vorteile der Drehkolbenpumpe ist, dass diese zur Substratdosierung geeignet sowie unempfindlich gegen Störstoffen und Trockenlauf ist.
Welche Bauarten an Rührwerken, die in einer Biogasanlage verwendet werden können, kennen Sie? Nennen Sie deren Vor- und Nachteile
Rührwerke werden bei der pneumatischen Durchmischung eingesetzt
Mechanische Axialrührwerke gehören zu der Bauform der Schnellrührwerke
Langachsrührwerke haben den Vorteil, dass sie einen niedrigen Energiebedarf aufweisen
Der Bereich der langsam drehenden Rührwerke liegt bei circa 300 Umdrehungen pro Minute
Bei der Wartung von Seitenrührwerken muss der Fermenter nicht komplett entleert werden
Welchen Einfluss hat die Temperatur auf die Biogas-/Methanausbeute im Biogasprozess und mit welchen Temperaturen wird der Biogasreaktor gefahren ?
Die gängige Betriebstemperatur eines Biogasprozesses liegt zwischen 10°C und 25°C
Im mesophilen Temperaturbereich herrscht eine gute Prozessstabilität
Bei Prozesstemperaturen über 90°C ist die Gasausbeute am höchsten
Bei hohen Prozesstemperaturen steigt die Verweilzeit des Substrates im Fermenter
Bei hohen Prozesstemperaturen sinkt der Methangehalt des Biogases
Was ist der pH-Wert und welchen Einfluss hat er auf den Ablauf des Biogasprozesses?
Der pH-Wert ist nur im letzten Prozess, der Methanogenese, von Bedeutung
Liegt der pH-Wert während der Hydrolyse geringfügig außerhalb des Optimums wird der Prozess unterbrochen
In der Hydrogenese ist das pH-Optimum zwischen 4,5 und 6,3
In jedem Teilprozess sollte ein anderer pH-Wert herrschen
Ein pH-Wert größer 7 weist auf eine alkalische/basische Lösung hin
In welcher Weise können Ammoniak bzw. Carbonate als Puffer bei einer erhöhten Säurebildung im Biogasprozess wirken?
Carbonat-Puffersysteme begünstigen eine Absenkung des pH-Wertes in einem Biogasprozess
Bei einem Ammoniakpuffer entsteht verstärkt undissoziiertes NH3 mit sinkendem pH-Wert
Bei einem Carbonatpuffer verschiebt sich das Gleichgewicht bei sinkendem pH-Wert auf die rechte Seite und erhöht die CO2-Produktion
Bei pH-Werten > 6 spielen Ammoniak/Ammonium-Puffer eine untergeordnete Rolle
Durch die Reaktion des Carbonat-Puffers werden freie Protonen in Kohlensäure gebunden
Was versteht man unter Verweilzeit sowie (Faul-) Raumbelastung beim Biogasprozess und in welchem Zusammenhang stehen diese beiden Parameter?
Die Faulraumbelastung ist ein Maß für die Auslastung der abbauenden Bakterien im Biogasprozess und beschreibt die Menge Substrat, die täglich dem Fermenter zugeführt wird.
Wird bei gleichbleibendem Fermentervolumen die täglich zugeführte Substratmenge (kg oTS/m³d) erhöht, sinkt die Verweilzeit. Auf die Gasausbeute hat dies jedoch keinen Einfluss.
Je länger die Verweilzeit des Substrates im Fermenter, desto höher kann die Faulraumbelastung sein. Zur Vermeidung von Überlastungen sind die Gasmengen bei hohen Faulraumbelastungen sorgfältig zu überwachen.
Kurze Verweilzeiten bringen hohe Gasleistungen (Gaserzeugung/m³ Faulraum) und somit auch hohe Gasausbeuten (pro kg oTS) mit sich.
Die Verweilzeit ist die Zeit, die ein Substrat theoretisch im Fermenter verbleibt. Sie wird durch die Generationszeit der beteiligten Bakterien und wirtschaftliche Aspekte bestimmt.
Welche Vorteile hat eine mesophil betriebene Biogasanlage im Gegensatz zu einer thermophil betriebenen Biogasanlage bezogen auf die Verfahrenstechnik?
Der größte Teil der bekannten Methanbildner hat sein Wachstumsoptimum im mesophilen Temperaturbereich.
Der Stickstoffgehalt der Substrate sollte im thermophilen Bereich relativ hoch sein.
Die Prozessstabilität ist bei thermophil betriebenen Biogasanlagen höher als bei mesophil betriebenen Biogasanlagen.
Der Prozesswärmebedarf und somit die Heizkosten sind bei thermophil betrieben Biogasanlagen niedriger.
Bezogen auf die Verweilzeit, haben mesophil betriebene Biogasanlagen eine höhere Gasausbeute pro m3 Substrat.
Wann wird die Trockenfermentation in der Biogasproduktion eingesetzt? Was unterscheidet die Nass- und Trockenfermentation und für welche Substrate wird welches Verfahren eingesetzt?
Geflügelmist (TM-Gehalt = 40%) kann nicht im Nassfermentationsprozess genutzt werden
Als Trockenfermentation wird der Fermentationsprozess mit einem TM-Gehalt über ca. 12-15% bezeichnet
Die Trockenfermentation ist die in der Praxis am häufigsten verwendete Prozessform
Das kontinuierliche Beschickungsverfahren wird weltweit am häufigsten benutzt
Fermenterinhalte der Nassfermentation sind grundsätzlich pumpfähig, während trockenfermentierte Substrate als stapelbar gelten
Welche Prozessparameter sind einstellbar in einer 2.stufigen Biogasproduktion und wo liegen die Vorteile?
Der optimale pH-Wert in Phase 2 liegt bei 6,4 bis 8,3.
Bei Phase 1 läuft die Methanisierung ab, während bei Phase 2 die Hydrolyse abläuft.
Die einstellbaren Parameter sind Raumbeladung, Temperatur, Verweilzeit und pH-Wert.
Einer der Vorteile des 2 stufigen Prozess ist der geringere Steuerungsaufwand.
Die 4 Prozessphasen laufen im gleichen Reaktor ab.
Wie unterscheiden sich kontinuierliche und diskontinuierliche Verfahren im Bezug auf Verweilzeit, Gasproduktion und Gasqualität?
Das kontinuierliche Verfahren weißt bei Trockenvergärung einen geringen Schwefel-Wasserstoff-Gehalt auf.
Beim diskontinuierlichen Verfahren wird während der Gasproduktion kein Substrat hinzugefügt.
Bei identischer Substratmenge entstehen bei den Verfahren eine unterschiedliche Menge an Gas.
Die Gasproduktion durch das Diskontinuierliche Verfahren ist konstant.
Die Verweilzeit ist Abhängig vom Flüssigkeitsgehalt der Gärsubstanz.
Welche rechtlichen Vorgaben müssen bezüglich der Lagerung und Ausbringung von Gärresten aus einer landwirtschaftlichen Biogasanlage als Dünger eingehalten werden?
Die Ausbringung von Stickstoff ist gut für das Pflanzenwachstum und deshalb nicht beschränkt.
Die Düngeverordnung enthält exakte Vorgaben zur mind. Lagerkapazität.
Hohe Schwermetallmesswerte sind bei Ausbringung auf unbestelltem Feld unbedenklich.
Eine Maßnahme zur Verringerung des Schwermetallanteils ist die Ionisation.
Die Geruchsintensität bei Ausbringung von Gärresten ist wesentlich geringer als bei Gülle.
Die regelmäßige Reinigung einer Biogasanlage bezeichnet man als Hygienisieren.
Welche Möglichkeiten der Gärrestaufbereitung gibt es? Wo liegen die Vor- und Nachteile der jeweiligen Verfahren?
Die Kristallisation vorhandener gelöster Stoffe durch Zugabe bestimmter Fällungsprodukte (Fällung). Die Vorteile liegen in der Produktion eines hochwertigen Nebenprodukts. Nachteil ist die Senkung des pH-Werts, sodass eine Weiterverwendung schwieriger wird.
Durch das Einbringen von Flockungsmitteln werden organische Restbestände separiert, sodass dieses Separat anschließend energetisch genutzt werden kann. Nachteil ist hier die Verunreinigung der Gärreste durch das Einbringen der chemischen Flockungsmittel.
Die Entnahme von Schwermetallen aus den Gärresten durch eine sehr feine magnetische Membran (Membranverfahren). Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass vorhandene Giftstoffe entfernt werden und sich deshalb mehr Verwendungsmöglichkeiten für die Gärreste bieten.
Das Verdampfen vorhandener Inhaltsstoffe aus den Gärresten, um die Qualität des Substrats zu erhöhen (Fällung). Der Vorteil der Fällung liegt in der Gewinnung hochwertiger Gase. Nachteil ist der hohe Energieaufwand, der für die Verdampfung der Inhaltsstoffe benötigt wird.
Die Verdampfung des Wassers, um das Volumen der Gärreste zu mindern (Eindampfung). Die Eindampfung hinterlässt ein nährstoffreiches Konzentrat, der Prozess ist allerdings sehr energieintensiv.
Wie entsteht Klärschlamm und welche Vorschriften bestehen für seine Ausbringung auf forstwirtschaftlich, ackerbaulich oder gartenbaulich genutzten Flächen?
Klärschlamm darf auf forstwirtschaftlich genutzte Flächen nicht ausgebracht werden.
Das Vorklärbecken dient zur biologischen Reinigung des kommunalen Abwassers
In dem Nachklärbecken entsteht der Primärschlamm (Falsch)
Auf Ackerflächen darf Klärschlamm immer dazugegeben werden.
Klärschlamm entsteht durch Reinigung von Abwasser in Kläranlagen
Wie werden Komposte aus Gärresten von Bioabfall-vergärungsanlagen erzeugt und welche Qualitäts-anforderungen sollten diese erfüllen?
Die Fremd- und Schadstoff Grenzwerte für Komposte sind bislang nicht klar definiert.
Die gesetzliche Grundlage für die Qualitätsanforderung von Komposten ist die Bioabfallverordnung.
Stapelbare Gärreste entstehen bei der Nassfermentation.
Die direkte Kompostierung erfolgt unter Luftausschluss (anaerob).
Stapelbare Gärreste können direkt kompostiert werden.
Wie sind sogenannte „Explosionsgefährdete Bereiche“ (Ex-Zonen) eingeteilt, in denen entsprechende Kennzeichnungs-, Vorsorge- und Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden müssen. Was kann eine potentielle Zündquelle für eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre sein?
Ammoniak hat in Biogasanlagen das größte Gefährdungspotenzial
Methan hat in Biogasanlagen die größte Explosionsgefahr und Brandgefahr
Rauchen ist in EX-Zonen gestattet
Die Ex-Zonen sind in A,B und C unterteilt
Eine Vorsorgemaßnahme ist das prüfen von Anlageteilen auf Dichtheit
Welche Verordnungen, Normen und technische Regeln sowie weitere spezifische Anforderungen für Biogasanlagen kennen Sie? Nennen Sie sicherheitsrelevante Aspekte, die betrachtet werden sollen, um lebensbedrohliche Gefahren für Betreiber, Beschäftigte und schädliche Umweltwirkungen zu vermeiden?
Zur Vermeidung der Brandgefahr muss ein Ex-Zonenplan für die Biogasanlage erstellt werden
Zwischen UEG und OEG kann sich keine explosionsfähige Atmosphäre bilden
Laut der GefStoffV müssen Hygienevorschriften eingehalten werden
Ziel des Bundesimmissionsschutzgesetzes (BImSchG) ist es, die Umwelt vor schädlichen Umweltwirkungen zu schützen & deren Entstehung vorzubeugen.
Die TRBS-Anforderungen geben den Stand der Technik, Arbeitsmedizin sowie sonstige gesicherte arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse für die Bereitstellung & Benutzung von Arbeitsmitteln wieder
Welche Umweltprobleme können bei der Produktion von Biogas in einer Anlage auftreten?
Bei den Lärmquellen von Biogasanlagen handelt es sich größtenteils um Verkehrslärm.
Durch die Vermeidung der Zwischenlagerung von lockerer Silage enstehen zusätzliche Geruchsemissionen.
Mithilfe der Hygienisierung sollen im Substrat vorhandene Keime und Krankheitserreger unwirksam gemacht werden.
Austretende Gär- und Sickersäfte stellen aufgrund ihres pH-Wertes keine Gefahr für das Grundwasser dar.
Die Hauptwindrichtung sollte bei der Planung einer Anlage in Hinblick auf Lärmemissionen beachtet werden.
Auf welche Weise wird bei biologischen (internen und externen) Entschwefelungsverfahren Schwefel entfernt und was sind deren Kennzeichen?
Beim internen Entschwefelungsverfahren muss die eingespeiste Luftmenge ein Verhältnis von 1:1 zur Biogasproduktion haben.
Bei den biologischen Entschwefelungsverfahren verarbeiten Bakterien H2S zu Schwefel und Wasser.
Das externe Entschwefelungsverfahren ist weniger aufwendig als das interne.
Für den Betrieb des BHKW ist eine Reinigung auf unter 5 ppm H2S nötig.
Beim externen Verfahren lassen sich die Prozessparameter besser steuern als beim internen.
Welche Verfahren stehen für die Verstromung von Biogas zur Verfügung und welche wesentlichen Eigenschaften des Biogases müssen dabei beachtet werden?
Wasserstoffbrennstoffzelle
Hochdruckmikrogasturbine
Zündstrahlmotor mit Zündkerze
Methanbrennstoffzelle
Gas-Otto-Motor mit Zündkerze
Welche Unterschiede (ökonomisch, technisch) bestehen zwischen Gas-Otto- und Zündstrahlmotoren beim Einsatz in einer Biogasanlage?
Zündstrahlmotoren haben in ihrem Leistungsbereich höhere Wirkungsgrade als Gas-Otto-Motoren
Otto-Motoren benötigen einen zusätzlichen Brennstoff mit niedriger Zündtemperatur
Zündstrahlmotoren haben eine höhere elektrische Leistung
Gas-Otto-Motoren sind ab 50 m³ Gaserzeugung pro Stunde die ökonomischste Variante
Zündstrahlmotoren weisen höhere Emissionswerte bezüglich Abgasen auf
Nennen Sie die Möglichkeit der Abwärmenutzung eines Biogas-BHKW´s. In welchen Temperaturbereichen kann die Abwärme genutzt werden?
Der Temperaturbereich der Fernwärme beträgt 200-250°C.
Eine Möglichkeit der Abwärmenutzung ist die Nachverstromung durch einen nachgestalteten Atkinson-Kreisprozess.
Die Abwärme eines Biogas-BHKW´s wird unteranderem zur Trocknung von Energieholz und Getreide genutzt.
Zur effizienten Nutzung der Speicherung und dem Transport von Abwärme eines Biogas-BHKW´s, muss der Temperaturbereich über 200°C liegen.
Eine Möglichkeit der Abwärmenutzung ist die Nachverstromung durch einen nachgeschalteten Organic-Rankine-Prozess.
Auf welche Weise erfolgt die Gaswäsche von Biogas zur Methananreicherung und welche Verfahren sind dabei möglich?
Der Methangehalt steigt durch die Methananreicherung auf bis zu 85%
Das Druckwasserwäscheverfahren nutzt die unterschiedliche Löslichkeit von Kohlendioxid und Methan
Das Genosorb-Verfahren ist das einzige Verfahren, welches in einem Verfahrensschritt alle Störstoffe entfernt
Das am häufigsten verwendete Verfahren in Deutschland ist die Aminwäsche
Der Methanschlupf gibt die Abweichung zur gewünschten Methankonzentration an
Auf welche Weise erfolgt die Methananreicherung aus Biogas mittels Membranverfahren und worin unterscheiden sich die jeweiligen Verfahren?
Die Trennung der Gaskomponenten unter Verwendung einer Diffusionsmembran basiert auf den unterschiedlichen Permeabilitäten der Gaskomponenten.
Das Biogas wird in das CO2-reiche Retentat und das CH4-reiche Permeat getrennt.
Der Methanschlupf bei Membranverfahren ist im Vergleich zu anderen Verfahren wesentlich geringer.
Die entscheidende Triebkraft für die Membrantrennprozesse ist die Partialdruckdifferenz von CO2 zwischen Retentat und Permeat.
Der kinetische Durchmesser der Gasmoleküle spielt keine Rolle bei der Permeation der jeweiligen Gaskomponente.
Was kennzeichnet die Adsorptionsverfahren zur Methananreicherung aus Biogas und auf welche Weise erfolgt die Regeneration?
Als Absorbentien kommen Aktivkohle, Zeolithe und Kohlenstoffmolekularsiebe zum Einsatz.
Während des Prozesses kommt es zur Adsorption von Gasbestandteilen wie Methan, Sauerstoff und Stickstoff
Je nach Beladungszeit und Adsorbenanzahl kann der Methangehalt im Produktgas auf bis zu 85% gesteigert werden.
Um seinen Brennwert zu erhöhen, muss das Gas nach der Adsorption regeneriert werden.
Die Adsorbentien reagieren empfindlich auf Verunreinigungen wie Beispielsweise H2S.
