Details
Thomas Haupt
Substratspezifische Leistungsfähigkeit der batchbetriebenen Feststoffvergärung
Band 33 der Schriftenreihe des Bauhaus-Instituts für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is).
17. Jahrgang 2016.
204 Seiten. Format B5. Hardcover. Zahlr. Tab. und Abb., viele davon farbig. Preis: 33,00 €.
ISBN 978-3-944101-59-0, RHOMBOS-VERLAG, Berlin 2016
In dieser Arbeit werden erstmalig die Eigenschaften nachwachsender Rohstoffe anhand bodenphysikalischer Methoden erfasst und auf diese Weise Erkenntniszugewinne für den Betrieb batchbetriebener Feststoffvergärungsanlagen generiert. Diese Arbeit schafft eine Grundlage, auf welcher die Charakterisierung als Teil anerkannter Methoden zur Beurteilung von Prozessverläufen etabliert werden kann.
Keywords: Anaerobtechnik, Feststoffvergärung, physikalische Charakterisierung, Festbett, Durchströmbarkeit, Nachwachsende Rohstoffe, Methanisierung, stapelbare Biomasse
Gutachter:
1. Prof. Dr.-Ing. Eckhard Kraft, Weimar
2. Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong, Weimar
3. Prof. Dr.-Ing. Martin Kranert, Stuttgart
Herausgeber der Schriftenreihe:
Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is)
http://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/institute/bis/
Das Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is) verfolgt das Ziel, die Kooperation der beteiligten Professuren Siedlungswasserwirtschaft, Biotechnologie in der Ressourcenwirtschaft und Urban Energie Systems zu intensivieren, um Lehr-, Forschungs- und Beratungssaufgaben auszubauen. So sind beispielsweise die Weiterentwicklung von Studiengängen, gemeinsame Doktorandenkolloquien oder gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsaufgaben angedacht.
Das neu gegründete "Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme" (b.is) will sich deutlich sichtbar im Bereich der Infrastrukturforschung aufstellen. Die Forschung und Lehre in diesem Bereich orientiert sich am medienübergreifenden Modell der nachhaltigen Gestaltung von Stoff- und Energieflüssen, die verbindendes Konzept der Kernprofessuren des Instituts sind.
Dem b.is gehören an:
Professur Biotechnologie in der Ressourcenwirtschaft (Prof. Dr.-Ing. Eckhard Kraft)
http://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/professuren/biotechnologie-in-der-ressourcenwirtschaft/
Professur Siedlungswasserwirtschaft (Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong)
http://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/professuren/siedlungswasserwirtschaft/
Junior-Professur Urban Energy Systems
http://www.uni-weimar.de/Bauing/energy/index.html
Professur Technologien urbaner Stoffstromnutzungen (Kommissarischer Leiter: Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong)
http://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/professuren/technologien-urbaner-stoffstromnutzung/
Professur Verkehrssystemplanung (Prof. Dr.-Ing. Uwe Plank-Wiedenbeck)
http://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/professuren/verkehrssystemplanung/
Honorarprofessor Dr.-Ing. U. Arnold
http://www.ahpkg.de/index.php?id=93
Kontakt zum Autor:
Dr.-Ing. Thomas Haupt
Bauhaus-Universität Weimar
Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is)
Professur Biotechnologie in der Ressourcenwirtschaft
Coudraystraße 7, 99423 Weimar
www.uni-weimar.de/Ressourcenwirtschaft
www.uni-weimar.de/bis
Forschergruppe TestReal: www.testreal.org
Zum Geleit
Fast 15 Jahre stimulierte das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Gewinnung regenerativer Energie. Finanzielle Anreize erzeugten dabei ein beachtlich anwachsendes Interesse an Vergärungstechnologie im landwirtschaftlichen Bereich.
Zur Verbreiterung der technologischen Basis beinhaltete das EEG zunächst auch einen Technologiebonus für Trockenvergärungsverfahren. Und dies obwohl schon seit Anfang der 1990iger Jahre Patentschriften für Verfahren mit stapelba- rer Biomasse existieren. Leider kam es zu Fehlentwicklungen, die die Verbreitung der Trockenvergärung in der Landwirtschaft bremsten. Dies zeigt sich nun maßgeblich in einem Mangel an belastbaren Parametern zur physikalischen Charakterisierung von nachwachsenden Rohstoffen.
Es ist das Verdienst von Herrn Haupt, sich dieser Herausforderung anzunehmen. Exemplarisch wird eine Systematik für den Zusammenhang von physikalischer Substratbeschreibung und der zugehörigen Biogasbildung bei unterschiedlich ausgeformten Festbetten erarbeitet.
Seine exakte Arbeitsweise öffnet der Wissenschaft erstklassige Anknüpfungspunkte für weiterführende Untersuchungen. Die Praxis wird die vorliegende Arbeit als grundlegenden Baustein für zu erwartende Bemessungsregeln für teil- perkolierte Trockenvergärungsverfahren und stapelbare Biomassen würdigen.
Dies ist umso bemerkenswerter, als im Bereich der Abfallwirtschaft wiederum sehr beachtliche Anteile biologischer Abfallbehandlung durch Trockenvergärungsverfahren geleistet werden. Gleichzeitig wird der nicht subventionierte Betrieb landwirtschaftlicher Vergärungsanlagen nur mit optimierten Bemessungs- und Betriebsstrategien wirtschaftlich zu gestalten sein. Hier leistet die Arbeit Grundlegendes.
Weimar, im Dezember 2015
Prof. Dr.-Ing. Eckhard Kraft
Zum Buch
Das Ziel der Arbeit besteht darin, über qualitative Aussagen zur Festbettbeschreibung sowie zur Abhängigkeit der Gasbildung bei unterschiedlicher Ausformung des Festbettes zu einem stabilen Betrieb mit reproduzierbaren Gaserträgen beizutragen. Der Schwerpunkt liegt demnach auf den physikalischen und nicht den biologischen Einflussfaktoren. Es gilt, diejenigen Bedingungen zu eruieren und einzugrenzen, welche das Festbett charakterisieren, wobei die folgenden Fragestellungen beachtet werden:
• Anhand welcher Parameter lässt sich die Festbettmatrix zielführend beschreiben?
• Sind existente Methoden der Parameterbestimmung auf den Bereich der potentiell einsetzbaren Substrate übertragbar?
• Sind diesbezüglich eventuell Anpassungen vorzunehmen und gewinnbringend?
• Lassen sich charakteristische Werte so miteinander verknüpfen, dass die Ableitung einer optimalen Festbettgestaltung möglich ist?
Bei der Überführung dieser Aspekte auf den anaeroben Abbau in Feststofffermentern stehen vor dem Hintergrund der räumlichen Belastung differente Festbettcharakteristiken und deren Einfluss auf die Biogasentwicklung im Fokus. Hier besteht die Arbeitshypothese, dass unterschiedliche Einbaudichten, die durch differente physikalische Größen gekennzeichnet sind, Einfluss auf die Biogasentwicklung ausüben.
Zur Bearbeitung der Teilziele wurde folgende Vorgehensweise gewählt:
• Substratcharakterisierung über die Erhebung physikalischer Eigenschaften unter Zuhilfenahme bodenkundlicher Untersuchungen sowie
• Evaluierung der Biogasentwicklung bei differenten Festbettdichten.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis VII
Abkürzungsverzeichnis XI
Tabellenverzeichnis XIII
1 Einleitung 1
2 Zielsetzung und Vorgehensweise 5
3 Vergärung von Feststoffen 7
3.1 Systemausprägungen 10
3.2 Anforderungen an den technischen Betrieb 17
3.2.1 Verweilzeit und Raumbelastung 18
3.2.2 Mischungsverhältnisse 20
3.3 Einflussfaktoren auf den anaeroben Abbau 23
3.3.1 Milieubedingungen 23
3.3.2 Anaerobe Verfügbarkeit der Substrate 25
4 Physikalische Grundlagen zu Festbetten 29
4.1 Systembeschreibung 29
4.2 Charakterisierung disperser Systeme 34
4.3 Mehrphasige Durchströmung poröser Medien 39
5 Material und Methoden 45
5.1 Substrate 45
5.2 Charakterisierung 48
5.2.1 Wassergehalt und Trockensubstanz 49
5.2.2 Schüttdichte und Verdichtungsfähigkeit 49
5.2.3 Wasserkapazität 51
5.2.4 Korndichte 53
5.2.5 Korngrößenverteilung 54
5.2.6 Durchlässigkeitsbeiwerte 55
5.3 Halbtechnische Untersuchungen zur Feststoffvergärung 57
5.3.1 Versuche mit Impfmaterial ohne Perkolation 57
5.3.2 Versuche mit Monosubstraten und Perkolation 60
5.4 Berechnungsmethoden 61
6 Physikalische Charakterisierung 63
6.1 Wassergehalt, Trockensubstanz und organische Trockensubstanz 64
6.2 Schüttdichte und Verdichtungsverhalten 69
6.3 Wasserkapazität 79
6.4 Korndichte und Porenraum 84
6.5 Korngrößenverteilung 92
6.6 Durchlässigkeitsbeiwerte 101
6.7 Fazit Charakterisierung 109
7 Biogasentwicklung in Abhängigkeit der Einbaudichte 119
7.1 Biogaserträge 122
7.1.1 Grasschnitt 126
7.1.2 Maissilage 128
7.1.3 Rübenschnitzel 130
7.1.4 Stroh 132
7.1.5 Fazit 134
7.2 Dichteabhängigkeit, Setzungen und Dichteänderung 137
7.3 Einfluss der Dichte auf die Perkolation 144
7.4 Schlussfolgerungen 148
8 Zusammenfassung 151
Literaturverzeichnis 155
Anhang 179
Zusatzinformation
Gewicht | 0.350 |
---|---|
Lieferzeit | 4-6 Tage |
Product Downloads
![]() |
9783944101590_CoverU1 (Größe: 1548.6 KB) |
![]() |
9783944101590_Einleitung (Größe: 109.5 KB) |
![]() |
9783944101590_Leseprobe (Größe: 788.6 KB) |
![]() |
9783944101590_Verzeichnisse (Größe: 297.8 KB) |
![]() |
9783944101590_Zielsetzung (Größe: 98.9 KB) |
![]() |
9783944101590_Zusammenfassung (Größe: 109.4 KB) |