Simulation und Modellierung des anaeroben Prozesses der Biogaserzeugung mit verschiedenen Substraten (original) (raw)
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Simulation des anaeroben Prozesses bei der Biogaserzeugung
Chemie Ingenieur Technik, 2011
Es wird eine Simulation des anaeroben Prozesses in Biogasanlagen beschrieben, die es erlaubt den Prozess für den Einsatz verschiedener realer Substrate zu optimieren. Als Basis zur Modellierung wird das ADM1-Modell (Anaerobic Digestion Model No. 1) verwendet. Es wurden Batch-Versuche mit verschiedenen Substraten sowie Experimente in einem kontinuierlichen Laborreaktor durchgeführt. Anhand der experimentellen Ergebnisse erfolgten eine Parametrisierung und Modifikationen im Modell. Es zeigte sich, dass eine Unterteilung des Substrates in verschieden schnell abbaubare Klassen zu einer guten Übereinbestimmung zwischen der Simulation des anaeroben Abbaus und den experimentellen Ergebnissen führt. A simulation of the anaerobic process of a biogas production for different substrates was realized. The simulation was based on the Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1). The experimental work comprehends batch-experiments and experiments in a continuous stirred-tank reactor at lab scale with different substrates used in a biogas production. The comparison between the experiments and the simulations of the process leads to a modification in ADM1. Furthermore a classification of substrates was developed according to their biodegradability to meet the fractions of the ADM1 simulation.
Biogaserzeugung aus Energiepflanzen
2000
Wir stehen vor der Herausforderung, Strategien zu finden, mit deren Hilfe wir unseren Energiebedarf langfristig und nachhaltig decken können. Eine sehr viel versprechende Schlüsseltechnologie ist die Energie-Erzeugung aus Biogas. Österreich nimmt im EU-Raum eine führende Rolle im Bereich der Biomasse-Nutzung mit Biogas ein. Der Biomasse-Aktions-Plan (BAP) der Europäischen Kommission zielt darauf ab, eine Steigerung des Anteils erneuerbarer Energieträger am Primär-Energieverbrauch von derzeit rund 6 % auf 12% bis 2010 zu erreichen. Österreich tritt dafür ein, dass der Anteil erneuerbarer Rohstoffe bei Energie, Elektrizität und bei Treibstoffen steigt. Weiters soll im Rahmen der Ratspräsidentschaft erreicht werden, dass EU-weit höhere Beimischungssätze von alternativen Kraftstoffen eingeführt werden. Das gilt beispielsweise für aufbereitetes Biogas, welches sich in der chemischen Zusammensetzung nicht von Erdgas unterscheidet. Im Vergleich zum derzeitigen Erdgas Bedarf von 7.222.699 t ROE kann mit Biogas aus integrierten Systemen 4.782.924 t ROE erreicht werden. Unsere neuesten Untersuchungsergebnisse zum Einsatz von Biogas im Verkehrssektor zeigen, dass Biogas aus Rohstoffen der Landwirtschaft das Potential hat, die Treibhausgasemissionen des gesamten Verkehrssektors, bezogen auf den derzeitigen Verbrauch, um bis zu 75% zu reduzieren. Die Biogaserzeugung aus Rohstoffen der Landwirtschaft gewinnt derzeit in Europa stark an Bedeutung. Richtig angewendet trägt sie in besonderer Weise zu einer nachhaltigen Stoff-und Energienutzung bei. Schon jetzt wird Biomasse von Äckern und Wiesen erfolgreich eingesetzt. Am meisten Verwendung finden derzeit die Energiepflanzen Mais, Sonnenblumen, Wiesengras und Sudangräser. Vielfältige andere Pflanzen können ebenfalls zur Biogaserzeugung genutzt werden. Kulturarten, die derzeit zunehmend zur Biogaserzeugung genutzt werden, wurden bislang vorwiegend für die menschliche Ernährung und die Tierernährung gezüchtet. Die Biogaserzeugung stellt andere Anforderungen an Qualität und Zusammensetzung der Pflanzen. Um eine optimale Methanproduktion zu erreichen, müssen diejenigen Genotypen von Kulturpflanzenarten gefunden werden, die eine hohe Methanernte pro Hektar erbringen. Gleichzeitig müssen aber einseitige Fruchtfolgen vermieden werden. Ein möglichst breites Spektrum an Pflanzenarten muss für die Biogaserzeugung genutzt werden. Aus diesem Grund werden am Institut für Landtechnik (ILT) im Department für Nachhaltige Agrarsysteme der Universität für Bodenkultur Wien umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt. Sie gehen der Frage nach, wie Kulturpflanzen aus ökologisch optimierten Fruchtfolgesystemen am besten als Energiepflanzen für die Biogaserzeugung eingesetzt werden können. Alle Anbauformen der Vor-, Haupt-, Zwischen-und Nachfruchtnutzung spielen dabei eine Rolle. Darüber hinaus entstehen bei der Weiterverarbeitung landwirtschaftlicher Rohstoffe Nebenprodukte, die ebenfalls für die Biogaserzeugung genutzt werden können. Das ILT erstellt aus den vielfältigen Rohstoffen ausgewogene Gärrohstoffrationen, die einen sicheren Gärverlauf und hohe Methanausbeuten gewährleisten. Ein Schwerpunkt ist derzeit die Entwicklung nachhaltiger Fruchtfolgesysteme, die auf drei wichtigen Säulen fußen: die Versorgung mit Nahrungs-und Futtermitteln, die Erzeugung von Stoffen (organische Dünger, Rohstoffe wie Öle, Fette, etc.) und Energie (Biogas, RME)
Chemie Ingenieur Technik, 2008
Die Entstehung und Entwicklung des Porensystems während der einstufigen Teilvergasung von Ölpalmschalen mit Wasserdampf werden im Hinblick auf die Aktivkohleherstellung in einer Thermowaage im Gramm-Maßstab untersucht. Bei der einstufigen Aktivierung von Biomasse erfolgt die Pyrolyse und die folgende Teilvergasung des Pyrolysats räumlich im selben Reaktor. Die Ölpalmschalen sind in großen Mengen in Asien und Lateinamerika verfügbar und eignen sich gut für die Aktivkohleherstellung.
Rigorose Modellierung und Simulation von Chemisorptionsprozessen
Chemie Ingenieur Technik, 2005
Unter Chemisorptionsprozessen, die zu den wichtigsten Verfahren in der chemischen Industrie gehören, versteht man die Ab-und Desorption von Gasen in bzw. aus Flüssigkeiten in Kombination mit simultan ablaufenden Reaktionen. In der Regel handelt es sich um sehr komplexe Prozesse, zu deren genauen Beschreibung eine detaillierte Modellierung notwendig ist. In diesem Beitrag wird ein allgemeingültiger, detaillierter Ansatz zur Darstellung verschiedenster Chemisorptionsprozesse und Kontaktapparate vorgestellt. Die Validierung erfolgt anhand von vier Prozessen, wobei es sich im Einzelnen um die Absorption von Schwefeldioxid in einem Venturiwäscher, die Absorption von Stickoxiden in Packungs-und Bodenkolonnen und um eine Kreislaufwäsche zur selektiven Entfernung von H 2 S handelt. Für alle Prozesse ergeben sich gute bis sehr gute Übereinstimmungen zwischen Simulation und Experiment, was die Allgemeingültigkeit, Genauigkeit und Prädiktivität des entwickelten Ansatzes belegt.