Biogasanlagen Fermenter: Bauformen, Rührwerke und Heizsysteme
In einer Biogasanlage ist die Fermenterbauform eng verbunden mit der Art des Vergärungsverfahrens. Je nachdem, ob eine Trockenfermentation oder eine Nassfermentation in Frage kommt, unterscheidet man 3 Vergärungsverfahren: Das Volldurchmischungsverfahren, das Pfropfenströmungsverfahren und das Batchverfahren. Daneben gibt es einige Sonderverfahren, die nach heutigem Standpunkt eine untergeordnete Rolle in der Verwendung als Fermenter einnehmen.
Fermenter mit Rührwerk im Rohbau | Bildquelle: SUMA Rührtechnik GmbH
Bauform 1: Fermenter zur Volldurchmischung
Mehr als 90 Prozent der Biogasanlage-Betreiber (Stand 2009) zählen auf die Technik des volldurchmischenden Fermenters. Diese Form des Gärbehälters hat ein kreisrundes Betonfundament und Wände aus Stahlbeton oder Stahl. Die Decke dieses Fermenter Typs bildet eine gasdichte Abdeckung aus Foliendächern oder Betondecken. Diese Bauform des Fermenter erlaubt eine Baugröße auch oberhalb von einem Volumen von 6.000 m³ für den Fermenter einer Biogasanlage und ist prinzipiell für alle Substrattypen bestens geeignet. Vornehmlich wird dieses Verfahren aber für pumpfähige Substrate eingesetzt und weniger bei der Trockenfermentation.
Bauform 2: Fermenter für das Pfropfenstromverfahren
Das Pfropfenstromverfahren für eine Biogasanlage erlaubt nur wesentlich kleinere Baugrößen als die Volldurchmischung. In liegender Bauweise ist dieser Fermenter maximal 800 m³ und in stehender Bauform bis ca. 2.500 m³ groß. Der liegende Fermenter dieser Biogasanlage besteht meist aus einem Stahltank und kann als Haupt- oder Vor-Fermenter für größere Anlagen fungieren. Das Pfropfenstromverfahren ist sowohl für die Nassfermentation als auch für die Trockenfermentation geeignet.
Bauform 3: Fermenter für das Batchverfahren
Das Batchverfahren ist eine relativ neue Entwicklung. Es wird als mobile Containeranlage oder stationärer Boxenfermenter aus Stahlbeton auf dem Biogasanlage-Markt angeboten. Hier werden in der Regel zwischen 2 und 8 Einheiten parallel geschaltet und jede Einheit dieses Fermenter wird komplett mit Biomasse gefüllt und luftdicht verschlossen. Der Box-Fermenter ist insbesondere für schüttfähige Substrate im Einsatz und daher ideal für die Trockenfermentation.
Rührwerk & Rührtechnik einer Biogas Anlage
Der Fermenter benötigt ein Rührwerk oder eine andere Form der Durchmischung, um frisches Material aus der Vorgrube der Biogasanlage mit vorhandenem und von Mikroorganismen durchsetztem Material zu vermischen. Gleichzeitig dient ein Rührwerk auch dazu, dass es zu einer optimalen Wärmeverteilung in der Biogasanlage kommt, keine Schichten im Fermenter entstehen und das Biogas der Anlage optimal aus dem Gärsubstrat gelöst wird.
Mechanisches Rührwerk "Rührgigant AMT" | Bildquelle: SUMA Rührtechnik GmbH
Grundsätzlich unterscheidet man die mechanische, hydraulische und pneumatische Durchmischung. Die mechanische Durchmischung für eine Biogasanlage geschieht beispielsweise mittels Tauchmotor-Rührwerk, Langachsen-Rührwerk oder axiale Rührwerke (wie hier in der Abbildung von Suma Rührtechnik). Bei der hydraulischen Durchmischung in der Biogasanlage wird das Substrat mittels Pumpen und Düsen in den Fermenter befördert. Dünne Schwimmschichten können bei dieser Durchmischungsform allerdings nicht verhindert werden, weswegen sie sich lediglich für eine Biogas Anlage eignet, die mit dünnflüssigen Substraten betrieben wird. Bei der pneumatischen Durchmischung werden Biogasblasen zur vertikalen Bewegung eingepumpt. Aber auch hier sind Schwimmschichten technisch nicht zu vermeiden.
Fermenterheizung & Isolation einer Biogasanlage
Ein optimaler Gärprozess im Innern einer Biogas Anlage ist nur über das richtige Fermenter Heizsystem erreichbar. Der Gärprozess entwickelt ohne Beihilfe nicht genug Temperatur für eine optimale Nass- oder Trockenfermentation. Im Sommer herrschen außerhalb der Biogasanlage zudem oftmals zu hohe und im Winter deutlich zu kalte Außentemperaturen. Unterstützt durch eine Wärmedämmung aus handelsüblichen Materialien wie Mineralfasern oder Schaumglas sind das ganze Jahr hindurch optimale Bedingungen für Mikroorganismen innerhalb des Fermenter einer Biogasanlage geschaffen. Zugleich ist ein bestmöglicher Wirkungsgrad der Biogas Anlage gewährleistet.
Der nächste Verfahrensschritt in einer Biogas Anlage ist das Gärrestelager, in dem das vergorene Substrat gesammelt wird.
