SI/502771

Publikationen / Ergebnisse

Die geringe Biogasproduktivität von Mist und Gülle sowie die beträchtlichen Kosten für den Transport dieser wasserreichen Biomasse von den Ställen zur Biogasanlage haben uns davon überzeugt, dass die logischste Lösung darin besteht, Anlagen in den Ställen, in denen die Biomasse produziert wird,oder allenfalls in unmittelbarer Nähe zu errichten. Hinzu kommt, dass die meisten Betriebe in der Schweiz und auch in Europa sehr klein sind im Vergleich zu den Mindestgrössen vergleichbarer Anlagen, die von den grossen Marktteilnehmern angeboten werden. Mit abnehmender Anlagengröße nimmt das Technologieangebot überproportional ab und ist unterhalb einer Anlagengröße von 100-70 kW (250-500 Stück Vieh) praktisch nicht mehr vorhanden. Unterhalb dieser Größe gibt es jedoch Biogasanlagen, die handwerklich und nicht standardisiert gebaut werden und deren Beweggründe oft nicht in wirtschaftlichen Erwägungen liegen, sondern eher in der Notwendigkeit, die Biomasse einzuschließen, um Geruchsemissionen zu vermeiden. Auf der Grundlage dieser Überlegungen hielten wir es für notwendig, eine neue anaerobe Vergärungsanlage in kleinem Maßstab zu konzipieren und zu bauen, um das große ungenutzte Energiepotenzial der Biomasse aus der Viehhaltung zu nutzen, die von kleinen, verstreut liegenden Betrieben in Hügelund Berggebieten erzeugt wird. Das Projekt NOSES 5to6 zielt auf die Erprobung eines neuen anaeroben Fermenterkonzepts ab: Es ist für mittelgroße landwirtschaftliche Betriebe geeignet, standardisiert, um die Implementierungskosten zu senken, und einfach zu verwalten, um die Landwirte nicht zu belasten. Der NOSES 5to6-Fermenter basiert auf der gemeinsamen Nutzung der Biomasse-Bewässerungstechnologie für die Handhabung und Befüllung von Behältern, um die Effizienz der Umwandlung von flüchtigen Feststoffen in Biogas durch Bakterienkolonien zu erhöhen. Die Realisierung des NOSES-Prototyps dient dem Nachweis, dass die Implementierung einer Anlage mit ungerührten Reaktoren und FFR-Reaktoren (Fixed Film Reactor) mit Füllkörpern zu einer Steigerung der Gasproduktion führt, wie in der Literatur in experimentellen Studien hervorgehoben wird (z. B. Krishania, Meena, Vijay, Virendra K. und Chandra, Ram. „Performance evaluation of various bio-reactors for methane fermentation of pretreated wheat straw with cattle manure“ Green Processing and Synthesis, vol. 5, no. 2, 2016, pp. 113-121. https://doi.org/10.1515/gps-2015-0067). Die in verschiedenen Studien nachgewiesene Steigerung der Biogasproduktion, die mit diesem Reaktortyp erzielt werden kann, ist etwa 20-30 % höher als bei einem herkömmlichen Reaktor, mit einer 5-10 % höheren Methankonzentration und mit einer höheren Gasproduktionsrate in den ersten Phasen des anaeroben Vergärungsprozesses. Dieser Prototyp wurde mit dem Ziel untersucht, zu überprüfen, ob die Produktionssteigerung existiert und ob eine Vorbehandlung die Effizienz noch weiter verbessern kann. Die Kosteneffizienz des Prototyps ist neben der Standardisierung des Verfahrens auch mit der Reduzierung des Verbrauchs verbunden. In einem normalen CSTR ist die aktive 24-stündige Rührphase durch einen durchschnittlichen Energieverbrauch von etwa 4 kWh/MWh erzeugtem Biomethan gekennzeichnet (bewertet an Rührwerksmodellen mit niedriger Drehzahl und geringem Verbrauch). Im Rahmen des NOSES-Projekts ist der erwartete Energieverbrauch für die Produktion von 1 MW niedriger, da trotz des Pumpensystems Im Rahmen der Vorarbeiten wurde die beste Vorbehandlung der Rohbiomasse getestet, um sie so homogen zu machen, dass Verstopfungsprobleme vermieden und die Verdaulichkeit erhöht werden. Anschließend wurde der neue NOSES 5to6-Fermenter entworfen und ein verkleinerter Prototyp gebaut. Der 5to6-Prototyp wurde im Mai 2025 in der kantonalen Landwirtschaftsschule in Mezzana aufgestellt und ist nun bereit für die letzte Phase des Projekts, die darin besteht, die Biogasproduktion im Vergleich zu einer Basislinie zu überwachen. Im Einzelnen sieht das Konzept von NOSES 5TO6 vor, dass der Vergärungsprozess über eine Vorbehandlung und vier vertikal angeordnete Fermenter (Vessels) erfolgt, die nacheinander arbeiten: 1. Die Biomasse wird vor dem Einfüllen in den ersten Vessel durch ein Kavitationsverfahren vorbehandelt, um sie homogen und mikroskopisch klein zu machen, um Sedimentationseffekte oder eine Trennung der Biomasse zu vermeiden, da der gesamte Vergärungsprozess nicht gerührt wird; 2. Die vorbehandelte Biomasse wird in Vessel 1 und nacheinander von Vessel 1 in Vessel 2, von Vessel 2 in Vessel 3 und von Vessel 3 in Vessel 4 gefüllt. In jedem Vessel findet der Aufschluss durch Schichtung von oben nach unten statt; der Abfluss des flüssigeren Gärrestes erfolgt von unten und wird in das nächste Gefäß gepumpt; 3. Die Vessel 3 und 4, in denen die Gärreste flüssiger sind und Verstopfungseffekte weniger wahrscheinlich sind, werden mit Füllkörpern (FFR) gefüllt, um die Effizienz der Umwandlung flüchtiger Feststoffe in Biogas durch Bakterienkolonien zu erhöhen. Daran schließt sich die Versuchsphase an, in der die Biogasproduktion überwacht wird, die gleichzeitig in einer Referenzanlage (Standard-CSTR-Reaktor) und in der mit derselben Biomasse (Futtermittel) beladenen NOSES-Anlage stattfindet. Die Überwachung wird Folgendes umfassen: - Die Charakterisierung der Input-Biomasse und des Output-Gärrestes alle 15 Tage; - die stündliche Produktion von Biogas und die Analyse seiner Bestandteile (CH4, CO2 und O2) alle zwei Stunden Das erwartete Ergebnis ist, dass die Biogasproduktion der NOSES-Anlage höher ist als die der Referenzanlage, die einen Standard-CSTR-Fermenter nachbildet; außerdem wird ein geringerer Energieverbrauch der NOSES-Anlage erwartet.