Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats zur Biogaserzeugung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats, das insbesondere zur Biogaserzeugung in einer Biogasanlage vorgesehen ist, bei dem zur Aufbereitung des Gärsubstrats organische Stoffe durch eine Mischeinrichtung vermischt werden, um ein Gär- substratgemisch zu erhalten.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats, das insbesondere zur Biogaserzeugung in einer Biogasanlage vorge- sehen ist, mit einer Mischeinrichtung, die geeignet ist, zur Aufbereitung des Gärsubstrats organische Stoffe zu mischen, um ein Gärsubstratgemisch zu erhalten. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System mit einer Biogasanlage.

üblicherweise ist es erforderlich, so genannte Gärsubstrate entsprechend aufzubereiten, um diese aufbereiteten Gärsubstrate dann einer Biogasanlage beziehungsweise einem Biogasreaktor zur Herstellung von Biogas definiert zuzuführen. In der Biogasanlage, insbesondere in einem Reaktorraum der

Biogasanlage, erfolgt dann meist in mehreren miteinander gekoppelten Kammern des Reaktorraums die Erzeugung des Biogases. Ein derartiger Reaktorraum kann beispielsweise eine Einfüllkammer und mehrere Zwischenkammern umfassen. Die Vorrichtung zur Herstellung des fertig aufbereiteten Gär-

Substrats ist üblicherweise mit der Einfüllkammer des Reaktorraums gekoppelt, wobei ein Wärmetauscher der Biogasanlage zwischen der Einfüllkammer und der Vorrichtung zur Herstellung des fertig aufbereiteten Gärsubstrats angeordnet sein kann, um eine geeignete Temperatur des fertig aufbereiteten Gärsubstrats für die Erzeugung des Biogases in dem Reaktorraum zu erhalten.

Bei der Biogaserzeugung werden Anaerobbakterien dazu be- nutzt, organische Stoffe, die nicht mehr mit dem lebenden Organismus in Verbindung stehen, zu zersetzen und in Gas umzuwandeln. Anaerobe Bakterien sind das letzte Bindeglied im natürlichen Kreislauf und kommen in der Natur überall vor, z.B. in Mägen von Wiederkäuern oder im schwarzen Schlamm von Seen und Mooren. Bei der anaeroben Vergärung sind zunächst die fakultativen Methanbakterien und die obligaten Methanbakterien zu unterscheiden. Die organischen Stoffe, die bei der anaeroben Vergärung als Rohstoffe dienen, umfassen beispielsweise organische Stoffe oder Rest- Stoffe aus Industrie, Gastronomie, Handel, Landwirtschaft (Gülle und Festmist) oder nachwachsende Rohstoffe (Maissilage, Grassilage und andere Kurzgewächse) . Diese organischen Stoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlehydraten, Fetten und Eiweißstoffen. Die fakultativen, wahlfreien Methan- bakterien können auch mit Sauerstoff leben. Diese übernehmen eine erste Phase der Aufbereitung und zerlegen die organischen Stoffe in Alkohole, Fettsäuren und deren Salze. Diese erste Phase der Aufbereitung wird als Säurebildnerphase oder Hydrolyse bezeichnet. In einer zweiten Phase ü- bernehmen die obligaten Methanbakterien die Umwandlung in

Alkohole, Fettsäuren und deren Salze zu Gas. Diese zweite Phase bezeichnet man als Methanisierungsphase . Die erste und zweite Phase verläuft zeitversetzt um etwa sechs Stun-

den, wobei während der ersten sechs Stunden die so genannte Hydrolysephase abläuft.

Biogasanlagen haben zum Ziel, ein Umfeld für die organische Vergärung zu schaffen, welches ermöglicht, dass diese organische Vergärung deutlich beschleunigt wird. Jedoch besteht allgemein in der Biogastechnik die Problematik, insbesondere bei den dem Stand der Technik angehörenden Biogasanlagen, dass insbesondere die anaeroben Abläufe in diesen Bio- gasanlagen nicht in dem beabsichtigten beziehungsweise angestrebten Ausmaß auftreten. Damit derartige anaerobe Abläufe beziehungsweise Prozesse, insbesondere im Rahmen einer anaeroben Biozönose, in geeignetem Ausmaß ablaufen, ist es zum einen erforderlich, gewissen Rahmenbedingungen in der Biogasanlage geeignet festzulegen. Zum anderen ist die Zusammensetzung des fertig aufbereiteten Gärsubstrats (Gärmasse) , im Folgenden nur noch Substrat genannt, von besonderer Bedeutung, um die anaeroben Abläufe in den Biogasanlagen zu begünstigen. Das heißt, bereits bei der Herstel- lung des für die Biogasanlage aufbereiteten Substrats ist insbesondere auf dessen Zusammensetzung zu achten, um anschließend in den Biogasanlagen die angestrebten anaeroben Prozesse zu erzielen. Allgemein ist bekannt, das im Zusammenhang mit der Zusammensetzung des Substrats auf ein aus- gewogenes Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff (C/N- Verhältnis) zu achten ist; konkrete Angaben darüber, in welchem verbindlichen ausgewogenen C/N-Verhältnis diese beiden Stoffe beziehungsweise chemischen Elemente in dem Substrat vorliegen müssen, wurden bislang nicht gemacht. Lediglich bestehen ungenaue Angaben dahingehend, dass C/N- Verhältnisse zwischen 10 bis 30 anzustreben sind. Ferner wurde in diesem Zusammenhang auch festgestellt, dass bei Unterschritten oder überschritten dieser C/N-Verhältnisse

Hemmungen im Hinblick auf eine Bakterienkultur mit aller Wahrscheinlichkeit auftreten. Da sämtliche organischen Stoffe zumindest drei Grundbaustoffe, nämlich Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße, umfassen, liegen die beiden chemi- sehen Elemente Kohlenstoff C und Stickstoff N in jedem Fall auch im Substrat beziehungsweise der Gärmasse vor. Jedoch ist es äußerst problembehaftet, die Mengen von Kohlenstoff C und Stickstoff N der einzelnen organischen Massen in den Substraten abzuschätzen, so dass folglich auch ein exaktes Mischen der einzelnen organischen Massen des Substrats zur Erzielung einer bestimmten punktgenauen Zusammensetzung des Substrats äußerst schwer ist. Zur Erreichung dieser bestimmten punktgenauen Zusammensetzung müsste das entsprechende Substrat beispielsweise im Labor analysiert werden, um über dessen Zusammensetzung Kenntnis zu erlangen und darauf basierend weitere Mischschritte vorzunehmen. Derartige Laboranalysen sind jedoch sehr aufwändig und daher äußerst kostspielig. Weiterhin stehen Resultate solcher Laboranalysen erst nach einer langen Zeitspanne, üblicherwei- se erst nach ungefähr 3 Wochen, zur Verfügung, in der sich das Substrat bereits nachhaltig auswirkend im Hinblick auf die anaeroben Prozesse verändert haben kann.

übliche Substrate werden gemäß dem Stand der Technik bei- spielsweise auf der Basis von Silomais, ein Lebensmittel, das bei der Ernte als Häcksel gewonnen wird, hergestellt.

Insbesondere ergeben sich aus den dem Stand der Technik angehörenden Vorrichtungen zur Herstellung des fertig aufbe- reiteten Gärsubstrats Probleme dahingehend, dass das fertig aufbereiteten Gärsubstrat insbesondere nicht hinreichend für den anaeroben Gärprozess in der Biogasanlage aufberei-

tet wird, was sich nachhaltig auf die anaerobe Symbiose in dem Reaktorraum der Biogasanlage auswirkt .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen derart weiterzubilden, dass die die vorgenannten Nachteile zumindest teilweise überwunden werden können, und insbesondere dass anhand der Substrat- herstellung die Gärprozesse in den Biogasanlagen begünstigt werden .

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst .

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass das Gärsubstratgemisch vor Erreichen der Biogasanlage zumindest zeitweise in einem Raum angeordnet wird, in dem bezüglich eines Atmosphärendrucks ein Unterdruck erzeugt wird, um das fertig aufbereitete Gärsubstrat zu erhalten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit fertig aufbereitete Gärsubstrate hergestellt werden, die bereits besonders für eine anaerobe

Symbiose in einem Reaktorraum der Biogasanlage geeignet sind. Denn durch die Erzeugung des Unterdrucks bereits in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erzielt, möglichst wenig Sauerstoff beziehungsweise Luft in den Gärprozess in der Biogasanlage beziehungsweise den Reaktorraum der Biogasanlage gelangen zu lassen. Die anaerobe Symbiose entwickelt sich in der Biogasanlage somit besser und die Voraussetzungen hierfür liegen somit zumindest näherungsweise be-

reits mit dem Eintritt in den Biogasanlagenreaktorraum vor. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes benötigte fertig aufbereitete Gärsubstrat hergestellt werden. Dabei können beispielsweise Schweinegülle, Hühnergülle oder ande- re organische Abfallstoffe verwendet werden. Entscheidend ist in diesem Zusammenhang die Rezeptur des Gärsubstrats, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Gärsubstratgemisch hergestellt wird. Durch die Erzeugung des Unterdrucks werden bereits vor Erreichen der Biogasanlage Rahmenbedingungen geschaffen, so dass die Biozönose nach den Gegebenheiten der anaeroben Symbiose geeignet ablaufen kann. Es herrscht somit ein bevorzugtes Milieu für die Bakterien.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet werden, dass der Unterdruck in der Mischeinrichtung erzeugt wird, in dem das Gärsubstratgemisch angeordnet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Erzeugung des Unterdrucks in der Mischeinrichtung vorzuneh- men. Es bedarf lediglich geringfügiger Modifikationen der

Mischvorrichtung, um eine entsprechende Unterdruckerzeugung vornehmen zu können. Im Falle eines Freifallmischers ist lediglich eine Klappe zum fluiddichten Verschließen einer Trommel vorzusehen. Dabei ist an dieser Klappe vorzugsweise eine Absaugeinrichtung mit einer Vakuumpumpe vorzusehen, über die einem Trommelinnenraum über Bohrungen in der Klappe Luft entzogen werden kann. Im Falle eines Vertikalmischers kann auf gleiche Weise wie bei dem Freifallmischer die Klappe zum fluiddichten Schließen eines Behälters des Vertikalmischers modifiziert werden.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass als organische Stoffe Häcksel, Gülle, insbe-

sondere dünnflüssige Gülle, und Festmist verwendet werden, die durch die Mischeinrichtung zu dem Gärsubstratgemisch vermischt werden. Das Energiepotential aus Tierexkrementen in Form von Gülle und Festmist kann ebenso genutzt werden, so dass es nicht erforderlich ist, Lebensmittel in Biogasanlagen zu vergären. Festmist, insbesondere Stallmist, ist ein Gemisch aus Kot und Einstreu mit mehr oder weniger Beimengung von Harn. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird besonders bevorzugt, Häcksel zu verwenden, insbe- sondere nachwachsende Rohstoffe, vornehmlich Getreidestroh. Jedoch kann jede Art von Häcksel, insbesondere Pflanzenstroh, und Gülle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Insbesondere können folgende organische Stoffe zur Herstellung des fertig aufbereiteten Gärsub- strats verwendet werden: Wirtschaftsdünger, wie beispielsweise Gülle und Festmist, nachwachsende Rohstoffe, wie beispielsweise Maissilage, Grassilage, Getreidekörner, organische Söffe der weiterverarbeitenden AgrarIndustrie, organische Reststoffe aus Kommunen und Schlachtrückstände sowie Grün- und Rasenschnitte. Besonders bevorzugt ist jedoch die

Verwendung von Tierexkrementen in der Form von Festmist unter Zufuhr von dünnflüssiger Gülle sowie Strohhäcksel, so dass diese organischen Stoffe zu einem gärfähigen fertig aufbereiteten Gärsubstrat nach den Erfordernissen einer gut funktionierenden Biozönose aufbereitet, insbesondere gemischt, werden können. Dabei sind die einzelnen Anteile des Substrats klar definiert. Insbesondere die zielgerichtete Zerkleinerung von Stroh zu Strohhäcksel ist vorteilhaft, um die Bedingungen für ein gärfähiges Substrat zu schaffen. Vorteilhaft ist besonders, dass durch das erfindungsgemäße

Verfahren kleine landwirtschaftliche Betriebe teilnehmen können, die Festmist liefern und gehäckseltes Stroh empfangen können.

In diesem Zusammenhang kann das erfindungsgemäße Verfahren derart verwirklicht werden, dass als Häcksel Pflanzenstroh verwendet wird, das mit der Gülle und dem Festmist durch die Mischeinrichtung zu dem Gärsubstratgemisch vermischt wird.

Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so umgesetzt, dass das Mischen der organischen Stoffe durch einen Freifallmischer als Mischeinrichtung vorgenommen wird. Die Verwendung des Freifallmischers stellt eine nahezu optimale Lösung dar. In diesem Freifallmischer lässt sich jede gewünschte Gärsubstratmischung wirkungsvoll herstellen; gleichzeitig ist gewährleistet, dass die zugeführ- te Flüssigkeit in Form von dünnflüssiger Gülle von Feststoffen des Gärsubstrats, wie beispielsweise dem Festmist und dem Strohhäcksel, vollständig gebunden wird und die in den Feststoffen befindliche Luft entweicht. Die Luft sammelt sich in der durch die Klappe geschlossenen Trommel des Freifallmischers, wobei der Druck im Trommelinneren mit einer normal rotierenden Vakuum-Pumpe bis 913mbar verringert wird, die vorzugsweise an dem der Klappe beziehungsweise dem Deckel des Freifallmischers angebracht ist. Das fertig gemischte und fertig aufbereitete Gärsubstrat entspricht der nach Rezept erstellten Mischung und wird vorzugsweise einer geschlossenen Exenterschneckenpumpe mengengesteuert zugeführt, die das nach Rezept hergestellte und fertig aufbereitete Gärsubstrat in beispielsweise einen der Biogasanlage vorgeschalteten Wärmetauscher fördert. Das so entstan- dene Substrat hat vorzugsweise einen pH-Wert von 7,4 und umfasst vorzugsweise 7 Gewichtsprozent Stroh und 93 Gewichtsprozent Rindergülle. Jedoch kann ebenso ein Gärsubstrat aus Schweinegülle mit einem pH-Wert von 7,6 erzeugt

werden, das 15 Gewichtsprozent Stroh und 85 Gewichtsprozent Schweinegülle umfasst. Das Gärsubstratgemisch kann weiterhin aus mehreren und verschiedenen Tierexkrementen, insbesondere aus Festmist, und Stroh bestehen. ' Die Zusammenmi- schung erfolgt immer nach zumindest den Kriterien des pH- Wert und zumindest nach bestimmten Erfordernissen des C/N- Verhältnisses .

Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart ausgestaltet sein, dass das Mischen der organischen Stoffe durch einen Vertikalmischer als Mischeinrichtung vorgenommen wird.

Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so weiter- gebildet werden, dass das Mischen der organischen Stoffe durch den Freifallmischer unter einmaliger Güllezufuhr erfolgt. Dies stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber anderen Mischern zum Mischen von Gärsubstratgemischen dar, denn aufgrund der Beschaffenheit des Freifallmischers ist lediglich einmal dünnflüssige Gülle den organischen Stoffen zuzuführen, die anhand des Freifallmischer nahezu gänzlich in Feststoffen der organischen Stoffe aufgenommen werden kann.

Alternativ kann vorgesehen sein, das erfindungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass das Mischen der organischen Stoffe durch den Vertikalmischer unter mehrmaliger, zeitlich beabstandeter Güllezufuhr erfolgt. Insbesondere wird dann bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren auf der Grundlage von Strohhäcksel, Tierexkrementen, wie Festmist, und dünnflüssiger Gülle vorzunehmen. Beispielsweise wird zunächst über einen Strohschredder mit elektrischem Antrieb Strohhäcksel aus Rundstrohballen und/oder Quaderballen mit

einem Durchmesser bis zu 1,5 m beziehungsweise mit entsprechender Kantenlänge hergestellt. Dabei wird eine Häcksellänge von 10mm, 12mm oder 18 mm besonders bevorzugt, jedoch ist dies nicht zwangsweise erforderlich. Das Strohhäcksel wird anschließend direkt vom Strohschredder in den Vertikalmischer eingeblasen und mit dünnflüssiger Gülle beaufschlagt. Dieser Vorgang wird über eine an dem Vertikalmischer vorgesehenen Wiegeeinrichtung kontrolliert und so gesteuert, das ein Mischungsverhältnis Gülle/Festmist zu Stroh 62% zu 7,3 % (Angaben in Gewichtsprozent) beträgt.

Das so entstandene Gülle/Festmist/Strohhäcksel-Gemisch hat dann einen Trockensubstanzgehalt von etwa 41,5 % und ist noch nicht pumpfähig. Dieses Feststoffgemisch wird im Rahmen dieser Beschreibung als Gemisch der Aufbereitungsstufe I oder Qualitätsstufe I bezeichnet. Es tritt anschließend eine Verrottung ein, die aerob erfolgt, wodurch sich zwangsläufig eine Eigenerwärmungsphase ergibt. Diese beginnt schon nach wenigen Stunden ab der Erzeugung des Gemisch der Aufbereitungsstufe I und kann in einem Tag eine Temperatur von 40 ⁰ C und mehr erreichen. Die Temperatur im

Gemisch, insbesondere in Feststoffen des Gemischs, wird beispielsweise über einen Temperatursensor erfasst, so dass bei Erreichen von 35 ⁰ C eine erneute Zufuhr von dünnflüssiger Frischgülle vorgenommen wird. Die erneut zugeführte dünnflüssige Frischgülle ist genau definiert und reduziert den Trockensubstanzanteil des Gärsubstratgemischs auf 31 %. Dieses Gärsubstratgemisch, das insbesondere ein noch teilweise ein Feststoffgemisch ist, wird im Rahmen dieser Beschreibung als Gemisch der Aufbereitungsstufe II bezie- hungsweise der Qualitätsstufe II bezeichnet. Durch kurze

Mischzyklen wird das Gärsubstratgemisch gut durchlüftet und beginnt in der Ruhephase nach ca. 4 bis 6 Stunden eine erneute Wärmephase. Bei Erreichen von 35 ⁰ C wird auch diese

Erwärmung durch erneutes Zugeben von Frischgülle gestoppt. Das Gärsubstrat erreicht nun einen Trockensubstanzgehalt von 22 %. Das gut durchmischte Gärsubstrat im Vertikalmischer wird im Rahmen dieser Beschreibung dann als Gemisch der Aufbereitungsstufe III beziehungsweise Qualitätsstufe III bezeichnet. Das Gemisch der Qualitätsstufe III ist am 5. Tag abgeschlossen, spätestens nach Erreichen von 35 ⁰ C. Diese Substratherstellung in drei Qualitätsstufen beziehungsweise in drei Schritten ist aus technischen Gründen erforderlich, die sich aus Versuchen ergeben haben und besonders effektiv zur Herstellung eines geeigneten Gärsubstrats sind. Denn die Mischung über den Vertikalmischer ist nur dann geeignet durchführbar, wenn die zugeführte Menge Flüssigkeit beziehungsweise dünnflüssige Gülle auch voll- ständig von den Feststoffen in dem Gärsubstratgemisch, d.h. vom Festmist und Stroh, gebunden wird. Vertikalmischer sind üblicherweise nur für Feststoffe geeignet. Das Einmischen von Flüssigkeiten ist nur schrittweise möglich und funktioniert nur in mehreren Schritten. Zuviel Flüssigkeit zugege- ben, hat zur Folge, dass die Flüssigkeit zum Boden sickern würde und mischtechnisch nur schwer erfassbar wäre. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit ein kostengünstiger Aufbereitungsprozess durch effiziente Zerkleinerung von Stroh zu einem gärfähigen Substrat mit optimaler Ansiedel- fläche für Anaerobbakterien verwirklicht. Da erfindungsgemäß vorgesehen ist, in einem vierten Schritt Luft beziehungsweise Sauerstoff aus dem Mischer zu entziehen, wird eine Einleitung der anaeroben Phase bereits in dem Mischer vorgenommen. Dadurch wird ein unnötiger Lufteintrag in den nachfolgenden anaeroben Gärprozess in der Biogasanlage wei- testgehend unterbunden; denn jeder Sauerstoffeintrag in den anaeroben Gärprozess in der Biogasanlage kann Schäden in der Bakterienkultur hinterlassen.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so verwirklicht, dass der Unterdrück durch eine an der Mischeinrichtung vorgesehenen Absaugeinrichtung erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats baut auf dem gattungsgemäßen, dass das Gärsubstratgemisch vor Erreichen der Biogasanlage zumindest zeitweise in einem Raum angeordnet ist, in dem bezüglich eines Atmosphärendrucks ein Unterdruck erzeugbar ist, um das fertig aufbereitete Gärsubstrat zu erhalten. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteil auf gleiche oder ähnliche Weise, weshalb zu Vermeidung von Wiederholung auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.

Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, weshalb auch diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in vorteilhafter Wei- se derart weitergebildet werden, dass die Mischeinrichtung den Raum umfasst, der zum Mischen der organischen Stoffe dient und in dem der Unterdruck erzeugbar ist.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausge- bildet werden, dass die organischen Stoffe Häcksel, Gülle, insbesondere dünnflüssige Gülle, und Festmist sind.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch so realisiert werden, dass das Häcksel Pflanzenstroh ist.

Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung derart verwirklicht, dass die Mischeinrichtung durch einen Freifallmischer ausgebildet wird.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch so ausgestaltet werden, dass die Mischeinrichtung durch einen Vertikalmischer ausgebildet wird.

Ferner wird die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so realisiert, dass der Freifallmischer geeignet ist, über eine Güllezuführleitung eine einmalige Güllezufuhr vorzu- nehmen.

Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch derart weitergebildet werden, dass der Vertikalmischer geeignet ist, über eine Güllezuführleitung eine mehrmalige, zeitlich beabstandete Güllezufuhr vorzunehmen.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung so weitergebildet, dass eine an der Mischeinrichtung vorgesehene Absaugeinrichtung vorgesehen ist, über die der Unterdruck erzeugbar ist.

Das erfindungsgemäße System mit einer Biogasanlage zeichnet sich dadurch aus, das der Biogasanlage ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder ein durch die erfindungsge- mäße Vorrichtung hergestelltes fertig aufbereitetes Gärsubstrat zuführbar ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrats in einer Seitenansicht, die zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;

Figur 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Figur 1 in einer Draufsicht;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrats in einer Draufsicht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrats in einer Seitenansicht, die zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;

Figur 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Figur 4 in einer weiteren Seitenansicht; und

Figur 6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Figur 4 in einer Draufsicht.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats in einer Seitenansicht, die zur Durchführung des erfindungsge- mäßen Verfahrens geeignet ist. Hingegen zeigt Figur 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 von Figur 1 in einer Draufsicht. Die Vorrichtung 10 zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Freifallmischer 12, der nach Art eines an sich bekannten Betonmischers mit drehbarer Trommel (Trommelmischer) ausgebildet ist. Insbesondere handelt es sich um einen stationären Betonmischer in den Größenklassen von 6 m ³ bis 15 m ³ Nennfüllung. So umfasst der Freifallmischer insbesondere die lediglich schematisch dargestellte drehbare Trommel, deren Ein- und Auslassöffnung verschwenkt werden kann. Die Trommel kann dabei derart in eine Zuführ- und Abführstellung verschwenkt werden, dass ihr das Gärsubstrat über die Ein- und Auslassöffnung zugeführt werden kann. Weiterhin kann die Trommel in eine Mischstellung verschwenkt werden, bei der der eigentliche später näher erläuterte Mischprozess stattfindet. Zu diesem Zweck sind innerhalb der Trommelwand meist schräg positionierte Schaufeln angebracht, die in Mischpositionierung das zugeführte Gärsubstrat anheben können, das dann durch Schwerkrafteinwirkung wieder nach unten fällt. Bei geänderter Trommeldrehrichtung fördern die Schaufeln das Gärsubstrat zur Ein- und Auslassöffnung und zusammen mit der Ver- schwenkung der der Trommel in die Zuführ- und Abführstellung wird die Entleerung der Trommel bewirkt. Der Freifall- mischer 12 ist weiterhin mit einer hydraulisch abdichtenden beziehungsweise fluiddichtenden Klappe verschließbar, die zum öffnen und Schließen der Ein- und Auslassöffnung der Trommel geeignet ist. Darüber hinaus ist der Freifallmi-

scher 12 derart modifiziert, dass durch in die Trommel mündende Saugstutzen an der Vollverschlussklappe beziehungsweise der Klappe eine normal rotierende Vakuumpumpe angeschlossen ist.

Unmittelbar an der Ein- und Auslassöffnung der Trommel des Freifallmischers 12 ist ein übergabetrichter 14 angeordnet, in den eine Strohgebläseleitung 16 zur Zufuhr von zerkleinertem Stroh (Strohhäcksel) und eine Frischgüllezuführlei- tung 18 zur Zufuhr von Frischgülle in den übergabetrichter 14 münden. Weiterhin ist eine Fördereinrichtung 20 mit einem Förderband vorgesehen, das an deren einem Endabschnitt an einer Oberkante des übergabetrichters 14 endet und sich mit deren anderem Endabschnitt in einem Trichter 22 zur Aufbewahrung von Festmist erstreckt. Dadurch ist über die Fördereinrichtung 20 Festmist von dem Trichter 22 in den übergabetrichter 14 förderbar. Ferner ist eine in den übergabebehältergrund beziehungsweise übergabebehälterboden mündende Abführleitung vorgesehen, über die mittels einer Exzenterschneckenpumpe 24 das fertig aufbereitete Gärsubstrat in einen Wärmetauscher einer nicht näher interessierenden Biogasanlage abführbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des fertig aufbereiteten Gärsubstrats anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gestaltet sich wie folgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Herstellung des Gärsubstrats in diesem Ausführungsbeispiel Strohhäcksel und Tierexkremente in der Form von Festmist sowie dünnflüssige Gül- Ie verwendet. Andere organische Stoffe zur Mischung sind jedoch auch denkbar. Zunächst wird über die Strohgebläseleitung 16 geschreddertes Stroh beziehungsweise Strohhäcksel in den Freifallmischer 12 eingeblasen. Dabei kann das

Strohhäcksel beispielsweise von einem nicht dargestellten Strohschredder mit elektrischem Antrieb herrühren und über ein Gebläse in die Strohgebläseleitung 16 eingeblasen werden, die das Strohhäcksel dem Freifallmischer 12 zuführt. Insbesondere werden bei der Herstellung des Strohhäcksels Rundstrohballen mit einem Durchmesser bis zu 1,5 m und/oder Quaderballen verwendet und derart geschreddert , dass die Strohhäcksellänge in etwa 10-25mm, bevorzugt 10mm, 12mm o- der 18 mm beträgt. Das Häckselgut wird somit direkt vom Strohschredder über die Strohgebläseleitung 16 in den Freifallmischer 12 geblasen, wobei nahezu gleichzeitig oder kurz verzögert eine Beaufschlagung von Frischgülle über die Frischgüllezuführleitung 18 und eine Förderung von Festmist über die Fördereinrichtung 20 erfolgt. Anschließend wird der Freifallmischer zum Mischen der organischen Stoffe in der Trommel betrieben und in dessen Mischstellung verfahren. Dieser Zuführvorgang der organischen Stoffe wird beispielsweise über eine an dem Freifallmischer 12 vorgesehenen Wiegeeinrichtung kontrolliert und so gesteuert, dass ein gewünschtes Mischungsverhältnis von Gülle/Festmist zu Strohhäcksel eingestellt werden kann. Insbesondere kann eine Dosierung der einzelnen Substratkomponenten, nämlich die Befüllung der Trommel des Freifallmischers mit Stroh nach Gewicht und mit Gülle nach Durchflussmenge vorgenommen wer- den. Darüber hinaus kann die Fördermenge von Festmist ebenso über die Fördereinrichtung 20 eingestellt werden. Eine entsprechende Entleerung der Trommel kann über eine Drehzahlsteuerung der Exenterschneckenpumpe erfolgen. Alternativ kann aber auch eine Füllstandsmessung in der Trommel oder in dem übergabebehälter vorgenommen werden. In dem

Freifallmischer 12 lässt sich jede gewünschte Substratmischung wirkungsvoll herstellen, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, dass die zugeführte Frischgülle von den Fest-

Stoffen, wie Festmist und dem Strohhäcksel, vollständig gebunden wird und die in den Feststoffen befindliche Luft entweicht. Danach erfolgt eine kurze Mischphase, in der die Flüssigkeit von den Feststoffen vollständig gebunden wird. Anschließend wird die Klappe der Trommel geschlossen und es erfolgt ein Absaugvorgang mittels einer fluidtechnisch mit der Trommel gekoppelten rotierenden Vakuumpumpe. Dadurch wird die Anaerobphase des Gärsubstrats eingeleitet. Luft sammelt sich insbesondere über dem Gärsubstrat in der Trom- mel des Freifallmischers an und wird mit der an der Trommel vorgesehenen normal rotierenden Vakuumpumpe abgesaugt, so dass der in der Trommel herrschende Atmosphärendruck von 1013,25 mbar um lOOmbar auf 913mbar verringert wird. Das fertig gemischte Substrat entspricht der gewünschten Gär- substratmischung, die Trommel wird über die Klappe geöffnet, die Drehrichtung der Trommel wird zum Entleeren der Trommel eingestellt und das Gärsubstratgemisch wird mengengesteuert über den übergabetrichter 14 der Exenterschne- ckenpumpe 24 zugeführt, die die gewünschte Gärsubstratmi- schung in den der nicht näher interessierenden Biogasanlage vorgeschalteten Wärmetauscher fördert. Das so entstandene aufbereitete Gärsubstrat hat dann einen pH-Wert von 7,4 und besteht aus 7 Gewichtsprozent Stroh und 93 Gewichtsprozent Gülle/Festmist; bevorzugt wird Rindergülle verwendet. Eben- so kann das Gärsubstrat aber auch aus Schweinegülle hergestellt werden, die einen pH-Wert von 7,6 hat, wobei das Substrat dann aus 15 Gewichtsprozent Stroh und 85 Gewichtsprozent Schweinegülle/Festmist besteht. Die Substratmischung kann ebenso aus mehreren und verschiedenen Tierex- krementen sowie aus Festmist und Stroh bestehen. Die Zusammenmischung erfolgt immer nach den vorgegebenen Rahmenbedingungen des pH-Werts und nach dem bestimmten gewünschten C/N-Verhältnis.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrats in einer Draufsicht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird im Folgenden zur Vermeidung von Wiederholung lediglich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Dabei werden zum ersten Ausführungsbeispiel gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung 10 zwei Freifallsmischer 12, wobei ein Strohschredder 26 den beiden Freifallmischern 12 über ein Gebläse 28 und eine Strohgebläseleitung 16 Strohhäcksel zuführen kann. Dabei ist in der Stroh- gebläseleitung 16 eine Verzweigung vorgesehen, bei der sich die Strohgebläseleitung 16 zu den beiden Freifallmischern 12 verzweigt. Insbesondere ist eine fluidtechnische Weiche an der Verzweigung vorgesehen, über die sich die Zufuhr des Strohhäcksels zu den beiden Freifallmischern einstellen lässt. Darüber hinaus ist eine Frischgüllezuführleitung 18 vorgesehen, die analog zur Strohgebläseleitung 16 ebenso eine Verzweigung aufweist, an der sich die Frischgüllezuführleitung 18 zu den beiden Freifallmischern 12 verzweigt, wodurch beide Freifallmischer 12 mit Gülle beaufschlagt werden können. Ferner ist eine Austragsschurre beziehungsweise eine Befüllungseinrichtung 14 in Analogie zu dem ü- bergabebehälter 14 des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen, über die die Gärsubstratmischung von den Freifallmischern 12 einer Exzenterschneckenpumpe 24 zuführbar ist, um die Gärsubstratmischung über eine Leitung 30 einem Wärmetauscher der nicht näher interessierenden Biogasanlage zuzuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sinngemäß wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden, lediglich mit dem Unterschied das zwei Freifallmischer befüllt und entleert werden müs- sen, um das fertig aufbereitete Gärsubstratgemisch in der gewünschten Gärsubstratmenge zu erzielen.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Herstellung eines fertig aufbereiteten Gärsubstrats in einer Seitenansicht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Weiterhin zeigt Figur 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 von Figur 4 in einer weiteren Seitenansicht, während Figur 6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 von Figur 4 in einer Draufsicht zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zumindest einen aus dem Stand der Technik bekannten Vertikalmischer 112, insbesondere zwei Vertikal- mischer 112, mit beispielsweise jeweils zwei Mischschnecken beziehungsweise Vertikalmischschnecken 136 wobei die Vertikalmischer 112 jedoch auf bestimmte Weise modifiziert sind, wie nachstehend beispielhaft an einem der Vertikalmischer 112 erläutert wird. Der Vertikalmischer 112 umfasst einen Behälter 138 sowie einen daran schwenkbar angebrachten modifizierten Deckel 134 mit zwei Entlüftungsöffnungen 133 und einer Saugöffnung 132, an die beispielsweise eine nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen sein kann, um einen Unterdruck in dem Vertikalmischer 112, insbesondere in dem Behälter 138, erzeugen zu können, insbesondere auf 913mbar.

Die Saugöffnung 132 und die Vakuumpumpe bilden zumindest teilweise eine Absaugvorrichtung aus. Weiterhin ist an dem Vertikalmischer 112 eine Mantelheizung zur Beheizung des

Gärsubstratgemischs in dem Behälter 138 des Vertikalmischers 112 vorgesehen. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 einen Strohschredder 126 mit Gebläse, über den Strohhäcksel über eine Strohgebläselei- tung 116 dem Vertikalmischer 112 oder beiden Vertikalmischern 112 zuführbar ist. Insbesondere ist das Strohhäcksel an einer Oberkante des den Vertikalmischer 112 teilweise ausbildenden Behälters 138, der über den Deckel 134 verschließbar ist, über die Strohgebläseleitung 116 zuführbar. Ferner ist eine Güllezuführleitung 118 vorgesehen, über die Frischgülle dem Behälter 138 des Vertikalmischers 112 ebenso an der Oberkante des Behälters zuführbar ist. Eine Abdichtung zwischen dem Deckel 134 und dem Behälter 138 erfolgt mit entsprechenden Dichtungen.

Die Mantelheizung ist auf dem Außenmantel des Behälters 138 angeordnet und wird durch Heizrohre für eine Niedertemperaturheizung ausgebildet, die durch eine Isolierung geschützt sind. Neben der Saugöffnung 132 sind in dem Deckel 134 des Vertikalmischers 112 auch die vorgenannten Entlüftungsöffnungen 133 zur Entlüftung des Behälters 138 vorgesehen, die über ein Ventil mittels Kugelhahn geöffnet und geschlossen werden können und insbesondere beim Einblasen von Strohhäcksel geöffnet sind. Weiterhin ist der Behälter 138 des Vertikalmischers 112 mit einem Schneckenförderer, insbesondere einem Querschneckenförderer 124, gekoppelt, über den die Gärsubstratmischung aus dem Behälter 138 mittels in dem Behälter 138 vorgesehenen Längsförderschnecken 140 einem nicht näher interessierenden weiteren Gärsubstratmischer einer Biogasanlage zuführbar ist. Der Vertikalmischer 112, der Querschneckenförderer 124 sowie der nicht näher interessierende weitere Mischer befinden sich vorzugsweise in einem klimatisierten Raum mit entsprechender Zu- und Ab-

luft. Die Vorrichtung 100 ist Emissionsfrei, da die abgesaugte Luft über die Saugöffnung 132 über einen Filter geleitet wird, der sowohl eine Geruchs- als auch Feinstaubemissionen verhindert. Die beiden Vertikalmischer 112 sind mit einer nicht dargestellten programmierbaren Wiegeeinrichtung ausgestattet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 ist im Hinblick auf ihre Anlagengröße an die jeweils an der im Gärprozess benötigten Gärsubstratmengen angepasst und kann beispielsweise Inhalte von 12 m ³ bis 60 m ³ und größer umfassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gärsubstraten, insbesondere aus Strohhäcksel, Gülle und Tierexkrementen in der Form von Festmist, gestaltet sich wie folgt. Zunächst wird der Strohschredder 126 über einen e- lektrischen Antrieb betrieben, so dass dem Behälter 138 des Vertikalmischers 112 der Strohhäcksel über die Strohgebläseleitung 116 zugeführt wird. Dabei wird das Strohhäcksel insbesondere aus Rundstrohballen und/oder Quaderballen mit einem Durchmesser bis 1,5 m oder einer entsprechenden Kantenlänge hergestellt. Eine Häcksellänge des geschredderten Strohhäcksels beträgt dabei zwischen 5mm und 25mm, besonders bevorzugt 10mm, 12mm, 18 mm. Das Strohhäcksel wird somit direkt vom Strohschredder 126 in den Behälter 138 des Vertikalmischers 112, der insbesondere als ein Großraumcontainer ausgebildet sein kann, eingeblasen und mit dünnflüssiger Frischgülle über die Frischgüllezuführleitung 118 beaufschlagt. Weiterhin wird Festmist über eine nicht dargestellte Fördereinrichtung definiert bei der Zuführung der Frischgülle und des Strohhäcksels zugeführt und der Vertikalmischer 112 wird kurz betrieben. Der Zuführvorgang wird über eine Wiegeeinrichtung kontrolliert und so gesteuert, das ein Mischungsverhältnis von Gülle/Festmist zu Stroh 62%

zu 7,3% (Angaben in Gewichtsprozent) beträgt. Dadurch, dass das Gülle/Festmist/Stroh-Gemisch in etwa einen Trockensubstanzgehalt von 41,5% aufweist, ist es noch nicht pumpfähig. Dieses Gemisch wird nachfolgend als Gemisch der Aufbe- reitungsstufe I beziehungsweise Qualitätsstufe I bezeichnet. Anschließend wird eine Durchlüftung des Behälters 138 unter weiterem Betrieb des Vertikalmischers 112 zum Mischen vorgenommen, so dass eine Verrottung des Gemischs der Aufbereitungsstufe I aerob erfolgen kann. Dadurch wird zwangs- läufig eine Eigenerwärmungsphase in Gang gesetzt. Diese beginnt bereits nach wenigen Stunden ab Herstellung des Gemischs der Aufbereitungsstufe I und kann in einem Tag eine Temperatur von 40 ⁰ C und mehr erreichen. Die Temperatur im Gemisch der Aufbereitungsstufe I wird beispielsweise über einen Temperatursensor erfasst, wobei bei Erreichen von 35 ⁰ C eine weitere Temperaturerhöhung durch weitere Zufuhr von Frischgülle verhindert wird, während gleichzeitig der Vertikalmischer 112 weiter betrieben wird. Die zugeführte Frischgülle ist genau definiert und reduziert den Trocken- Substanzanteil auf 31 %. Dieses Gemisch wird nachfolgend als Gemisch der Aufbereitungsstufe II beziehungsweise der Qualitätsstufe II bezeichnet. Durch weitere kurze Mischzyklen im Vertikalmischer 112 wird das Gemisch der Aufbereitungsstufe II gut durchlüftet, wobei nach einer Ruhephase von circa 4 bis 6 Stunden eine erneute Eigenerwärmungsphase beginnt. Bei Erreichen einer Gemischstemperatur von 35 ⁰ C wird wieder durch erneutes Zuführen von Frischgülle eine weitere Gemischserwärmung verhindert. Durch das erneute definierte Zuführen der Frischgülle wird ein Trockensubstanz- gehalt von etwa 22% erreicht. Weiterhin erfolgt der Betrieb des Vertikalmischers 112 zum Mischen des Gärsubstratge- mischs. Das nun entstandene Gemisch wird nachfolgend als Gemisch der Aufbereitungsstufe III beziehungsweise Quali-

tätsstufe III bezeichnet. Das Gemisch der Aufbereitungsstufe III wird in etwa nach 5 Tagen erzielt, spätestens nach Erreichen von 35 ⁰ C. Nun erfolgt eine Schließung des Behälters 138 mittels des Deckels 134 und eine Absaugung des Sauerstoffs aus dem Vertikalmischer 112, insbesondere aus dem Behälter 138, so dass anaerobe Verhältnisse in dem Vertikalmischer 112, insbesondere in dem Behälter 138, entstehen. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne werden die Längs- förderschnecken 140 sowie eine Querförderschnecke des Quer- Schneckenförderers 124 betrieben, um das fertig aufbereitete Gärsubstrat der nicht näher interessierenden Biogasanlage zuzuführen .

In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Gärsubstratgemisch durch abwechselndes Zuführen von Strohhäcksel und dünnflüssiger Gülle sowie Festmist in einen Container quasi "lagenweise" erzeugt wird und auf eine Mischung mittels Schaufeln wie bei dem Freifallmischer sowie mittels der Mischschnecke wie bei dem Vertikalmischer verzichtet werden kann. Ansonsten lässt sich das dritte

Ausführungsbeispiel der Figuren 4 bis 6 sinngemäß auf dieses alternative Ausführungsbeispiel übertragen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste :

10 Vorrichtung

12 Freifallmischer 14 übergabebehälter bzw. übergabetrichter

16 Strohgebläseleitung

18 Güllezuführleitung

20 Fördereinrichtung mit Förderband

22 Trichter für Festmist 24 Exzenterschneckenpumpe

26 Strohschredder 28 Gebläse

30 Leitung

32 Trommelklappe mit Saugöffnungen 100 Vorrichtung

112 Vertikalmischer

116 Strohgebläseleitung

118 Güllezuführleitung

124 Schneckenförderer (Querschneckenförderer) 126 Strohschredder

132 Saugöffnung

133 Entlüftungsöffnungen

134 Deckel

136 Vertikalmischschnecken 138 Behälter

140 Längsförderschnecken