Aus der Literatur sind zahlreiche Verfahren zur Müll- oder Reststoffaufbereitung bzw. zur Verwertung der in organischem Müll gespeicherten Energie bekannt. In der 44 02 559 C2 wird bspw. ein Verfahren bzw. eine

Vorrichtung zur Konversion pflanzlich gebundener Sonnenenergie und von biologischem Material offenbart.

Hierbei werden verschiedene Verfahrenslinien beschrieben, die abhangig vom biologischen Ausgangsmaterial spezifisch die Umwandlung zu wiederverwendbaren Endprodukten gestatten. Insbesondere ist auch eine Vergarungsstufe mit Alkoholdestillation des organischen Materialbreis vorgesehen. Der während der Vergarungsstufe anfallende Alkohol wird nach der Lehre der DE 44 02 559 C2 von den ubrigen Vergarungs-produkten abgetrennt, wobei die übrigen Vergarungsprodukte, z. B. Gas, Fuselle und Schlempe, einem Blockheizkraftwerk zugefuhrt werden.

Zwar unterliegt das in der DE 44 02 559 C2 vorgeschlagene Verfahren einer strikten Beachtung des Kreislaufprinzips, doch weisen die dort offenbarten Verfahren den Nachteil auf, daB nur ein suboptimaler Wirkungsgrad, bezogen auf die in den Rest-und Abfallstoffen gespeicherte chemische Energie, erzielt wird. Auch ist das Problem der vom Blockheizkraftwerk ausgestoBenen Abgase nicht befriedigend gelöst. Ferner sind stets mehrere Verfahrenslinien zur Behandlung verschiedener organischer Ausgangsstoffe erforderlich.

Insofern ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter strenger Berüc} ; sichtigung des Kreislaufprinzips den Wirkungsgrad bei der Verwertung kohlenstoffhaltiger Rest- und/oder Rohstoffe zu verbessern, die sich aus der Verfahrensdurchfuhrung ergebende okologische Belastung

weitestgehend zu vermindern und zugleich ein einfaches, vom organischen Ausgangsmaterial unabhangiges Verfahren zur Verfugung zu stellen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach Anspruch 13.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren offenbart, das zur Aufbereitung von Reststoffgemengen und zur Konversion von kohlenstoffhaltigen Rest-oder Rohstoffen in den vorgenannten Reststoffgemengen (a) eine Trennung der in den Reststoffgemengen enthaltenen kohlenstoffhaltigen Rest-oder Rohstoffen von anorganischen und/oder metallischen Feststoffen, (b) eine Entwässerung der abgetrennten kohlenstoff- haltigen organischen Rest-oder Rohstoffe und deren Pelletierung, (c) eine Fermentation der im Rahmen der Entwässerung erhaltenen Abpreßwässer in einem oder mehreren Reaktoren, (dl) eine Weiterleitung der im Rahmen der Fermentation nach Verfahrensschritt (c) gebildeten Biogase an mindestens ein Kraftwerk und/oder

(d2) Zufuhr des Biogases zu mindestens einem Druckreaktor und eine Aufschlußreaktion des Biogases mit den gemma5 Verfahrensschritt (b) pelletierten Rest-oder Rohstoffen in einem Druckreaktor vorsieht.

Das erfindungsgemäße Verfahren tragt wesentlich zur Entlastung der Umwelt und zur Verbesserung der Energiebedarfssituation bei. Als Feststoffgemenge kommt jede Kombination von organischem und anorganischem Abfall in Frage. Der aufzubereitende organische Abfall umfaßt insbesondere Abfallprodukte aus der Landwirtschaft wie auch aus der Lebensmittelindustrie. Aus der Landwirtschaft eignen sich ganz besonders die Gille von Schweinen, Rindern, Geflügel oder anderen landwirtschaftlichen Nutztieren, aus der Lebensmittelindustrie dagegen die Endprodukte aus Schlachtereien, fischverarbeitenden Betrieben, Gaststatten, Mühlen oder Backereien. Weiterhin können nachwachsende Rohstoffe, z. B. Stroh oder Heu, Holzabfalle, aus der Landwirtschaft oder auch aus der holzverarbeitenden Industrie, insbesondere Putz-oder Altholz, Abscheider-und Frittierfette sowie organische Materialien anderer Quellen, als organische Abfallstoffe zur Verarbeitung gelangen.

Nach Anlieferung der Abfalle erfolgt die Lbtrennung der Eisenteile und die Entfernung anderer anorganischer, insbesondere mineralischer, oder metallischer Störstoffe.

ErfindungsgemaB wird somit der Aufbereitung und Verwertung der organischen Abfallstoffe eine Trennstufe vorgeschaltet, die die Grobtrennung anorganischer und organischer Reststoffe aus dem Gemenge erlaubt.

Vorzugsweise wird der nach der Trennstufe im wesentlichen organische Abfall auf einen oder mehrere Schredder gegeben. Der (die) Schredder hat (haben) die Aufgabe, die Abfall auf KorngroBe zu zerkleinern. Typischerweise sollte eine Zerkleinerung auf eine Korngröße des Abfalls von weniger als 500 mm, vorzugsweise weniger als 300 mm, insbesondere weniger als 250 mm, erreich-, : erden. Durch die Schredderleistung wird gleichzeitig auch eine Durchmischung der Restabfalle bewirkt. Auch vermag der <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Zerkleinerungsschri__ ausreichend große Oberflächen für den ersten Windsichtungs-und SiebungsprozeB, der vorzugsweise der Entwässerung vorgeschaltet ist, zu gewahrleisten. In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaBen Verfahrens werden die Schredder-und Siebungsschritte zwei-oder mehrfach wiederholt.

ErfindungsgemaB wird der Abfall nunmehr-. it Hilfe einer Siebpresse entwassert. Das Abprefiwasser wird einem Fermenter zugefiihrt. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann jedoch ein gewisser Anteil des Abpreßwassers auch an

einen oder nehrere Druckreaktor (en) weitergeleitet werden. Die nach der Entwasserung erhaltene Festfraktion kann danach vorzugsweise in weiteren Verfahrensschritten aufbereitet und schlieBlich nach der Pelletierung in Form von Pellets in einen Druckreaktor (en) eingefuhrt werden.

Die vorzugsweise der Pelletierung vorangehenden Sichtungs-, Siebungs-und Fraktionierungsschritte stellen dabei sicher, daB die Pellets eine chemische und physikalische Homogenität aufweisen, die den AufschluB bzw. die Vergasung der Abfallstoffe im (in den) Druckreaktor (en) weiter verbessern konnen.

Die abgetrennten anorganischen oder metallischen Inertstoffe können indes einer anderweitigen Verwertung zugefuhrt werden. So etwa} : onnen die abgetrennten metallischen Bestandteile als Altmetall, die mineralischen Bestandteile als Bauzuschlagstoffe in StraBenbau, iur Drainagefullungen oder bei Einbettungen fur Rohrleitungen eingesetzt werden.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Zuge des Verfahrensschritts (b) erhaltene Abpreßwasser wird als Fermentersubstrat weiterverarbeitet. Hierzu wird es gemischt und zunachst in einen Fermentationsreaktor gepumpt. Die Fermentation in diesem Reaktor wird bei einer Temperatur oberhalb von 20°C, typischerweise bei Temperaturen zwischen 30 und 40 C, also in mesophilen Bereich, durchgefuhrt. Typischerweise betragt die Verweilzeit des AbpreBwassersubstrats in dem Reaktcr 5

bis 15 Tage, besonders bevorzugt zwischen 8 und 10 Tagen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Fermentations- verfahrens wird das Fermentersubstrat in dem ersten Reaktor zunächst vor-oder teilvergoren und dann in einem oder mehreren weiteren Reaktor (en) weitervergoren. Ein zweiter Reaktor kann typischerweise bei einer höheren Temperatur als der erste Reaktor arbeiten, z. B. von 40 bis 60°C, bevorzugt von 50 bis 60°C, also im thermophilen Bereich. Das zunächst im ersten Reaktor vorvergorene Substrat wird dann in dem (den) folgenden Reaktor (en) weiter abgebaut. Derart kann eine Aneinanderreihung von Reaktoren mit jeweils steigender Reaktionstemperatur verfahrensgemäß vorteilhaft sein.

Die mittlere Verweilzeit des Substrats in einem gegebenenfalls verfahrensgemäß vorgesehenen zweiten oder weiteren Reaktor betragt zwischen 1 und 15 Tagen, insbesondere bevorzugt zwischen 8 und 10 Tagen.

Das in dem Fermenter produzierte Biogas wird nach der Kondensatabscheidung entschwefelt. Die Entschwefelung wird uber eine stöchiometrische Luftzugabe zum Biogas ermoglicht. Das vorzugsweise getrocknete und entschwefelte Biogas wird dann an ein Kraftwerk und/oder an einen Druckreaktor weitergeleitet.

In einem oder mehreren Kraftwerk (en), typischerweise ein oder mehrere Blockheizkraftwerke mit Gasmotor und/oder Gasturbine, wird das Biogas verbrannt. Der Heizwert des

Biogases wird zur Gewinnung elektrischer Energie herangezogen, die den Eigenstrombedarf zur Durchfuhrung des Verfahrens deckt.

Ein weiterer Teil des Biogases wird, wie oben beschrieben, in einen Druckreaktor gefuhrt und dort gemeinsam mit den gegebenenfalls getrockneten Pellets vergast. Vorzugsweise wird diese Vergasung mit Wasserdampf in einer stationären Wirbelschicht vorgenommen.

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform wird das im Druck- reaktor erzeugte Produktgas zunächst typischerweise durch einen Filter feinentstaubt und ggfs. entschwefelt. Das Produktgas weist einen hohen Wasserstoffanteil auf.

Typischerweise liegt dieser Wasserstoffanteil bei uber 50 Vol.-%. Das Produktgas kann damit direkt als Wertstoff, z. B. als Brennstoff oder Treibstoff, abhangig vom Reinigungs-und Aufbereitungsgrad, eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des vorliegenden Verfahrens wird jedoch Wasserstoff aus dem Produktgasgemenge abgetrennt. Diese Abtrennung erfolgt vorteilhafterweise durch einen Gasfilter. Dabei kommen typischerweise Druckwechselabsorptions-oder Membrantrennverfahren in Frage, um den Wasserstoff aufzu- konzentrieren. Der derart angereicherte Wasserstoff kann nunmehr zur Stromerzeugung in einer oder mehreren Brennstoffzelle (n) eingesetzt werden.

Besonders bevorzugt ist der Einsatz des aufgereinigten Wasserstoffs zur Synthese von Methanol. Hierzu wird der Wasserstoff mit Abgasen, insbesondere solchen Abgasen, die einen hohen Kohlenmonoxydanteil aufweisen, umgesetzt.

ErfindungsgemaB wird hierfur bevorzugt jener Abgasstrom eingesetzt, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren im Zuge der Verbrennungsreaktion im Kraftwerk entsteht.

Diese Umsetzung fuhrt zu einer vollständigen Entsorgung des im Fermentierungsreaktor produzierten Biogases. Das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Kreislaufsystem schließt somit auch die Entsorgung von im Verfahren etwaig anfallenden Kohlenmonoxyds ein.

Daruber hinaus kann uberschussiger, ggf. aufgereinigter Wasserstoff als Vergasungsprodukt in Wasserstofftanks zwischengelagert werden und erst im Bedarfsfall entweder zur Methanolsynthese oder zur Beschickung von Brennstoffzellen eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit, die organischen Rest-oder Rohstoffe unter Optimierung des Wirkungsgrads zu Wasser, CO2 und Methanol abzubauen. Die daruber hinaus in dem (den) Fermentationsreaktor (en), dem (den) Kraftwerk (en) und dem (den) Druckreaktor (en) entstehenden flussigen und/oder festen Reststoffe finden ihre Verwendung als Flussig-oder Festdunger in der Landwirtschaft. Ferner ergibt sich aus der Tatsache, da6 das Verfahren mit nachwachsenden Roh-oder Reststoffen

durchgefuhrt wird, eine in Hinblick auf die CO2-Emissionen ausgeglichene und umweltneutrale Bilanz.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der Zeichnung. Figur 1 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild, wobei dieses Schaltbild sowohl ein erfindungsgemäßes Verfahrensschema als auch den Aufbau einer zur Durchfuhrung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten erfindungsgemäßen Vorrichtung widerspiegelt.

Figur 1 stellt neben den Basiskomponenten des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemaBen Vorrichtung auch weitere Elemente als Bestandteile bevorzugter Ausführungsformen dar.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Hilfe einer gleichfalls erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgefuhrt, die einen oder mehrere Fermentationsreaktor (en) (4), einen oder mehrere Druckreaktor (en) (5) und ein oder mehrere Blockheizkraftwerk (e) (10) umfaBt. Gleichfalls umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Vorsortieren und Trennen des Abfallmaterials (1) in die Fraktionen anorganischer bzw. metallischer Konsistenz und organischer kohlenstoffhaltiger Konsistenz. Daruber hinaus unfaBt die erfindungsgemaBe Vorrichtung Mittel zum Entwässern und Pelletieren (3) der organischen Rest-oder Rohstoffkomponenten. Diese Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellen die Grundausriistung zur Durchfiihrung

des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die vorgenannten Basiselemente der erfindungsgemaßen Vorrichtung konnen um weitere optionale Elemente erganzt werden.

Vorzugsweise werden die aufzubereitenden Abfallstoffe auf einer Förderschnecke vom zentralen Sammelbunker in die erfindungsgemäße Vorrichtung transportiert. Ein Magnetförderband mit Mitteln zum Vorsortieren (1), bspw. mit einem oder mehreren Abscheiderechen und einem oder mehreren Walzenmagnet (en), dient zur Trennung von Metallteilen und zur Entfernung grober Störstoffe.

Insbesondere sind hier Steine, Glas, Keramik und beliebige Metallbestandteile zu nennen. Dieses, insbesondere nicht-organische Schwergut wird dann in einer optionalen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung uber ein Transportband abgefuhrt und schließlich uber Eisen- bzw. Nicht-Eisenabscheider (13) getrennt. Der optionale Eisenabscheider kann als Trommelmagnet ausgebildet sein, als Nicht-Eisenabscheider kommen vorzugsweise Wirbelstromabscheider zum Einsatz.

Die durch Mittel zum Vorsortieren (1), beispielsweise Abscheiderechen und Walzenmagnet (en), auf dem Magnetforderband nicht abgetrennten, insbesondere organischen Abfallbestandteile werden einem Schredder (2) zugefuhrt, der ein Autreißen und Zerkleinern dieser Hauptfraktion bewirkt. Die als Folge des Zerkleinerungsvorgangs anfallenden Partikel sollten eine

Korngröße von weniger als 500 mm, vorzugsweise von weniger als 300 mm, ganz besonders bevorzugt von weniger als 250 mm, haben. Dieser Zerkleinerungsvorgang bewirkt auBerdem eine intensive Durchmischung der Bestandteile der Hauptfraktion.

Als weiteres optionales Element kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch Mittel zum Windsichten (14) aufweisen.

Durch eine derartige Windsichtung wird von der Hauptfraktion eine Leichtfraktion, die im allgemeinen z. B. Papier oder Kunststoffolien enthalt, abgetrennt. Im AnschluB daran erfolgt typischerweise eine Siebung der Hauptfraktion in einem Grobsieb (14), wobei der Siebschnitt entsprechend dem Grad der zuvor erreichten Zerkleinerung, also der Korngröße, gewählt wird. Der Siebschnitt durfte typischerweise zwischen 250 und 500 mm liegen. Die zerkleinerte und gesiebte Hauptfraktion mit Korngrößen von beispielsweise weniger als 250 mm kann vorzugsweise abermals einem Schredder, z. B. einer Hammermuhle (15) zur Zerkleinerung zugefuhrt werden.

Diese Zerkleinerung sollte in der Hauptfraktion Orner mit Korngrößenf die kleiner als jene nach dem ersten Zerkleinerungs-bzw. Siebungsschritts sind, also z. B. zu Korngrößen von weniger als 100 mm, ergeben. Vorzugsweise sollten die Korner nach der Zerkleinerung eine Maximalgröße von weniger als 60 mm aufweisen. Diesem optionalen Zerkleinerungsschritt folgt vorzugsweise ein weiterer Siebungsschritt in einem Sieb (16) mit einem adaquaten Siebschnitt. Typischerweise liegt der

Siebschnitt bei diesem Siebungsschritt zwischen 60 una 100 mm, vorzugsweise bei ca. 60 mm. Die einzelnen Zerkleinerungs-und Siebungsschritte konnen jeweils fur die im Sieb verbliebene Fraktion wiederholt werden, um einen Großteil der Festfraktion mit entsprechender Korngröße der Weiterverarbeitung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zufuhren zu konnen.

Als Basiselement zur Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt nach der zuvor beschriebenen optionalen Vorbehandlung der organischen Hauptfraktion zu Körnern das Abpressen derselben in Mitteln zum Entwässern, z. B. einer Siebpresse (3). Die Entwasserung der Hauptfraktion in der Siebpresse (3) bewirkt eine Auftrennung in eine flussige Fraktion und eine Festfraktion, die auf unterschiedlichen Wegen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiterbearbeitet werden können.

Die flussige Fraktion wird entweder einem oder mehreren Fermentierungsreaktor (en) (4) und/oder einem oder mehreren Druckreaktor (en) (5) zugefuhrt. Vorzugsweise wird der Hauptteil der Flussigfraktion in einem oder mehreren Fermentierungsreaktor (en) (4) auf biologischem Weg abgebaut.

Die Festfraktion wird erfindungsgemäß fur die Vergasung in einem oder mehreren Druckreaktor (en) (5) vorbereitet.

Hierzu ist erfindungsgemäß eine Pelletierung in einer Pelletiervorrichtung (6) erforderlich. Vorzugsweise wird

jedoch vor dem Pelletierungsschritt die Festfraktion zunachst einer Trocknung unterzogen. Die Trocknungsvorrichtung (17) kann hierbei als Bandtrockner ausgestaltet sein und ein Bandtrocknerband, Vorlagebehalter, Verteil-und Sammelschnecke (n) und Warmeaustauscher umfassen. In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform werden vor dem Pelletierungsschritt im Pelletierer jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination Zerkleinerungs-, Siebungs-, Windsichtungsschritte und/oder Sortierungsschritte in Mitteln zum Zerkleinern, Sieben, Windsichten (7 und 8) und zum Sortieren (9) durchgefuhrt.

Hierfur kann die gegebenenfalls getrocknete Festfraktion auf einem geschlossenen Transportband in einen Bunker gefördert werden. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Beschickung eines oder mehrerer Trommelsiebe/s mit der körnigen Festfraktion zur Absiebung von grobkornigen Teilchen, z. B. mit einer Grole von uber 60 mm, vorzugsweise von uber 40 mm. Der Siebschnitt des Trommelsiebs wird entsprechend gewählt. Das Verfahren kann dabei ganz besonders bevorzugt auch so ausgefuhrt werden, da5 die jeweils im Sieb verbliebene Fraktion nochmals zerkleinert und dann abermals gesiebt wird.

Derartige Schritte konnen auch mehrfach zyklisch wiederholt werden. Als Ergebnis dieser Kombination von Siebung, vorzugsweise einer Trommelsiebung, Zerkleinerung, Windsichtung und/oder Sortierung liegt eine homogene Festfraktion mit einer einheitlichen

Körnung, z. B. mit einer KorngroBe von weniger als 40 mm, vor.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das körnige Material in einer anschlie3enden weiteren Siebung in eine feinkörnige und grobkornige Fraktion aufgetrennt werden. So etwa kann die Trennung in fein-und grobkornige Festfraktion bspw. bei einem Siebschnitt von 10 bis 20 mm, vorzugsweise bei 15 mm, durchgefuhrt werden. Die klein-und die grobkornige Festfraktion können dann, voneinander getrennt, einer trockenen Dichtesortierung zugefuhrt werden, um die Trennschärfe des Sortierverfahrens zu gewahrleisten.

Zur Vorbehandlung der Festfraktion ist auch der Einsatz eines oder mehrerer Windsichter (s) (7 bzw. o) bevorzugt.

Der Windsichter (7 bzw. 8) erlaubt die Trennung des organischen Materials von etwaigen verbliebenen Inertstoffen, insbesondere mineralischen Komponenten, wobei die nach der Windsichtung erhaltene Leichtfraktion zu Pellets weiterverarbeitet wird, während die Schwerfraktion aus im wesentlichen Inertstoffen als Nebenprodukt ausgeschieden wird. Um den Dauerbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherzustellen, konnen vor und/oder nach dem Pelletierungsschritt Vorratsbehalter als Speicher eingerichtet werden. Auf diese Weise gelingt es, beim Betrieb der Vorrichtung ein kinetisches Gleichgewicht ("steady state") dauerhaft aufrechtzuerhalten.

Es folgt erfindungsgemäß der Pelletierungsschritt im Pelletierer (6). Die Pellets dienen als Brennstoff fur den nachfolgenden Vergasungsschritt im Druckreaktor (5).

Sie weisen eine chemische und physikalische Homogenität auf, die einen gleichmäßigen Betrieb des Druckreaktors (5) gestattet. Die ublicherweise im Abfall auftretenden Schwankungen der Inhaltstoffe sind durch das beschriebene Sortierverfahren deutlich reduziert. Durch die Fraktionierung der zur Beschickung der Anlage gelangenden Abfallstoffe in solche organischer und anorganischer Konsistenz, die ggf. erfolgende Vorbehandlung und die nachfolgende Pelletierung der Festfraktion kann erfindungsgemäß auf die nach dem Stand der Technik erforderlichen, verschiedenen Verarbeitungslinien, die- in Abhangigkeit von der Zusammensetzung und Konsistenz der zu verarbeitenden Abfallmateria-lien-in einer Vorrichtung zur Abfallaufarbeitung zugeschaltet oder abgeschaltet werden mussen, verzichtet werden.

Eine Vergasungsvorrichtung wird nunmehr mit dem gegebenenfalls getrockneten, in Pelletform vorliegenden Rest-oder Rohstoff beschickt. Die Mittel zur Beschickung konnen ein Fördersystem, ggf. mit Aufsatzfilter (n), Schleusenbehalter, Schuttgutklappen und/oder Dosierschnecken umfassen.

Die nachfolgende vergasungsreaktion wird bei erhöhten Drücken vorgenommen, weswegen ein Druckreaktor (5) zur

Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich ist. vorteilhafterweise wird zum kohlenstoffhaltigen pelletförmigen Brennstoff Wasserdampf gefuhrt. In diesem bevorzugten Fall wird als Druckreaktor (5) ein Wasserdampfdruckreaktor eingesetzt. Die in dem Reaktor erfolgende chemische Reaktion fuhrt unter Oxidation des in den Pellets gebundenen Kohlenstoffs zu Gasgemischen, die im wesentlichen aus Wasserstoff, zu geringeren Teilen auch Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd und geringe Mengen anderer gasförmiger Produkte enthalten.

Vorteilhafterweise betragt der Anteil des Wasserstoffs in diesem Gasgemisch mehr als 50%.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Vergaser derart ausgestaltet, daB die Vergasungsreaktion auf der Basis eines Wirbelschichtverfahrens ausgefuhrt wird. Dabei liegen die pelletförmigen Biomassen in einer stationären Wirbelschicht im Druckreaktor vor. Bei Anwendung eines Wirbelschichtverfahrens werden die Pellets uber ein Schleusensystem, vorzugsweise eine Zellradschleuse, in den unter Überdruck stehenden Vergasungsgenerator eingebracht. In der Folge verteilen sich die Pellets auf waagrechten perforierten Boden und werden von unten von Wasserdampf durchstrbmt. Unter den entsprechenden Stromungsbedingungen stellt sich ein Zustand ein, bei dem die Teilchen in einer ständigen Auf-und Abbewegung wirbeln und sich daher in der Schwebe befinden. Die

Teilchen werden in diesem Fall fluidisiert, d. h., sie befinden sich in einem Fluidat (oder Wirbel) bett.

Der Wirbelschichtvergaser kann einen Wirbelbett- Gasgenerator, Druckbehalter des Gasgenerators, Dosierungsstutzen, Ascheaustrag, Wirbelbettrost, mehrschichtige Ausmauerung, Bettmaterialausschleusung mit druckdichten Absperrorganen, Sieb zur Klassierung des ausgeschleusten Bettmaterials der ausgetragenen Asche aus Wirbelschichtüberlauf und/oder Zyklonabscheider in drei Fraktionen umfassen.

Der fluidisierende Wasserdampf ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugleich auch Warmetragermedium. In diesem Fall kann auf alle warmeubertragenden Einbauten im Vergaser verzichtet werden. Insofern ist im vorliegenden Fall ein allothermes Verfahren zur Vergasung von Biomasse bevorzugt.

Im Gegensatz zum autothermen Verfahren wird beim al- lothermen Verfahren ein externer Trager der Warme, typ- ischerweise Wasserdampf, an den zu vergasenden Stoff ubertragen. Durch die vorzugsweise allotherme Verfahrens- fuhrung ist es nicht erforderlich, einen Teil der Verga- sungsprodukte selbst zur Wärmeerzeugung zu verbrennen.

Gleichfalls erlaubt das allotherme Verfahren die Produk- tion eines heizwertreichen Gases mil hohem Wasserstoffan- teil, geringer Staubfracht und einem geringen Feststoffgehalt, z. B. Teergehal. Erfindungsgemäß R. ann

jedoch die Vergasung auch autotherm erfolgen, wobei dann typischerweise ein Teil der Vergasungsprodukte im Genera- tor mit Luft verbrannt wird.

Der vorzugsweise zur Vergasung verwendete Wasserdampf kann sich aus einer oder beliebigen Kombinationen der folgenden drei Quellen speisen: extern zugefuhrtes Brauchwasser und/oder das Verbrennungsprodukt eines Teils des wasserstoffreichen Produktgases und/oder Kondensat des im Abhitzekessel fur die Abkuhlung des Produktgases entstehenden Wassers. Die Mittel zur Erzeugung des Wasserdampfs können Rauchrohrdampfkessel, Speisewasservorwarmer, Speisewasserpumpen, Rohrleitungen und/oder Druckbrennkammer umfassen.

Vorteilhafterweise werden die gasförmigen Produkte aus dem ggf. im Wirbelschichtverfahren betriebenen Vergaser in einen oder mehrere Zyklon (e) uberfuhrt. Der zylindrische Zyklon mit konisch zulaufendem Boden erlaubt das Abscheiden der gröberen Staubteilchen durch die Zentrifugalkraft des tangential eintretenden Gas- /Staubstroms. Der vom Grobstaub befreite Gasstrom verläßt den Zyklon oben durch ein Austrittsrohr. Gegebenenfalls gelangt das Gas in einen Abhitzekessel und wird danach typischerweise durch die nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren feinentstaubt. Hierzu eignen sich Gasreinigungs-und/oder Staubfilter. Der vorzugsweise feinentstaubte Gasstrom wird als wasserstoffreiches Gas entweder mit optionalen Elementen weiterbehandelt oder

aber er wird vorteilhafterweise zu einem gewissen Teil, vorzugsweise zu weniger als 50%, nach Oxidation zu Wasserdampf fur die Wirbelstromerzeugung eingesetzt.

Die Mittel zum Staubabscheiden konnen Zyklonabscheider, Staubfilter und/oder gasdichte Absperrklappen fur den Gaseintritt bzw. Gasaustritt umfassen.

Die in dem (den) Zyklon (en) und auch die ggf. im (in den) vergasenden Druckreaktor (en) anfallenden Aschen konnen ggf. zu Aktivkohlenstoff weiter aufgearbeitet werden.

Als weitere optionale Aufbereitungsstufe zur Verbesserung der Qualität des Produktgases eignen sich Mittel zur Gasfilterung (11). Diese Mittel zur Gasfilterung (11) umfassen vorteilhafterweise eine Quenche, wobei der Gasstrom mit Wasser, das auch Reinigungsfunktion besitzt, gekuhlt wird. Der grotte Teil des in der Quenche eingesetzten Wasserdampfes kondensiert als Produktgas.

Weiterhin kann auch eine Entschwefelung des Gasstromes erfolgen, indem etwaige Sulfoxide zu Schwefel reduziert werden. Der Schwefel kann dann als Nebenprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens zu anderen Zwecken eingesetzt werden.

Hierbei komnt typischerweise eine Quenche mit zweistufigem Strahlwascher, Gegenstromwascher, Tropfenabscheider, Kreiselpumpen fur den

Waschwasserkreislauf und/oder Ruckkuhler mit Warmeaustauscher zum Einsatz.

Weiterhin ergibt sich die Moglichkeit, die in der Quenche gegebenenfalls auftretende Kondensationswarme direkt fur das erfindungsgemae Verfahren zu nutzen. Beispielsweise kann die Kondensationswarme fur den gegebenenfalls vor der Pelletierung erfolgenden, vorteilhaften Trocknungsschritt eingesetzt werden.

Das feinentstaubte und wasserstoffreiche Produktgas kann vielfältigen Einsatzmoglichkeiten zugefuhrt werden. Das Produktgas ist aufgrund seines hohen Heizwertes direkt als Treibstoff in einem Gasmotor oder in einer Gasturbine einsetzbar. Vorteilhafterweise wird allerdings ein Reini- gungsschritt vorgeschaltet, um den Kohlendioxydanteil des Produktgases zu reduzieren. Gleichfalls kann der Anteil an Wasserstoff im Produktgas durch chemische Reaktion (en) erhöht werden. So können z. B. etwaige Methanbestandteile aus dem Produktgas durch Reaktion mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenmonoxyd umgesetzt werden. Daruber hinaus ist es moglich, durch Druckwechselabsorptions- oder Membrantrennverfahren fur eine weitere Erhöhung des Wasserstoffanteils im Produktgas zu sorgen.

Dieser derart aufgereinigte Produktgasstrom mit mindestens 50% Wasserstoff, vorzugsweise mindestens 30% Wasserstoff, insbesondere bevorzugt mindestens 99% aufgereinigtem Wasserstoff kann fur die Stromerzeugung in

einer oder mehreren Brennstoffzelle (n) (12) eingesetzt werden.

Hierbei wird die im Wasserstoff vorliegende chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Der Strom kann nachfolgend entweder fur den Eigenbetrieb der Vorrichtung verwendet oder aber an externe Stromabnehmer abgegeben werden. Die Brennstoffzelle (n) (12) sind vor- teilhafterweise in Module aufgegliedert, die sich dann typischerweise aus 24 Zellen zusammensetzen. Die Elektro- den sind vorteilerhafterweise plattenförmig ausgestaltet.

Dauber hinaus kann das wasserstoffreiche Produktgas durch Umsetzung mit Kohlenmonoxyd aus dem Abgasstrom des Heizkraftwerks zu Methanol reagieren. Hierdurch wird ein wesentlicher Beitrag zur Minimierung der Emission bei der Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens geleistet.

So erhält man z. B. beim Arbeiten unter Druck von 200 bis 300 atm unter Verwendung eines Katalysators, z. B. chro- moxydhaltigen Zinkoxyds, bei Temperaturen von 300 bis 400°C, vorzugsweise bei ungefähr 350°C, nahezu aussch- lieBlich Methanol als Reaktionsprodukt der Edukte Wasserstoff und Kohlenmonoxyd.

Die durch die Siebpresse, Mittel zum Entwassern (3), bei- spielsweise die abgeprebte wäßrige biogene Losung (Flussigfraktion) wird als Fermentersubstrat eingesetzt.

Vorteilhafterweise wird das flussige Fermentersubstrat mit Hilfe einer Forderpumpe und ggf. eines Plattenschie-

bers in einen Fermentationsreaktor (4) gepumpt. Ein sol- cher Fermentationsreaktor (4) hat vorteilhafterweise ein Gärvolumen von mindestens 300 m3, insbesondere bevorzugt <BR> <BR> <BR> <BR> ist ein Gärvolumen oberhalb von 500 m3. In diesem Reaktor (4) erfolgt die Vergarung der organischen Substanzen bei Temperaturen oberhalb von 35° C, vorteilhafterweise zwi- schen 36° C und 38° C. Bevorzugt ist (sind) diesem/n Re- aktionsreaktor (en) (4) ein oder mehrere weitere Reakti- onsreaktor (en) nachgeschaltet. Durch die Vergarung des Fermentersubstrats in zwei oder mehreren Reaktoren kann das Fermentationssubstrat unter verschiedenen verfahren- stechnischen Bedingungen sukzessive Vergarungsschritte durchlaufen. Insbesondere ist hierbei eine kontinuierli- che Steigerung der Reaktionstemperatur in der Reihenfolge der Reaktoren moglich, weswegen ein breites Spektrum von Mikroorganismen, jeweils unter Berucksichtigung des spe- zifischen Temperaturoptimums, fur deren jeweilige Stoff- wechselvorgange, an der Fermentation beteiligt werden kann. Insoweit kann ein weitestgehender Abbau der organi- schen Substanzen sichergestellt werden, und gleichzeitig ist eine kontinuierliche Durchfuhrung der Fermentation moglich.

Typischerweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Reaktoren (4) auf, wobei der erste Reaktor bei einer Temperatur von 30 bis 40°C, der zweite Reaktor bei einer Temperatur oberhalb von 50° C arbeitet. Die Verweilzeiten des Fermentationssubstrats in den beiden Reaktoren konnen je nach den vorliegenden Gegebenheiten variiert werden.

Sofern das flussige Fermentersubstrat 2 oder mehrere Re- aktoren durchlauft, betragen sie bis zu 15 Tage, typi- scherweise zwischen 5 und 10 Tage, insbesondere zwischen 3 und 10 Tage. Nach AbschluB der Fermentation im letzten, z. B. im zweiten Reaktor, tritt die fermentierte Suspensi- on uber einen Ablauf aus. Vorteilhafterweise gelangt sie hierauf in einen Sammelbehalter.

Jeder Fermentationsreaktor (4) kann mindestens ein, typi- scherweise zwei Rührwerk (e) aufweisen. Das (die) Ruhr- werk (e) stellen aufgrund ihrer Mischungswirkung eine gleichmäßige Fermentation des Substrats sicher. Zudem er- folgt hierdurch eine effektive Warmeubertragung zwischen dem Reaktorinhalt und den bevorzugt vorhandenen Heizele- menten des (der) Reaktors/en. Beim Einsatz von zwei oder mehreren Rührwerken ist deren Verteilung uber den gesam- ten Reaktorraum vorteilhaft.

Die Heizelemente des Reaktors konnen einen eigenen Heiz- kreis bilden, der bevorzugt AuBenwandheizung, Verteiler, Umwälzpumpe und MeB-und Regelungselemente umfaßt. Vor- teilhafterweise weist jeder Reaktor (4) einen eigenen, unabhangigen Heizkreis auf. Die Heizelemente erlauben ty- pischerweise die Einstellung von Temperaturen zwischen 20 und 80°C. Warmeverluste der Reaktoren (4) können durch Ummantelung mit Isolationsschichten aus Mineralwolle wei- testgehend unterbunden werden.

Jeder Fermentationsreaktor (4) weist einen Gasraum auf, -in dem sich die gasförmigen Endprodukte der Fermentation von flussigem Fermentersubstrat ansammeln. Das auf diesem Wege produzierte Biogas wird aus dem Gasraum abgezogen und dann bestimmungsgemäß weiterverwendet. Die Temperatu- ren und Drucke im Reaktor (4) werden laufend kontrol- liert. In Form eines Regelkreises kann dann die Beschik- kung des Reaktors mit abgeprebter Lösung und/oder der Ab- zug des Biogases aus dem Reaktorgasraum entsprechend re- guliert werden. Der Reaktor (4) kann vorteilhafterweise eine Uberdrucksicherung aufweisen, um eine sichere Be- triebsfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu gestat- ten.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungungsform um- faßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zudem einen oder mehrere Mischbehalter. In diesem Fall kann die wäßrige biogene Substratlösung vor der Beschickung des ersten Re- aktors mit Feststoffen versetzt werden. Feststoff und Fermentersubstrat werden zunachst, z. B. durch ein oder mehrere Rührwerke, zerkleinert und hierdurch vermischt.

Sobald der Feststoff gelöst vorliegt, fördert eine Pumpe die Suspension in den (die) Reaktor (en) (4). Die Beschik- kung von Reaktoren (4) kann demnach uber die Zufuhr von abgepreßter biogener wäßriger Lösung, nach Mischung der Flussigfraktion mit Feststoff oder aber als Kombination der beiden vorgenannten Beschickungsarten erfolgen.

Weitere optionale Elemente des (der) Reaktor (en) (4) in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist (sind) ein oder mehrere Absaugpumpe (n), die im oberen oder im unteren Be- reich des (der) Reaktors/en vorgesehen sein kann (konnen). Diese Absaugpumpen erlauben die Austragung von Schwerstoffen am Boden der Reaktoren bzw. die Austragung etwaiger Leichtstoffe im oberen Bereich der Reaktoren.

Typischerweise gestattet eine Offnung in jedem Reaktor Wartungs-und Reparaturarbeiten.

Die pro Jahr erzeugte Biogasmenge betragt beispielsweise zwischen 500.000 und 1.000.000 m3, abhangig von der Be- schickung, den Laufzeiten und der Grole bzw. der Zahl der Reaktoren.

Das aus dem oberen Bereich des (der) Fermentationsreak- tors/en (4) abgezogene Biogas kann einem Heizkraftwerk (10) und/oder einem Druckreaktor (5) der erfindungsgema- Ben Vorrichtung zugefuhrt werden. Vorteilhafterweise er- folgt nach dem Abzug des Biogases aus den Reaktoren zu- nachst eine Kondensatabscheidung durch Kühlung mit Wasser und danach eine Entschwefelung durch Oxidation des im Biogas enthaltenen Schwefelwasserstoffs durch stochiome- trische Luftzugabe. Daraufhin kann das Biogas zunächst in einem oder mehreren Gasspeichern zwischengespeichert wer- den. Diese Gasspeicher sind typischerweise als Folien- speicher mit Außenbehälter ausgelegt.

Das ggf. getrocknete und entschwefelte Biogas wird vor- teilhafterweise zum groBten Teil einem Heizkraftwerk (10) zugefuhrt. In diesem Heizkraftwerk (10) wird die im Bio- gas gespeicherte chemische Energie durch Verbrennung des- selben freigesetzt. Diese chemische Energie kann zur Stromerzeugung, z. B. zur Stromerzeugung fur den Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, genutzt werden. Be- sonders geeignet fur die Umwandlung der chemischen Ener- gie in Strom sind Blockheizkraftwerke. Diese werden typi- scherweise mit Gasmotoren und/oder Gasturbinen betrieben, die mit einem Verstromungsaggregat und einem Warmetau- scher ausgestattet sein konnen. Der Wärmeaustauscher kann auch dazu herangezogen werden, den Warmebedarf fur die Temperierung des (der) Reaktor (en) zu decken.

Der in dem (den) Fermentationsreaktor (en) (4) vergorene flussige Rückstand bzw. die vergorene Suspension kann durch eine Presse entwässert werden. Der dabei erhaltene flussige Rückstand kann dann als Flüssigdünger fur die Landwirtschaft eingesetzt werden. Gleichfalls kann der nach dem Pressen verbliebene feste Rückstand als Danger aufbereitet werden.