Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Methan gas.

Methangas kann als Energieträger genutzt werden, um bei spielsweise Brennkraftmaschinen zu betreiben und damit wiede rum elektrische Generatoren anzutreiben, oder um direkt in Heiz oder Kraftwerken als Brennstoff zu dienen. Mit zunehmendem Anteil von Solar- und Windkraftanlagen an der Energieerzeu gung nimmt auch das Problem größere Ausmaße an, dass bei mangelnder Lichteinstrahlung und mangelnder Luftströmung Versorgungslücken in der Energieversorgung auftreten. Die so genannte Dunkelflaute führt zu einem dementsprechend großen Ausfall natürlicher Energie. Hinzu kommt, dass durch die fluktu ierende Energieträger Schwankungen in der Netzfrequenz des elektrischen Strom- bzw. Spannungsnetzes verursacht werden können. Aufgrund des mehrere Staaten übergreifenden Netz- Verbundes kann dies mit weitreichenden unerwünschten Aus wirkungen auf Uhren, Anlagensteuerungen und dergleichen ver bunden sein.

Durch die Erzeugung und Speicherung von Methan kann eine Energiereserve bereitgestellt werden, um die erwähnten Versor gungslücken auszugleichen bzw. zu überbrücken. Dabei kann insbesondere überschüssige Energie zur Methanisierung ver wendet werden, die von den Verbrauchern momentan nicht be nötigt und abgenommen wird, so dass beispielsweise die Abga be derartiger Überschüsse zu sogenannten negativen Strom- preisen verringert oder sogar ganz vermieden werden kann.

Insbesondere vorteilhaft können anfallende Mengen von Koh lendioxid durch die Umsetzung zu Methan nutzbar gemacht wer den, indem Heizungsanlagen, Brennkraftmaschinen und ähnli- che Brenngasverbraucher mit Methangas betrieben werden kön nen.

Aus der Praxis ist es bekannt, Kohlendioxid und Wasserstoff zur Erzeugung von Methan nach der chemischen Umsetzungsformel 4H ₂ + CO2 - 2H2O + CH4 zu nutzen. Während das Kohlendioxid ohnehin bei etlichen technischen Anwendungen anfällt, bei spielsweise im Abgas von Brennkraftmaschinen vorliegt, kann der für dieses Verfahren benötigte Wasserstoff problemlos Elekt rolytisch aus Wasser erzeugt werden. Der Sabatier-Prozess, der zur Methanisierung angewendet wird, ist als ein technisches Ver fahren ausgestaltet, wobei an einem Ni-Katalysator bei erhöhtem Druck, der z. B. zwischen 5 und 80 bar betragen kann, und er höhter Temperatur, die z. B. zwischen 200 und 600°C liegen kann, die Methanisierung erfolgt. Der apparative Aufwand beein- trächtigt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, und die Einstel lung der erforderlichen Druck- und Temperaturniveaus beein trächtigt den Wirkungsgrad des Verfahrens, da für die Herstel lung des Energieträgers Methangas ein vergleichsweise hoher Energieaufwand erforderlich ist. Zudem ist der Einsatz hochrei- ner Stoffe erforderlich, so dass entweder bestimmte Quellen für die Bereitstellung der zu verwendenden Stoffe nicht infrage kommen, oder eine aufwändige Reinigung bzw. Aufkonzentrati on der zunächst vorliegenden Stoffe erforderlich ist, bevor diese in Verfahren zur technischen Methanisierung Anwendung finden können. Daher ist es alternativ bekannt, die Methanisierung biologisch durchzuführen. Dabei werden biologische Systeme zur katalyti schen Umsetzung innerhalb von Flüssigkeiten verwendet. In der Regel werden dazu gängige Rührkesselreaktoren (CSTR) ein gesetzt. Alternativ werden Rieselbettverfahren oder Membran verfahren verwendet. Beispielsweise werden derartige Verfahren und die dazu verwendeten Anlagen beschrieben, die einen 5 m ³ Fermenter, einen CSTR, 16 bar Druck und Drehzahlen von mehr als 500 rpm verwenden, wobei 15 m ³ CFU/h erzeugt werden, siehe die DE 102016 101 960 B4 oder die DE 102014 111 298 A1.

Eine biologische Methanisierung kann innerhalb eines Windra des erfolgen, siehe die EP 2867354 B1.

In der EP 2661 511 B1 wird ein Organismenstamm beschrie ben, der für die biologische Methanisierung besonders geeignet sein soll.

In der DE 102012221 286 A1 wird die Kombination einer ther mischen Vergasung mit einer biologischen Methanisierung vor geschlagen.

In der DE 102016000070 A1 wird die biologische Methanisie rung mittels einer anaerob-bioreaktiven permeablen Wand vor geschlagen.

Die Flauptprobleme bei der biologischen Methanisierung liegen in den speziellen Eigenschaften der verwendeten Gase CO2 und H2 begründet. Die Löslichkeit, besonders von H2, in Flüssigkeiten ist gering. Dazu kommt die schnelle Auftriebsgeschwindigkeit der eingebrachten Gasblasen innerhalb der Flüssigkeit, wodurch die Kontaktzeit der Gasphase mit den in der Flüssigkeit vorhande nen Mikroorganismen (Katalysatoren) stark verkürzt wird. Maß nahmen, um dem entgegenzuwirken, bestehen darin, den Druck und / oder die Rührgeschwindigkeit zu erhöhen. Aufgrund der dabei zugeführten Energie verringern derartige Maßnahmen al lerdings den gesamten Wirkungsgrad des jeweiligen Verfahrens. Hinzu kommt, dass alle Gase, Lösungen etc., die zugeführt wer den sollen, erst auf das entsprechende Druckniveau angehoben werden müssen.

Weiterhin ist es bekannt, auf biologischem Wege Methan aus ei nem Feststoff-Substrat zu gewinnen, wie dies beispielsweise in Biogasanlagen der Fall ist. Das Substrat stellt den Nährstoff für die Mikroorganismen dar. In den Biogasanlagen wird das Sub strat, z. B. Pflanzenfasern oder tierische Exkremente, für eine begrenzte Verweildauer innerhalb eines Reaktors belassen. Nachdem die Umsetzung des Substrats zur Gasausbeute abge schlossen und das Substrat dementsprechend verbraucht ist, wird die Flüssigkeit mitsamt den Substratrückständen aus dem Reaktor ausgeschleust. Die Flüssigkeit einschließlich der darin befindlichen Feststoffe ist insgesamt fließfähig ist und kann z. B. mittels Pumpen gefördert oder mittels eines Rührwerks homoge nisiert werden.

Aus der US 2012 / 0 164723 A1 ist eine Biogasanlage bekannt, aus deren Reaktortank eine Teilmenge der im Reaktortank be findlichen Flüssigkeit, einschließlich des darin enthaltenen Fest stoff-Substrats und der Mikroorganismen, ausgeschleust wird, so dass der Reaktor Tank neues, frisches Material aufnehmen kann. Die auszuschleusende Teilmenge der Flüssigkeit wird im oberen Bereich des Reaktortanks aus der im Reaktortank befind lichen Flüssigkeit abgezweigt und durch einen Röhrenreaktor schräg abwärts nach unten geführt und gelangt schließlich in ei nen Gasabscheidetank, wo das Gas aus der Flüssigkeit abge schieden und die Flüssigkeit aus der Anlage abgezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur bio logischen Methanisierung anzugeben, das mit möglichst gerin gem technischem Aufwand und mit einem hohen Wirkungsgrad durchführbar ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, eine dazu geeignete Anlage anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Anlage nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausge staltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, eine biologische Methanisierung in einem Röhrenreaktor durchzuführen. Im Ver gleich zur Verwendung eines Kessels bzw. Behälters mit großem Querschnitt wird durch die Verwendung eines Röhrenreaktors ein intensiver Kontakt zwischen dem eingeleiteten Gas und den Mikroorganismen ermöglicht. Der apparative Aufwand eines Rührwerks ist nicht erforderlich, so dass erstens das Verfahren vereinfacht wird und mit einem besseren Wirkungsgrad betrie ben werden kann, da der Energieaufwand für den Betrieb des Rührwerks eingespart wird. Zweitens wird auch die betriebswirt schaftliche Effizienz dadurch verbessert, dass der Aufwand für die Anschaffung, den Betrieb und die Wartung des Rührwerks eingespart wird.

Der Röhrenreaktor weist vorschlagsgemäß einen liegend ausge richteten Röhrenabschnitt auf. Als liegend wird eine Ausrichtung bezeichnet, die entweder horizontal ist oder einen Winkel von maximal 45° gegenüber der Horizontalen aufweist - im Unter schied zu einer „stehenden“ Ausrichtung, die Winkel von mehr als 45° betrifft. In ersten Versuchen haben sich allerdings Nei gungswinkel als geeignet herausgestellt, die deutlich flacher als die erwähnten 45° verlaufen und beispielsweise 10% Steigung nicht überschreiten.

Durch den flachen Verlauf des Röhrenabschnitts wird verhindert, dass eine Gasblase, beispielsweise von eingeleitetem Wasser stoff oder Kohlendioxid, in zu kurzer Zeit durch die Flüssigkeit nach oben aufsteigt, so dass für die gewünschte biologische Umsetzung der Gase die Zeit nicht ausreichen würde. Vielmehr wird durch den flachen Verlauf des Röhrenabschnitts eine lange Verweilzeit sichergestellt, während welcher ein Kontakt der Gase mit den in der Flüssigkeit befindlichen Mikroorganismen erfolgen kann. Das aus dem Röhrenreaktors austretende Gas enthält Me than. Falls der Methangehalt dieses Austritts-Gases unterhalb eines Soll-Wertes liegt, kann das Austritts-Gas erneut in den Röhrenreaktor eingeleitet und somit im Kreislauf geführt werden, bis der Methangehalt im Austritts-Gas die gewünschte Konzent ration erreicht hat. Durch eine entsprechende wirksame Länge des Röhrenreaktors kann jedoch insbesondere vorteilhaft er reicht werden, dass eine solche Kreislaufführung nicht erforder lich ist, sondern das Austritts-Gas vielmehr eine so hohe Me than-Konzentration aufweist, dass es beispielsweise unmittelbar in ein öffentliches Gasnetz eingespeist werden kann.

Bei der erfindungsgemäß verwendeten Flüssigkeit handelt es sich um eine wässrige Flüssigkeit, also anders als bei der Bio gaserzeugung um eine Flüssigkeit, die im Wesentlichen frei von Feststoffen ist. In der Flüssigkeit sind einerseits die Mikroorga nismen enthalten und andererseits das gasförmige Substrat als Nährstoff für die Mikroorganismen.

Da, anders als bei einer Biogasanlage, nicht erst durch die Um setzung von Feststoff-Substrat ein Gas in der Flüssigkeit ent steht, das anschließend zur biologischen Methanerzeugung ver braucht wird, sondern da dieses Gas erfindungsgemäß extern bereitgestellt und in Form von Wasserstoff und Kohlendioxid in die Flüssigkeit eingeleitet wird und gelöst oder auch in Form von Blasen in der Flüssigkeit vorliegt, müssen keine Feststoffanteile in der Flüssigkeit mitgeführt werden, sofern die Mikroorganismen nicht als Feststoffe angesehen werden. Daher kann erfindungs gemäß eine feststoffarme (sofern die Mikroorganismen als Fest stoffe angesehen werden) oder sogar feststofffreie Flüssigkeit verwendet werden, was als wässrige Flüssigkeit bezeichnet wird. Im Vergleich zu einer Flüssigkeit, die einen so hohen Feststoff gehalt aufweist wie dies in einer Biogasanlage üblich ist, erfor- dert die erfindungsgemäß verwendete wässrige Flüssigkeit we niger Energie, um die Flüssigkeit zu bewegen und beispielswei se mittels einer Pumpe durch den Röhrenreaktor zu fördern. Die Flüssigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im

Kreislauf geführt, so dass die darin enthaltenen Mikroorganis men erhalten bleiben. Im Unterschied zu einer Biogasanlage, wo mit der aus der Biogasanlage ausgeschleusten Flüssigkeit auch die weitgehend verbrauchten Substratrückstände sowie die in der Flüssigkeit enthaltenen Mikroorganismen ausgeschleust werden, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein beson ders kontinuierlicher Betrieb der Biogasanlage mit hoher Wirk samkeit ermöglicht, da von der Menge der zur Methanisierung erforderlichen Mikroorganismen keine nennenswerten Anteile aus der Anlage ausgeschleust und von den in der Anlage ver bliebenen Mikroorganismen regeneriert werden müssen.

In einer Biogasanlage werden die gesamten Substratrückstände mitsamt der sie enthaltenden Flüssigkeit und den darin befindli- chen Mikroorganismen aus der Anlage ausgeschleust, und ins gesamt muss ein so großes Volumen ausgeschleust werden, wie es die neu einzubringende Substratmenge erfordert. Bezogen auf die erzeugte Methangsamenge stellt dies ein bestimmtes erstes Volumen an Flüssigkeit dar, die aus der Anlage ausge- schleust wird. Im Unterschied dazu wird erfindungsgemäß die

Flüssigkeit im Kreislauf geführt und es findet eine Volumenzu nahme allenfalls in dem Umfang statt, wie zusätzlich zu dem Me thangas auch Wasser gebildet wird, welches das Volumen der wässrigen Flüssigkeit vergrößert. Wenn eine Flüssigkeitsmenge, die diesem zusätzlich entstehenden Volumen entspricht, aus der

Anlage ausgeschleust wird, um die Flüssigkeitsmenge in der An lage konstant zu halten, bedeutet die in Bezug auf die erzeugte Methangasmenge ein vergleichsweise deutlich geringeres Volu men, so dass die Verhältnisse in der Anlage in einem höheren Maße konstant gehalten werden können, die Mikroorganismen in geringerem Umfang regeneriert werden müssen und mit einer höheren Effizienz die biologische Methanisierung betreiben kön nen.

Vorteilhaft kann der Röhrenreaktor mehrere flach ausgerichtete Röhrenabschnitte aufweisen, die miteinander in Strömungsver bindung stehen, so dass insgesamt eine besonders große Länge des Röhrenreaktors und eine dementsprechend lange Verweil zeit des eingeleiteten Gases gewährleistet werden kann. Als Röhrenabschnitt wird im Rahmen des vorliegenden Vorschlags eine Teillänge des Röhrenreaktors bezeichnet, die als ein sepa rates Rohr ausgestaltet sein kann und mit anderen Röhrenab schnitten verbunden sein kann, um insgesamt den Röhrenreak tor zu bilden. Als Röhrenabschnitt kann aber auch ein Abschnitt eines ununterbrochenen, längeren Rohres des Röhrenreaktors bezeichnet sein.

Die Aufteilung des Röhrenreaktors in mehrere Röhrenabschnitte erlaubt es, den Röhrenreaktor in nahezu beliebigen Geometrien zu verwirklichen und dementsprechend an unterschiedliche Auf stellungsbedingungen anzupassen. Geradlinige Röhrenabschnit te können durch Zwischenstücke - beispielsweise durch Bogen stücke - miteinander verbunden sein und einen zickzackförmig oder mäanderförmig verlaufenden Röhrenreaktor bilden. Gebo gene Röhrenabschnitte können unmittelbar aneinander an schließen und beispielsweise einen Röhrenreaktor bilden, der wie ein großer Hohlzylinder wirkt und als Wendel ausgestaltet ist, wobei in diesem Fall ein Gang dieser Wendel als Röhrenab schnitt bezeichnet werden kann.

Die einzelnen Röhrenabschnitte können jeweils als separate Bauteile vorliegen. Besonders wirtschaftlich können jedoch han delsübliche Bauelemente genutzt werden, die bereits eine Mehr zahl von Röhrenabschnitten enthalten. Beispielsweise können so genannte Doppelstegplatten verwendet werden, die eine Vielzahl integrierter Kanäle mit jeweils rechteckigem Querschnitt aufwei sen, wobei jeder Kanal einen Röhrenabschnitt darstellt. Wenn an beiden Enden einer solchen Doppelstegplatte jeweils zwei be nachbarte Kanäle miteinander verbunden werden, so kann mit geringem Aufwand ein serpentinenförmig verlaufender Röhren reaktor geschaffen werden, der bei kompakten Abmessungen eine große Rohrlänge und eine dementsprechend lange Kon taktzeit der eingeleiteten Gase mit den Mikroorganismen ermög licht.

Vorteilhaft kann ein Röhrenabschnitt des Röhrenreaktors einen kreisrunden Innenquerschnitt aufweisen. Dies verhindert einer seits die Bildung strömungsberuhigter Totzonen, die den Wir kungsgrad des Röhrenreaktors beeinträchtigen könnten, da in ihnen möglicherweise kein intensiver Kontakt der Mikroorganis men mit Gasblasen erfolgt. Der kreisrunde Innenquerschnitt er leichtert zudem eine problemlose Reinigung der inneren Ober fläche des Röhrenreaktors von Anhaftungen, Ablagerungen und dergleichen.

Ein Röhrenabschnitt des Röhrenreaktors kann vorteilhaft nicht exakt horizontal verlaufen, sondern mit einem geringen An stiegswinkel nach oben ausgerichtet sein. Hierdurch wird unter stützt, dass sich die Gasblasen sammeln und automatisch im Röhrenreaktor aufsteigen, so dass sie am oberen Ende des Röhrenreaktors in einem Gassammler gesammelt werden kön nen. Das dort vorliegende Methangas kann vorteilhaft in regel mäßigen Abständen oder kontinuierlich in einen Methangasspei cher gepumpt werden, so dass der Gassammler am Röhrenre aktor kleinvolumig bemessen sein kann, was die Auswahl der in Frage kommenden Aufstellungsorte erweitert. Der Methangas speicher hingegen kann als klassisches Kessel- bzw. Silobau werk im Abstand vom Röhrenreaktor aufgestellt sein und durch eine Gasleitung mit dem Röhrenreaktor verbunden sein.

Im Vergleich zu einem kesselartigen Behälter kann der Röhren reaktor eine erheblich flachere bzw. schmalere Bauform aufwei sen, so dass er ähnlich wie eine Platte aufgestellt werden kann und sich problemlos in bestehende Umgebungen einfügen lässt, ohne beispielsweise Fahrstraßen oder Laufwege zu beeinträch tigen oder die Aufstellung von Anlagen, baulichen Einbauten o- der dergleichen zu verhindern.

Ohnehin kann der geradlinige oder kurvige Verlauf eines oder mehrere Röhrenabschnitte frei gewählt werden, so dass der Röhrenreaktor an vielen Aufstellungssorten betrieben werden kann, die für die Aufstellung klassischer, nämlich physikalisch oder chemisch wirkender Methanisierungs-Anlagen nicht infrage kommen. Hierdurch wird eine dezentrale Methanisierung erleich tert, so dass dementsprechend dezentral eine Methanspeiche rung erfolgen kann. Insbesondere angesichts einer fluktuieren den Energieerzeugung, wie sie beispielsweise durch Wind- oder Sonnenkraftwerke gegeben ist, kann durch die dezentrale Me thanspeicherung eine schwankende Energiebereitstellung ver gleichmäßigt werden, ohne eine aufwändige Infrastruktur von Pipelines oder Stromtrassen zu erfordern.

Falls der Röhrenreaktor insgesamt ein großes Volumen ein schließt, indem die Röhrenabschnitte z.B. kreisförmig oder rechteckig verlegt werden, so stellt der Röhrenreaktor quasi eine geringe Wandstärke dieses umschlossenen Volumens dar, so dass der Raum innerhalb dieses Volumens anderweitig genutzt werden kann. Beispielsweise kann der Röhrenreaktor auf der In nen- oder Außenseite eines Gebäudes vor einer Wand des Ge bäudes aufgebaut werden, oder er kann außen um das Gebäude herum aufgebaut werden oder innerhalb eines Raumes des Ge bäudes ringsum an den Wänden dieses Raumes verlaufen.

Wenn vorhandene Anlagen Temperaturen bereitstellen, die für die Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens vorteilhaft sind, beispielsweise weil sie optimale Lebensbedingungen für die Mikroorganismen bieten, so kann der Röhrenreaktor außen um solche Anlagen herum aufgebaut werden, beispielsweise um ein Blockheizkraftwerk (BHKW) herum, um beispielsweise des- sen abgestrahlte Abwärme zu nutzen, oder der Röhrenreaktor kann innerhalb der Anlage angeordnet werden, beispielsweise innerhalb eines Tanks oder Reaktionsbehälters, z.B. innerhalb eines Fermenters, so dass dessen nutzbares Volumen nur ge ringfügig verringert wird, jedoch möglichst konstante Tempera turverhältnisse für die Mikroorganismen bereitgestellt werden können.

Die Mikroorganismen erlauben es, dass das Verfahren keine Druck- und Temperaturbedingungen erfordert, die stark von den Verhältnissen der Umgebungsatmosphäre abweichen und einen dementsprechend großen apparativen Aufwand erfordern wür den, welcher den Wirkungsgrad des Verfahrens beeinträchtigen würde. Vielmehr kann das Verfahren in einem sehr weiten Druckbereich durchgeführt werden, z. B. bei Drücken von 1 bis 16 bar, sowie in einem sehr weiten Temperaturbereich, z.B. bei Temperaturen, die von Minusgraden bis 60 oder 70 °C reichen können.

Anders als bei physikalischen oder chemischen Verfahren, die auf den Einsatz möglichst reiner Ausgangsmaterialien angewie sen sind, beispielsweise auf hochreine Wasserstoff- und Koh lendioxid-Gase, erlauben die Mikroorganismen problemlos die Verwendung auch verunreinigter Gase.

Und schließlich kann das Verfahren zur biologischen Methanisie rung auch problemlos intermittierend betrieben werden, indem beispielsweise über Stunden, Tage oder auch Wochen geringere Gasmengen in die Flüssigkeit eingeleitet werden, in welcher sich die Mikroorganismen befinden. Aufgrund der damit verbundenen Unterversorgung stellen die Mikroorganismen lediglich ihren Stoffwechsel ein, ohne aber abzusterben. Dementsprechend problemlos kann nach einer Phase der Unterversorgung wieder eine größere Gasmenge in die Flüssigkeit eingeleitet werden und sofort durch die Mikroorganismen zu Methan umgesetzt werden, so dass es das vorschlagsgemäße Verfahren erlaubt, quasi „ein- und ausgeschaltet“ zu werden. Das Verfahren kann somit problemlos an fluktuierende Energieträger angepasst wer den.

Als Mikroorganismen können insbesondere vorteilhaft Archaeen verwendet werden, auf welche die vorstehend erläuterten Vortei le und Eigenschaften zutreffen. Die Archaeen sind nicht nur im Bereich der obigen Druck- und Temperaturangaben, sondern auch noch darüber hinaus lebensfähig und wie beschrieben un empfindlich gegenüber einer Unterversorgung. Auch werden sie durch das Einleiten verunreinigte Gase in die Flüssigkeit, in wel cher sich die Archaeen befinden, nicht nennenswert beeinträch tigt, so dass die Verunreinigungen im Wesentlichen die Methani sierung nur in dem Umfang beeinträchtigen, in welchem sie die Menge der an sich gewünschten, zugeführten Stoffe durch ihre Beimengung reduzieren. Das vorgeschlagene Verfahren unter scheidet sich insofern sonders vorteilhaft von einem physikali schen oder chemischen Verfahren, bei denen die in den Gasen enthaltenen Verunreinigungen sich beispielsweise auf Katalysa toren anlagern können und diese in ihrer Wirksamkeit beein trächtigen können. Aufgrund ihrer physikalischen und chemi schen Robustheit können die Archaeen problemlos in Anlagen Anwendung finden, in denen die Flüssigkeit, in welcher sich die Archaeen befinden, wechselnden Temperaturen oder Drücken ausgesetzt ist. Beispielsweise hat sich in ersten Versuchen her ausgestellt, dass die Flüssigkeit einschließlich der darin enthal tenen Mikroorganismen problemlos durch eine Pumpstation wie z. B. eine Umwälzpumpe geführt werden kann. Im Vergleich zu einem Rührwerk erfordert eine Umwälzpumpe, die eine kontinu ierliche Durchströmung des Röhrenreaktors bewirkt, einen deut lich geringeren energetischen Einsatz und beeinträchtigt dem entsprechend den Wirkungsgrad des Verfahrens möglichst we nig

Die Bezeichnung der Archaeen beschreibt eine eigene Domäne im Reich der Lebewesen mit dem Phyla der Euryarchaeota und verschiedenen Klassen innerhalb der dazugehörigen Methan bildner. Es ist davon auszugehen, dass nicht nur eine einzelne Art der Archaeen im Rahmen des vorschlagsgemäßen Verfah rens hochrein in der Flüssigkeit vorliegen wird. Vielmehr ist da von auszugehen, dass sich angesichts der Stoffe, welche in die Flüssigkeit und damit den Mikroorganismen zugeführt werden, der gewünschte Archaeen-Stamm aufgrund der für diesen Stamm positiven Lebensbedingungen vermehrt und so automa tisch eine optimale Wirksamkeit bei der Durchführung des vor schlagsgemäßen Verfahrens sicherstellt.

Der Röhrenreaktor, der zur Durchführung des vorschlagsgemä ßen Verfahrens vorgesehen ist, kann besonders wirtschaftlich hergestellt werden, da Standardmaterialien verwendet werden können, beispielsweise handelsübliche Rohrleitungen, Verbin dungselemente, Beschlagelemente und dergleichen. Da eine Lichteinstrahlung keine Voraussetzung für die Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens ist, können preisgünstige Ele mente verwendet werden, die weder transparent noch transluzent sein müssen. Durch die Möglichkeit, den Röhrenre aktor ohne die Anwendung hoher Drücke oder hoher Temperatu ren zu betreiben, ergeben sich deutlich niedrigere Anforderun gen an die einzuhaltenden Sicherheitsstandards, so dass die Er richtung und der Betrieb einer Anlage, mit der das vorschlags gemäße Verfahren durchgeführt werden kann, wirtschaftlich po sitiv beeinflusst werden.

Die Flüssigkeit kann grundsätzlich den Röhrenreaktor in beliebi ger Richtung durchströmen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Flüssigkeit bei einem schräg ansteigenden Verlauf der Röhrenabschnitte von unten nach oben durch die Röhrenab schnitte zu leiten, beispielsweise durch eine dementsprechende Anordnung einer Umwälzpumpe. Davon abweichend kann je doch vorteilhaft vorgesehen sein, die Flüssigkeit von oben nach unten durch die Röhrenabschnitte zu leiten, so dass sich die Flüssigkeit entgegen dem Bestreben der Gasblasen bewegt, in der Flüssigkeit nach oben aufzusteigen. Hierdurch kann bei un veränderten baulichen Abmessungen des Röhrenreaktors eine besonders lange Verweildauer der Gasblasen innerhalb der Flüssigkeit erreicht werden. Eine möglichst vollständige Umset zung der zugeführten Gase durch die Mikroorganismen kann auf diese Weise unterstützt werden, so dass das Verfahren mit ei nem sehr hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Falls vorgesehen ist, die Flüssigkeit im Röhrenreaktor mittels ei ner Pumpe zu bewegen, kann ein liegend ausgerichteter Röh renabschnitt beispielsweise horizontal verlaufen. Der Transport der Gasblasen zu einer Auslass- oder Sammelstelle, die für den Abzug des Gases vorgesehen ist, erfolgt in diesem Fall dadurch, dass die Gasblasen von der Flüssigkeit mitgenommen werden, die mittels der Pumpe umgewälzt wird.

Falls jedoch keine Umwälzung der Flüssigkeit mittels einer Pum pe vorgesehen ist, kann ein liegend ausgerichteter Röhrenab schnitt mit einem geringen Neigungswinkel ansteigend ausge richtet sein, so dass die Gasblasen aufgrund der Auftriebskräfte automatisch zu der erwähnten Auslass- oder Sammelstelle auf steigen. Der Neigungswinkel kann beispielsweise höchstens 10% betragen und wird so gewählt, dass ein optimaler Kompro miss gefunden ist zwischen zwei unterschiedlichen Eigenschaf ten: einerseits soll eine möglichst lange Haltedauer des Gases im Röhrenreaktor erreicht werden, um eine möglichst vollständi ge biologische Umsetzung des eingeleiteten CO2 zu ermögli chen. Andererseits soll das Gas zuverlässig den Röhrenreaktor durchströmen, so dass es bis zu der Auslass- oder Sammelstelle gelangt, und dabei soll vermieden werden, dass kleinere Gas blasen in einem Röhrenabschnitt zu lange verweilen und zu un erwünscht großen Gasblasen akkumulieren. Da die biologische Umsetzung von der Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit abhängt und viele kleinere Gasblasen eine größere Oberfläche bereitstellen als wenn dasselbe Gasvolumen auf nur wenige größere Gasblasen verteilt ist, kann eine zu geringe Strömungsgeschwindigkeit des Gases trotz der damit verbunde nen, längeren Verweildauer im Röhrenreaktor kontraproduktiv sein.

Vorteilhaft kann das Verfahren bei Normaldruck durchgeführt werden, so dass einerseits der apparative Aufwand zur Durch führung des Verfahrens gering gehalten werden kann und ande rerseits der Wirkungsgrad des Verfahrens nicht durch die Erfor dernis, besondere Drücke erzeugen und einhalten zu müssen, beeinträchtigt wird. Als Normaldruck wird der Druck bezeichnet, der innerhalb des Röhrenreaktors herrscht, ohne dass spezielle Maßnahmen zur Druckbeeinflussung angewendet werden. Dementsprechend wird einerseits als Normaldruck der Atmo sphärendruck angesehen, der als Umgebungsdruck bezeichnet werden kann und dort herrscht, wo das Verfahren betrieben wird, also beispielsweise dort, wo der Röhrenreaktor aufgestellt ist. Weiterhin wird als Normaldruck der Druck angesehen, der inner halb des Röhrenreaktors herrscht, ohne dass spezielle Einrich tungen zur Druckbeeinflussung Anwendung finden. Beispiels weise können allein aufgrund des hydrostatischen Drucks inner halb des Röhrenreaktors unterschiedliche Drücke herrschen, insbesondere wenn sich der Röhrenreaktor über eine ver gleichsweise große Höhe von z.B. 5 oder 10 m erstreckt, wobei diese unterschiedlichen Drücke als Normaldruck angesehen werden.

Der Begriff des Normaldrucks im Sinne der vorliegenden Erfin dung stellt also keinen bestimmten Druck-Messwert dar, sondern richtet sich nach dem Aufstellungsort und der konstruktiven Aus gestaltung der Anlage und ergibt sich dann, wenn die Anlage mit Flüssigkeit befüllt ist. Eine Pumpe, die dazu vorgesehen ist, die Flüssigkeit innerhalb der Anlage im Kreislauf zu führen, ist inso fern als Förderpumpe und nicht als Pumpe zur Druckerhöhung anzusehen, und ihr Betrieb führt nicht zu einer signifikanten Er höhung des in der Anlage herrschenden Drucks. Insbesondere findet auch kein Druckaufbau in der Anlage durch die Bildung des Methangases statt.

Bei der Erzeugung von Biogas in einer Biogasanlage, bei der ein festes Substrat umgesetzt wird, erfolgt durch die Umsetzung von Feststoff in Gas eine erhebliche Volumenzunahme, was einen Druckanstieg verursacht. Im Unterschied dazu werden erfin dungsgemäß zwei verschiedene Gase in Form von Wasserstoff und Kohlendioxid in die Flüssigkeit eingeleitet und von den Mik roorganismen zu Methan und zu Wasser umgesetzt. Die Gasmo leküle werden dementsprechend lediglich neu konfiguriert bzw. umgestellt. Hierbei erfolgt keine - oder zumindest keine nen nenswerte - Volumenzunahme, so dass, ausgehend von dem ohnehin in der Anlage herrschenden Normaldruck, kein zusätzli cher Druck in der Anlage aufgebaut wird. Das entstehende Me than wird aus der Anlage drucklos abgeführt, durch eine Einrich tung, die als Spundröhrchen oder Entgaser bekannt ist, so dass auch die im Laufe des Betriebs zunehmende Methanmenge nicht in der Anlage verbleibt und zu einem Druckanstieg führen würde.

In ähnlicher Weise kann das Verfahren nicht nur bei Normal druck, sondern vorteilhaft auch bei Normaltemperatur durchge führt werden. Als Normaltemperatur wird die Temperatur be zeichnet, die im Röhrenreaktor herrscht, ohne dass spezielle Maßnahmen zur Temperaturbeeinflussung Anwendung finden, also nicht eigens vorgesehene Heiz- oder Kühleinrichtungen zur Beeinflussung der Temperatur der Flüssigkeit im Röhrenreaktor verwendet werden. Als Normaltemperatur wird beispielsweise die Umgebungstemperatur bezeichnet, die außerhalb des Röh renreaktors herrscht. Dies kann beispielsweise die Lufttempera tur dort sein, wo der Röhrenreaktor aufgestellt ist, oder es kann die Temperatur im Inneren eines größeren Anlagenbehälters sein, in welchem der Röhrenreaktor aufgestellt ist. Bei einer Auf stellung im Freien kann die Normaltemperatur witterungsbedingt dementsprechend schwanken, während sie bei einer Aufstellung des Röhrenreaktors innerhalb eines Gebäudes oder beispiels weise im Fermenter einer Biogasanlage geringeren Schwankun gen unterliegt.

Das nach dem vorliegenden Vorschlag biologisch gewonnene Methangas kann einerseits in ein öffentliches Gasnetz einge speist werden, alternativ kann es jedoch auch - teilweise oder ganz - zum Betrieb eines BHKW genutzt werden. Das im Abgas des BHKW vorhandene CO ₂ kann zur Methanisierung genutzt werden und zu diesem Zweck in den Röhrenreaktor eingeleitet werden. Weiterhin kann mittels des BHKW elektrische Energie erzeugt werden, die zur elektrolytischen Wasserstoffgewinnung genutzt wird, so dass der gewonnene Wasserstoff ebenfalls in den Röhrenreaktor eingeleitet und zur Methanisierung genutzt werden kann.

Aufgrund der Toleranz der Mikroorganismen gegen Störeinflüs se, beispielsweise der weiter oben erwähnten Archaeen, kann beispielsweise das Abgas eines BHKW unmittelbar in die Flüs sigkeit eingeleitet werden, um auf diese Weise Kohlendioxid in die Flüssigkeit einzubringen. Durch diese Möglichkeit wird ein besonders effizienter Betrieb der Anlage weiter unterstützt, da es beispielsweise nicht erforderlich ist, dass CO ₂ zunächst aus dem Abgas herauszufiltern, um es in möglichst reiner Form den Mik roorganismen zuzuführen.

Das vorschlagsgemäße Verfahren kann beispielsweise in Ver bindung mit dem Betrieb einer Biogasanlage angewendet wer den. Das in der Biogasanlage erzeugte Brenngas kann zum Be trieb eines BHKW genutzt werden.

Wenn jedoch das in einer Biogasanlage erzeugte Biogas nicht mittels eines BHKW verströmt wird, sondern mittels einer Bio- gas-Aufbereitungsanlage aufbereitet und dann das daraus ge wonnene Methan in ein Gasnetz eingespeist wird, kann das aus dem Off-Gas der Aufbereitungsanlage stammende CO ₂ in den Röhrenreaktor eingeleitet werden.

Die vorschlagsgemäße Anlage kann zugunsten kompakter Ab messungen vorteilhaft nicht in Form einer einzigen, sehr langen Röhre ausgestaltet sein, die den Röhrenreaktor bildet, sondern vielmehr kann dieser aus mehreren strömungstechnisch mitei nander verbundenen Röhrenabschnitten gebildet sein. Dabei können diese mehreren Röhrenabschnitte vorteilhaft nicht aus schließlich nebeneinander angeordnet sein, was einen erhebli chen Flächenverbrauch für die Aufstellung des Röhrenreaktors bedeuten würde, sondern die Röhrenabschnitte können vielmehr übereinander angeordnet sein, wodurch sich die Auswahl geeig neter Aufstellungssorte erheblich erweitert.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, den Aufstieg von Gas im Inne ren des Röhrenreaktors zu behindern, um eine möglichst lange Zeitdauerzu erreichen, während welcher die Mikroorganismen in Kontakt mit dem Gas kommen, um auf diese Weise eine mög lichst vollständige Umsetzung des Gases zu Methan zu unter stützen. Alternativ zu der Maßnahme, einen Röhrenabschnitt in einem flachen Anstiegswinkel aufwärts auszurichten, oder auch zusätzlich zu dieser Maßnahme kann daher vorteilhaft vorgese hen sein, im Inneren des Röhrenabschnitts ein Feststoffmaterial anzuordnen, welches durchströmbar ist und dementsprechend von der Flüssigkeit und / oder dem Gas durchströmt werden kann. Ein offenporiger Schaum, ähnlich wie ein Schwamm, oder auch ein textiles Gebilde wie z.B. in Form eines Vlieses, eines Netzes, eines Gestrickes oder Gewirkes, oder ein Sintermaterial kann beispielsweise als ein solches durchström bares Feststoff material Anwendung finden.

Wenn dieses durchström bare Feststoffmaterial in der Flüssigkeit angeordnet ist, behindert es den Aufstieg der Gasblasen inner halb der Flüssigkeit, so dass eine möglichst lange Zeitdauer für die katalytische Wirkung der Mikroorganismen bei der Umset zung der Gase zu Methangas bereitgestellt werden kann.

Es ist davon auszugehen, dass sich das Gas im oberen Um fangsabschnitt des Röhrenabschnitts sammelt. Daher ist vorteil haft vorgesehen, dass das Feststoffmaterial zumindest teilweise in diesem oberen Umfangsabschnitt, also in dem Gasraum der Röhre, angeordnet ist. Auf diese Weise wird einerseits die Strö mung der Flüssigkeit bei ihrem Weg durch den Röhrenreaktors möglichst wenig behindert, so dass der Energiebedarf, der erfor derlich ist, um die Flüssigkeit im Kreislauf zu führen, vorteilhaft gering gehalten werden kann. Wenn jedoch die Methangas- Ausbeute so gering ist, dass das aus dem Röhrenreaktors aus tretende Gas erneut in den Röhrenreaktors eingeleitet werden muss, um eine Anreicherung und Aufkonzentrierung des Me thans auf ein gewünschtes Maß zu erreichen, kann es energe tisch vorteilhaft sein, anstelle einer solchen - und ggf. wiederhol ten - Kreislaufführung die Methangasausbeute durch einen in tensiveren Kontakt der Mikroorganismen mit dem Gas zu erhö hen, auch unter Inkaufnahme eines höheren Strömungswider standes für die Flüssigkeit.

Vorzugsweise ist das Feststoffmaterial in dem gesamten Gas raum des Röhrenabschnitts angeordnet, und insbesondere vor teilhaft erstreckt es sich auch bis in den mit Flüssigkeit gefüllten Bereich hinein, um eine problemlose Besiedlung mit den Mikro organismen zu unterstützen. In dem Gasraum des Röhrenab schnitts herrscht eine vom Flüssigkeitsdampf gesättigte Atmo sphäre, so dass davon auszugehen ist, dass die Mikroorganis men zumindest nach einer gewissen Betriebsdauer der Anlage nicht nur in der Flüssigkeit selbst vorliegen, sondern auch in ei nem Biofilm auf dem Feststoffmaterial angesiedelt sind. Dem entsprechend verbessert das Feststoffmaterial im Gasraum des Röhrenabschnitts auf zweifache Weise den Wirkungsgrad des Verfahrens: erstens wird rein mechanisch die Gasströmung im Gasraum des Röhrenabschnitts behindert, so dass das Gas län- ger im Röhrenreaktor gehalten wird. Zweitens wird über die bio logische Umsetzung hinaus, die im Flüssigkeitsraum des Röh renabschnitts erfolgt, durch den Kontakt des Gases mit dem Bio film auf dem Feststoffmaterial eine weitere biologische Umset zung auch derjenigen Gasanteile ermöglicht, die bereits aus der Flüssigkeit herausgetreten sind.

Eine andere Maßnahme, um einen möglichst intensiven Kontakt der einzelnen Gasbläschen mit den in der Flüssigkeit enthalte nen Mikroorganismen zu unterstützen, kann entweder aus schließlich oder zusammen mit anderen Maßnahmen - wie z.B. dem oben erwähnten Feststoffmaterial - angewandt werden. Diese Maßnahme besteht darin, im Inneren eines Röhrenab schnitts Leitelemente anzuordnen, welche die durch den Röh renabschnitt strömende Flüssigkeit umwälzt. So können bei spielsweise einzelne Stifte, vergleichsweise kleinflächige Paddel oder längliche Leisten, die sich in Längsrichtung eines Röhren abschnitts und ggf. über dessen gesamte Länge erstrecken, im Inneren des Röhrenabschnitts vorgesehen sein.

Die Leitelemente können entweder aufeinander abgestimmt in der Art zusammenwirkend angeordnet sein, dass sie beispiels weise eine Drehung der Strömung um die Längsachse des Röh renabschnitts bewirken. Hierzu können beispielsweise die er wähnten Leisten wendelförmig, ähnlich wie die Züge in einem Gewehrlauf, verlaufen. Die Leitelemente können jedoch auch bewusst so angeordnet sein, dass sie eine mehrfache, ungerich tete, turbulente Verwirbelung der Strömung bewirken, um eine besonders intensive Durchmischung aller Bestandteile innerhalb der Flüssigkeit zu erzielen, strömungsberuhigte Zonen zu ver meiden und ggf. auch größere Gasblasen in mehrere kleinere Gasblasen zu unterteilen.

Die oben erwähnten Leisten können beispielsweise jeweils sepa rat an der Innenseite eines Röhrenabschnitts montiert sein. Eine besonders einfache Montage der Leitelemente kann jedoch dadurch erreicht werden, dass die Leisten miteinander verbun den sind, beispielsweise durch Ringe, die quer zur Längsrich tung des Röhrenabschnitts verlaufen. Auf diese Weise können die Leisten zusammen mit den Ringen einen Einsatz bilden, der zunächst separat angefertigt werden kann und anschließend in den Röhrenabschnitt eingeschoben und dort festgelegt werden kann. Die Montage wird auch dadurch vereinfacht, dass zur Be festigung eines solchen Einsatzes weniger Befestigungselemen te oder weniger Befestigungsmaterial erforderlich ist als zur se paraten Befestigung der mehreren Leisten.

In einer anderen Ausgestaltung können die Leitelemente als Wendel ausgestaltet sein, z.B. wie ein Schneckengang einer Förderschnecke. Auf diese Weise ist die Handhabung mehrerer separater, über den Umfang des Röhrenabschnitts verteilter Leisten nicht erforderlich, sondern es wird ein einziges, zusam menhängendes Bauteil geschaffen, welches der durch den Röh renabschnitt strömenden Flüssigkeit den gewünschten Drall ver leiht. In Anpassung an die Länge des Röhrenabschnitts kann entweder eine derartige Wendel genauso lang sein wie der Röh renabschnitt, oder die Wendel kann aus mehreren Stücken zu sammengesetzt sein, so dass die entsprechend kurzen einzel nen Wendelstücke einfach herzustellen, zu transportieren und zu handhaben sind, und so eine problemlose, beschädigungsfreie Montage unterstützen.

Ein Leitelement, was in Form der erwähnten Wendel ausgestal tet ist, kann, in Längsrichtung der Wendel bzw. des Röhrenab schnitts betrachtet, in der Mitte offen sein und dort ein „Auge“ bilden, welches von der Wendelfläche umgeben ist, indem die Breite der Wendelfläche geringer ist als der halbe Durchmesser der Wendel. Ein solches Auge ergibt sich auch bei den weiter oben erwähnten Leisten, wenn deren Breite geringer ist als der halbe Innendurchmesser des Röhrenabschnitts. Durch das Auge wird theoretisch eine geradlinige Durchströmung der Leitelemen te für einen bestimmten Anteil der Flüssigkeit ermöglicht, was ei- nen geringen Strömungswiderstand bedeutet, während ein ande rer Anteil der Flüssigkeit schraublinienförmig in dem Raum zwi schen zwei benachbarten Abschnitten der Leitelemente geführt wird. Praktisch jedoch ergeben sich auch am äußeren Umfang des Auges Verwirbelungen. Durch die Bestimmung der Breite der Wendelfläche bzw. der Leisten kann das Verhältnis des Au gendurchmessers zum Durchmesser der Wendel bzw. zum In nendurchmesser des Röhrenabschnitts beeinflusst und dement sprechend das Verhältnis von Strömungswiderstand einerseits und Durchmischung der Flüssigkeit andererseits optimiert wer den.

Eine andere Maßnahme, um die Bestandteile der durch die Röh renabschnitte strömenden Flüssigkeit zu durchmischen, kann ebenfalls entweder nur für sich genommen vorgesehen sein oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen der erwähnten Maßnahmen. Diese andere Maßnahme kann darin bestehen, Röhrenabschnitte und / oder die Zwischenelemente, welche be nachbarte Röhrenabschnitte miteinander verbinden, mit unter schiedlichen Querschnitten zu verwenden. Dies kann eine Ände rung der Größe der freien, durchströmbaren Querschnittsfläche betreffen, so dass sich engere und weitere Abschnitte im Verlauf des Röhrenreaktors ergeben. Aber auch bei gleich großer inne rer Querschnittsfläche kann eine Querschnittsänderung dadurch bewirkt werden, dass unterschiedliche Querschnittsgeometrien verwendet werden, beispielsweise ein Übergang von einer rechteckigen, quadratischen, ovalen oder kreisrunden Quer schnittsform zu einer jeweils anderen Querschnittsgeometrie. Auch eine Querschnittsänderung in beiderlei Hinsicht, also so wohl hinsichtlich der Größe der Querschnittsfläche als auch hin sichtlich der Querschnittsgeometrie, kann Anwendung finden.

Falls die Flüssigkeit mittels einer Pumpe umgewälzt wird, kann in einer ersten Ausgestaltung die Pumpe über eine längere Zeit kontinuierlich durchlaufen und die Flüssigkeit mit einer ver gleichsweise geringen Geschwindigkeit durch den Röhrenreaktor fördern. Alternativ dazu kann in einer zweiten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Pumpe pulsatil betrieben wird, also in tervallartig und stoßweise. Hierdurch können hohe Strömungs geschwindigkeiten der Flüssigkeit erzielt werden, und wenn die Einschaltdauer der Pumpe im Vergleich zu den Pausenzeiten kurz gewählt ist, kann dennoch eine lange Verweildauer des Ga ses im Röhrenreaktor erreicht werden. Die hohen Strömungsge schwindigkeiten während des jeweils kurzzeitigen Pumpenbe triebs ermöglichen starke Verwirbelungen und damit einen inten siven Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit zugunsten einer möglichst wirkungsvollen biologischen Umsetzung des Ga ses. Ggf. können durch derartige Verwirbelungen auch größere Gasblasen in mehrere kleinere aufgeteilt werden.

Falls die Flüssigkeit mittels einer Pumpe umgewälzt wird, kann eine automatische Regelung der Pumpe vorgesehen sein. Bei spielsweise kann am Ende des Röhrenreaktors, wo das zu Me than umgewandelte Gas entweder gesammelt wird oder durch einen Auslass den Röhrenreaktor verlässt, die Gaszusammen setzung automatisch analysiert werden und beispielsweise ent weder der Methangehalt oder der CC -Gehalt bestimmt werden, so dass jedenfalls eine Aussage darüber getroffen werden kann, wie vollständig das in den Röhrenreaktor eingeleitete CC -Gas zu Methan umgesetzt worden ist. In Abhängigkeit von diesem er fassten Umsetzungsgrad kann die Pumpe angesteuert werden, so dass bei einem geringeren Umsetzungsgrad die Pumpe ent weder langsamer oder mit größeren Pausenintervallen läuft und dementsprechend das Gas über eine längere Verweildauer im Röhrenreaktor gehalten wird, was zu einer vollständigeren Um setzung des Gases und einem dementsprechend höheren Um setzungsgrad führt.

Rein beispielhaft werden das vorschlagsgemäße Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Anlage anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 ein mäander- bzw. serpentinenförmi ger Röhrenreaktor dargestellt, der mehrere übereinander ange ordnete einzelne geradlinige Röhrenabschnitte 2 aufweist, die mithilfe von Rohrbögen 3 strömungstechnisch miteinander ver bunden sind.

In einem Vorlagebehälter 4 wird eine Flüssigkeit bereitgestellt, die Mikroorganismen enthält. Bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel enthält die Flüssigkeit Wasser, Vitamine, Spuren elemente, Mineral- und Nährstoffe, und als Mikroorganismen fin den Archaeen Anwendung. Die Flüssigkeit wird aus dem Vorla gebehälter 4 mittels einer Umwälzpumpe 5 in den Röhrenreaktor 1 und durch diesen hindurch gefördert.

Bevor die Flüssigkeit in den Röhrenreaktor 1 gelangt, wird ein Gasgemisch in die Flüssigkeit eingeleitet, was durch eine darge stellte Gasflasche 8 symbolisiert ist. Das Gasgemisch enthält sowohl Wasserstoff (H2) als auch Kohlendioxid (CO2). Eine Ein speisestelle, wo das Gasgemisch in die Flüssigkeit eingespeist wird, ist in der Zeichnung mit 6 gekennzeichnet.

Die einzelnen Röhrenabschnitte 2 verlaufen in einem geringen Anstiegswinkel aufwärts, so dass das Gas automatisch den Röh renreaktor 1 von unten nach oben durchströmt. Die Flüssigkeit wird mittels der Umwälzpumpe 5 bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel von unten nach oben durch den Röhrenreaktor 1 gefördert. Die Mikroorganismen in der Flüssigkeit setzen den Wasserstoff und das Kohlendioxid zu Methan um, so dass am oberen Austrittsende des Röhrenreaktors 1 Methan mit einem Reinheitsgrad von mehr als 97 % vorliegt.

Das Gemisch aus Gas und Flüssigkeit gelangt vom oberen Aus trittsende des Röhrenreaktors 1 in einen Gassammler 7. Ohne weitere technische Maßnahmen findet hier eine Trennung des Gases von der Flüssigkeit statt. Da der Gassammler 7 ein ver gleichsweise geringes Speichervolumen für das erzeugte Me- thangas aufweist und lediglich als Zwischenspeicher dient, wird das Methangas oben aus dem Gassammler 7 abgezogen und kann einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gasspeicher zugeführt werden, der ein größeres Fassungsvolumen aufweist. Die Flüssigkeit bleibt im unteren Bereich des Gassammlers 7 zu rück und gelangt von dort in den Vorlagebehälter 4, so dass sie von dort mittels der Umwälzpumpe 5 erneut im Kreislauf geführt werden kann.

Gas, welches sich noch innerhalb des Vorlagebehälters 4 aus der Flüssigkeit abscheidet, wird in den Gassammler 7 geleitet, und zwar unmittelbar in dessen oberen Bereich, also in den Gas raum des Gassammlers 7.

Das erzeugte Methangas kann aus dem erwähnten, in der Zeichnung nicht dargestellten Zwischenspeicher als Brenngas einem Blockheizkraftwerk (BFIKW) zugeführt werden, um einen Verbrennungsmotor des BFIKW zu betreiben. In der Zeichnung ist rein beispielhaft angedeutet, dass über eine Brennstoffleitung 9 das erzeugte Methangas direkt in das BFIKW geführt wird. Der Verbrennungsmotor des BFIKW erzeugt unter anderem elektri sche Energie, die über einen elektrischen Anschluss 10 an einen elektrischen Verbraucher oder an einen elektrischen Speicher wie z. B. einen Akkumulator abgegeben werden kann.

Weiterhin erzeugt der Verbrennungsmotor des BFIKW Abgas, das CO2 enthält und über einen Auspuff 11 aus dem BFIKW ge langt. In der Zeichnung ist rein beispielhaft angedeutet, dass über eine Abgasleitung 12 das Abgas aus dem BFIKW einen Teil des Gasgemisches bilden kann, das durch die Gasflasche 8 symbolisiert wird, so dass dementsprechend weniger reines CO2 zugeführt werden muss, um an der Einspeisestelle 6 ein Gas gemisch mit der gewünschten Gaszusammensetzung von Was serstoff und Kohlendioxid bereitstellen zu können, das in die Flüssigkeit eingeleitet werden soll. Abweichend von dem darge stellten Ausführungsbeispiel kann das Abgas aber auch direkt in die Flüssigkeit geführt werden, beispielsweise zur Einspeisestel le 6 oder zu einer zweiten, eigenen Abgas-Einspeisestelle, so dass das zusätzlich in die Flüssigkeit eingeleitete Gasgemisch einen dementsprechend reduzierten CC -Anteil aufweisen kann, um zusammen mit dem Abgas die gewünschte Substrat- Zusammensetzung in der Flüssigkeit zu erreichen.

Der Röhrenreaktor 1 kann als vergleichsweise flach ausgestalte ter Reaktor neben einer Gebäudewand aufgestellt werden. Ab weichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Röhrenreaktor 1 jedoch auch in Form eines großen Hohlzylin ders ausgestaltet sein, nämlich als Wendel, wobei die einzelnen Gänge der Wendel als einzelnen Röhrenabschnitte des Röhren reaktors 1 bezeichnet werden können. Ein derartiger wendelför miger Röhrenreaktor 1 kann wandnah im Inneren eines Biogas- Fermenters aufgestellt werden, so dass zugunsten gleichmäßi ger Ergebnisse der biologischen Methanisierung über die unter schiedlichen Jahreszeiten und Witterungsbedingungen hinweg vergleichsweise konstante Temperaturverhältnisse im Inneren des Röhrenreaktors 1 eingehalten werden können.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Grundprinzip verwirklicht, einen Röhrenreaktor mit mehreren Umlenkungen bzw. Biegungen zu verwenden, um die zur Verfügung stehende Reaktionsstrecke für den katalytischen Umsatz durch die Mikro organismen deutlich zu erhöhen. Die Röhrenabschnitte sind da bei im Wesentlichen horizontal angeordnet und weisen einen kleinen Neigungswinkel auf, so dass die eingebrachten Gasbla sen automatisch nach oben geleitet werden. Somit werden her ausfordernde Flemmnisse der biologischen Methanisierung deut lich reduziert.

Außerdem ermöglicht ein derartiger Aufbau eine biologische Me thanisierung, bei welcher drucklos gearbeitet wird, was die Si cherheitanforderungen an die verwendete Technik positiv beein flusst. Es erfolgt - bis auf die Umwälzung der Flüssigphase mit- tels der Umwälzpumpe 5 - keine aktive Rührung, was den Ener gieeintrag in das System deutlich reduziert. Der Röhrenaufbau erlaubt eine Integration der Anlage in bereits bestehende Ge bäudekomplexe und ist dazu problemlos modular erweiterbar. Dies unterstreicht den erwünschten dezentralen und flexiblen

Einsatzbereich, der für eine Adaption an das zukünftig immer stärker fluktuierende Energienetz geeignet ist.

Bezugszeichen:

1 Röhrenreaktor

2 Röhrenabschnitt

3 Rohrbogen

4 Vorlagebehälter

5 Umwälzpumpe

6 Einspeisestelle

7 Gassammler

8 Gasflasche

9 Brennstoffleitung

10 Elektrischer Anschluss

11 Auspuff

12 Abgasleitung BHKW Blockheizkraftwerk