Biogas+Fragen Lurchi

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  • 1. Beispielfragen für die Klausur Biol. Energietechnik Aus welchen prinzipiellen Bestandteilen besteht Biomasse? >>>VL3 Kohlenhydrat (ca. 50 –60 %) z.B. C6H12O6 Fett (ca. 10 – 20 %) z.B. C16H32O2 Protein (ca. 10 – 30 %) z.B. C6H10O2 (nur bezogen auf CHO- Verhältnis, ohne Berücksichtigung von N, S) Mittlere Elementarzusammensetzung pflanzlicher Trockenmasse: Kohlenstoff 45 % Sauerstoff 42 % Wasserstoff 6% Sonstige 7% organischem Material, etwa 60 Prozent der Biomasse der Erde wird durch Mikroorganismen dargestellt, ausschließlich Pflanzen sind in der Lage sind Biomasse aufzubauen Worin besteht der Unterschied zwischen der Nutzung fossiler Brennstoffe und der Nutzung von Biomasse zur Energiegewinnung, obwohl bei der Verbrennung in beiden Fällen CO2 entsteht? >>>VL3 Biomasse zählt als CO2 „neutral“ Welche speziellen Eigenschaften besitzen Methanbakterien? >>>VL3 beim Energiestoffwechsel Methanbildung stattfindet (Oxidation von Wasserstoff und Reduktion von Kohlendioxid zur Bildung von Methan), d. h. Kohlendioxid dient als einzige Kohlenstoffquelle. Sind anaerob, benötigen Temperaturen zwischen 0 und 70 °C und pH-neutrales oder schwach alkalisches Milieu mit mindestens 50 % Wasser Aus welchen Stoffen können Methanbakterien Methan generieren? >>>VL3 Formiat (Salz der ameisensäure), Acetat (salz der essigsäure), Methanol, H2, Co2
  • 2. Nennen Sie die Unterschiede zwischen absatzweisen (Batch) und kontinuierlichen Biogasverfahren. >>>VL3 Batch-Verfahren<<< Befüllen bis Reaktor vollständig befüllt, Reaktionszeit abwarten, Vollständig entleeren Biogas Gaszusammensetzung variiert kontinuierlichen<<< Ständiges Befüllen des Reaktors, ständige Entnahme von Gärrest Biogas Gaszusammensetzung konstant Welche wesentlichen Einflussparameter gibt es beim Biogasprozess? >>>VL4 Temperatur PH-Wert Durchmischung Volumenstrom (kontinuierliches Verfahren) Raumbelastung Verweilzeit Welchen Einfluss haben Temperatur und Verweilzeit auf die Biogasbildung? >>>VL4 Temperatur hat je nach Art mesophil oder thermophil Einfluss auf Wachstumsgeschwindigkeit und relative Aktivität. D.h. Bei höheren Temperaturen kommt die Biogasbildung schneller auf ihre Maximale Produktion. Was versteht man unter Raumbelastung? >>>VL4 Die Raumbelastung ist ein wichtiger Betriebsparameter. Sie gibt an, wie viel Kilogramm organischer Trockensubstanz (oTS) dem Fermenter je m³ Volumen und Zeiteinheit zugeführt werden kann BR = m c / VR Raumbelastung BR: m =zugeführte Substratmenge je Zeiteinheit [kg/d]; c = Konzentration der organischen Substanz [%] bzw. Massenanteil; VR = Reaktorvolumen [m3]) BR = kg OTS / (m3 d)
  • 3. Wie wirkt sich eine gute Durchmischung im Biogasprozess aus? >>>VL4 Vorteile: homogene Situation im Reaktor, keine störenden Schwimm- und Sinkschichten Nachteile: Belastung der Bakterien Gas Produktion Warum können Wasserstoff‐ und Methanbildung nicht in getrennten Reaktoren ablaufen? >>> Keine räumliche Trennung, weil Wasserstoffbildende und Wasserstoffverbrauchende Bakterien in dem gleichen raum sein müssen. Welche Hemmstoffe gibt es im Biogasprozess? Welchen Einfluss hat dabei der pH‐Wert? >>>VL4 Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniumstickstoff, Schwermetalle, Desinfektionsmittel: Antibiotika, Klauenbad Welche Substratbestandteile bewirken eine hohe (niedere) Gasausbeute und warum? >>> 1. Fette 2. Kohlenhydrate 3.Eiweiß Rinder‐, Schweinegülle, Hühnerkot: Welche Substanz ergibt die höchste (geringste) Gasausbeute in m3/kg OTS? >>> VL6 1Hühnerkot > 2Schweinegülle > 3Rindergülle
  • 4. Welches sind die Anforderungen an NawaRos (bzw. Bioabfälle) bezüglich eines Einsatzes im Biogasprozess? >>> VL6 - hygienisch unbedenklich - keine Einschränkung bei der Verwendung als Wirtschaftsdünger wg. geschlossenem Nährstoffkreislauf - Steuerung des Energiegehaltes über Erntezeitpunkt - Anbau auf Stillegungsflächen seit 1999 möglich (Pflanzenarten festgelegt, Anbauvertrag) vorwiegend Silomais, CCM; in geringerem Maße auch Kleegras, Getreide-Ganzpflanzen-Silage, Futterrüben Kriterien: Erträge, Dünger-, Pestizid-, Maschineneinsatz (extensiver Anbau) - Anbau auf Ausgleichsflächen (prämienberechtigte Ackerflächen) V.a. wirtschaftlich, wenn die Ernteerträge hoch sind und Prämien bezahlt werden - Zusätzliche Kosten bei der Nachrüstung von Gülle-Biogasanlagen durch: Einbringtechnik in den Fermenter, Vergrößerung von Biogasanlage und Güllelager, höhere Rührerleistung (z.B. Schwimmschichten durch Gras) Welche Bioabfälle sind eher für einen Biogasprozess, welche für eine Kompostierung geeignet? >>> VL6 Biogasprozess: (Feuchte Biomassen) Schlachtabälle Kompostierung: (Biomasse mit Struktur) Grünabfall, Organische Gewerbeabfälle Warum wird Stärke‐haltiges Substrat besser in Biogas umgesetzt als Faserstoffe? >>> Da Faserstoffe sehr Cellulose reich sind und sie zu der Gruppe der schwer Abbaubaren Kohlenhydrate gehören. Wovon hängt prinzipiell der erwartete Methangehalt eines zu Biogas umgesetzten Substrates ab? >>> Abhängig vom Oxidationsgrad des Substrates Welche Messungen erfolgen häufig online an der Biogasanlage, welche eher im Labor? >>> Online: Substratvolumenstrom, Temperaturfühler, Gaszähler, Stromzähler, ph-Meßgerät und Gaszusammensetzung (selten) Sicherheitseinrichtung: Überdrucksicherung, Gassensor Labor: Ts, OTS, Ammonium, Biogaszusammensetzung, ph-wert, Fettsäure/Pufferkapazität Nach welchem Messprinzip wird der pH‐Wert (Fettsäuren, Methangehalt) gemessen? >>> Spannungsdifferenzmessung ( Referenzelektrode und Glas- Elektrode )
  • 5. Welche Unterschiede bestehen zwischen Nass‐ und Trockenvergärungsverfahren? >>> VL7 Trocken: Trockenes“ Substrat wie Festmist (strohreich), Gras u.ä. mit TS > 25% Zusätzlicher Biogasgewinn aus dem Strohanteil Nass: Vorherrschendes Verfahren, v.a. bei Gülleverwertung. TS < 15 %, pumpfähig Wo liegen die Temperaturbereiche mesophiler (thermophiler) Verfahren? >>> Wiki mesophiler: 30 bis 40 °C thermophiler: 50 bis 60 °C Welche Eigenschaften sollte ein Biogasfermenter besitzen? >>> VL8 Flüssigkeits- und Gasdichtigkeit Beheizbarkeit auf die gewünschte Prozesstemperatur, keine Temperaturgradienten Verhinderung von Schichten- und Zonenbildung, ausreichende Durchmischung Sicherer Zu-, Ablauf und Durchfluss des Substrates (Entfernung von Sinkstoffen) Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit Aus welchen Materialien/Werkstoffen werden Biogasfermenter hergestellt? >>> VL8 Stahl Beton Auf welche Weise wird das Substrat dem Biogasfermenter zugeführt? >>> VL8 Direkt Einbringung in den Fermenter für feste Substrate z.B. Schneckenförderer mit Vorratsbunker. Umgebauter Futtermischer; bis 50 kW. Dosierstation. hydraulische Einbringvorrichtung Einbringung in den Flüssigkeitsstrom oder in die Vorgrube
  • 6. Seite 2 Was sind Pasteurisierungsverfahren und bei welchen Anlagen werden sie eingesetzt? Wie erfolgt die Biogasspeicherung? >>> V.8 Biogasspeicherung erfolgt im Fermenter oder separatem Speicher, Hochdruckspeichersysteme nur in Ausnahmefällen ( z.b. Biogas als Treibstoff ) Wie kann die Kondensatabscheidung aus Biogas vorgenommen werden? >>> V.8 Biogas ist nahezu Wasserdampfgesättigt, Abkühlung nach Verlassen des Fermenters. Aus welcher Weise können Biogasfermenter durchmischt werden? >>> V.9 Pneumatische Rührwerke ( Biogaseinpressung ) Hydraulische Rührwerke ( Pumpe + Düse ) Mechanische Rührwerke ( Propeller-, Paddel-, Haspel-Rührwerke ) Welche Rührwerke eignen sich für trockene bzw. feuchte, hohe bzw. niedere TS‐Gehalte? >>> V.9 Hohe-Niedere TS: Paddel-, Langwellen-, Stabmixer-, Tauchmotor-Rührwerk Trockene-feuchte:????????????????????? Welche Pumpentypen eignen sich für hohe bzw. niedere TS‐Gehalte? >>> V.9 Niedere < 8% Ts: Kreiselpumpe Hohe Ts: Verdrängerpumpen ( Exzenterschnecken-, Drehkolbenpumpe ) Welche Kriterien beeinflussen die Auslegung von Pumpen, die im Biogasprozess eingesetzt werden? >>> V.9 TS-Gehalt, Ausreichende Ansaug- und Förderhöhe Wie erfolgt die Temperierung/Temperaturhaltung des Biogasfermenters? >>> V.9 Externe Wärmetauscher, Eintauchaggregate, Bodenheizung, Wandheizung, Rührwellenheizung Welche Möglichkeiten der Biogasnutzung gibt es? >>> Stromgewinnung ( BKHW ) und Wärmegewinnung (Vergärungsprozess, Beheizung Wohn/Stadtgebäuden) Was versteht man unter einem Blockheizkraftwerk? >>> V.10 Ein Kraftwerk in dem ein Verbrennungsmotor in Kombination mit einem Generator eingesetzt wird. Der Generator wandelt die mechanische Energie in Strom um und die heißen Abgase/Kühlwasser werden zur Wärmegewinnung genutzt. (Kraftwärmekopplung)
  • 7. Welche Motoren / Generatoren können eingesetzt werden in BHKW ́s? >>> V. 10 - Gas-Otto Motoren - Diesel-Motoren (Gas-Otto Betrieb) Zündstrahl-Dieselmotoren Wie kann die erzeugte Wärme eingesetzt werden? Mit welcher Temperatur fällt sie an? >>> V. 10 Heiz- und Warmwassererzeugung ca.80°C Dampferzeugung ca. 450°C Welche Stoffe im Abgas von BHKW‐Motoren unterliegen Emissionsgrenzwerten? >>> V. 10 CO (Kohlenmonoxid) NOx (Stickoxide) Gesamtstaub Formaldehyd Schwefeldioxid Welche Verfahren werden bei der Aufbereitung von Biogas angewandt? >>> V.10 Gasreinigung: CH4 Anreicherung (Methan) Trocknung Entschwefelung z.B. Tropfkörperverfahren Wie kann aufbereitetes Biogas verwendet werden? >>> V. 10 Einspeisung ins Gasnetz Brennstoffzelle (Strom/Wärme) Treibstoff Wie kann der Schwefelwasserstoffanteil im Biogas gesenkt werden? >>> V.10 Luftzugabe Chem. Oxidation Chem. Fällung Katalytische Oxidation Was bewirkt die Druckerhöhung bei Gasaufbereitungsverfahren zur Methananreicherung? >>> V.10 Verringerung des Co2 Gehaltes Welche Vorteile hat Biogasgülle als Dünger gegenüber unvergorener Gülle? >>> V. 11 Verringerung: Geruchsintensität Ätzwirkung Keimfähigkeit von Unkrautsamen Methan- und Ammoniakemission Verbesserung der Ausbringungseigenschaften Erhöhung des Ammoniumgehaltes Hygienisierung
  • 8. Welche wesentlichen Gesetze müssen bei der Beantragung, beim Bau, bei Betrieb einer Biogasanlage berücksichtigt werden? >>> V.12 BauGB Welche Boni werden im EEG als Vergütung gezahlt und für welche speziellen Betriebsweisen gelten diese? >>> V. 12 NawaRo-Bonus, Luftreinhaltebonus, Güllebonus, KWK-Bonus, Technologiebonus, Landschaftspflegebonus Welche wesentlichen Sicherheitsvorschriften und Sicherheitsvorkehrungen sind bei BGA notwendig? >>> V. 13 Notwendige Bauteile: Absperrventil, Abblaseleitung, Flamenrückschlagsicherung, Über-/Unterdrucksicherung, Einstiegsöffnung, Kondensatabscheider, Ventil selbsttätig schließend, Unterdruckbehälter, BKHW Welche Anlagenteile unterliegen speziellen Sicherheitsvorschriften? >>> V. 13 Gasführende Teile: gegen chemische Einflüsse / mechanische Beschädigungen geschützt sein Bedienteile ( Rühr-, Pump-, Spüleinrichtung ): über Flur angeordnet, wenn nicht fest installierte Zwangslüftung Ausreichend Luftwechsel Welchen genehmigungsrechtlichen Zuordnungen unterliegen BGA? >>> V.13 Genehmigung nach Baurecht und Genehmigung nach Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) In welchem Bereich liegen die spezifischen Investitionskosten/Kosten für BHKW von BGA? >>> V.13 je nach Anlagen Größe und Motorentyp liegen die Kosten zwischen 480 und 922 €/KW Welche Kosten entstehen bei Bau bzw. Betrieb von BGA? >>> V.13 Investitionen Bau + Technik: Fermenter, Rührer, Pumpen, Motor/Generator Fixkosten Anfallende Kosten : Zinsen, Versicherung, Reparaturen, Wartung, Rohstoffkosten, Lohn