Minibiogasanlage für Zuhause

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Das Innenleben des Schaltschranks mit der SPS-Steuerung zur Regelung der Minibiogasanlage. miker und Biologin tätig sind, gaben manchen Tipp. Während andere ins Kino gingen, besuchten sie die 700-kW-Biogasanlagen im Klärwerk Jena und schauten sich alles genau an. „Dort haben wir uns auch etwas Maissilage und Klärschlamm für die Gärversuche geben lassen“, berichtet André. Tests Zuhause ergaben dann: Die höchste Gasausbeute ist mit einem Gemisch aus Grasschnitt und Klärschlamm bei einer Temperatur von 36 bis 40 Grad Celsius zu erzielen. BHKW war größte Herausforderung „Biogas ging also, aber wir wollten ja Strom erzeugen. Für die Pilotanlage musste ein Gasmotor her. Und da standen wir auch gleich vor dem wohl größten Problem bei solch einer Minianlage“, verweist der Schüler auf eine entscheidende Etappe bei der Projektumsetzung. Fündig wurden sie schließlich bei den kleinen aber leistungsstarken Motoren für Flugzeugmodelle. Doch der musste erst auf den Betrieb mit Gas umgerüstet werden. Wie das geht, schauten sich die Jugendlichen bei einem Umrüstset für Autos ab. „Man braucht andere Zündkerzen und beim Vergaser werden die Teile, die mit Benzin laufen, versiegelt. Die Drosselklappe bleibt. Daneben sitzt die neue Düse. Hinzu kommt ein elektronisches Regelsystem, dass den Gasdruck misst und die Durchflussmenge des Gases der Motordrehzahl anpasst“, verrät André fachmännisch. Zudem sorge eine Venturidüse dafür, dass dem Motor genü- BIOGAS Journal | 6_2012 AUS DER PRAXIS gend Kraftstoff zur Verfügung steht. Dabei durchströmt das Biogas zuvor einen Aktivkohlefilter. Um die thermische Energie des eigentlich luftgekühlten 1-PS-Modellbaumotors zu nutzen, legte das junge Entwicklerteam wassergefüllte Kühlschlangen um den Motorzylinder. Über einen Wärmetauscher wird so der Fermenter beheizt. Ein weiterer Wärmetauscher befindet sich am Abgasstutzen. Die Energie der heißen Verbrennungsgase geht zu einem Teil ebenfalls in die Fermenterheizung. Darüber hinaus kann Wärme über ein Drei-Wege-Ventil entnommen werden. 300 bis 500 Watt Leistung Der Generator des Mini-BHKW ist über eine Kupplung direkt mit der Motorwelle verbunden. „Das ist eigentlich ein Hochleistungs-Elektromotor mit Neodymmagneten aus dem Modellbaubereich. Aber jeder Motor lässt sich ja auch als Generator nutzen“, erläutert André. Je nach Motordrehzahl liefere er 300 bis 500 Watt. Von Anfang an hatten sich die Jugendlichen drei Ziele gesetzt: Die Anlage sollte Bioabfälle verarbeiten, die in jedem Haushalt anfallen. Sie sollte durch eine kompakte Bauweise nicht größer als eine Waschmaschine sein und die Prozesse sollten automatisch ablaufen. Diese Ziele wurden bei der Pilotanlage nach gut zweijähriger Entwicklungszeit weitestgehend erreicht. Lediglich die Lkw-Batterie zur Strompufferung und der Gasspeicher passen nicht in die Box aus beschichteten Holzplatten. Der über einen Strang aus Kabeln und Schläuchen mit der Ihr kompetenter Ansprechpartner für professionelle Siloabdeckung quick‘n fix® Silosackbefestigung verhindert das Abrutschen an steilen Siloseiten. effektiv – langlebig – preiswert • Silo-Schutzgitter • Silo-Säcke • Silo-Sackbefestigung • Silo-Folien • Unterziehfolien Folien-Abrollgestell für Großrollen feuerverzinkt CE-geprüft Synthetische Gewebe & Folien für Agrar & Industrie Zill GmbH & Co. KG Hanns-Martin-Schleyer-Str. 31 · D-89415 Lauingen Tel. +49 9072 9581 0 · Fax +49 9072 9581 30 info@zillnet.de · www.zillnet.de
AUS DER PRAXIS Der teilweise demontierte Modellbaumotor mit Generator (rechts). Im Mini-BHKW des Nachfolgemodells soll ein auf Gasbetrieb umgestellter Honda-Industriemotor laufen. Anlage verbundene Steuerungskasten war sowieso als gesondertes Bedienteil geplant. Zahlreiche Sensoren an den Aggregaten erfassen Parameter wie die Fermentertemperatur in verschiedenen Zonen oder den Gasdruck. Diese Werte und die Daten der elektrischen Bauteile bilden die Grundlage für eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). „Wie man Programme für Mikrochips schreibt, habe ich beim Schulpraktikum an der Fachhochschule Jena gelernt“, sagt André. Testbetrieb zeigte Entwicklungspotenzial Im Frühjahr 2012 hatten es die drei endlich geschafft und setzten ihre Minibiogasanlage für eine dreimonatige Testphase in Betrieb. Dazu füllten sie täglich 1,8 Kilogramm Biomasse in einen Trichter. Unter dem Trichter befindet sich ein elektrisch angetriebener Fleischwolf. Er setzt sich periodisch in Betrieb. Anschließend gelangen die aufbereiteten Einsatzstoffe über ein Einfüllsystem in den Gärbehälter mit einem Fassungsver - mögen von 120 Litern. Gleichzeitig wird der am Überlauf herausgedrückte Fermenterinhalt mittels Pressschnecke in die flüssige und feste Fraktion getrennt und in zwei Behältern gesammelt. Die Gärreste können nach Bedarf für die Gartendüngung eingesetzt werden. Im Fermenter sorgt ein Propellerrührwerk in Intervallen für die Durchmischung. Bei einem definierten Druck öffnet sich im obe- 68 ren Bereich des Fermenters ein Ventil und das sich dort angesammelte Biomethan strömt in den hydraulischen Gasspeicher. Er besteht aus zwei ineinander gesteckten Kunststoffrohren. Füllt sich das innere Rohr mit Gas, drückt es die Wassersäule im äußeren hoch. An einem hier eingelassenen Der hydraulische Gasspeicher ist einfach, aber er erfüllt seinen Zweck. Über einen zurzeit demontierten Einfülltrichter wird die Biomasse in einen Fleischwolf hineingezogen und gelangt dann über ein Einfüllsystem in den Fermenter. Darunter befindet sich der Ausgang für die Gärreste. Schauglas lässt sich die gespeicherte Gasmenge ablesen. Registriert der Messfühler eine entsprechende Reserve startet der Motor mit einem Anlasser. Es ist aber auch möglich, das Gas direkt über einen Hahnanschluss zu entnehmen. Die vom Generator erzeugte Gleichspannung wird in einer Lkw-Batterie gepuffert und vor Abnahme über die Steckdose mit einem Wandler auf 220 Volt hoch transformiert. „Während der Testphase haben wir viele Feinjustierungen vorgenommen. Da steckt inzwischen jede Menge Know-how drin. Vor allem im BHKW, in der Programmierung des SPS-Mikrochips, der automa - tischen Befüllung und überhaupt in der Abstimmung der Abläufe und Systemkomponenten“, sagt der junge Entwickler. Deshalb wolle er auch unbedingt weitermachen. Nächste Generation bereits in Arbeit Zum Ende des Probelaufs zeigte sich allerdings, dass die mit durchschnittlich 6.000 Umdrehungen pro Minute laufenden Modellbaumotoren nicht für den Dauerbetrieb geeignet sind. „Der Motor wurde immer lauter und seine Leistung ließ nach. Beim Zerlegen haben wir dann gesehen, dass die Kolbenringe total abgenutzt waren“, so André. Im BHKW der Minibiogasanlage der nächsten Generation, deren Prototyp etwa in einem Jahr fertig sein soll, laufe deshalb ein auf Gasbetrieb umgestellter Honda-Industriemotor. BIOGAS Journal | 6_2012
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