BIOGAS-Gewinnung durch Verwertung organischer ... - DGE GmbH

D G E
BIOGAS-Gewinnung
durch Verwertung organischer Reststoffe
mit Biogasaufbereitung zu Erdgas und Kohlendioxid
Dr.-Ing. Günther Engineering GmbH
BIOGAS-production
utilizing organic waste materials
with biogas recycling to natural gas and carbon dioxide
Biogas-Anlagen mit über 15 Jahren Betriebserfahrung
Biogas-plants with more than 15 years operating experiences

Einführung Introduction
„Alles, was besteht, ist auch wert zugrunde zu gehen“
(Hegel)
Kohlenstoff ist ein Grundbaustein allen Lebens. Die
Existenz der belebten Natur basiert auf einem
Gleichgewicht zwischen der Pflanzen- und der
Tierwelt. Während Pflanzen Kohlendioxid aufnehmen
und unter Freisetzung von Sauerstoff organische
Verbindungen produzieren (Pflanzenbiomasse
= gebundener Kohlenstoff), nehmen Tier und
Mensch ebendiese organischen Verbindungen auf
und setzen Kohlendioxid frei. Dieses Gleichgewicht
stellte sich erdgeschichtlich erst im Verlauf des
Karbons ein, nachdem große Pflanzenbiomassen
aus diesem Kreislauf „für immer“ in Form der heutigen
Bodenschätze Kohle, Erdöl, Erdgas ausgeschieden
wurden. Daraus resultiert auch die Zusammensetzung
der Erdatmosphäre mit einem
Kohlendioxidanteil von 0,03 Vol % = 300ppm. Infolge
der Industrialisierung und des damit verbundenen
Energie- und Rohstoffbedarfes werden innerhalb
von ca. 200 Jahren (1900-2100) ca. 80% dieser
Kohlenstoffquellen dem Kreislauf wieder zugeführt
(vgl. Trösch). Dieser Entwicklung muss
schnellstens Einhalt geboten werden, soll die Zusammensetzung
der Atmosphäre, an die das heute
existierende Leben angepasst ist, nicht zu Lasten
des Sauerstoffgehaltes verändert werden. Neben
Energieeinsparung kann die Nutzung von alternativen
Energiequellen (Solartechnik, Wind, Wasser,
Biogas) einen entscheidenden Beitrag leisten.
Biogas – ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid
– ist ein Produkt, das bei der Mineralisierung
organischer Substanz unter anaeroben Bedingungen
freigesetzt wird. Es ersetzt fossile Brennstoffe
vollständig, ohne jedoch den Kohlenstoffkreislauf zu
belasten.
Ein anderes globales Problem stellt die immer höher
steigende Müllflut dar. Unterschiedliche Untersuchungen
haben übereinstimmend ergeben, dass
Ca. 30-40% des Siedlungsabfalls organischer Herkunft
sind. Hinzugezählt werden müssen organische
Abfälle aus Industrie und Gewerbe sowie tierische
Exkremente aus der Landwirtschaft.
Zu den natürlichen biochemischen Prozessen zählt
die Zersetzung von organischer Substanz, d.h. die
Umwandlung in größtenteils anorganische Verbindungen.
Damit schließt sich der Stoffkreislauf Boden
– Pflanze -Tier/Mensch - Boden auf natürliche
Weise.
►
Anlieferung von Biotonne
Delivery of Bio bin
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„Everything that exists deserves to decline“ (Hegel)
Carbon is a basic component of life. The survival of
nature is based on a balance between the animal
and plant world. Plants take in carbon dioxide to
produce organic substances and release oxygen
(biomass=fixed carbon), whereas animal and man
take in these organic substances and oxygen, and
release carbon dioxide. From a geological point of
view, this balance set as late as during the Carboniferous
period, when huge amounts of vegetable
biomass had left this cycle “for good” by forming
today’s coal, crude oil and natural gas. This situation
led to the present composition of the earth’s
atmosphere with a carbon dioxide content of 0,03
Vol % =300 ppm. As a consequence of industrialization
and the resulting requirement for energy and
raw materials, app. 80% of these sources of carbon
will be re-introduced into the cycle within about 200
years (1900-2100) (cp.W.Trösch). This tendency
has to be stopped immediately in order to prevent
the atmosphere, to which nature has conformed by
now, from changing its structure at the expense of
oxygen. In addition to conservation of energy, the
use of alternative sources of energy (solar technology,
wind, water, biogas) can make an important
contribution to reach this goal.
Biogas is a mixture of methane and carbon dioxide
released during mineralization of organic matter
under anaerobic conditions. It makes a perfect substitute
for fossil fuels, without even affecting the
carbon cycle.
The ever more growing mountain of rubbish is another
global problem. Different studies have shown
unanimously that app. 30-40% of municipal wastes
are of organic origin. On top of that there are organic
wastes from industry and trade as well as
animal dung from live-stock farming.
Decomposition of organic matter, i.e. its transformation
into inorganic compounds, is one of the oldest
biochemical processes at all and completes the
metabolic cycle between soil- plant- animal-mansoil
in natural way.

Grundsätzlich sind zwei Arten zu unterscheiden:
• Kompostierung
• Vergärung
Beiden Verfahrensgruppen ist gemein, dass in der
Natur ablaufende Prozesse in eine technische Gestalt
überführt werden. Dabei werden die Lebensbedingungen
für die beteiligten Mikroorganismen optimiert
und damit der Verfahrensablauf deutlich
beschleunigt.
Prinzipiell unterschiedlich verlaufen beide Verfahren
aus energetischer Sicht. Die Kompostierung benötigt
zur Herstellung optimaler aerober Verhältnisse
einen erheblichen Energieeinsatz zum Umsetzen
von Mieten bzw. zu deren Belüftung. Demgegenüber
entsteht bei der Vergärung das bereits genannte
Biogas. Selbst nach Abzug der für die Aufrechterhaltung
des Anlagenbetriebes notwendigen
Energie verbleibt ein Überschuss von ca. 80%, der
für anlagenfremde Prozesse in Form von thermischer
und elektrischer Energie zur Verfügung steht
(hier ist die Elektroeinspeisung in das öffentliche
Netz gem. Stromeinspeisegesetz vom 07.12.90
ausdrücklich eingeschlossen). Dennoch haben
beide Verfahren auch in absehbarer Zeit ihre Berechtigung,
wenn es gelingt, die Vorzüge beider
Verfahren unter ökologischen Gesichtspunkten
zusammenzuführen.
Organische Reststoffe sind in ihrer stofflichen Zusammensetzung,
ihrer Struktur, ihrer Herkunft und
ihrer „Verunreinigung“ eine höchst heterogene
Stoffgruppe. Nach ihren Eigenschaften muss von
Fall zu Fall entschieden werden, welchem der beiden
„Mineralisierungsverfahren“ der zu entsorgende
Stoff zugeführt wird. Daraus folgt, dass die Kombination
von Vergärungs- und Kompostieranlage an
einem Standort (resp. in engem räumlichem Zusammenhang)
das sinnvollste Konzept verspricht.
Beispielsweise sind Grünabfälle (Strauchschnitt und
Laub) aufgrund des hohen Ligninanteils und geringer
Geruchsemissionen am besten in offener Mietenkompostierung
zu behandeln. Hingegen sind
wasserreiche, strukturlose und übelriechende organische
Reststoffe wesentlich besser im geschlossenen
System der zweistufigen Vergärung nach
dem PLAUENER VERFAHREN zu behandeln.
►
Biomüll nach mechanischer Vorbehandlung
Bio waste material after mechanical pretreatment
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There are basically two ways of decomposition:
• Composting
• Fermentation
Both of these methods copy natural processes in a
technical frame, providing optimum living conditions
for the microbes involved, which results in a remarkable
acceleration of metabolic transformation.
However, they differ principally from an energetic
point of view. Composting requires a considerable
input of energy to establish optimum aerobic conditions
for transposition and ventilation of stacks. On
the other hand, fermentation produces biogas. Even
after deducing the energy used up by the plant itself,
the remaining surplus of energy amounts to
app. 80%.
This is available for eternal purposes as thermal or
electric energy (feeding into the public network
acc.” Stromeinspeisegesetz” of 07/XII/90 is expressly
included herein). Each of these methods will
be justified even in the near future when technology
succeeds in blending the advantages of these two
procedures in terms of ecology.
Organic wastes are a most heterogeneous group of
materials as far as their composition, structure,
origin and “impurity” are concerned. Which “mineralization
process” the waste material shall go
through has to be decided in each individual case.
Consequently, a combined unit for fermentation and
composting in one place (i.e. very close to each
other) is the most promising concept. The most
favourable way to treat gardening wastes (brushwood
and leaves) is, for instance, to compost them
in open stacks because they contain a high percentage
of lignin and cause little odour. In contrast
it is much better for liquid, structure less and foulsmelling
organic wastes to be treated in a closed
two-stage fermentation system according to the
PLAUEN PROCESS.

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Dazu zählen aus den Bereichen: This applies to waste materials from the following
areas:
- separat erfasster - Biowaste from sepa-
Biomüll aus dem rate collection in
Siedlungsabfall communities
- Lebensmittel-, - Food processing,
Konserven-, fleisch- canning factories,
und fischverarbeitende meat and fish
Industrie processing
- Obst- und Wein- - Fruit and wine
keltereien presses
- Brauereien, - Breweries,
Brennereien distilleries
- Großküchen - Canteens (incl. used
(incl. Altfette, Fett- fats, grease traps)
abscheider) - Production of nutrient
- Speiseöl- und oils and fats
Fettherstellung (incl. active earths)
(incl. Bleicherden) - Tanneries (native
- Gerbereien glue stock)
(natives Leimleder) - Large-scale live-
- Massentierhaltung stock farming
(Gülle, Festmist, (manure, dung, efflux-
Silosickersaft) ent water from silos)
- Futtermittelproduktion - Fodder production
- Papierschlämme - Paper sludge’s
Diese und andere Stoffe werden in großtechnischem
Maßstab nachweislich seit Mai 1987 in einer
Referenzanlage in Zobes (Landkreis Plauen) eingesetzt.
Die dabei erzielten Ergebnisse haben die
Erwartungen an Produktaustrag und Gasausbeute
voll erfüllt, in Einzelfällen sogar übertroffen. Für
Untersuchungen an Stoffen, für die noch keine
praktischen Erfahrungen vorliegen, steht eine kleintechnische
Versuchsanlage zur Verfügung.
Das Leistungsangebot von DGE/DSD umfasst:
There is evidence that such substances have been
treated, among others, in a DGE/DSD reference
plant since May, 1987. The output of product and
gas obtained in this process has met, or in some
respect even exceeded, all expectations. A smallscale
test plant is available for research on substance
which lack in practical experience.
DGE/DSD´s services include:
- Studien- und Planungsarbeiten
- Studies and planning
- Labor- und kleintechnische Untersuchungen
- Laboratory and Small-scale testing of samples
von Substratproben zur Ermittlung des Fermen- to determine ferment ability in an experimental
tationsverhaltens in einer kleintechnischen plant (digester volume in the methanogeneous
Anlage (Faulraumvolumen in der methanoge- stage: max.50m³)
nen Phase = 50m³)
- Genehmigungsplanung
- Planung mit Standortanpassung
- Ingenieurleistungen und Koordination
- Lieferung von Ausrüstungen und Komponenten
- Montagen
- Inbetriebnahme und Schulung des Betreiberpersonals
- Authority engineering
- planning and adaptation to site conditions
- Engineering and co-ordination
- Supply of equipment and components
- Erection
- Commissioning and training of operating
personnel

Das Plauener Verfahren
Das Plauener Verfahren wurde in den Jahren 1982-
84 unter wissenschaftlicher Betreuung der TU
Dresden entwickelt. Die Erprobung des Verfahrens
erfolgte in der kleintechnischen Versuchsanlage.
Erst nach Vorliegen erster Ergebnisse begann die
Errichtung der ersten großtechnischen Biogasanlage
zur Verwertung organischer Reststoffe, die seit
Mai 1987 ununterbrochen und störungsfrei betrieben
wird. Das Kernstück der Anlage bildet die zweistufige
Fermentation unter Freisetzung von Biogas.
Die organischen Reststoffe werden in Abhängigkeit
von ihrer stofflichen Struktur unterschiedlich mechanisch
vorbehandelt und gelangen als Substrat in
die saure Phase. Hier erfolgen die hydrolytische
Substratspaltung und Säurebildung, die Homogenisierung
erfolgt unter Zuführung von Luft.
In der sauren Phase wird Schwefelwasserstoff
(H2S) gebildet. Durch feinblasiges Verteilen von
Luft im Substrat wird das Ausgasen von Schwefelwasserstoff
begünstigt. Die HS- belastete Abluft
wird abgesaugt und im Biofilter gereinigt. Deshalb
muss der H2S-Gehalt im Biogas geringer sein als in
einstufigen Anlagen oder auch in zweistufigen Anlagen,
bei denen das entstehende Gas beider Stufen
zusammengeführt wird.
Die Verweildauer in der sauren Phase beträgt in
Abhängigkeit von der Außentemperatur und dem
Medium 3-5 Tage. Die in der sauren Phase gebildeten
Stoffwechsel-Zwischenprodukte werden kontinuierlich
bzw. quasikontinuierlich in die methanogenen
Phase gefördert. In der methanogenen Phase
erfolgt die Umsetzung der Vielzahl organischer
Säuren zu Acetat, dem sich die Bildung von Methangas
(Biogas) anschließt. Am Umsetzungsprozess
sind acetogene und methanogene Bakterien
beteiligt.
Die Methanfermentation erfolgt im Reaktor unter
Luftausschluss, im feuchten Medium, bei Dunkelheit
und einer Reaktionstemperatur von 30-35°C.
Durch eine intensive und schonende Homogenisierung
werden mikrobielle Symbiosen erhalten.
►
Zwischenprodukt aus der Versäuerungsphase
Intermediate product of sour stage for acidifation
The PLAUEN PROCESS
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The PLAUEN PROCESS was developed under the
scientific supervision of Dresden Technical University
between 1982 and 1984. It was tested in the
small-scale test plant, and construction of the first
large-scale biogas plant for utilization of organic
waste materials began only after the first results
had been obtained. This plant has been operated
trouble free since May, 1987. The heart of the plant
is a two-stage fermentation process with release of
biogas.
Depending on their respective chemical structure,
the organic waste materials go through different
mechanical pre-treatment. The resulting homogeneous
substrate enters the sour stage for hydrolysis
and acidification. Air is then fed in to homogenize
the medium.
The sour stage produces hydrogen sulphide (H2S)
whose emission is promoted by distributing fine
bubbles of air in the substrate. The waste air contaminated
with H2S is drawn off and purified in a bio
filter. This is why the H2S content needs to be lower
than it usually is one-stage plants that unite the gas
resulting from both stages.
Retention time in the sour stage is 3-5 days, depending
on the ambient temperature and the kind of
medium concerned. The metabolic intermediates
resulting from the sour stage are continuously or
quasi-continuously transferred into the methanogeneous
stage where the multitude of organic acids is
transformed, with the help of acetogeneous and
methanogeneous bacteria, into acetate and subsequently
into methane gas (biogas).
Methane is produced in the reactor without access
of air, under wet and dark conditions, at a reaction
temperature of 30-35°C, followed by an intensive
but careful homogenisation, which preserves microbial
symbioses.

Abgestimmt auf die vorherrschenden Bakterienarten
werden in jeder Phase optimale Prozessbedingungen
eingestellt; damit kann die Leistungsfähigkeit
des Gesamtprozesses im Vergleich zu anderen
Verfahren deutlich gesteigert werden. Über die
gewählten Reaktionszeiten und die Belastung der
Stufen kann die zweistufige Fermentation gesteuert
werden.
In der methanogenen Phase erfolgt ein Ausgleich
der Ausspülverluste an Biomasse durch den mikrobiellen
Zuwachs und die Biomasserückführung.
Durch den Zweiphasenprozess kann die Aufenthaltsdauer
des Substrates in der methanogenen
Phase auf 8-12 Tage reduziert werden. Das erzeugte
Biogas hat einen Methangehalt von 65-
75Vol. % und ist besonders arm an Schwefelwasserstoff
(

Biogasniederdruckspeicherung
Zur Abgleichung von Schwankungen in der Biogasproduktion
sowie im Biogasverbrauch ist eine Speicherung
von Biogas im Umfang bis max. 1 Tagesproduktion
erforderlich.
Biogasverwertung
Biogas ist ein hochwertiges Brenngas mit einem
mittleren Heizwert von Hu=25,2MJ/m³
(7,0 kWh/m³). U.a. kann Biogas zum Betreiben
folgender Aggregate eingesetzt werden:
Low Pressure Storage of Biogas
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In order to compensate for fluctuations in the production
and consumption of biogas, a sufficient
buffer storage facility for app. One day’s yield needs
to be provided.
Utilization of Biogas
Biogas is a high grade fuel gas with an average
calorific value of HU = 25, 2 MJ/m³
(7, 0 kWh/m³). Among others, it can serve the following
purposes:
• Kraft-/Wärmekopplung (Blockheizkraftwerk) • Unit heating power stations
• Warmwasser-/Dampfautomaten • Hot-water plants/ steam generators
• CO2-Generatoren für Treibhausbegasung • Provision of CO2 for respiration in green houses
• Herstellung von Erdgas und Kohlendioxid • Production of natural gas and carbon dioxide after
nach dem Wittenberger Verfahren (BMC-
Verfahren)
the Wittenberg process (BCM-process)
Fest-Flüssig-Trennung
Die Dickphase aus den Reaktoren wird abgezogen
und dann den Separatoren zugefördert.
Im Ergebnis der Separation (Fest-Flüssig-
Trennung) erhält man einen schüttfertigen Feststoff
(Trockensubstanzgehalt ca. 2%). Dieses Fugat wird
größtenteils zur Aufmaischung von Reststoffen
(z.B. Biomüll) vor Eintritt in die Versäuerungsphase
verwendet. Beide Fraktionen sind Wertstoffe, die
als organische Dünger im Pflanzenbau einsetzbar
sind.
Solid/Liquid Separation
Thick slurry is withdrawn from the reactors and
transferred into separators. The result of this
solid/liquid separation is a loose solid (percentage
of solids: app. 30%) and an effluent nearly free from
solids (percentage of solids: app. 2%). The latter is
mostly used to mix waste materials (e.g. bio waste)
before they enter acidification. Both of these fractions
are valuable substances and can be used as
organic fertilizers in agriculture.
Anlieferung von Gülle Vergärungs-Rückstand
Delivery of liquid manure Fermention residue (solid)

Merkmale und Vorzüge des zweistufigen
PLAUENER VERFAHRENS
Der Fermentationsprozess besteht aus einer aeroben
Versäuerungsphase, die diskontinuierlich beschickt
werden kann, und einer aneroben methagonen
Phase, die aus der ersten Stufe kontinuierlich
beschickt wird. Das Volumen der ersten Stufe ist so
dimensioniert, dass eine Pufferung der angelieferten
Reststoffe über mehrere Tage möglich ist.
An beiden Phasen sind jeweils andere Bakterienstämme
beteiligt. Durch die räumliche Trennung
wurde es möglich, jeweils optimale Milieubedingungen
für die Bakterien einzustellen. Auch die Steuerung
beider Stufen unabhängig voneinander wurde
möglich.
Damit wird eine gleichbleibende Qualität der Reaktionsprodukte
erzielt und die Prozesskontrolle und
Überwachung vereinfacht.
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Characteristics and Advantages of the Two-
Stage Process
The fermentation process includes an aerobic acidification
stage, which may be fed discontinuously,
and an anaerobic methanogenous stage, fed continuously
from the first stage. The first stage is designed
in such a way that fluctuations in input quantities
can be compensated for several days.
Different strains of bacteria act in the two stages of
process. As the stage proceed in separate locations,
it is possible to provide an optimum environment
for the bacteria involved and to control each
stage separately.
This way the Quality of the reaction products is
always the same and process control and supervision
is simplified.

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Seuchenhygienische Gesichtspunkte
Der zweistufige Fermentationsprozess hat nachweislich
eine hygienisierende Wirkung. Selbstverständlich
handelt es sich dabei nicht um eine thermische
Hygienisierung. Also müssen andere Milieubedingungen
wie:
• Nahrungskonkurrenz zwischen begünstigten
Mikroorganismen und Krankheitserregern
• Stoffwechsel-Zwischenprodukte, die giftig auf
Krankheitserreger wirken
• Absenkung des pH-Wertes im Verlauf der
Hydrolyse- und Versäuerungsphase
• Abwesenheit von Sauerstoff
zum Absterben der Krankheitserreger und Unkrautsamen
führen. Eine Nachrotte für den Vergärungsrückstand
ist nicht erforderlich. Nur bei der
Verwertung seuchenhygienisch problematischer
organischer Reststoffe (z. B. Küchenabfälle aus
Krankenhäusern, organische Reststoffe von Luftverkehrsgesellschaften)
sollte vorsorglich eine
thermische Hygienisierungsstufe vorgesehen werden.
Geruchsemissionen
Stoffbedingte Geruchsemissionen, die zwangsläufig
bei der Anlieferung und Aufbereitung der organischen
Abfälle sowie in der Versäuerungsphase
entstehen, werden durch geschlossene Gebäudebauweise
weitgehend vermieden. Die Geruchsbeladene
Prozessluft wird gezielt abgesaugt, über
Biofilter geführt und gereinigt und erst dann in die
Atmosphäre abgegeben.
Anlieferung aus Biotonne
Delivery from biowaste bin
Anlieferung von Maschinenleimleder
Delivery of glue stock
Sanitary Aspects
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The two-stage fermentation process has proved to
have a hygienic effect. It goes without saying that
this cannot be attributed to any thermal impact. So
there must be other factors of the environment as:
• Food rivalry between the desired microbes and
germs
• metabolic intermediates with a poisonous effect
on germs
• Lowering index of pH in the course of hydrolysis
and acidification
• Lack of oxygen
that kill germs and weeds. The fermentation residue
does not require any further retting. Thermal sanitation
treatment is only intended for utilization of organic
waste materials with a particular epidemic
concern (e.g. kitchen scraps from hospitals, organic
waste from air lines).
Odour
Offensive smells from specific materials which are
inevitably set free during intake and treatment of
organic waste can almost be avoided by inside
installation. Odorous process air is deliberately
drawn off and treated in biofilters before it is released
into ambient air.

Pflanzenbauliche Aspekte
Faulwasser und Vergärungsrückstand (Feststoffe)
sind Wertstoffe, die dem Boden als organischer
Dünger und Bodenverbesserer zugeführt werden
sollen. Im Vergleich zum unbehandelten Rohsubstrat
sind folgende positive Veränderungen im Hinblick
auf die Anwendung im Pflanzenbau festzustellen:
• Schleimstoffe werden abgebaut, wodurch das
Verkleben der Bodenkrume vermieden wird.
• Der pH-Wert steigt durch den Abbau organischer
Säuren in den alkalischen Bereich (pH 7,5…8,0),
womit z. B. die ätzende Wirkung von Gülle auf
Pflanzen beseitigt ist.
• Der Stickstoffgehalt verändert sich nicht. Es erfolgt
jedoch ein Aufschluss des organisch gebundenen
Stickstoffes durch Fermentation in Ammo-
niumstickstoff. Diese
Form des Stickstoffes
kann von Pflanzen direkt
aufgenommen und
verwertet werden. Andere
Pflanzennährstoffe
wie Phosphor, Calcium
oder Magnesium bleiben
erhalten und begründen
die guten Düngeeigenschaften.
• Die Konzentration nicht
abbaubarer Schadstoffe
(Schwermetalle u.a.) in
den gewonnenen Wertstoffen
tritt auf, wenn
bereits Schadstoffe in
den angelieferten organischen
Reststoffen
nachgewiesen werden.
Da es im Laufe des
Vergärungsprozesses
zu keinerlei Abbau dieser Schadstoffe kommt, sollte
auf die Annahme verzichtet werden. Dies ist erforderlich,
um für den Vergärungsrückstand die
Richtlinien der „Bundesgütegemeinschaft Kompost“
der RAL-UZ45 einzuhalten, wie das in der
Referenzanlage in Zobes der Fall ist. Hierzu sind
Eingangskontrollen erforderlich.
Rohsubstrat als Produktaustrag
Raw substrate as product outlet
• Das Faulwasser und der Vergärungsrückstand
sind nahezu geruchlos.
Agricultural Aspects
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Effluent and fermentation residue (solid) are valuable
substances that should be applied as organic
fertilizer and for improvement of soils. Compared
with the untreated raw substrate, the following factors
change in favour of agricultural applications:
•
•
•
•
•
Glutinous substances are decomposed, which
prevents friable soils from clotting
As organic acids are reduced the index of pH
rises into alkaline regions
(pH 0 7, 5…8, 0) which eliminates the etching
effect of manure on plants
The content of nitrogen remains unchanged;
however, nitrogen organically fixed is digested
into ammonium nitrogen which plants are able to
take in and utilize directly. Other nutritive substan-
•
ces as phosphor, calcium
or magnesium are maintained
and form the basis
for the good fertilizing
properties of the product.
The products obtained
may show a certain percentage
of irreducible
harmful substances
(heavy metals, etc.), if
such substances are already
traceable in the input
material. As these
can not to accept such
waste material. This
necessary to comply with
the limits specified in
RAL-UZ45, as it is the
case in our reference
plant Zobes, and requires
acceptance
checks.
Effluent water and fermentation residue are
nearly odourless.

Biogas –ein hochwertiger Energieträger und
Rohstoff
Das entstehende Biogas hat einen Methangehalt
von 65-75 Vol % und ist besonders arm an Schwefelwasserstoff.
Damit ist es in besonderem Maße
für die Erzeugung von elektrischer und thermischer
Energie geeignet.
Komponente Formel Vol.%
Methan CH4 40-75
Kohlendioxid CO2 25-55
Wasserdampf H2O 0-10
Stickstoff N2 0-5
Sauerstoff O2 0-2
Wasserstoff H2 0-1
Ammoniak NH3 0-1
Schwefelwasserstoff H2S 0-1
Eine vorgeschaltete Gasreinigung ist nicht erforderlich.
Grundsätzlich hängt der Schwefelwasserstoffgehalt
von der Zusammensetzung der zu verwertenden
Reststoffe ab. Da H2S wie bereits beschrieben, in
der Hydrolyse/Versäuerungsstufe gezielt ausgetrieben
wird, liegt sein Anteil im Biogas unter
0,05 Vol % = 500ppm. Bei ausschließlicher Fermentation
von kommunal erfassten Bioabfällen
haben Messungen in der Referenzanlage Zobes
beispielsweise einen H2S-Gehalt kleiner als
0,005 Vol % = 50ppm ergeben. Das so gewonnene
Biogas kann zur Erzeugung von Strom und Wärme
verwendet werden.
Blockheizkraftwerk für Biogasverwertung in Container-Bauweise
Power and heating plant, skid mounted, utilizing biogas
Mit den BCM-Verfahren der Wittenberger Firma
DGE GmbH kann das Biogas weiter bis auf Erdgasqualität
gereinigt und Kohlendioxid abgeschieden
werden. Dabei kann der inerte Anteil an Stickstoff
und Sauerstoff nicht reduziert werden. Damit
kann eine deutlich wirtschaftlichere Verwertung des
Biogases gegenüber der Verstromung erfolgen, da
keine Abwärmenutzung erforderlich ist. Zusätzlich
wird ein zweiter Rohstoff mit dem abgetrennten
flüssigen Kohlendioxid gewonnen.
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Biogas – a valuable source of energy and raw
material
The biogas obtained contains 65-75% of methane
and has a particularly low content of hydrogen sulphide
which makes it especially suitable for generation
of electric a thermal power in a unit heating
power plant.
Components Formula Vol. %
Methane CH4 40-75
Carbon dioxide CO2 25-55
Water steam H2O 0-10
Nitrogen N2 0-5
Oxygen O2 0-2
Hydrogen H2 0-1
Ammonik NH3 0-1
Hydrogen sulfide H2S 0-1
This application does not require any pre-treatment
of biogas.
The content of hydrogen sulphide depends basically
on the kind of input material. As described
above, H2S is deliberately driven out during hydrolysis/acidification,
and as a consequence, the
biogas produced contains less than 0,05 Vol. % =
500ppm of it. Analyses in our Zobes reference plant
have for instance shown a H2S-content smaller than
0,005 Vol. % = 50ppm, if biowaste from municipal
collection is fed exclusively.
Biogas-Aufbereitung
Biogas treating plant
With the use of BCM methods by DGE GmbH (limited
reliability company) in Wittenberg it is possible
to purify the biogas up to the natural gas quality and
separated carbon dioxide. At the same time it is not
possible to decrease the inert portion of nitrogen
and oxygen. In comparison with electric power production
it is possible to attain in this way a marged
increase of economical value of biogas taking into
consideration the fact that it is not necessary no
waste heat utilization. In addition to it, it is obtained
the other raw material with separated liquid carbon
dioxide.

Die Firma DGE GmbH hat nun für die unterschiedlichen
Möglichkeiten der stofflichen Biogasverwertung
die nachfolgenden vier unterschiedlichen Reinigungs-
und Aufarbeitungstechniken entwickelt.
Dazu wird auf nachfolgende Kurzbeschreibung
verwiesen.
Biogasverwertungsverfahren BCM-0
Herstellung von Erdgas
Mit dem Basisverfahren zur Herstellung von Erdgas
wird das Biogas in Erdgas und Kohlendioxid getrennt.
Die alleinige Anwendung dieses Verfahrens
bringt nach der neuen EEG enorme Vorteile für
jeden Betreiber einer Biogasanlage, in der das Biogas
zur Verstromung eingesetzt wird.
Biogasverwertungsverfahren BCM-1
Herstellung von Soda und Erdgas
Das aus dem Biogasspeicher austretende Biogas
wird über je einen Wäscher von NH3 und H2S gereinigt,
bevor das so vorbehandelte Biogas einem
Abgaswäscher zugeführt wird, in dem die Entfernung
von CO2 mit NaOH zur Herstellung von
Na2CO3 erfolgt. Anschließend wird das gereinigte
Biogas als Erdgas mittels eines Verdichters auf den
gewünschten Druck komprimiert. Dabei sind nach
der ersten Verdichterstufe eine Gastrocknung sowie
ein Polizeifilter angeordnet. Die erreichbare Erdgasqualität
liegt bei 98 Vol.% CH4 und 2 Vol.% CO2.
Biogasverwertungsverfahren BCM-2
Druckkondensation zur Herstellung fraktionierter
CO2/CH4-Gemische
Das aus dem Biogasspeicher austretende Biogas
wird über je einen Wäscher von NH3 und H2S gereinigt,
bevor das so vorbehandelte Biogas einer
Gasverdichtung zugeführt wird. In der anschließenden
Kondensationsstufe wird ein methanreiches
Gas erzeugt, welches Erdgasqualität besitzt und ein
mit Methan gesättigtes Kohlendioxid gewonnen.
Dabei sind nach der ersten Verdichterstufe eine
Gastrocknung sowie ein Polizeifilter angeordnet.
Das gereinigte als Erdgas (Starkgas) kann in ein
Netz eingespeist oder als Treibstoff verwendet werden.
Das gewonnene flüssige Kohlendioxid
(Schwachgas) kann nach Entspannung in einem
BKW verstromt werden.
Bei einer Kondensationstemperatur von -50 °C
ergibt sich folgende Verteilung von Methanol und
Kohlendioxid pro 1 kmol/h Biogas
Gasphase Flüssig Summe
Starkgas Schwachgas
Methan 0,385 0,275 0,66
Kohlendioxid 0,06 0,27 0,33
D G E
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The DGE GmbH Company has developed four
different cleaning and modification techniques for
different available options of substance-utilization of
biogas – ref. to the following shortened versions of
descriptions.
Means of biogas utilization BCM-0
Natural gas production
The basic method for the production of natural gas
is the split-up of biogas into natural gas and carbon
dioxide. As a result of a newly enacted Law of Renewable
Energy Resources (EEG), the utilization of
this method itself brings considerable advantages to
everyone who operates a facility based on biogas,
where this biogas is used to produce electrical power.
Means of biogas utilization BCM-1
Soda and natural gas production
Biogas that comes out of a container is always
cleaned first, using one washer; forming NH3 and
H2S, and having been modified in this way, the
biogas is further taken into the waste-gas washer,
in which CO2 and NaOH are removed for the purpose
of producing Na2CO3. Subsequently, with the
use of a compressor, the cleaned-up biogas is
compressed like a natural gas to reach the desired
pressure. Following the first compression phase,
gas dehydration is prescribed, along with the socalled
“police filter”. The achieved quality of the
natural gas is somewhere in the neighborhood of 98
vol. % CH4 and 2 vol. % CO2.
Means of biogas utilization BCM-2
Compressive condensation in the production of split
mixtures CO2/CH4
Biogas that comes out of a container is always
cleaned first, using one washer; forming NH3 and
H2S, and having been modified in this way, the
biogas is further taken into a compression device.
The following condensation phase gives rise to the
forming of a gas rich on methane, which is of the
same quality as natural gas, and carbon dioxide
saturated with methane is being obtained, as well.
Following the first compression phase, gas dehydration
is prescribed, along with the so-called “police
filter”. The cleaned-up gas, just like natural gas
(high-caloric gas), may be supplied into the (distribution)
system or be used as fuel. The carbon dioxide
(classified as low-caloric gas), which is obtained
in a liquid-state, may be used after its expansion in
an electrical power plant in the production of electric
power.

Die getrennte Verwertung beider Gasfraktionen zur
Erzeugung von Produkten wie Methanol, Wasserstoff
oder anderen Kohlenwasserstoffen über die
Fischer Tropsch Synthese ist gegeben. So können
so z. B. aus 100 m³/h Biogas bis zu 70 l/h an Methanol
erzeugt werden.
Biogasverwertungsverfahren BCM-3
Druckwäsche zur Herstellung von Kohlendioxid und
Erdgas
Das aus dem Biogasspeicher austretende Biogas
wird über je einen Wäscher von NH3 und H2S gereinigt,
bevor das so vorbehandelte Biogas einer
Gasverdichtung zugeführt wird. Je nach verwendetem
Waschmedium wird die Druckgaswäsche nach
der ersten oder zweiten Verdichterstufe angeordnet.
In der Druckgaswäsche wird das Biogas vom
CO2 bis auf unter 1 Vol.% gereinigt und kann damit
in das Erdgasnetz eingespeist werden. Die dafür
erforderliche Verdichterstufe sowie eine ggf. erforderliche
Entfeuchtung muss den bestehenden Bedingungen
angepasst werden.
Das aus der Waschlösung entfernte Kohlendioxid
besitzt eine hohe Reinheit und kann nach einer
weiteren Verdichtung verflüssigt werden. Die erreichbare
Erdgasqualität liegt bei über 99 Vol.%
CH4 und unter 1 Vol.% CO2. Technisch ist es möglich
den CO2-Anteil auf unter 10 ppm zu begrenzen.
Das erzeugte Kohlendioxid kann problemlos zur
Lebensmittelqualität aufbereitet werden. Für die
Verwendung des technisch reinen Kohlendioxids
gibt es jedoch ausreichend Einsatzmöglichkeiten
angefangen vom Trockeneis über den Einsatz als
für Feuerlöscher bis hin zur Materialprüfung und
Kältemittel.
Biogasverwertungsverfahren BCM-4
Druckwechseladsorption zur Herstellung von Kohledioxid
und Erdgas
Das vorgereinigte Biogas wird mittels Verdichter auf
den gewünschten Erdgasdruck von 12 bis 20 bar
verdichtet und anschließend einer Druckwechseladsorption
zugeführt. Der Druckwechseladsorption
ist eine Wasserentfeuchtung mit Silikagel vorgeschaltet.
Die Druckwechseladsorption besteht aus 4
Adsorbern, wovon immer 2 auf Adsorption, 1 Adsorber
auf Entspannung und Gasrückführung und 1
Adsorber auf CO2-Abtrennung geschaltet sind. Damit
wird sichergestellt, dass die Druckwechseladsorption
ein immer gleichbleibendes Produkt von
CH4 und CO2 erzeugt.
Für die Adsorption werden spezielle Molekularsiebe
verwendet.
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The temperature of – 50°C is a condensation temperature
at which methanol and carbon dioxide
become disintegrated to form 1 kmol/h of biogas:
Gaseous phase gas in liquid state Total
rich gas poor gas
Methane 0,385 0,275 0,66
Carbon dioxide 0,06 0,27 0,33
In addition, both parts are separately used to produce
products such as methanol, hydrogen, or
other hydrocarbons, using the “Fischer Tropsch
Synthese“. It is possible to produce up to 70 1/h of
methanol from 100 m³/h of biogas.
Means of biogas utilization BCM-3
Compressive washing for the production of carbon
dioxide and natural gas
Biogas that comes out of a container is always
cleaned first, using one washer; forming NH3 and
H2S, and having been modified in this way, the
biogas is further taken into a compressor. The
compressed gas must be washed either after the
first or the second compression stage, depending
on the type of the washing medium used. The
washing procedure of the compressed gas is when
the biogas gets rid of CO2 up to less than 1 vol. %,
and in this condition, it may be supplied into the
natural gas distribution system. The required compression
phase, as well as exsiccation that might be
possibly needed, must be adjusted to the current
conditions.
Carbon dioxide, which has been removed from the
washing solution, is of high cleanness and may be
liquefied after it is submitted to another compression
phase.
The achieved quality of the natural gas is higher
than 99 vol. % CH4 and less than 1 vol. % CO2. It is
technically possible to reduce the amount of CO2
below 10 ppm. The thus produced carbon dioxide
can be easily modified to achieve the quality commonly
used in the food industry. There are, however,
many ways of how the technically-clean carbon
dioxide can be used, ranging from dry ice,
through its applicability in fire extinguishers, to material
tests or its use in coolants.
BCM-4 biogas evaluation method
Absorption caused by a change in pressure for the
production of carbon dioxide and natural gas
Using a compressor, the previously cleaned biogas
is compressed to the desired pressure of the natural
gas from 12 to 20 bars and subsequently is
brought to absorption by a change in pressure. The
absorption, which is caused by the change in pressure,
is preceded by desiccation using silica gel.
The absorption, brought about by a pressure
change, is composed of four absorbers, two of

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which are always absorption-active, one of the remaining
absorbers is activated for the release and
regressive conveyance of biogas, and the last of
the absorbers serves for the separation of CO2.
This ensures that the absorption, along with a pressure
change, yields the production of the same
product CH4 a CO2 over time.
Special molecular sieves are used for the absorption.

Biogas
Biogasreinigungsverfahren BCM 0 - Grundvariante für Erdgasqualität
Biogas purification process BCM 0 - Basic variant for natural gas quality
Biogas
NH3scrubbing
H2SO4 Na2CO3
Fertilizer
CO2scrubbingH2Sscrubbing
H2O2
Centrifuge
Soda
NaOH 50 %
Biogasreinigungsverfahren BCM 1 - mit Sodaproduktion
Biogas purification process BCM 1 - with production of soda
Biogas
NH3scrubbing
H2SO4 Na2CO3
Fertilizer
NH3scrubbing
H2SO4 Na2CO3
Fertilizer
H2Sscrubbing
H2Sscrubbing
Absorbe r
H2O2
H2O2
Dehumidification Police filter
Compactor 1. stage
Dehumidification Police filter
Compactor 1. stage
Stripper
natural gas
rich gas
CH4 78 Vol.%
CO2 19 Vol.%
Police filter
poor gas
CH4 43 Vol.%
CO2 57 Vol.%
natural gas
Compactor 2. stage
Compactor 2. stage Compactor 3. stage
Biogasreinigungsverfahren BCM 2 - mit Druckkondensation
Biogas purification process BCM 2 - with pressure condensation
Steam
Condensor
natural gas
CH4 > 98 Vol.%
CO2 < 1 Vol.%
carbon dioxyde
CO2 > 99,5 Vol.%
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Biogas
NH3scrubbing
H2SO4 Na2CO3
Fertilizer
H2Sscrubbing
Absorbe r
Compactor 1. stage
H2O2
Stripper
Police filter
Compactor 2. stage
Compactor 3. stage
natural gas
CH4 > 98 Vol.%
CO2 < 1 Vol.%
Compactor 2. stage Compactor 3. stage
Steam
Condensor
Carbon dioxyde
CO2 > 99,5 Vol.%
Biogasreinigungsverfahren BCM 3 - mit Herstellung von Kohlendioxid und Erdgas
Biogas purification process BCM 3 - with production of carbon dioxide and natural gas
Biogas
NH3scrubbing
H2SO4 Na2CO3
Fertilizer
H2Sscrubbing
Compactor
1.Stage
H2O2
Compactor
2.Stage
Deshumidification
Silicagel
Pressure change adsorption
natural gas
CH4 > 98 Vol.%
CO2 < 1 Vol.%
carbon dioxide
CO2 > 99,5 Vol.%
Biogasreinigungsverfahren BCM 4 - mit Herstellung von Kohlendioxid und Erdgas
Biogas purification process BCM 4 - with production of carbon dioxide and natural gas
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Abbau organischer Substanz
Die organische vergärbare Trockensubstanz in den
zu verwertenden Reststoffen wird zu 85-90% abgebaut.
Allerdings wird im Laufe des Fermentationsprozesses
organische Substanz durch den Zuwachs
der Mikroorganismen neu gebildet. Demzufolge
verringert sich der Glühverlust von ca. 70-80%
nur auf 45-50% (entspricht dem Glühverlust der
Zellstruktur). Diese Aussage bezieht sich beim vorgestellten
PLAUENER VERFAHREN auf die gesamte
organische vergärbare Substanz, weil keine
Feststoffabtrennung erfolgt, werde vor Beginn der
Fermentation noch nach der Hydrolyse/Versäuerungsstufe.
Einfach und robust
Anlieferung aus Biotonne
Delivery from biowaste bin
Der entscheidende Vorteil mikrobiologischer Verfahren
gegenüber der „klassischen Verfahrenstechnik“
besteht darin, dass die Prozesse bei „normalen“
Temperaturen und Drücken ablaufen. Das hat
natürlich Einfluss auf die Werkstoffauswahl.
Gleichwohl sind die Verweilzeiten oft recht lang.
Das PLAUENER VERFAHREN bringt diesen Vorteil
durch einfache und robuste konstruktive Lösungen,
die dem recht groben Medium angepasst sind, voll
zur Geltung. Es werden hierbei vor allem sehr hohe
Anteile an organischem Hausmüll (bis zu 60 %) und
anderen organischen Abfällen aus der Industrie und
Landwirtschaft zu Biogas und Dünger verarbeitet.
Mit der weiteren Reinigung des Biogases mit dem
BCM-VERFAHREN kann eine hohe ökologisch
wirtschaftliche Verwertung von Erdgas und Kohlendioxid
und erreicht werden.
Mit dem PLAUENER und WITTENBERGER VER-
FAHREN werden damit im Öko-Kreislauf native
Rohstoffe und organische Abfälle zur Herstellung
von Energie und Wertstoffen verwendet.
Reduction of Organic Matter
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85-90% of digestible organic solids contained in the
waste material are decomposed. On the other
hand, the growth of microbes in the course of the
fermentation process produces new organic matter,
which reduces the loss on ignition from app. 70-
80% to only 45-50% (corresponding to that of the
cellular structure). This applies to the said PLAUEN
PROCESS, because solids are not separated, neither
before fermentation nor after hydrolysis/acidification.
Simple and rigid construction
The essential advantage of microbiological processes
over “conventional process engineering” is
the fact that these occur at “normal” temperatures
and pressures which naturally has an influence on
the selection of materials. Through retention times
are in most cases relatively long.
The simple and rigid constructions used in the
PLAUEN PROCESS technique perfectly accentuate
this advantage, taking into account the comparatively
rough service. At the same time it is treated a
high portion of municiúal waste (up to 60%) and
other organic waste from industry and agriculture to
biogas and fertilizer. By further purifying biogas with
the use of BCM METHOD it is possible to attain a
highly economical increase of value of natural gas
and carbon dioxide.
With the help of PLAUEN and WITTENBERG
method they are utilized in the ecological cycle
natural substances and organic waste for power
production and production of valuable materials.