DD221823A1

DD221823A1 - Verfahren zur waermegewinnung aus huehnerexkrementen

Info

Publication number: DD221823A1
Application number: DD26019884A
Authority: DD
Inventors: Achim Strauss; Irmgard Krikcziokat; Uwe Halbach; Reinhard Labenz
Original assignee: Inst Gefluegelwirtschaft Merbi
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1985-05-02

Abstract

Verfahren zur Gewinnung von Waermeenergie aus Huehnerexkrementen durch aerobe Fermentation. Die Reaktion wird als Feststoffermentation in einem Reaktionsbehaelter durchgefuehrt, wobei der zur Waermeenergiefreisetzung notwendige Sauerstoff zugefuehrt wird. Zu Beginn des Prozesses wird dem Substrat eine Luftmenge von mindestens 10 m3/h hoechstens aber 150 m3/h pro t organischer Substanz zugefuehrt. Die insgesamt zugefuehrte Menge der Luft betraegt mindestens 2 000 m3 pro t organischer Substanz. Mit der Luft wird die waehrend des Fermentationsprozesses freigesetzte Reaktionswaerme und das dabei verdampfende Wasser aus dem Substrat herausgefuehrt. Die Mengendosierung der Luft erfolgt so, dass nach Verlassen des Substrates in der Luft noch Sauerstoff nachweisbar ist.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Wärmegewinnung aus Hühnerexkrementen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Hühnerexkrementen durch aerobe Fermentation.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, daß die organischen Reststoffe der landwirtschaftlichen Produktion, die bei der Ernte, Aufbereitung pflanzlicher Produkte sowie in der Tierhaltung als Exkremente und Futterreste anfallen, "chemische Energie gespeichert haben. Es sind Verfahren bekannt, die es gestatten, diese Energie freizusetzen und zu nutzen. ι

Eine direkte Energiefreisetzung ist bei der Verbrennung und bei der aeroben Zersetzung über biologische Oxydation möglich. Gasförmige oder flüssige Energieträger lassen sich auf biochemischem Wege z.B. als sogenanntes Biogas bei der anaeroben Zersetzung über einen Faulprozeß oder in thermochemischen Verfahren durch Pyrolyse der organischen Inhaltsstoffe gewinnen. Der aerobe Zer- > setzungsprozeß kann sowohl in flüssiger als auch in fester Phase ablaufen. Umfangreiche Untersuchungen darüber liegen für die aerobe Zersetzung in der flüssigen Phase vor. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß für den Sauerstoffeintrag in das flüssige Substrat eine sehr hohe Elektroenergiemenge erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei einer landwirtschaftliehen Verwertung des aerob behandelten flüssigen Substrates große Wassermengen transportiert werden müssen.

Werden die organischen landwirtschaftlichen Reststoffe anaerob zersetzt, muß zur Aufrechterhaltung der Prozeßtemperatur, da die Pro*- zesse ebenfalls nur in der flüssigen Phase ablaufen, ebenfalls ein bedeutender Teil (20 - 50 X) der gewonnenen Energie zur Aufrechterhaltung der Prozeßtemperaturen 33 - 55⁰C wieder eingesetzt werden. Die hierdurch eingeschränkte nutzbare Energiemenge, der hohe Investitionsaufwand für und die hohen sicherheitstechnischen Anforderungen an solche Anlagen stellen Nachteile für dieses Verfahren dar. Außerdem müssen bei der möglichen landwirtschaftlichen Verwertung des flüssigen Substrates wegen des verfahrensbedingten hohen Wassergehaltes (85 - 95 %) große Wassermengen transportiert werden. Die Pyrolyse landwirtschaftlicher Reststoffe hat einen zu hohen technischen und Energieaufwand. Die Verbrennung landwirtschaftlicher Reststöffe hat den entscheidenden Nachteil, daß die gesamte^ organische Substanz, die eigentlich für die Reproduktion der Bodenfruchtbarkeit notwendig ist, verloren geht. Weiterhin ist bekannt, daß bei der Kompostierung von landwirtschaftlichen Reststoffen in Mieten- und Stapelsystemen soviel Energie freigesetzt wird, daß Temperaturen bis zu 7O⁰C in diesen Haufwerken auftreten. Dadurch entsteht bei Röttezeiten zwischen 10 und 60 Tagen ein geruchfreies, problemlos lager- und transportierfähiges Schüttgut. Der Nachteil dieses Vei— fahrens besteht darin, daß ein mehrfaches Umsetzen dieses Haufwerkes erforderlich ist, um den notwendigen Sauerstoffzutritt zu gewährleisten. Es gibt einige technische Lösungen durch Einlagerung von Kühlschlangen, die bei der Kompostierung freiwerdende Reaktionswärme zur Warmwasserbereitung zu nutzen, die aber den Nachteil , haben, daß nur ein geringer Prozentsatz der freigesetzten Reaktionswärme genutzt werden kann ^ Weiterhin sind Verfahrenslösungen bekannt, bei denen aus Rindermist, also einem Gemisch aus Stroh und den Exkrementen der Rinder, durch Belüftung Wärmeenergie'freigesetzt und gezielt zur Wärmwasserbereitung genutzt wird. Hierbei gelingt es, zwischen 60 % und 80 % der während des Prozesses freigesetzten Wärmemenge zu nutzen. Für Hühnerexkremente liegen derartige Verfahrenslösungen nicht vor.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, durch aerobe Fermentation, die in der abbaubaren organischen Substanz der Hühnerexkremente gespeicherte chemische Energie als Wärmeenergie freizusetzen und nutzbar zu machen.

Darlegung des Wesens der Erfindung »

Die Aufgabe besteht darin, die aerobe Fermentation von Hühnerexkrementen so durchzuführen, daß die für die Durchführung des Prozesses notwendige Sauerstoffzufuhr mit geringem Energieeinsatzerfolgen und die bei der Fermentation freiwerdende Reaktionswärme auf einem solchen Temperaturniveau herausgeführt wird, daß sie zur Erwärmung von flüssigen oder gasförmigen Medien eingesetzt werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aerobe Fermentation als Feststoffermentation durchgeführtund das Substrat so mit einem sauerstoff haltigen Gas beaufschlagtwird, daß die während des Fermentationsprozesses freigesetzte Re-• aktionswärme mit diesem Gasstrom aus dem Substrat herausgeführt wird. Dazu wird die Gasmenge so gewählt, daß die Reaktionswärme das gewünschte Temperaturniveau hat. Mit dem Gasstrom wird gleichzeltig das während des Prozesses verdampfende Wasser herausge führt, das ebenfalls die Funktion eines Wärmeträgers übernimmt. Haben die Hühnerexkremente einen Trockensubstanzgehalt unter 35 %, werden geeignete Zuschlagstoffe so zugemischt, daß ein Substrat entsteht, welches einer aeroben Fermentation unterzogen werdenkann. Geeignete Zuschlagstoffe sind Torf, Kalk, Filterasche, Stroh, getrocknete Geflügelexkremente, getrocknete Fermentationsprodukte aus Geflügelexkrementen oder andere saugfähige Zuschlagstoffe und/oder Gemische^aus diesen Stoffen. Soll das Fermentationspro- _:. dukt mit einem hohen Trockensubstanzgehalt anfallen, erfolgt dieZumischung der Zuschlagstoffe auch bei Geflüga-texkrementen bei einem Trockensubstanzgehalt, der über 35 % liegt. Das Substrat wird einem Reaktionsbehälter zugeführt und mit einem sauerstoffhaltigen Gas von mindestens 10 m³/h und höchstens 150 m³/h pro Tonne organischer Substanz des Substrates beaufschlagt. Dadurchstellt sich in der Zeit von 7 bis 20 Stunden im Substrat eine Temperatur größer 70⁰C ein.

Danach wird der Prozeß so weitergeführt, daß dem Substrat insgesamt mindestens 3000 m³ sauerstoffhaltiges Gas pro Tonne organischer Substanz des eingesetzten Substrates zugeführt wird. Insgesamt wird die aktuell dem Substrat zuzuführende Menge an sauerstoffhaltigem Gas mindestens so hoch eingestellt, daß in dem aus dem Substrat austretenden Gasstrom noch Sauerstoff nachweisbar ist. Der aus dem Substrat austretende Abgasstrom wird über geeignete Wärmeaustauscher geleitet. Hier wird der Abgasstrom abgekühlt und der' mit dem Abgasstrom aus dem Substrat herausgeführte Wasserdampf kondensiert. Das im Wärmeaustauscher aufzuwärmende flüssige oder gasförmige Medium nimmt die von dem Abgas abgegebene und die Kondensationswärme des darin enthaltenen Wasserdampfes auf und wird für Heiz- oder Trocknungszwecke eingesetzt. Das fermentierte Substrat wird für Düngungszwecke oder bei geeigneten Zuschlagstoffen als Futterstoff eingesetzt, Ist lagerfähig und ihm haftet kein unangenehmer Geruch an. Als sauerstoffhaltiges Gas wird vorzugsweise Luft eingesetzt. Liegen die Außentemperaturen wesentlich unter 20⁰C und/oder die relative Luftfeuchtigkeit sehr viel niedriger als 60 %, wird die Luft im Kreislauf gefahren und nur soviel Prozeßabluft durch Frischluft ersetzt, daß darin beim Austritt aus dem Substrat Sauerstoff noch nachweisbar ist. Die Kreisrlaufluft wird wie vorher beschrieben, auch bei dieser Fahrweise über einen Wärmeaustauscher geleitet, wobei aber nur so viel Wäi— me entzogen wird, daß eine Temperatur beim Wiedereintritt in das Substrat von mindestens 15⁰C gewährleistet ist. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen darin begründet, daß Wärmeenergie aus Hühnerexkrementen direkt dem das Substrat verlassenden Abgasstrom entnommen werden kann. Dadurch sind wesentlich geringere apparative und bauliche Aufwendungen erforderlich, als bei den bisher bekannten Verfahren zur Energiegewinnung durch anaerobe Fermentation (Biogasgewinnung) oder deren direkte Verbrennung. Dabei kann annähernd die gleiche Wärmemenge gewonnen werden, wie das über den Biogasweg möglich ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, daß bei diesem Verfahren außerdem ein fermentiertes Substrat anfällt, das als streufähiger Düngerstoff oder bei geeigneten Rezepturen als Futterstoff eingesetzt werden kann,

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der noch etwa 70 % des vor der Fermentation enthaltenen Stickstoffes und mehr als 80 % der organischen Substanz enthält.

Ausführungsbeispiel

In einem Reaktionsbehälter wurde ein Gemisch von 10,85 kg Hühnerexkrementen mit einem Trockensubstanzgehait von 31,58 % und 5,55 kg getrockneten vorfermentierten Hühnerexkrementen mit einem Trockensubstanzgehait von 79,47 % eingefüllt und mit einer konstanten Luftmenge von 650 l/h mit einer Temperatur yon 2O⁰G beaufschlagt. Nach 6 Stunden Belüftungszeit hatte das Abgas beim Austritt aus dem Substrat eine Temperatur von 40⁰C. Zwischen der 6. und 42. Stunde lag diese Abgastemperatur konstant über 4O⁰C mit einem Mittelwert für diesen Zeitraum von 52,2⁰C. Aus der kontinuierlichen Messung des Sauerstoffgehaltes der Abluft wurde ein Sauerstoffverbrauch durch das Substrat von 1202,8 I für diesen Zeitraum ermittelt. Daraus ergab sich unter Annahme, daß pro Gramm umgesetzten Sauerstoff 15 kJ Wärmeenergie freigesetzt werden, eine gesamte freigesetzte Wärmemenge von 18.042,3 kJ.

Diese Wärmemenge wurde zum Teil mit dem Abgas aus dem Substrat herausgeführt. In einem dem Reaktionsbehälter nachgeschalteter) Wärmeaustauscher wurde das Abgas auf 20⁰C abgekühlt. Dabei kondensierten 2.170 g Wasser aus. Insgesamt wurden 7.866,6 kJ Wärmeenergie im Wärmeaustauscher dem Abgas gezielt entzogen. Der,restliche Teil der freigesetzten Reaktionswärme ging durch Wärmeabstrahlung des Reaktionsbehälters an die Umgebung verloren.

Claims

Anspruch

1. Verfahren zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Hühnerexkrementen durch aerobe Fermentation dadurch gekennzeichnet, daß die aerobe Fermentation als Feststoffermentatlon in einem Reaktionsbehälter durchgeführt wird, wobei der zur Wärmeenergie» freisetzüng notwendige Sauerstoff durch Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases oder Luft bereitgestellt wird, daß. zu Beginn des Fermentationsprozesses dem Substrat eine Luftmenge von mindestens 10 m³/h höchstens aber 150 tn'/h pro t organischer

10 Substanz zugeführt wird und daß die insgesamt zugeführte Menge

des sauerstoff haltigen Gases oder der Luft mindestens 2000 m³ pro t organischer Substanz des eingesetzten Substrates beträgt und daß mit diesem Gas oder der Luft die während des Fermen^- tationsprozesses freigesetzte, Reaktionswärme und das dabei verdampfende Wasser aus dem Substrat herausgeführt werden, sowie daß die aktuelle Mengendosierung des sauerstoffhaltigen Gases oder der Luft so erfolgt, daß nach Verlassen des Substrates im Gas noch Sauerstoff nachweisbar ist.
2. Verfahren nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß der das Substrat verlassende Gasstrom über einen Wärmeaustauscher geleitet und dabei abgekühlt und ein gasförmiges oder flüssiges Medium dadurch aufgeheizt wird, das für Heiz- oder Trocknungszwecke eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas oder die Luft teilweise im Kreislauf durch das Substrat gefahren wird.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das fermentierte Substrat für Düngungszwecke oder als Futterstoff eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß den Hühnerexkrementen, wenn sie einen Trockensubstanzgehalt unter 35 % haben, geeignete Zuschlagstoffe wie Torf, Kalk,

Filterasche, Stroh, getrocknete Geflügelexkremente, getrocknete Fermentationsprodukte aus Geflügelexkrementen oder andere säugfähige Zuschlagstoffe und/oder Gemische aus diesen Stoffen so zugemischt werden, daß ein Substrat entsteht, welches einer Feststoffermentation unterzogen werden kann.
6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Hühnerexkrementen, Rinder- oder Schweineexkremente, Gülle und/oder andere organische landwirtschaftliche "Reststoffe eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturniveau des in einem Wärmeaustauscher unter Ausnutzung der Reaktionswärme aufgeheizten gasförmigen oder flüssigen Mediums durch Einsatz einer Wärmepumpe weiter angehoben wird.