PM NATURSTROM

Optimale Zerkleinerung trotz hohem Trockensubstanzgehalt der Biomasse 
Zum landwirtschaftlichen Betrieb der Familie Heitzhausen gehört seit 2011 auch eine Biogasanlage mit einer Leistung von 1.325 kW. Als der Anteil an Geflügelmist erhöht wurde, reichte die Durchmischung mit herkömmlichen Rührwerken nicht mehr aus. Deshalb entschied sich die Betreibergesellschaft „Naturstrom Zum Heitzhausen GmbH und Co. KG“ 2013 für die Installation zweier GasMix-Systeme der Landia GmbH. Diese sorgen durch einen Diffusor für die Gaseinperlung sowie ein bis zwei Düsen zur Durchmischung des Substrats für eine zusätzliche Bewegung in der Vertikalen, so dass trotz des schwierigen Mediums eine homogene und viskose Mischung entsteht ‒ ganz ohne Schwimmdecke an der Oberfläche. Ein positiver Nebeneffekt ist dabei, dass sich nicht nur die Biogasproduktion durch das Eindüsen von Gas in das Substrat erhöht, sondern zugleich eine Entschwefelung stattfindet. Im Rahmen einer jüngst veröffentlichten Studie der Universität Aarhus wurde außerdem nachgewiesen, dass die Biogasausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen um bis zu elf Prozent höher ausfällt. 

Bereits seit 2011 werden Rohstoffabfälle von Mais und Zuckerrüben, Geflügelmist sowie Gülle, die im Betrieb der Landwirtsfamilie Heitzhausen in der Gemeinde Winkelsett im Landkreis Oldenburg anfallen, in einer Biogasanlage weiter verwertet. Im Winter wird die dabei entstehende Wärme zum Heizen der Schweineställe und Wohnungen sowie gegebenenfalls einiger Nachbarhäuser genutzt. Im Sommer werden damit die in der Anlage anfallenden Gärreste getrocknet. Die Trockensubstanz wird anschließend als Dünger in nährstoffarme Regionen geliefert. Durch Berufskollegen und einen Messebesuch wurde Cord-Heinrich Heitzhausen, einer der Gesellschafter der „Naturstrom Zum Heitzhausen GmbH & Co. KG“, auf das patentierte GasMix-System von Landia aufmerksam. Die hocheffiziente Schlamm- und Gas-Mischkombination wurde speziell für sehr unterschiedliche Substrateigenschaften entwickelt und erreicht im Vergleich zu herkömmlichen Rührsystemen einen um drei bis fünf Prozent höheren Methangehalt sowie eine um bis zu elf Prozent größere Biogasausbeute bei der Verwertung von Abfällen aus der Landwirtschaft. Dies belegt eine Studie der Aarhus Universität, Dänemark, die im Juli 2015 veröffentlicht wurde. 

Bessere Durchmischung und verbesserte Desintegration der Zellstoffe
Es gab mehrere Gründe, weshalb sich Naturstrom Zum Heitzhausen schließlich für den Einsatz der innovativen Technologie entschied. „Zum einen haben wir die Anlage auf einen hohen Anteil Geflügelmist umgestellt und brauchten deshalb eine Vorrichtung zur intensiveren Durchmischung des Fermenters“, so Heitzhausen. Das ist beim GasMix durch den Schlamm-Gas-Diffusor mit einer Mischdüse im oberen und einer im unteren Bereich gegeben. Diese erzeugen eine dreidimensionale Rührwirkung, indem das im oberen Bereich des Behälters befindliche Gas abgezogen, über das Venturisystem der Pumpe erneut mit Schlamm vermischt und unter hohem Druck durch den Diffusor zurück in die untere Hälfte des Behälters gepresst wird. „Dadurch wird das Gas teilweise wieder flüssig und ist bereit neue Bindungen einzugehen, wodurch das gewonnene Methan reiner wird“, führt der Vertriebsleiter von Landia, Cord Cassens aus. Außerdem beschleunigt sich der Verrottungsprozess, so dass eine größere Menge schneller als bisher verarbeitet werden kann und somit insgesamt eine bessere Ausbeute erzielt wird. Die Gas-Rezirkulation im Substrat verhindert auch die Entstehung von Schwimmschichten und die Desintegration der Zellstoffe verbessert sich. Dadurch steigen der Methangehalt sowie die Biogasausbeute um mehrere Prozentpunkte an. „Ein positiver Nebeneffekt ist die entschwefelnde Wirkung des Vorgangs, die bei herkömmlichen Rührwerken nicht gegeben ist“, freut sich Heitzhausen. 

Reduzierte Vermischungszeit spart Strom
Daneben war die Zerkleinerung des Materials, das zu weiten Teilen aus Mist besteht, sehr wichtig. „Dazu wurde eine Hammermühle vorgeschaltet. Die weitere Zerkleinerung übernimmt einerseits das Schneidmesser des Landia Rührwerks, andererseits die Landia Injektortechnik“, erläutert Cassens. Für eine volle Funktionsfähigkeit der Rührwerke sollte der Trockensubstanzgehalt jedoch nicht über zwölf Prozent liegen. Wird das beachtet, liegt die Viskosität laut der jüngst veröffentlichten Studie der Universität Aarhus um mehr als 30 Prozent unter den üblichen Werten, woraus eine um zwölf Prozent reduzierte Vermischungszeit im Fermenter resultiert, was gleichzeitig mit einer deutlichen Stromeinsparung einhergeht. „Das Material wird durch den längeren Einsatz immer homogener, was ebenfalls zu positiven Effekten bei der Gasausbeute führt: Durch die größere Oberfläche wird die Zersetzung des zerkleinerten Substrats beschleunigt“, ergänzt Heitzhausen.

Keine Wartungen seit Inbetriebnahme
Auf Grundlage der konkreten Anforderungen erstellte Landia ein maßgeschneidertes Angebot, das die Betreibergesellschaft überzeugte. Da der Fermenter mit einem Durchmesser von 26 Metern sehr groß ist und eine ausreichende Durchmischung sichergestellt werden sollte, wurden zwei GasMix-Systeme installiert. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Pumpenwege möglichst widerstandsfrei eingebaut sind, um ein einwandfreies Funktionieren zu gewährleisten. Weiterhin war die Wahl des richtigen Flügelrads beziehungsweise des Rührflügelwinkels für das jeweilige Substrat wichtig. Diesbezüglich wurde nach der Inbetriebnahme mit der Unterstützung von Landia nachgebessert. Nachdem hier die optimale Kombination gefunden war, erfüllte das System alle Erwartungen. Pro Stunde wird der GasMix derzeit etwa 30 Minuten lang auf einem Niveau von 750 kW betrieben. Darüber hinaus wird positive und negative Regelenergie bereitgestellt. Zwei außenliegende Satellitenstandorte sind über ein etwa 3 km langes Fernwärmenetz angeschlossen. 

Wartungen waren seit der Inbetriebnahme nicht nötig, was der besonderen Konstruktion geschuldet ist. Anders als herkömmliche Rührwerke kommt das System ohne die wartungsintensiven, großblättrigen Propeller im Tankinneren aus, die sonst verwendet werden. Der GasMix wird hingegen extern installiert, was mehr Sicherheit bedeutet und die Instandhaltung erleichtert, da es nicht mehr notwendig ist, die Gasfolie oben am Behälter zu öffnen, um mechanische Teile zu warten oder zu reparieren. Auch die Anlagekosten reduzieren sich, da keine Bedienungsstege, Plattformen oder Kransysteme mehr notwendig sind und die Anschaffungskosten dafür entfallen. Zudem wirken – anders als bei herkömmlichen, oben oder seitlich montierten Rührwerken – keine Schubkräfte auf die Behälterwände und -böden. Dementsprechend müssen diese auch nicht verstärkt werden, da keine statischen Probleme mehr auftreten.

• Die Naturstrom Zum Heitzhausen GmbH & Co. KG mit Sitz in der Gemeinde Winkelsett unterhält als Betreibergesellschaft eine zum landwirtschaftlichen Betrieb Zum Heitzhausen gehörende Biogasanlage. Die Anlage verfügt über eine installierte Leistung von 1.325 kW und wird auf dem Niveau von 750 kW betrieben. Darüber hinaus wird positive und negative Regelenergie bereitgestellt. Zusätzlich ist die Anlage über zwei außenliegende Satellitenstandorte mit zirka 3.000 m langen Fernwärmenetzen verbunden. 
• Die Landia GmbH ist die deutsche Tochter der dänischen Landia A/S, die 1933 in Westjütland gegründet wurde, wo sie bis heute ihren Sitz hat. In den ersten Jahren konzentrierte sich das Unternehmen auf die Entwicklung und Verbesserung mechanischer Geräte für die Landwirtschaft. 1950 erfand der Gründer Christian Ølgaard die erste effiziente elektrische Pumpe mit rotierenden Messern. Das Prinzip dieser „Messer-Pumpe“, auf deren Effizienz und Qualität die weitere Produktentwicklung bei Landia aufbaute, kommt heute in sogenannten Chopperpumpen weltweit zum Einsatz. Ab Anfang der 1970er Jahre begann das Unternehmen auch Tauchmotorpumpen und tauchbare Rührwerke zu entwickeln und nahm den Export in die benachbarten Märkte in Skandinavien und Nordeuropa auf. In den 80er und 90 Jahren wurde das Produktportfolio an Pumpen, Strömungserzeugern und Belüftungssystemen für die Abwasserbehandlung komplettiert. Auf der Grundlage erprobter Konstruktionen werden seither auch Speziallösungen für verschiedene Branchen entwickelt – für Kläranlagen ebenso wie für die Lebensmittelverarbeitung, Biogas-Anlagen, die Landwirtschaft oder die Industrieproduktion –, wobei der Schwerpunkt auf der Hantierung schwieriger Flüssigkeiten liegt. Ende des Jahres 2014 hatte Landia 120 Mitarbeiter, 90 davon in Dänemark und 30 in den ausländischen Vertriebsgesellschaften, unter anderem in Deutschland. Derzeit ist Landia durch 43 Händler in 32 Ländern vertreten und der Exportanteil macht 75 Prozent des gesamten Umsatzes aus.