Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Modellgestützte Überwachung und Steuerung von Biogasanlagen auf Basis von Nahinfrarotspektroskopie

Anschrift
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel - Agrar- und Ernährungswissenschaftliche Fakultät - Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik
Max-Eyth-Str. 6
24118 Kiel
Kontakt
Prof. Dr. Eberhard Hartung
Tel: +49 431 880 - 2107
E-Mail: ehartung@ilv.uni-kiel.de
FKZ
22003606
Anfang
01.09.2006
Ende
31.12.2009
Ergebnisdarstellung
Auch in modernen Biogasanlagen ist es derzeit messtechnisch nicht hinreichend möglich den Prozess kontinuierlich zu überwachen, um prognoseorientiert regelnd in diesen einzugreifen. Gegenstand des Vorhabens war daher die Entwicklung neuer analytischer Messtechnik zur anlagenumfassenden kontinuierlichen Erfassung der komplexen heterogenen Stoffströme. Über die reine Messtechnik hinaus wurden Datengrundlagen und Modelle erarbeitet, die zur Interpretation und Einbindung der NIRS-Messsignale in die Prozessüberwachung und letztendlich in die Prozesssteuerung/-regelung erforderlich sind. Dazu wurden geeignete Messgeräte entwickelt und an Substratvorlage und Rohrleitung einer Praxisbiogasanlage implementiert. Es konnte eine kontinuierliche Aufzeichnung von NIR-Spektraldaten über einen Zeitraum von 500 Tagen realisiert werden. Die Messtechnik wurde anhand regelmäßig genommener Referenzproben kalibriert. Hinsichtlich des einzigen Substrates Maissilage konnte nachgeführt eine kontinuierliche Erfassung von Trockensubstanz, organischer Trockensubstanz, stickstofffreien Extrakten, Rohprotein, Rohfett und Rohfaser realisiert werden. Bezüglich des anaeroben Prozesses konnten Kalibrationsmodelle für Trockensubstanz, organische Trockensubstanz, Essigsäureäquivalent, Essigsäure und Propionsäure entwickelt und validiert werden. Weiterhin konnten aus den errechneten Verläufen der Inhaltstoffe des Substrates über gängige Umrechnungsformeln theoretische Biogaserträge ermittelt werden. Die Dynamik in der Entwicklung der so ermittelten theoretischen Erträge entsprach der Dynamik der tatsächlich an der Anlage gemessenen Entwicklungen. Insgesamt konnten damit die Qualität des aktuell eingesetzten Substrates und der daraus zu erwartende Biogasertrages sowie der aktuelle Prozesszustand in den Grenzen der erstellten Modelle erfasst werden. Die im Rahmen des Forschungsvorhabens erzielten Ergebnisse stellen damit eine wirtschaftliche Nutzung von Nahinfrarotspektroskopie zur Überwachung der Pr
Aufgabenbeschreibung
Aufgrund fehlender Messmöglichkeiten ist es in modernen Biogasanlagen derzeit nicht hinreichend möglich den Prozess kontinuierlich zu überwachen sowie prognoseorientiert regelnd in diesen einzugreifen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Implementierung eines Online-NIRS-Sensors in Biogasanlagen zur kontinuierlichen qualitativen Erfassung der Stoffströme im Zu- und Ablauf der einzelnen Prozessstufen. Die Einbindung der laufend aufgezeichneten Prozessdaten und die regelmäßig aktualisierte Online-Prognose in die Prozessregelung erlaubt eine schrittweise Optimierung der Raum-Zeit-Ausbeute, wobei kritische Prozesszustände frühzeitig erkannt und behoben werden können. Nach Optimierung der Messkonfiguration und Kalibrierung der NIRS Messtechnik bezüglich TS, oTS, FOS, Essigsäure, Propionsäure, Ammonium, pH und TAC werden Zeitreihenanalysen an einer BGA in S.-H. durchgeführt und ein Prozessmodell darauf aufgebaut. Die erfolgreiche Kalibrierung und Implementierung des NIRS-Sensors in diesem Projekt hat den Charakter eines Demonstrationsvorhabens und stellt die Basis dar, um als übergreifende Branchenlösung ausgebaut zu werden.

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