Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Innovative Rührtechnik in Biogasanlagen zur energieoptimalen Substrateinmischung bei flexibler Fütterung; Teilvorhaben 1: Entwicklung neuer Rührwerksgeometrien und Auslegungsmethodik zur Optimierung der Rühr- und Mischprozesse - Akronym: innoFlex

Anschrift
FH Münster - Fachbereich Maschinenbau - Labor für Strömungstechnik und Simulation
Stegerwaldstr. 39
48565 Steinfurt
Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. Hans-Arno Jantzen
Tel: +49 2551 962-743
E-Mail schreiben
FKZ
22042018
Anfang
01.10.2019
Ende
31.03.2023
Ergebnisverwendung
Im Rahmen des Projektes konnten die gesteckten Ziele erreicht werden. Zur Reduktion des Leistungsbedarfes und Steigerung des Rührwerkswirkungsrades wurde die Geometrie insbesondere langsam laufender Paddelrührwerke erstmalig streng algorithmisch an die Anforderungen des Fermentersubstrats angepasst. Parallel zur Rührwerksentwicklung wurde ein Regelverfahren entwickelt, welches auf Basis lokaler Geschwindigkeitsmessungen Rückschlüsse auf die Gesamtströmung im Fermenter ermöglicht, woraus letztendlich Steuersignale für Rührintervalle und Umdrehungsgeschwindigkeiten generiert werden. Die dafür notwendigen Messdaten konnten mit Hilfe von zwei eigens entwickelten Messverfahren bereitgestellt werden. Die Messverfahren wurden erfolgreich in einer Realanlage getestet. Konkret können die folgenden Punkte als Projektergebnisse aufgeführt werden: • Entwicklung einer Messtechnik zur Bestimmung von Oberflächengeschwindigkeiten in Biogasanlagen o Erfolgreiche Erprobung unter Realbedingungen o Automatisierte Auswertung des betrachteten Bereiches • Entwicklung einer Messtechnik zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb von Biogasanlagen o Erfolgreiche Erprobung unter Realbedingungen o Ermittlung von Kalibrierdaten für unterschiedliche Substrateigenschaften • Erstellung eines Profilkatalogs zur Auswahl von an das Substrat angepasste Rührwerksgeometrien o Erarbeitung eines Leitfadens zur Rührwerksauslegung in Abhängigkeit von drei Fluidgruppen o Charakterisierung optimaler Gestaltungsparameter für sechs Geometrien in Abhängigkeit unterschiedlicher Fluidgruppe • Entwicklung eines Regelverfahrens zur Steuerung von Rührwerkszyklen auf Basis lokaler Geschwindigkeitsmessungen o Charakterisierung der Rührzyklen auf Basis von experimentell ermittelten Mischzeiten
Aufgabenbeschreibung
Rührsysteme in Biogas-Fermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den rund 9.400 aktuell deutschlandweit betriebenen Anlagen wird in der Regel rein empirisch entwickelte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches, bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die deutliche Steigerung des Methanertrages bei gleichzeitiger Senkung des Eigen-Energiebedarfes in Biogas-Fermentern. Zielsysteme sind dabei insbesondere bestehende aber auch neue Anlagen. Bei der Entwicklung einer Post-EEG-Strategie setzen Betreiber bestehender Anlagen zunehmend auf eine Flexibilisierung der Zufütterung. Hierbei werden vermehrt auch anfallende Rest- und Abfallstoffe sowie industrielle Abwässer eingesetzt, um wirtschaftlicher, effizienter und nachhaltiger agieren zu können sowie die Flächenkonkurrenz zu reduzieren. Vor diesem Hintergrund fokussiert sich das Projekt insbesondere auf die effiziente Vergärung stark variierender Substratzusammensetzungen. Erreicht wird dies durch drei Teilziele: Die Entwicklung einer neuen Generation von Rührwerken mit deutlich verbessertem Suspensionsverhalten bei gleichzeitig hohem Axialschub, eine substratabhängige Antriebsregelung in Kombination mit einem Online-Prozessmonitoring sowie eine neue Auslegungsmethodik zur Projektierung neuer und Optimierung bestehender Anlagen. Grundsatzuntersuchungen zum Impulseintrag in scherverdünnende Fluide sowie die Adaption der Tragflächentheorie herkömmlicher newtonscher Fluide auf die Rührwerksgeometrie im viskoplastischen Regime sind Bausteine einer streng algorithmischen Geometrieauslegung. Zur effizienteren und variablen Rührstrategie für den Einsatz bei sich häufig ändernden Substratzusammensetzungen wird eine neuartige Rührwerksregelung unter Einbindung robuster, alltagstauglicher Sensorsysteme entwickelt.

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