In der verbesserten Durchmischung von Biogasfermentern liegt langfristig ein großes Potential zur energetischen, stofflichen und damit auch wirtschaftlichen Optimierung von Biogasanlagen. Übergeordnetes Ziel der Projektpartner ist es, den Herstellern von Biogasanlagen, wie UTS, aber auch den Betreibern Erkenntnisse an die Hand zu geben, die es ermöglichen, die Durchmischung bei bestehenden Anlagen energetisch und verfahrenstechnisch signifikant zu optimieren, um sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch den Beitrag zum Klimaschutz entscheidend zu verbessern. Es gilt, auf Basis methodisch-wissenschaftlicher Untersuchungen, bestehende Rührwerkskonzepte weiter zu optimieren sowie neue, verbesserte Rührwerkskonzepte zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Das Vorhaben gliedert sich in drei Phasen mit insgesamt 5 Arbeitspaketen. In der 1. Phase gilt es, die notwendigen Grundlagen (Arbeitspaket 1) zu erarbeiten, um in der 2. Phase parallel erfolgversprechende Konzepte zur Durchmischung mittels Simulation (Arbeitspaket 2) und Laborversuchen (Arbeitspaket 3) durch Variation von Parametern zu entwickeln. In der 3. Phase erfolgt die praktische Erprobung (Arbeitspaket 4) der erarbeiteten Konzepte und Regeln. Phasenübergreifend erfolgt im Arbeitspaket 5 permanent die Überprüfung des Projektfortschrittes und Koordination der Projektabläufe.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines kombinierten Druck- und Laserverfahren um leitfähige und isolierende funktionelle Schichten ortsselektiv aufzutragen. Durch die selektive Auftragung können große Mengen an Material u.a. des aufzubringenden Edelmetalls eingespart werden. Der Endanwender Kleiner legt das Anforderungsprofil sowohl an das Verfahren als auch an die Materialien und herzustellenden Schichten fest und prüft die entwickelten Schichten. FEW Chemicals führt die erforderlichen Entwicklungsarbeiten zur Herstellung der Materialien für Isolations- und leitfähige Schichten und nimmt Anpassungen zur Verdruckbarkeit und Lasernachbehandlung vor. BioFluidix entwickelt einen Druckkopf mit integriertem Rührwerk zur Vermeidung von Sedimentation in Partikeldispersionen und untersucht die erforderlichen Anpassungen zum Verdrucken der entwickelten Materialien. Das Fraunhofer ILT ist verantwortlich für die Entwicklung des Laserverfahrens zur thermischen Nachbehandlung der von den Partnern bedruckten Substrate.
Das Forschungsvorhaben beinhaltet die Weiterentwicklung (Upscaling) eines zweistufigen Biogasfermentersystems zur Nassvergärung, das aus Haupt- und Nachfermenter besteht. Das System ist dadurch gekennzeichent, dass beide Fermenter in einem gemeinsamen Bauwerk mit kreisformigem Grundriss konzentrisch angeordnet sind und zwar derart, dass der Hauptfermenter außenliegend mit kreisringförmigen Grundriss und der Nachfermenter innenliegend mit kreisförmigem Grundriss angeordnet sind. Wesentlich für die Funktion des Systems ist die Auswahl und richtige Positionierung der Rührwerke im Hauptfermenter. Durch Upscaling der Anlagen ergibt sich die Notwendigkeit diese Rührstraße aufzuweiten, wodurch mit momentaner Rührtechnik Totzonen entstehen würden. Ziel der CFD-Simulation soll es sein, Antworten hinsichtlich Art, Anzahl und Anordnung der Rührwerke für prozessbiologisch optimierte Fermentergeometrien zu geben um diese großtechnisch umsetzen zu können.
Ziel dieses Projektes ist es das Mischverhalten sowie die Performance von Rührsystemen in Biogasanlagen zu erfassen, und mittels CFD-Simulation mathematisch darzustellen. Die rheologische Beschreibung der Fermenterinhalte (Gärgut) wird basierend auf bestehenden Daten verfeinert und präzisiert. In Abhängigkeit von Korngrößenverteilungen (Halmlängen etc.) sowie eingesetzten Substraten wird die Viskosität sowie das rheologische Verhalten experimentell erfasst. Durch die Datenaufnahme bei bestehenden Biogasanlagen (Reaktor- und Rührwerksgeometrien) kann das aktuelle Mischverhalten dargestellt werden. Dadurch können Hinweise auf die Optimierung der in diesem Projekt beteiligten Biogasanlagen hinsichtlich Mischgüte und Energieeinsatz abgeleitet werden. Die CFD-Modelle werden durch ein Validierungsverfahren überprüft. Durch punktuelle Zugabe von Bacillus globigii werden Rührkessel-Response-Kurven aufgenommen. Das Grundmodell der CFD-Simulation wird dann soweit modifiziert damit Aussagen über folgende Fragestellungen getroffen werden können: - Optimierung Mischverhalten bei bestehenden Anlagen, Optimierung Rührwerkgeometrie im Fermenter, Minimierung Energieeinsatz bei bestehenden Rührsystemen, Optimales Rührsystem bei landw. Biogasanlagen. Endprodukte: - Leitfaden zum optimalen Misch-Algorithmus, - Hinweise auf Totzonen Minimierter Energieeinsatz bei optimaler Erreichung des Mischzieles, - Beste Anordnung von Rührwerk-Systemen im Fermenter.