Quantifizierung der Methanemissionen aus einem anaerob mesophilen Faulbehälter

Abstract

Die Gewinnung von Energie aus erneuerbaren Quellen steht weltweit im Mittelpunkt der derzeitigen Forschung. Dabei wird nach Möglichkeiten gesucht, bei möglichst kleinem Einfluss auf die Umwelt, bereits vorhandene Ressourcen vollständig zu nutzen. Die Erzeugung von Strom und Wärme aus Biogas ist dabei eine seit über 100 Jahren bewährte Technologie. Die vorliegende Arbeit untersucht die auftretenden Faulgasverluste und klimarelevanten Emissionen bei der anaeroben mesophilen Schlammstabilisierung. Mit Hilfe von Messungen an einer Abwasserreinigungsanlage inklusive Schlammfaulung mit 260.000 Einwohnerwerten Ausbaugröße werden Verluste mit verschiedenen Messmethoden zuerst ausfindig gemacht und anschließend qualitativ sowie quantitativ untersucht. Diese Verluste entstehen durch mit dem Schlamm aus dem Faulturm mitgerissene Gasblasen, durch im ausgefaulten Schlamm gelöstes Gas und durch im ausgefaulten Schlamm vorhandenes Restgaspotential. Beim Faulungsprozess und der Gasverwertung treten weitere Verluste auf, wie zum Beispiel durch Undichtigkeiten in den Faulbehältern, durch unvollständige Verbrennung im Blockheizkraftwerk und der Fackel (Methanschlupf). Diese Verlust- und Emissionsquellen für treibhausschädliche Gasemissionen werden im Kontext der optimalen Faulgasproduktion aus Mischschlamm der untersuchten kommunalen Anlage und mitvergorenem Co-Substrat betrachtet. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Methan, welches nicht nur als Energieträger genutzt wird, sondern auch 25-mal klimawirksamer ist als Kohlendioxid.

Research worldwide focuses on energy from renewable sources. The goal is to completely use existing resources with the lowest possible environmental impact. Therefore, the production of electricity and heat from biogas is established over 100 years. This work investigates the losses of biogas and its climate relevance at the anaerobic mesophilic sludge stabilization. By conducting measurements with different methods on a big scale plant with 260.000 population equivalents, potential places of losses are detected at first and investigated on qualitative and quantitative aspects afterwards. These losses and emissions arise from gas bubbles carried with the sludge across the outlet of the digestion tank, in the stabilized sludge solved gas, and the rest gas potential still stored in the stabilized sludge. In addition, other losses happen during the digestion and gas utilization process. For example, through leakages in the septic tanks, incomplete combustion in the combined heat and power unit and flare (methane slip). These sources of losses and the resulting emissions of greenhouse gases are investigated in context of optimal gas production out of the treated excess and primary sludge and the co-processed co-substrate. The focus is on methane, which is not only used as a source of energy, but rather its greenhouse potential is 25 times higher than those of carbon dioxide.