Die Erzeugung und Nutzung von Biogas werden in den nächsten Jahrzehnten bei den erneuerbaren Energien sicher eine der Schlüsselrollen zur Sicherung des Gesamtenergiebedarfs einnehmen. Daneben unterstützt die Biogastechnologie aber auch den Klimaschutz, da sie CO2-neutral ist. In der Praxis bedeutet das, dass bei der Verbrennung des Biogases entstehendes CO2 vorher der Atmosphäre entzogen und in die Biomasse eingebaut wurde. Gleichzeitig gibt diese Technik Landwirten und dem ländlichen Raum neue Zukunftsperspektiven. Denn immer mehr Bauern nutzen als Energieversorger ihre Chance, die ihnen aus dem Anbau der Rohstoffe für die erneuerbaren Energien erwächst.
Bereits seit 1995 setzt die Schmack Biogas AG den Standard für Biogasanlagen mit hoher Auslastung. So errichteten 1995 die Brüder Schmack auf dem elterlichen Betrieb die erste Biogasanlage mit 22 kW elektrischer Leistung. Heute gehört die Schmack Biogas AG, die inzwischen 250 Mitarbeiter beschäftigt, zu den Pionieren der deutschen Biogasbranche.
So gilt Ulrich Schmack, 33 Jahre alt und Vorstand der AG, als Visionär und treibende Kraft auf diesem Gebiet. Sein Unternehmen setzt auf eine konsequente Forschungs- und Entwicklungsarbeit in den Bereichen Technik und Mikrobiologie. Das komplette Leistungsangebot umfasst alle Bereiche: Von der Projektentwicklung, Planung und Genehmigung über Errichtung, Inbetriebnahme sowie technischem und biologischem Service bis zu Finanzierungs- und Contractingmodellen. Dazu hat Schmack das firmeneigene Biotechnologie-Zentrum, in dem auch das Servicekonzept "Fit for Biogas" entwickelt wurde, eingerichtet. Ebenso tragen zu dem herausragenden Erfolg des Unternehmens die patentierten Eigenentwicklungen bei. Daneben setzt das Unternehmen auf innovative Techniken wie beispielsweise der ORC-Prozess, der zusammen mit der Firma Köhler und Ziegler GmbH entwickelt wurde oder die erste Biomethananlagen in Deutschland mit Gas-Direkteinspeisung.
Auf das Know-how und die Erfahrung von Schmack Biogas vertrauen heute sowohl landwirtschaftliche Betriebe als auch professionelle Kapitalanleger und Energieerzeuger. Bis jetzt hat die Schmack Biogas AG 171 Biogasanlagen mit einer Nominalleistung von rund 41 MW errichtet, davon 26 im Ausland. 6 dieser Anlagen betreibt das Unternehmen selbst.
Biogas – eine natürliche Energiequelle
Biogas kann fossile Brennstoffe ersetzen. In landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden neben Stallmist und Gülle vor allem Ackerfrüchte zu Methan vergoren. Wesentlicher Bestandteil des Prozesses zur Erzeugung des Gases sind spezielle Bakterien, die die Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff abbauen und dabei Energie gewinnen. Bei diesem Gärprozess produzieren die Bakterien zu rund zwei Dritteln Methan, daneben Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und in geringen Mengen weitere Gase. Verwertbar ist das Methan, das als Brennstoff in örtlichen Blockheizkraftwerken verwendet wird, um Strom und Wärme zu erzeugen. Dieses „Bio-Methan“ lässt sich gut speichern sowie in Tanks und Flaschen
abfüllen. Ebenso ist ein Transport mittels Pipelines möglich. Durch dem Erdgas ähnliche Eigenschaften kann es bestehende Infrastrukturen nutzen. Zudem lässt sich Biogas auch als Kraftstoff einsetzen.
Gleichmäßige Durchmischung notwendig
Innerhalb der Anlage wird das „Bio-Methan“ oder Biogas in einem zweistufigen Prozess unter Sauerstoffabschluss erzeugt. Dabei stellt speziell die Vergärung nachwachsender Rohstoffe höchste Ansprüche an Technik und Biologie.
Nach einer Vorbehandlung des Maissilats oder der Gülle – je nach Anlagenkonzept und zur Verfügung stehendem Material – erfolgt eine konstante Beschickung des ersten Fermenters. Innerhalb dieses Pfropfenstromfermenters in Form eines lang gestreckt, liegenden Gärbehälters aus Beton sorgt ein horizontal laufendes Haspelrührwerk für eine optimale Durchmischung des Frischsubstrats mit dem Gärsubstrat. Zwei mit Danfoss Frequenzumrichtern der Serie VLT® AutomationDrive FC 300 treiben die Getriebemotoren mit der optimalen Drehzahl für des beheizten Rührwerks. Dabei fallen die Motoren mit einer Leistung ab 2,2 kW extrem klein aus, so dass ein niedriger Eigenenergiebedarf gewährleistet ist.
Die Danfoss Frequenzumrichter, die sich durch ihren modularen Aufbau sowie die hohe Zuverlässigkeit auszeichnen, erhalten die Drehzahlvorgabe über die integrierten PROFIBUS-Module von der übergeordneten SPS/Leitebene, die ihre Werte aus den Daten der mehrfach installierten Temperatur- und Füllstandsmessungen sowie einer ersten Analyse des entstehenden Biogases ermittelt. Dazu kommen die Werte für Drehmoment und Stromaufnahme, die die Danfoss Geräte selbsttätig aufnehmen und an die SPS zurückmelden. Die Durchmischung bewirkt eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Fermenters und verhindert die Schwimmdecken- sowie Sinkschichtenbildung. Gleichzeitig unterstützt dieser
Prozess die Entgasung des Substrats. Eine Schwimmdecke würde dies unterbinden und zu einem kritischen Gesamtzustand aufgrund der Druckzunahme führen. Insgesamt betrachtet sorgt diese optimierte Durchmischung für eine äußerst stabile, biologische Betriebsführung.
Die Drehzahlregulierung hilft insbesondere beim Anfahren des Systems. Dann geben die VLT® AutomationDrive eine niedrigere Drehzahl vor, bei gleichzeitig erhöhtem Drehmoment, um den Prozess und die Durchmischung in Gang zu bringen. Der hohe Anteil an Feststoffen bis hin zu einem Maximalen Anteil an Trockensubstanz erfordert für eine langsame, aber stetige Durchmischung diese Vorgaben. Zum Starten des Prozesses wird zusätzlich noch Gärsubstrat hinzugegeben. Nach kurzer Zeit sollte sich die Nenndrehzahl wieder einstellen und die Mischung den Betriebsvorgaben entsprechen sowie gleichmäßig verteilt sein. Mit zunehmender Vergärung wird das Substrat dünnflüssiger.
Im zweiten Schritt erfolgt die Nachgärung im zweiten Fermenter, einem Grubenspeicherfermenter, der vor allem für Einsatzstoffe mit einem geringen Anteil an Trockensubstanz geeignet ist. Schmack setzt hier bei der Durchmischung auf beheizte, ebenfalls mit FC 300-Frequenzumrichtern drehzahlgeregelten Großflügelrührwerken. Neben den statischen Heizflächen an der Wand sorgen auch hier die beheizten Wellen der Rührwerke für ein optimale Temperaturverteilung. Und ebenso wie bei den vorher beschriebenen Frequenzumrichtern erhalten diese die Sollwertvorgaben mittels integrierter PROFIBUS-Schnittstelle von der übergeordneten Steuerung. Die auf unterschiedlichen Höhen angeordneten Rührwerke decken einen großen Bereich des Fermenters ab und vermeiden eine Entmischung der Biomasse. Eine gleichmäßige Biogasproduktion ist die Folge, wobei das Gas im Dachraum des stehenden Fermenters aufgefangen wird.
Graphisches Display erlaubt einfache Inbetriebnahme
Der Danfoss VLT® AutomationDrive FC 302 ist ein Gerät aus der modularen VLT® AutomationDrive FC 300-Plattform. Wie alle VLT® Umrichter besitzen auch sie integrierte EMV-Filter und Zwischenkreisdrosseln. Zur Kommunikation mit der Außenwelt steht dem Anwender eine USB- und eine RS485-Schnittstelle zur Verfügung. Über diese Schnittstellen kann mittels der Konfigurations- und Parametrierungssoftware MCT 10 ein PC oder Laptop direkt beziehungsweise über einen Schnittstellenwandler bei der RS485 angeschlossen werden, was die Inbetriebnahme vereinfacht und beschleunigt.
Auch das grafische Display direkt am Frequenzumrichter erleichtert den Spezialisten von Schmack die Inbetriebnahme. So können sie mittels der integrierten Scope Funktion wesentliche Parameter grafisch darstellen lassen und so deren zeitliche Verläufe bei kritischen Werten kontrollieren. Ein weiterer Vorteil des Displays: Es unterstützt mehr als 27 Sprachen mit Sonderzeichen wie beispielsweise chinesisch, so dass die international arbeitetende Schmack Biogas AG auch bei Exporten nur einfach die gewünschte Sprache auswählen muss.
Modernste Technik für eine sichere Zukunft
Biogas-Anlagen steht eine großartige Zukunft bevor. Allerdings bedingt die Technik zur Vergärung biologischer Rohstoffe auch höchste Ansprüche an Technik und Biologie. Schmack Biogas AG hat sich bei der Antriebstechnik für die modularen VLT® AutomationDrive FC 300 Umrichter entschieden – nicht zuletzt wegen ihrer Zuverlässigkeit und dem umfangeichen Danfoss Service.