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Entwicklung eines Tools zur Steigerung der Ressourceneffizienz bei großtechnischen Biogasanlagen durch Einsatz einer modellgestützten wissensbasierten Steuerung unter Zuhilfenahme einer Wasserstoffmessung in der Flüssigphase

Leitung:Dr.-Ing. Dirk Weichgrebe
Bearbeitung:Dipl.-Ing. Linda Hinken, Dipl.-Ing. Sebastian Meier
Laufzeit:06/2009 - 05/2011
Förderung durch:AIF (BMWi)
Bild Entwicklung eines Tools zur Steigerung der Ressourceneffizienz bei großtechnischen Biogasanlagen durch Einsatz einer modellgestützten wissensbasierten Steuerung unter Zuhilfenahme einer Wasserstoffmessung in der Flüssigphase

Die Erzeugung von Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen und Reststoffen hat in den letzten Jahren stark zugenommen und wird zukünftig weiter steigen. Die Anzahl von Biogasanlagen liegt derzeit bei ca. 4.000. In vielen Anlagen treten jedoch aus den verschiedensten Gründen Probleme auf, so dass keine oder nur unzureichende anaerobe Umsetzungsprozesse stattfinden und die Substrate nicht effizient genutzt werden. Zudem führen der hohe Flächenbedarf und der hohe Bedarf an nachwachsenden Rohstoffen und Wasser zu Konkurrenz mit der Lebensmittelindustrie und zur weiteren Entstehung von Monokulturen. Um die Ressourcen so weit wie möglich zu schonen, müssen sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht ein möglichst stabiler Ablauf der Anaerobprozesse sowie eine nachhaltige Ausnutzung der Substrate gewährleistet werden können.

In diesem durch die AIF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V.) geförderten Vorhaben sollen an einer Cofermente- und einer NawaRo-Anlage wissensbasierte modellgestützte Steuerungskonzepte entwickelt werden. Neben Standardparametern und der Biomassenaktivität aus anaeroben Gärversuchen soll die H2-Konzentration als Hauptparameter für die Steuerung genutzt werden. Die einfachste Variante diesen Parameter zu messen, ist in der Gasleitung der Biogasanlage. Hierbei kann der Wert durch Begleitgase (z.B. H2S) verfälscht werden. Daher ist die Erprobung verschiedener Sensorprinzipien erforderlich. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, soll eine Methode zur H2-Messung in der Flüssigphase entwickelt werden, mit der der tatsächliche Zustand des Prozesses besser wiedergegeben werden kann.

Die ermittelten Parameter dienen als Grundlage für die Modifizierung und Kalibrierung des Anaerobmodells. Mit Hilfe der Messdaten und des ADM 1 (Anaerobic Digestion Model No. 1) sollen die in den untersuchten Anlagen ablaufenden Prozesse dynamisch modelliert, weitere Lastfälle simuliert und so modellgestützte wissensbasierte Steuerungs- und Regelungsstrategien entwickelt und getestet werden, um den Ablauf der anaeroben Prozesse zu optimieren und damit die Ressourceneffizienz der beiden Anlagen zu steigern. Dieses Vorhaben wird gemeinsam mit BlueSens gas sensor GmbH und VE efficiency solutions GmbH durchgeführt. Die Firma BlueSens gas sensor GmbH ist für die Entwicklung und Erprobung einer H2-Sonde in der Gas- und direkt in der Flüssigphase zuständig. VE efficiency solutions GmbH beschäftigt sich im Rahmen des Vorhabens mit der Durchführung von unterschiedlichen Lastversuchen und der Auswertung und Bilanzierung der vorhandenen und anfallenden Messwerte unter dynamischer Belastung.

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