Günstigeres Biogas
Biogasanlagen sind unverzichtbarer Bestandteil der Bemühungen zur Energiewende in Deutschland. Um Biogas zu erzeugen, müssen je nach Kapazität der Anlage mehrere Tonnen Biomasse beispielsweise in Form von Gras, Energiepflanzen oder Zuckerrüben im Reaktor zu Gas umgesetzt werden.
Damit das Biogas in den Anlagen erzeugt werden kann, müssen die Behälter gerührt werden. Dabei wird durch das Rühren das Substrat als Futter für die Bakterien gleichmäßig im Behälter verteilt. Darüber hinaus soll so verhindert werden, dass starke Sedimentationen oder Verfestigungen an der Oberfläche auftreten. Außerdem kann das Gas die flüssige Phase einfacher verlassen und so genutzt werden.
Dazu werden Rührwerke eingesetzt, welche in der Biomasse eingetaucht betrieben werden können. Diese Rührwerke sind für den Betrieb der Anlage essentiell, da ohne Rührtechnik die Stoffwandlung nicht oder nur in ungenügender Art und Weise betrieben werden kann. Aufgrund der Aggressivität der eingesetzten Substrate sind die verwendeten Maschinen chemisch und mechanisch hoch beansprucht. Dies spiegelt sich insbesondere im Verschleiß der Propeller für Rührwerke wieder. Dabei sorgen die mineralischen Bestandteile der verwendeten Substrate für mechanischen Abrieb, der sogar die Hydraulik zerstören kann. Ein erforderlicher Austausch kann in der Regel nicht ohne hohe Kosten und Aufwand erfolgen. Weil die Behälterabdeckung gleichzeitig auch als Gasspeicher genutzt wird, ist ein Austausch so schwierig. Muss also der Reaktor geöffnet werden, weil eines der Rührwerke defekt ist, entweicht das im Gasspeicher befindliche Gas in die Umwelt. Darüber hinaus entstehen weitere Kosten beispielsweise für den Einsatz eines Kranes.
Das Ziel des Projekts ist es die Einsatzzeit eines Propellers und damit des gesamten Rührwerkes signifikant zu verlängern sowie die damit verbundenen Kosten zu verringern. Dies steigert die Verfügbarkeit der Anlagen und verbessert ihre Wirtschaftlichkeit.
Wie soll dieses Ziel erreicht werden?
Der Verschleiß von Propellern für Rührwerke lässt sich auf zwei unterschiedliche Wege verringern. Zum einen kann durch Optimierung von Druck und Geschwindigkeit sowie Propellerdesign die rein mechanische Belastung verringert werden. Weniger Geschwindigkeit am Propeller bzw. geringerer Druck bedeutet auch geringerer mechanischer Abtrag am Propeller. Dazu werden mit computergestützten Simulationen mit speziellen Programmen die Druck und Geschwindigkeitsparameter bestimmt und entsprechend durch Änderungen an der Geometrie der Propeller angepasst. Trotz der Änderungen sollen Rührwirkung und Effizienz sich nicht verschlechtern. Nach den erfolgreichen Simulationen muss der Effekt und die Wirksamkeit in entsprechenden praktischen Versuchen bestätigt werden.
Zum anderen kann natürlich auch ein abriebbeständigeres Material entwickelt werden. Es macht jedoch in diesem Zusammenhang wenig Sinn, den gesamten Propeller aus dem häufig teureren, aber auch widerstandsfähigeren Material zu fertigen. Eine Beschichtung ist daher in diesem Projekt im Fokus der Bemühungen. Dazu muss ein Verfahren zur dauerhaften Aufbringung des Materials auf den Propellerkern entwickelt werden. Neben Tests zur Verbesserung der Haltbarkeit wird auch getestet wie sich das Material am effektivsten auf dem Propellerkern aufbringen lässt. Ziel ist es auch hier, Kosten und Wirksamkeit zu optimieren.
Nach erfolgreichem Projekt steht ein Propeller zur Verfügung, der hinsichtlich Design und Material gegenüber den typischen Verschleißbelastungen einer Biogasanlage maximale Standfestigkeit aufweist.