Der Stand der Sicherheitstechnik beim Explosionsschutz an Biogasanlagen mit erweiterter Peripherie wurde einer aktualisierten Bewertung unterzogen. Ergänzend zum »Stand der Technik«, basierend auf der DGUV 113-001, wurden Empfehlungen erarbeitet, um den Stand der Sicherheitstechnik zur Gewährleistung des Explosionsschutzes an Biogasanlagen weiter zu erhöhen.

Der Bericht informiert über die Konzentration von Bioaerosolen in der Abluft und im Umfeld von Geflügelanlagen. Für die Parameter Endotoxin, Gesamtpilzzahl, Gesamtbakterienzahl, Enterokokken, Enterobakterien und S. aureus wurden Emissionsfaktoren berechnet sowie die Immissionskonzentration untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass es zu erhöhten Bioaerosolkonzentrationen im Umfeld von Geflügelanlagen kommen kann. Besonders der Parameter Gesamtbakterienzahl war deutlich erhöht. Die Untersuchungen wiesen Staphylokokken als hauptsächlich vorkommende Gattung nach. In mehreren Stichproben wurden hauptsächlich Staphylokokken der Risikogruppe 1 (RL 2000/54/EG) nachgewiesen. Dieser Beitrag richtet sich vor allem an Wissenschaftler und Fachpersonal auf dem Arbeitsgebiet der Bioaerosole.

An 11 Blockheizkraftwerken (BHKW) ohne Oxidationskatalysator und an 10 BHKW mit Oxidationskatalysator in Sachsen und Thüringen wurden die Einflussfaktoren auf die Formaldehydemissionen untersucht. Geprüft wurden insbesondere die Motorbetriebsparameter wie z.B. Zylindertemperaturen, Verbrennungsluftverhältnis, die Biogaszusammensetzung und die Biogasfeuchte. Im Ergebnis konnte kein bzw. nur ein geringer Einfluss der untersuchten Parameter auf die Formaldehydbildung festgestellt werden. Ebenfalls ließ sich bei den meisten der untersuchten Anlagen kein Einfluss von Wartungstätigkeiten sowie Ersatzteil- und Betriebsstoffwechseln auf die Formaldehydemissionen feststellen. Sollte der Gesetzgeber künftig einen niedrigeren Formaldehydgrenzwert vorschreiben, werden zusätzliche Technologien zur Biogasaufbereitung z.B. mit Aktivkohlefilter und zur Abgasnachbehandlung z.B. mit Oxidationskatalysator oder Thermoreaktor notwendig. Diese müssen aber noch hinsichtlich ihrer Standzeiten untersucht und optimiert werden.

Der Ausbau von erneuerbaren Energien hat seit 2000, durch die Einführung des Erneuerbaren Energien Gesetzes, auch im Bereich Biomasse zu einem stetigen Ausbau von Biogasanlagen geführt. Seit ca. 2014 stagniert der Ausbau, aufgrund einer Neuauflage des EEGs, in dem einige Subventionierungen wegfallen. Aus diesem Grund liegt der Fokus momentan u.a. auf der Optimierung von Biogasanlagen und der Minimierung von Störungen (Über- oder Unterfütterung, Temperaturschwankungen, Rührwerksausfall, etc.). Eines dieser Störfaktoren ist der Mangel von Spurenelementen, der häufig beim Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen auftritt. Häufig führt dieser Mangel zu einem niedrigen pH-Wert, einem hohem FOS/TAC Verhältnis sowie einer reduzierten Methanausbeute. Bleibt solch ein Mangel unentdeckt, kann es zu einem vollständigen Prozessabsturz innerhalb der Biogasanlage kommen. Die mathematische Beschreibung von anaeroben Prozessen erfolgt bereits seit ca. 40 Jahren und bildet den Biogasprozess mittlerweile sehr gut ab, sodass auf einige Störfaktoren rückgeschlossen werden kann. Durch eine Vielzahl existierender Modelle hat die IWA Task Group ein allgemeingültiges Modell zum anaeroben Abbau entwickelt, das Anaerobic Digestion Model No. 1 (Batstone et al. 2002). Aufbauend auf dem ADM1 sind weitere Modell-erweiterungen entwickelt worden. Eine Übersicht über diese Modelle ist in (Donoso-Bravo et al. 2011) zu finden. Bisher gibt es allerdings noch keinen Modellansatz zur Beschreibung der Spurenelemente innerhalb des ADM1 bzw. dessen Erweiterungen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Spurenelemente auf den Biogasprozess, insbesondere im Falle einer Mangelsituation. Dabei gab es zwei Hauptziele. Das erste Hauptziel der vorliegenden Arbeit war eine mathematische Beschreibung der Umwandlungsprozesse von Spurenelemente sowie deren unterschiedliche Bindungsformen bereitzustellen. Diese Beschreibung sollte als Modellerweiterung an ein vorhandenes Modell zum anaeroben Abbau angebunden werden. Mit Hilfe dieses Modells sollte sowohl der Konzentrationsverlauf als auch die durch die Spurenelemente verursachten Auswirkungen auf den Biogasprozess abgebildet werden. Das zweite Hauptziel war die Validierung des Modells durch parallel durchgeführte Laborversuche an Reaktoren zur Untersuchung des Spurenelementmangels. Mit Hilfe der Laborversuche sind die Auswirkungen eines Spurenelementmangels nachgewiesen worden. Dabei zeigte sich nach ca. 3 Monaten Laufzeit ein reduzierter pH-Wert, ein ansteigendes FOS/TAC Verhältnis sowie eine verzögerte Biogasproduktion. Ein vollständig stabiler Prozess hat sich erst durch die Zugabe aller Spurenelemente wieder eingestellt. Gleichzeitig hat die erneute Zugabe der Spurenelemente in die Testreihen nach dem Mangel zu einer starken Schaumbildung geführt. Die mathematische Beschreibung der Umwandlungsprozesse von Spurenelemente erfolgt als eigenständiges Modell und kann an beliebige Modellansätze integriert werden. In der Arbeit ist dafür das ADM1da ausgewählt worden, um eine Beschreibung der anaeroben Prozesse zu integrieren. Gleichzeitig beinhaltet das ADM1da die Beschreibung von Mischsubstraten, sodass mit dem entwickelten Modellansatz zu jedem Substrat die spezifische Spurenelementkonzentration angegeben werden kann. Das neu entwickelte Modell beinhaltet drei wesentliche Schritte: (1) den Abbau des Substrates, indem die Spurenelemente gebunden sind, (2) die Freisetzung der Spurenelemente in den Gärschlamm und (3) die Umwandlung der einzelnen Spurenelement-Bindungsformen untereinander. Dabei sind in dem Modellansatz vier Fraktionen bezüglich der Spurenelemente integriert: (a) freie (bioverfügbare) bzw. leicht gebundene Ionen, (b) adsorbierte Ionen, (c) in Biomasse gebundene SE und (d) ausgefällte SE. Die Beschreibung einzelner Reaktionen sowie die Umwandlungen innerhalb der verschiedenen Fraktionen erfolgt über die Petersen-Matrix.:Danksagung I Inhaltsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis IX Abkürzungsverzeichnis XI 1 Einleitung 1 2 Kenntnisstand 4 2.1 Allgemeiner Aufbau Biogasanlagen 4 2.2 Grundlagen des anaeroben Abbaus 6 2.2.1 Biologische und chemische Prozesse 7 2.2.2 Einflussfaktoren 10 2.3 Spurenelemente 14 2.3.1 Bedarf und Folgen auf den Gärprozess 14 2.3.2 Bioverfügbarkeit von Spurenelementen 16 2.3.3 Quellen – Substrate und Zuschlagstoffe 17 2.4 Anaerobmodelle 18 2.4.1 Allgemein 18 2.4.2 ADM1 – mathematische Beschreibung der wichtigsten Prozesse 20 2.4.3 Weiterentwicklungen des ADM1 Modells 22 2.4.4 Verbesserungsmöglichkeiten am ADM1 Modell 24 2.4.5 Modellierung der Spurenelemente 26 3 Wissenschaftliche und experimentelle Methodik 29 3.1 Versuchsanlage 29 3.2 Versuchsdurchführung 31 3.3 Analysemethoden/Messtechnik 35 4 Auswertung und Diskussion der Laborversuche 38 4.1 Substratzugabe 38 4.2 Kontrollreihe 39 4.3 Testreihen mit Mangel an Spurenelementen 45 4.4 Spurenelementkonzentration innerhalb der Reaktoren 60 4.5 Test auf Signifikanz 64 5 Modellierung des Biogasprozesses unter Berücksichtigung der Spurenelemente 70 5.1 Mathematische Beschreibung des entwickelten Modellansatzes 70 5.2 Anknüpfung an das ADM1da 77 5.3 Programmtechnische Umsetzung/Implementierung 79 5.4 Anwendung des Modells anhand einer Biogasanlage 80 5.4.1 Simulation der Biogasanlage 80 5.4.2 Monovergärung von Maissilage 84 5.4.3 Substratmix zur Vermeidung eines Mangels 88 5.5 Anwendung des Modells anhand des Laborreaktors 93 5.5.1 Vergleich der Simulations- und Messdaten der Kontrollreihe 96 5.5.2 Vergleich der Simulations- und Messdaten der Testreihe 103 6 Zusammenfassung 122 7 Literaturverzeichnis 129 8 Anhang 138 8.1 Laborergebnisse Testreihe 138 8.1.1 Biogasmenge 139 8.2 Boxplot 140 8.2.1 Mangelphase 140 8.2.2 Rückführphase 141 8.3 Massenbilanzen 141 8.4 Vergleich Simulation/Messdaten – Kontrollreihe 142 8.4.1 pH-Wert 142 8.4.2 Biogasmenge 143 8.4.3 Methangehalt 143 8.5 Vergleich Simulation/Messung Testreihe 144 8.5.1 Spurenelemente 144 8.5.2 pH-Wert 146 8.5.3 FOS/TAC Verhältnis 147 8.5.4 Biogasmenge 148 8.5.5 Methangehalt 149

In Vietnam, the research and application of biogas technology were given a considerable attention in past 30 years. There is several biogas plant models apply in the suburban and rural areas where most people’s life is based on animal husbandry. Each biogas plant model own strong points or weakness that adapt to detail circumstances. The biogas plants play a key role within the VACB farming system especially in the Mekong Delta where produce more than 50% of yearly national agriculture production. This paper gives a comprehensive overview on the popular biogas models in the Mekong Delta through its development history. Knowing on the presented biogas technology in the Mekong Delta will lead the biogas-related organizations or private on biogas development at this region. / Ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí sinh học đã được chú ý trong 30 năm gần đây. Một số mô hình khí sinh học đã và đang được lắp đặt tại các vùng ngoại ô và nông thôn là những nơi tập trung nhiều hộ dân chăn nuôi heo. Có nhiều mô hình khí sinh học đã được triển khai, trong đó mỗi mô hình đều có những điểm mạnh và điểm yếu đáp ứng theo từng yêu cầu cụ thể. Ở ĐBSCL nơi sản xuất trên 50% sản lượng nông nghiệp của cả nước, hầm ủ khí sinh học đóng một vai trò quan trọng trong mô hình canh tác VACB. Bài báo này trình bày chi tiết các kiểu hầm ủ khí sinh học phổ biến tại ĐBSCL tương ứng với từng thời điểm phát triển của công nghệ này. Sự hiểu biết về các kiểu hầm ủ khí sinh học hiện tại ở ĐBSCL sẽ giúp các tổ chức hoặc cá nhân có liên quan trong việc định hướng phát triển công nghệ khí sinh học cho toàn vùng.

The increase of petroleum cost as well as global warming and climate change result in investigation to discover new renewable energy resources. Bioenergy is one of the most important sources that is concerning the scientists and industrial sector. Although bioethanol had to be known as one of the most important renewable energy sources in order to reduce greenhouse gases and global warming, there is a limited number of publications reporting on them. In this review, a brief overview is offered about bioethanol production from algae. It can be given a deeper insight in dificulties and promising potential of bioethanol from algae. / Sự gia tăng giá nhiên liệu hóa thạch cùng với cảnh báo toàn cầu về biến đổi khí hậu hướng đến việc nghiên cứu tìm ra những nguồn năng lượng có thể tái tạo. Năng lượng sinh học là một trong những nguồn quan trọng được các nhà khoa học và doanh nghiệp quan tâm. Mặc dù ethanol sinh học đã được biết đến như là một trong những dạng năng lượng tái tạo quan trọng nhất để giảm thiểu các khí nhà kính và cảnh báo toàn cầu, nhưng chỉ có một số ít bài báo về nó. Trong bài tổng quan này, chúng tôi giới thiệu vắn tắt việc sản xuất ethanol sinh học từ tảo. Nó đưa ra cái nhìn sâu hơn về những khó khăn và tiềm năng hứa hẹn của sản xuất ethanol sinh học từ tảo.

In Vietnam, the research and application of biogas technology were given a considerable attention in past 30 years. There is several biogas plant models apply in the suburban and rural areas where most people’s life is based on animal husbandry. Each biogas plant model own strong points or weakness that adapt to detail circumstances. The biogas plants play a key role within the VACB farming system especially in the Mekong Delta where produce more than 50% of yearly national agriculture production. This paper gives a comprehensive overview on the popular biogas models in the Mekong Delta through its development history. Knowing on the presented biogas technology in the Mekong Delta will lead the biogas-related organizations or private on biogas development at this region. / Ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí sinh học đã được chú ý trong 30 năm gần đây. Một số mô hình khí sinh học đã và đang được lắp đặt tại các vùng ngoại ô và nông thôn là những nơi tập trung nhiều hộ dân chăn nuôi heo. Có nhiều mô hình khí sinh học đã được triển khai, trong đó mỗi mô hình đều có những điểm mạnh và điểm yếu đáp ứng theo từng yêu cầu cụ thể. Ở ĐBSCL nơi sản xuất trên 50% sản lượng nông nghiệp của cả nước, hầm ủ khí sinh học đóng một vai trò quan trọng trong mô hình canh tác VACB. Bài báo này trình bày chi tiết các kiểu hầm ủ khí sinh học phổ biến tại ĐBSCL tương ứng với từng thời điểm phát triển của công nghệ này. Sự hiểu biết về các kiểu hầm ủ khí sinh học hiện tại ở ĐBSCL sẽ giúp các tổ chức hoặc cá nhân có liên quan trong việc định hướng phát triển công nghệ khí sinh học cho toàn vùng.

The increase of petroleum cost as well as global warming and climate change result in investigation to discover new renewable energy resources. Bioenergy is one of the most important sources that is concerning the scientists and industrial sector. Although bioethanol had to be known as one of the most important renewable energy sources in order to reduce greenhouse gases and global warming, there is a limited number of publications reporting on them. In this review, a brief overview is offered about bioethanol production from algae. It can be given a deeper insight in dificulties and promising potential of bioethanol from algae. / Sự gia tăng giá nhiên liệu hóa thạch cùng với cảnh báo toàn cầu về biến đổi khí hậu hướng đến việc nghiên cứu tìm ra những nguồn năng lượng có thể tái tạo. Năng lượng sinh học là một trong những nguồn quan trọng được các nhà khoa học và doanh nghiệp quan tâm. Mặc dù ethanol sinh học đã được biết đến như là một trong những dạng năng lượng tái tạo quan trọng nhất để giảm thiểu các khí nhà kính và cảnh báo toàn cầu, nhưng chỉ có một số ít bài báo về nó. Trong bài tổng quan này, chúng tôi giới thiệu vắn tắt việc sản xuất ethanol sinh học từ tảo. Nó đưa ra cái nhìn sâu hơn về những khó khăn và tiềm năng hứa hẹn của sản xuất ethanol sinh học từ tảo.

An 11 Blockheizkraftwerken (BHKW) ohne Oxidationskatalysator und an 10 BHKW mit Oxidationskatalysator in Sachsen und Thüringen wurden die Einflussfaktoren auf die Formaldehydemissionen untersucht. Geprüft wurden insbesondere die Motorbetriebsparameter wie z.B. Zylindertemperaturen, Verbrennungsluftverhältnis, die Biogaszusammensetzung und die Biogasfeuchte. Im Ergebnis konnte kein bzw. nur ein geringer Einfluss der untersuchten Parameter auf die Formaldehydbildung festgestellt werden. Ebenfalls ließ sich bei den meisten der untersuchten Anlagen kein Einfluss von Wartungstätigkeiten sowie Ersatzteil- und Betriebsstoffwechseln auf die Formaldehydemissionen feststellen. Sollte der Gesetzgeber künftig einen niedrigeren Formaldehydgrenzwert vorschreiben, werden zusätzliche Technologien zur Biogasaufbereitung z.B. mit Aktivkohlefilter und zur Abgasnachbehandlung z.B. mit Oxidationskatalysator oder Thermoreaktor notwendig. Diese müssen aber noch hinsichtlich ihrer Standzeiten untersucht und optimiert werden.

Die Aufgabenstellung der hier vorgestellten Diplomarbeit befasst sich mit der Integration von nichtfossilen Energieträgern im Eisenbahnbereich. Grundsätzlich soll untersucht werden, inwiefern eine technisch umsetzbare Integrationslösung erarbeitet werden kann, die an ein bereits im Betrieb befindliches Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung nachgerüstet werden kann. Durch diese Umrüstung soll das Demonstratorfahrzeug dann in der Lage sein, sowohl die elektrische Energie des Fahrdrahtes als auch die mitgeführte Energie zum Betrieb zu nutzen. Im Ergebnis sollen damit Dieselfahrzeuge ersetzt werden, die bisher auf Strecken ohne Oberleitung eingesetzt werden. Im Ausgangszustand wird ein Triebzug betrachtet, der im ursprünglichen Aufbau für den reinen Oberleitungsbetrieb entwickelt wurde. Aus dem Englischen kommend werden solche Verkehrsmittel auch als EMU bezeichnet, was abgekürzt für Electric Multiple Unit steht. Um solche Fahrzeuge auch ohne Oberleitung mit Energie zu versorgen, bedarf es der Nachrüstung von Energiespeichern am Triebzug. In diesem Fall bildet gasförmiger Wasserstoff den primären Energiespeicher, dessen chemische Energie durch ein Brennstoffzellensystem in elektrische Energie gewandelt werden soll. Außerdem ist aufgrund verschiedener Randbedingungen ein Akkumulatorsystem als sekundärer Energiespeicher notwendig. Grundsätzlich kann das umgerüstete Fahrzeug dann als Hybridfahrzeug bezeichnet werden, im Projektkontext wird allerdings aufgrund der zweifachen Energiezuführung von einem Bi-Mode-Fahrzeug gesprochen. Die Einbauuntersuchung behandelt sowohl volumetrische als auch gravimetrische Fragestellungen, die bei der Integration der genannten Systeme zu beachten sind. So wird beispielsweise durch ein Berechnungsmodell untersucht, welche Auswirkungen die Schwerpunktlage des Wagens auf die Radsatzlasten hat. Im Ergebnis der Untersuchung kann festgehalten werden, dass unter den gegebenen Randbedingungen die Integration der Komponenten eine deutliche Reduzierung der Personenzahlen notwendig wird. / The task of the diploma thesis presented here deals with the integration of non-fossil energy sources in the railroad sector. The basic aim is to investigate the extent to which a technically feasible integration solution can be developed that can be retrofitted to a rail vehicle already in operation for passenger transportation. Through this retrofit, the demonstrator vehicle should then be able to use both the electrical energy of the contact wire and the energy carried for operation. As a result, it is intended to replace diesel vehicles that have been used to date on lines without overhead contact lines. In the initial state, a multiple-unit train is considered that was developed in its original design for pure overhead contact line operation. This type of vehicle is also known as an EMU, which stands for Electric Multiple Unit. In order to supply such vehicles with energy even without an overhead line, energy storage systems have to be retrofitted to the multiple unit. In this case, gaseous hydrogen forms the primary energy storage medium, whose chemical energy is to be converted into electrical energy by a fuel cell system. In addition, due to various boundary conditions, an accumulator system is required as secondary energy storage. In principle, the converted vehicle can then be called a However, in the context of the project, it is referred to as a bi-mode vehicle due to the dual energy supply. The installation study addresses both volumetric and gravimetric issues that need to be considered when integrating the aforementioned systems. For example, a calculation model is used to investigate the effects of the vehicle's center of gravity on the wheelset loads. As a result of the investigation, it can be stated that under the given boundary conditions, the integration of the components will necessitate a significant reduction in the number of passengers.