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.

Mit der fortschreitenden Entwicklung wasserstoffbasierter Energiesysteme geht die Notwendigkeit einher, die neuen Technologiekonzepte hinsichtlich deren Sicherheit zu analysieren und zu bewerten. Ziel des vorliegenden Papers ist daher zunächst die Beschreibung des aktuellen Standes zur Sicherheitsforschung für wasserstoffbasierte Energiesysteme. Die durchgeführte Literaturauswertung erfolgte mit den Schwerpunkten Analyseziele, Anwendungsbereiche und angewendete Methoden. Durch Unterschiede hinsichtlich dieser Schwerpunkte in der herangezogenen Literatur ist die Vergleichbarkeit und Verknüpfung der Ergebnisse erschwert. Zusätzlich liefern die ausgewerteten Studien gegensätzliche Schlussfolgerungen zur Bewertung der Sicherheit von wasserstoffbasierten Systemen. Eine beispielhafte Gegenüberstellung der Analyse eines Einzelsystems zu der Analyse eines Gesamtsystems verdeutlich darüber hinaus die Notwendigkeit für ganzheitliche Analysen in der Wertschöpfungskette von Wasserstoff. Ein einheitliches Fazit zur Sicherheit wasserstoffbasierter Energiesysteme ist anhand der ausgewerteten Studien aufgrund der großen Unsicherheiten und der Widersprüchlichkeiten in den Ergebnissen der Analysen aktuell nicht möglich. Hierfür sind weiterführende Arbeiten erforderlich. / The progressive development of hydrogen-based energy systems is accompanied by the need to analyse and evaluate new technology concepts in terms of their safety. Therefore, the aim of this paper is therefore to describe the current state of the safety research for hydrogen-based energy systems. The literature analysis was carried out with a focus on analysis goals, areas of application and applied methods. Differences with regard to these focuses in the cited literature make it difficult to compare and link the results. In addition, the evaluated studies provide contradictory conclusions for the evaluation of the safety of hydrogen-based systems. In an exemplary comparison of the analysis of an individual system with the analysis of an overall system, the need for holistic analyses in the hydrogen value chain is further illustrated. A consistent conclusion on the safety of hydrogen-based energy systems is currently not possible on the basis of the analysed studies due to the large uncertainties and the contradictions in the results of the analyses. Consequently, further work is required. A consistent conclusion on the safety of hydrogen-based energy systems is currently not possible on the basis of the analysed studies due to the large uncertainties and the contradictions in the results of the analyses. Consequently, further work is required.

Anhand einer Fallstudie wird die Arbeit mit dem von der Freiberg Institut für Energie und Klimaökonomie GmbH erschaffenen H2-Tankstellen-Konfigurators dargestellt. Durch die Variation der Wasserstoffversorgung einer fiktiv geplanten H2-Tankstelle wird verdeutlicht, wie die Optimierungssoftware Edgar die Dimensionierung der Anlagentechnik für eine optimale Konfiguration und minimale Kosten verändert. / A case study is used to illustrate the work with the H2 filling station configurator created by the Freiberg Institute for Energy and Climate Economics GmbH. By varying the hydrogen supply of a fictitiously planned H2 filling station, it is illustrated how the optimization software Edgar changes the dimensioning of the plant technology for an optimal configuration and minimal costs.

Die Partikelabscheidung aus Gasen findet bei einer Vielzahl industrieller Prozesse Anwendung. Die im Bereich der Emissionsminderung für die Abscheidung fester Partikel zumeist herkömmlich eingesetzten Anlagen gleichen einander stark und werden häufig auch als Entstaubungsanlagen oder -einrichtungen bezeichnet. Diese bestehen vorwiegend aus eckigen Gehäusen mit intern positionierten Filterelementen. Zum Schutz und zur Entlastung der Filterelemente finden häufig interne Prallbleche bzw. externe Fliehkraftabscheider Verwendung. Kaum bekannt und untersucht hingegen ist die Kombination von filternder Technologie mit Fliehkraftabscheidern innerhalb eines Gehäuses. Die vorliegende Arbeit untersucht das technologische Konzept kombinierter Bauformen und entwickelt zwei weitere Varianten. Die wissenschaftliche Untersuchung von deren Funktion erfolgt am eigens entwickelten Versuchsstand. Die zusätzliche experimentelle Analyse einer herkömmlichen Entstaubungseinrichtung ermöglicht die Gegenüberstellung der unterschiedlichen technologischen Konzepte. Überdies erfolgt die Entwicklung und Validierung eines numerischen Berechnungsmodells sowie der Vergleich mit verfügbaren Standard-Berechnungsmodellen. Ferner findet das validierte numerische Berechnungsmodell bei der strömungstechnischen Analyse der experimentell untersuchten kombinierten Bauformen Anwendung. Letztendlich erfolgt auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse die Definition von Vor- und Nachteilen sowie potentieller Anwendungsgebiete. Darüber hinaus werden für die zukünftige Dimensionierung allgemeingültige Regeln und eine Berechnungsvorschrift abgeleitet. / Particle separation of gases has been applied to a variety of industrial processes. Conventional concepts for the separation of solid particles resemble each other and are often referred to as dust collectors. They mainly consist of square housings with internal filter elements. For the protection and relief of the filter elements one often uses internal baffles and external cyclones. However, very little is known and studied regarding the combination of filtering technology and centrifugal separators within the same housing. This dissertation examines the state of the art of combined designs and presents the development of two further variants. Their scientific investigation took place on an especially designed test rig. An additional experimental analysis of a conventional dust collector allows the comparison of the developed different technological concepts. Moreover, experiments were carried out in order to develop and validate a numerical simulation model and to allow a comparison with available standard computational models. Furthermore, the validated numerical model has been applied to the aerodynamic analysis of the experimentally investigated combined designs. Moreover, based on the derived results, advantages and disadvantages as well as potential areas of application were identified. Eventually, some universal rules and a calculation rule have been derived for future designs and lay outs.