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DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH FreibergAn-Institut der TU Bergakademie Freiberg
Afrika Woche 2012
Dresden, 27. November 2012
Dipl.-Wi.-Ing. Ronny Erler
Fassbiogasanlage - einfaches, kostengünstiges Anlagenkonzept revolutioniert Biogaserzeugung in Entwicklungsländern
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Standorte
Freiberg
Leipzig
Standort Leipzig
DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH
Karl-Heine-Straße 109/111D-04229 Leipzig
Standort Freiberg
DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg(100 % Tochter der GUT)
Halsbrücker Straße 34D-09599 Freiberg
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Fachgebiete
Gutachten und Beratung
Grundlagenforschung und Entwicklung
Aus- und Weiterbildung
Prüfungund Zertifizierung
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Fachgebiete
Öl-/Gasförderung/ Gasspeicherung- Exploration und Bewertung von Gas- und Öllagerstätten- Planung und Entwicklung von Untergrundgasspeichern- Modellierung von geologischen Gasspeicherstrukturen- CCS-Technologie – Standortbewertungen
Gasnetze/Gasanlagen- Planung von Erdgastransport und -verteilnetzen- Technisch-wirtschaftliche Zustandsanalyse von Gas-
netzen und Zustandsorientierte Instandhaltung von Druckreglersystemen
- Planung von Übertageanlagen an UGS (Verdichtung, Gasaufbereitung)
Gasanwendung- Entwicklung und Monitoring von Geräten und
Komponenten der dezentralen Energieversorgung- Optimale Technologien zur Kombination von
Erdgas und Erneuerbaren Energien- Steigerung Energieeffizienz in industriellen
Thermoprozessanlagen (OPTISOS)
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Fachgebiete
Gaschemie /Gasmesstechnik- Entwicklung von Technologien zur Aufbereitung
von Gasen (Trocknung, Entschwefelung)- Planung und Engineering von Verfahren zur
Aufbereitung von Gasen und Flüssigkeiten- Gasqualitätsmessungen
Freiberger DVGW-Trainingszentrum Erdgas- Aus- und Weiterbildung von Mitarbeitern in Rohrleitungs-
und Tiefbauunternehmen sowie von Rettungsdiensten- Schulungen für Betreiber von Gasanlagen- Baggerschadendemonstrationsanlage zum
Havarietraining an beschädigten Gasleitungen
DVGW-Prüflaboratorium Energie- Akkreditiertes Prüflabor für Geräte und Armaturen
nach Gasgeräterichtlinie- Prüflabor für Verbrauchseinrichtungen von
festen und flüssigen Brennstoffen- Prüflabor für Druckgeräte und Armaturen
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Agenda
Agenda
1. Hintergrund / Ausgangslage
2. Voraussetzungen für eine langfristig effiziente Bio gaserzeugung
3. Bisherige Biogasanlagenkonzepte in Entwicklungsländ ern
4. Fass-Biogasanlage
5. Aktueller Praxiseinsatz
6. Fazit
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HINTERGRUND / AUSGANGSLAGE
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Hintergrund / Ausgangslage
Viele Entwicklungsländer sind geprägt von− einer unzureichenden Versorgung mit Strom und Wärme.− einer schlechten wirtschaftlichen Situation.− fehlenden Infrastrukturen. − mangelndem Kapital.
Die Erzeugung von Wärme zum Kochen oder Heizen wird meist über regional verfügbare Brennstoffe wie Holz oder Kohle in offenen Feuerstätten durchgeführt. − Ökosysteme werden durch Rodungen oder Bergbautätigkeit geschädigt− die offene Verbrennung erzeugt große Mengen an Ruß sowie toxischen
Verbindungen � gesundheitliche Schäden bei Kindern und Erwachsenen (z. B. Asthma etc.)
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Hintergrund / Ausgangslage
dezentrale Stromerzeugung erfolgt i.d.R. mittels Dieselgeneratoren− hohe Anschaffungskosten− Treibstoff teuer
Erzeugung von Biogas kann auf Grundlage von regiona len Rest-und Abfallstoffen erfolgen. − Substrate: Küchenabfälle, tierische Exkremente etc.� kostenfreie Rohstoffe!
Nutzungsmöglichkeiten Biogas − Wärmeerzeugung (z. B. Kochen) − Beleuchtung (Gasfackel) − Stromerzeugung (Gasmotor)
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Hintergrund / Ausgangslage
Vorteile Biogas:
Keine Rußbildung wie bei Holz- oder Kohleverbrennung
regionales Produkt � unabhängig von weltpolitischen Energiepreisschwankungen�Wertschöpfung verbleibt in der Region
Biogasanlagen schaffen regionale Arbeitsplätze für z. B. Planer,
Installateure, Wartungspersonal
Gärreste sind hochwertige Dünger für die Landwirtsch aft
Keine Umwelteingriffe (Waldrodung, Bergbau) notwend ig
Klimafreundlich
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VORAUSSETZUNGEN FÜR EINE LANGFRISTIG
EFFIZIENTE BIOGASERZEUGUNG
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Voraussetzungen für eine langfristig effiziente Biogaserzeugung
1. Kosten/Preis− Kostengünstige Baumaterialien− Einfache Installation / einfacher Aufbau
� Wenige Werkzeuge notwendig � kein Spezialwerkzeug− Einfache Wartung (schnell und kostengünstig)
2. Sicherheitstechnik:− Unfälle beim Bau vermeiden− Unfälle beim Betrieb vermeiden � einfache, leichte Bedienung auch für
Laien
3. Optimale Biogaserzeugung − optimale Temperatur− langfristig gleichbleibendes, großes Gärvolumen− gute/richtige Substratwahl
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Voraussetzungen für eine langfristig effiziente Biogaserzeugung
Optimale Temperatur :
Temperaturniveau− psychrophil (14 - 16°C)− mesophil (25 - 35°C) − thermophil (40 - 55°C)
� Je niedriger die Temperatur im Fermenter (Fass), desto geringer die Biogasproduktion
� Hohe Temperaturen sinnvoll!!!
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Quelle: Energie Sichernde Union 2010
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Voraussetzungen für eine langfristig effiziente Biogaserzeugung
Langfristig hohes Gärvolumen:
Während des Betriebes setzen sich verschiedene Stof fe am Boden ab�Verringerung des Gärraumes�Verringerung der Biogaserzeugung
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BISHERIGE BIOGASANLAGENKONZEPTE IN
ENTWICKLUNGSLÄNDER
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Bisherige Biogasanlagenkonzepte in Entwicklungsländern
1. Erdverlegte Biogasanlagen
Vorteile:− Stand der Technik− Erprobt und bewährt
Nachteile:− Bau aufwendig− Erdaushub gefährlich
(Erdrutsch)− Teuer− Hohes Know-How notwendig− Tiefe Temperaturen− Hohe Gärraumverluste
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Bisherige Biogasanlagenkonzepte in Entwicklungsländer
2. ARTI-Biogasanlage
Vorteile:− Erprobt (Indien)− Höherer Sicherheitsstandard
Nachteile:− Spezielle Materialien beim
Bau notwendig− Einsatzstoffe müssen in
flüssiger Form zugegeben werden
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Quelle: Bhumika Ghimire 2010
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FASS-BIOGASANLAGE
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Fass-Biogasanlage
Ziele:− hohes Sicherheitsniveau
� Kein Aushub / kein Hineinfallen� Keine komplexe Technik � einfaches erlernen
− Wirtschaftlichkeit (geringe Investitions- und Betriebskosten)� Kostengünstige / kostenfreie Baumaterialien� Nur einfachste Werkzeuge notwendig
− einfaches Erlernen � Für Laien� Für Analphabeten
− Nachhaltigkeit
− hohe Effizienz, auch bei unterschiedlichen Einsatzsubstraten
− einfache Skalierbarkeit / Modulierbarkeit / ErweiterbarkeitAfrika Woche 2012 1927.11.2012
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Fass-Biogasanlage
Aufbau der Biogasanlage aus (gebrauchten)
− Fässern− Plastiktüten− Rohren− Seilen
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Fass-Biogasanlage
Analoges Konzept für IBC
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Gärrest
Biogasspeicher
Anwendung
(Gasbrenner, �)
Biomasse-
eintrag
Biomasse
Biogas
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Fass-Biogasanlage
� erfolgreicher Aufbau und Test der Fassbiogasanlage auf dem Betriebsgelände des DBI in Freiberg
�Gasdichtheit
�hoher Biogasertrag
�einfache, intuitive Bedienung
�geringer Arbeitsaufwand (bei Aufbau & Betrieb)
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Fass-Biogasanlage
Kosten
� Der Bau einer Fass-Biogasanlage mit gebrauchten Fäs sern kann somit voraussichtlich für unter 20 Euro (1x Fasstankbehälter) bzw. unter 35 Euro (5 x 200l-Fass) realisiert werden.
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Spundfass
(ca. 200 l)
Deckelfass
(ca. 220 l)
IBC
(1.000 l)
Deutschlandneu > 20 € > 20 € > 40 €
aufbereitet > 5 € > 5 € > 10 €
Indienneu > 10 € (600 Rs) > 10 € (600 Rs) ---
aufbereitet --- --- ---
Pakistanneu < 5 € < 5 € ---
aufbereitet < 2 € < 2 € ---
Weiteres Baumaterial KostenEPDM- Folie (Folienspeicher) 5-10 € / m²Verrohrung < 4 € /lfmGasanwendung (Herd) < 30 Euro
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Fass-Biogasanlage
Afrika Woche 2012 2427.11.2012
Erdverlegte Biogasanlage
ARTI-Biogasanlage
Fass-Biogasanlage
moderne Biogasanlage
Gärvolumen 4** m³ [29] 1 - 1,5** m³ [29] 1 – 1,5** m³ > 1.000 m³
Temperaturbereich 5 - 20 °C 25 - 35 °C 25 - 35 °C
30-37 °C (mesophil) 50-60 °C
(thermophil)
EinsatzsubstrateGülle
Fäkalienhäusliche Abfalle
FäkalienKüchenabfälle
(flüssig)
GülleFäkalien
häusliche AbfalleMist
vorrangig: Gülle, NaWaRo
Gärvolumenabnahme durch Sinkschichtbildung
hoch geringSehr gering / nicht
vorhandengering
Gasausbeute gering hoch hoch hochInvestitionskosten inkl. Herd
Mittel Niedrig Niedrig sehr Hoch
Fermenter 320 Euro [29] 160 Euro [29] < 50 Euro > 500.000 €Leitung+Herd 40 Euro [29] 40 Euro [29] 40 Euro [29] ---
Wartungsarbeiten am Fermenter
aufwendig Mittel einfach aufwendig
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Fass-Biogasanlage
Merkmale der Fass-Biogaslage− Wärme der Sonne wird für den Gärprozess genutzt, es ist keine
Fermenterheizung notwendig− Einfache Befüllung und Entleerung der Fässer ohne
Gärraumverlust− Deutlich höhere Sicherheit als bei erdverlegten Biogasanlagen; ein
Hineinfallen von Personen in die Biogasanlage ist ausgeschlossen − Wartung und Reinigung der Biogasanlage kann wesentlich
einfacher durchgeführt werden− Reparaturen müssen nicht in unmittelbarer Nähe zur Biogasanlage
erfolgen (Gärfässer können in externen Werkstätten (vor-)gefertigt, gewartet oder repariert werden)
− Der Aufbau erfordert nur einen geringen Arbeitsaufwand (kein Grubeausheben etc.) und nur geringe Materialkosten
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Fass-Biogasanlage
Wichtige Voraussetzungen für eine erfolgreiche Nut zung in einem Entwicklungsland:
1. Einfaches Design und klare Betriebsanweisung für− Aufbau der Biogasanlage + Gasspeicher + Sicherheits technik− Normaler Betrieb− Störungen− Wartung / Instandhaltung
2. Geschultes Personal
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Fass-Biogasanlage
Einfaches Design und klare Betriebsanweisung:
� Anleitung zum Aufbau und Betrieb der Fass-Biogasanl age in Piktogrammzeichnungen erarbeitet
�Analphabeten und Laien können sprachenunabhängig da s neue Konzept verstehen, erlernen und umsetzen
�Schulungen können in Entwicklungsländern durchgefüh rt werden
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Fass-Biogasanlage
Aufbau der Biogasanlage + Gasspeicher + Sicherheits technik:
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Fass-Biogasanlage
Betrieb / Störung / Wartung / Instandhaltung
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AKTUELLER PRAXISEINSATZ
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Aktueller Praxiseinsatz
Haiti
In Zusammenarbeit mit einem Hilfswerk (Christliche Fachkräfte International) und einem Partner vor Ort wurden:
− Fachkräfte ausgebildet− Biogaslage errichtet
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Aktueller Praxiseinsatz
Bisherige Ergebnisse
− Betriebserfahrung seit ca. 1 Jahr− Unterschiedliche Substrate getestet
(Küchenabfälle etc.)− Piktogramm-Betriebsanweisung
erfolgreich eingeführt
Nächste Länder (ggf.)− Tansania− Kolumbien
Afrika Woche 2012 3227.11.2012
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FAZIT
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Fazit
Praxiserprobtes Konzept mit folgenden Vorteilen:
bis zu 90 % geringere Investitionskosten
50 % bis 250 % höhere Biogasausbeuten möglich
mit einfachsten Werkzeugen und Materialien von einheimischen
Handwerkern errichtbar
langlebige Materialien eingesetzt - Geringe Instandhaltungskosten
sind die Folge
hohes Sicherheitsniveau
Wartungsarbeiten schnell und einfach durchführbar
Afrika Woche 2012 3427.11.2012
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Fazit
Vorteile für Projektpartner:
Vermarkten und profitieren von den generierten CO2-Zertifikaten
Nutzung des Projektes für die eigene Öffentlichkeitsarbeit
Erschließung neuer Marktbereiche
weltweiter Beitrag zum Klimaschutz
positive und nachhaltige Veränderung der Energieversorgung in
Entwicklungsländern
Afrika Woche 2012 3527.11.2012
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DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH FreibergHalsbrücker Straße 34D-09599 Freiberg
Tel.: (+49) 3731 4195-Fax: (+49) 3731 4195-319
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Wi.-Ing. Ronny Erler
Leiter Biogastechnologie 328