Die Effizienz von Biogasanlagen hängt in hohem Maße von der Viskosität des Biogasmediums ab. Bislang existiert jedoch noch kein zuverlässiges, leicht handhabbares und ökonomisches Verfahren zur In-situ-Messung dieses Parameters. Gesamtziel des Vorhabens war daher die Entwicklung eines Viskositätssensors zur Optimierung von Bioprozessen. Dieser soll es ermöglichen, insbesondere inhomogene, stückige und strukturviskose Medien in großen Reaktorvolumina hinsichtlich ihrer Viskosität auf die günstigsten Werte zu regeln.
Im Rahmen des Projektes war zunächst die Viskositätssensorik zu entwickeln und diese anschließend in Labor- und Technikumsversuchen zu erproben. Zur rheologischen Charakterisierung von Biogassubstraten über die Drehmomentbestimmung des Rührers wurde ein innovatives Makroviskosimeter für offline-Messungen entwickelt (siehe Abbildung). Mit diesem konnten die heterogenen Eigenschaften von Biogasmedien erfasst und der Einfluss fester Bestandteile des Mediums auf das Drehmoment reduziert werden. Um die Viskosität in der Biogasanlage möglichst gut widerzuspiegeln, wurde ein Probevolumen von 1,5 l eingesetzt. Verglichen mit den Ergebnissen eines Labor-Rotationsviskosimeters (ohne Faseranteil) lagen die Ergebnisse des selbstentwickelten Makroviskosimeters konstant höher. Es wurde deutlich, dass das System vor allem gut bei Substraten mit hohem TS-Gehalt und hoher Faserdichte zur Optimierung genutzt werden kann.
Für die Bestimmung der rheologischen Eigenschaften von nicht-Newtonschen Modellfluiden und Biogasmedien wurde federführend von der Pronova Analysentechnik GmbH & Co. KG ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung der Aufstiegsgeschwindigkeit von Gasblasen in Flüssigkeiten entwickelt. So konnte ein Messsystem konstruiert werden, das eine reproduzierbare Menge von Blasen mit definierter Größe erzeugt. Durch die Einspeisung dieser Blasen in Form von Markergas und deren Detektion an der Flüssigkeitsoberfläche ist die Aufstiegsgeschwindigkeit zu ermitteln. Dadurch können Viskositätsunterschiede zwischen den Modellfluiden und Biogasmedien erkannt werden. Gleichzeitig wurde zusammen mit dem KSI Meinsberg ein berührungsloses Drehmomentsensorsystem für kontinuierliche Prozesse erprobt. Bei dauerhaftem Einsatz lieferte es über längere Zeiträume plausible Ergebnisse. Allerdings ist die Genauigkeit noch zu gering, um als zusätzliches Tool in Praxisbiogasanlagen eingesetzt zu werden. Hierzu sind weitere Entwicklungsarbeiten geplant.
Nachwachsende Rohstoffe des BMEL
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)
Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e. V. Meinsberg (KSI)
Pronova Analysentechnik GmbH & Co. KG, Berlin
TEB Ingenieurbüro Peter Zimmermann, Berlin
Dipl.-Ing. (FH) Boris Habermann
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