Evaluation and optimization of processes

 

Process stability

The biogas process is a very complex process in which various types of microorganisms are involved in the degradation process. These organisms depend on each other in means of symbiotic communities. The disturbance of particular process steps can influence the whole degradation process. Therefore, indicators are being analyzed to precociously realize process instabilities. Furthermore, various influencing factors on the process stability are examined to generate measures of avoidance and elimination of process instabilities.

 

Selected publications:

E. Spielmann: Einfluss von Natriumhydrogencarbonat- und Ammoniumhydrogencarbonat-Beigaben auf die Stabilität des Biogasprozesses in semi-kontinuierlichen Langzeitversuchen mit Maissilage. Masterarbeit, Bochum (2015).

S. Haaß: Der Einfluss von Impfschlamm auf die Stabilität von Biogasbildungsprozessen. Masterarbeit, Bochum (2015).

B. Panusch: Untersuchung der Stabilität des Biogasprozesses beim Einsatz von unterschiedlichen Substraten in semi-kontinuierlichen Kurzzeitversuchen mit unterschiedlicher Raumbelastung. Masterarbeit, Bochum (2015).

J. Sedelies: Untersuchung des Einflusses der Durchmischung auf die Stabilität von Biogasbildungsprozessen. Bachelorarbeit, Bochum (2015).

Z. Rehman, S. Schwede, M. Gerber und R. Span: Einfluss der Pufferkapazität auf die Stabilität des anaeroben Abbauprozesses bei der Biogasproduktion. Tagungsband vom Thermodynamik-Kolloquium, Hamburg (2013).

A. Peiter: Untersuchung des Einflusses eines Beschickungsausfalles auf die Stabilität des Biogasbildungsprozesses. Projektarbeit, Bochum (2012).

 

Mixing of biogas reactors

To achieve a homogenous distribution of nutrients and temperature, biogas reactors are usually mixed. Moreover, the formation of floating and sinking layers is prevented and the discharge of the produced gas is simplified as a result of the mixing process. Thus, mixing is inevitable, but should not be too powerful, since agglomerates of symbiotic microorganism could be damaged. Furthermore, a decrease of the stirring intensity and/or the stirring time leads to a reduction of the energy consumption required for the mixing process. To determine the influence of the mixing on the biogas process and the energy consumption, a number of investigations were conducted.

 

Selected publications:

J. Sedelies: Untersuchung des Einflusses der Durchmischung auf die Stabilität von Biogasbildungsprozessen. Bachelorarbeit, Bochum (2015).

A. Kowalczyk, E. Harnisch, S. Schwede, M. Gerber, R. Span: Different mixing modes for biogas plants using energy crops. Applied Energy, Vol. 112, 465-472 (2013).

 E. Harnisch: Ermittlung des Einflusses von Rührintervallen auf den Biogasbildungsprozess. Bachelor-Arbeit, Bochum (2011).

M. Gerber: Ganzheitliche stoffliche und energetische Modellierung des Biogasbildungsprozesses. Dissertation. Bochum (2009).

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Start-up strategies

In terms of process stabilities and profitability, starting up a new biogas plant and starting up from downtime are challenging tasks for plant operators. To that end, different starting strategies were investigated.

Selected publications:

A. Kowalczyk, S. Schwede, M. Gerber und R. Span: Restart strategies for biogas plants after feeding interruptions. Proc. 13th World Congress of Anaerobic Digestion, Santiago de Compostella, Spanien, (2013).

A. Kowalczyk: Untersuchung der Übertragbarkeit und Reproduzierbarkeit von Versuchen zur Biogasbildung in kontinuierlichen Prozessen sowie erste Studien zu deren Optimierung. Dissertation. Bochum (2012)

  

Temperature distribution in a biogas plant

In order to monitor sufficient mixing, the temperature distribution within a reactor of a large-scale biogas plant was analyzed. In addition, the temperatures of the reactor wall, the gas compartment and the fed substrates were investigated in summer and winter. As a result, a self-heating effect of the used biomass could be determined.

Selected publications:

M. Gerber, E. Baumhögger, F. Dubberke: Determination of temperature gradients and temperature shocks in a biogas plant. Proceedings of the 14th World Congress on Anaerobic Digestion, Chile (2015).

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Experimental set-up to determine the temperature distribution (Quelle: Gerber et al., 2015)

 

Balancing of processes

To evaluate and compare processes in terms of their efficiency and ecological impacts, material, energetic, ecological and economical balancing are carried out. Here, the balancing not only involves the biogas production process, but also includes processes like the cultivation of biomass,  the pre-treatment of biomass, the extraction of valuable substances or the processing and utilization of the generated biogas.

Selected publications:

T. Werner: Optimierung und Anwendung eines Tools zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen. Semesterarbeit, Bochum (2015).

J. Kleine-Kalmer: Bilanzierung der Biodieselproduktion aus Mikroalgen. Masterarbeit, Bochum (2015).

O. Budde: Energetische und wirtschaftliche Betrachtung der Vorbehandlung von Algenbiomasse durch French Press und Mikrowellen für den Einsatz in Biogasanlagen. Semesterarbeit. Bochum (2013).

M. Gerber: Ganzheitliche stoffliche und energetische Modellierung des Biogasbildungsprozesses. Dissertation. Bochum (2009).