WO2004033075A1 - Methods for the biological treatment of gas - Google Patents

Methods for the biological treatment of gas Download PDF

Info

Publication number
WO2004033075A1
WO2004033075A1 PCT/DE2003/003294 DE0303294W WO2004033075A1 WO 2004033075 A1 WO2004033075 A1 WO 2004033075A1 DE 0303294 W DE0303294 W DE 0303294W WO 2004033075 A1 WO2004033075 A1 WO 2004033075A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
carbon dioxide
vol
biogas
microorganisms
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/003294
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Nusko
Original Assignee
Schmack Biogas Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schmack Biogas Ag filed Critical Schmack Biogas Ag
Priority to AU2003280298A priority Critical patent/AU2003280298A1/en
Publication of WO2004033075A1 publication Critical patent/WO2004033075A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/02—Separating microorganisms from the culture medium; Concentration of biomass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/84—Biological processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification

Definitions

  • the invention relates to methods and devices for the biological treatment of gases.
  • Gaseous fuels which have arisen from the anaerobic decomposition of organic materials, always contain certain amounts of carbon dioxide in addition to the combustible hydrocarbons.
  • gases are biogas, sewage gas, fermentation gas, landfill gas and the natural gas that was formed a long time ago and is depleted of carbon dioxide by geochemical processes.
  • the composition of the gases mentioned varies depending on the genesis and storage conditions within certain limits.
  • the typical composition of the main and secondary components of biogas as well as sewage and fermentation gas is in the following range: methane: 40 - 75%, carbon dioxide: 25 - 55%, water vapor: 0 - 10%, nitrogen: 0 - 5%, Oxygen: 0-2%, hydrogen: 0-1%, ammonia: 0-1%, hydrogen sulfide: 0-1%.
  • the high levels of carbon dioxide have several negative effects on the use of the gases mentioned as fuel.
  • the high load of the inert gas carbon dioxide causes a reduction in the efficiency of the use of fuel gas.
  • the high level of carbon dioxide together with moisture causes increased plant corrosion.
  • the unusable CO 2 creates unnecessary additional costs if, when the fuel gas is compressed, it has to be compressed for storage or transport purposes and, if necessary, also transported.
  • Another disadvantage of high carbon dioxide levels in fuel gases is the failure of liquid carbon dioxide in the compressed state, which often causes problems when transporting gas flows in pipes.
  • CHP cogeneration plants
  • the invention is based on the object of providing methods for biological gas treatment which, in addition to inexpensive cleaning of the fuel gas, have an improved efficiency with respect to the amount of CO 2 emitted.
  • the present invention provides a method for the biological treatment of gases with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume, the method comprising at least the steps partial photosynthetic fixation of the carbon dioxide contained in the gas by microorganisms in a reactor, implementation the resulting biomass by anaerobic degradation to biogas, at least partially photosynthetic fixation of the carbon dioxide contained in this biogas by microorganisms in the reactor and conversion of the resulting biomass by anaerobic degradation to biogas.
  • Fuel and fuel gases which have a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume can be processed by the method according to the invention.
  • solar energy is used to separate the carbon dioxide.
  • the biomass formed in this way is converted into biogas by anaerobic degradation and thus in turn serves to generate fuel gases.
  • the CO 2 is converted into biomass in the process according to the invention. This effectively reduces the release of carbon dioxide based on the energy used.
  • the method according to the invention thus makes a contribution to increasing efficiency in the production and use of renewable raw materials and renewable energies.
  • Another advantage of the method according to the invention lies in the fact that the purified fuel gases have an increased proportion of oxygen.
  • Biological cleaning increases the oxygen / nitrogen ratio by about 1: 4 above the oxygen / nitrogen ratio in the atmosphere. This increased proportion of oxygen in the processed gas has a particularly positive effect on combustion.
  • the gases to be treated are bio-, sewage or digestate gases resulting from the anaerobic decomposition of organic matter.
  • the carbon dioxide content in the gas is reduced by means of photosynthesis-driving microorganisms.
  • a photobioreactor PBR
  • the microorganisms mentioned metabolize carbon dioxide from the raw gas together with water using light energy.
  • Biomass and oxygen are generated according to the well-known photosynthesis equation.
  • the biomass surplus resulting from reproduction and growth is separated from the biomass required to operate the PBR and broken down bacterially in a fermenter under anaerobic conditions.
  • the biogas generated during the anaerobic breakdown of the excess biomass is fed to the raw gas stream.
  • solar energy is thus used by means of photosynthetic carbon dioxide fixation for the preparation of fuel gases and at the same time for the production of new fuel gases via the detour biomass generation - anaerobic biomass degradation.
  • the gases to be treated with the method according to the invention have a hydrocarbon content of between 40% by volume and 95% by volume and a carbon dioxide content of between 2% by volume and 60% by volume.
  • a hydrocarbon content of between 40% by volume and 95% by volume and a carbon dioxide content of between 2% by volume and 60% by volume.
  • cyanobacteria such as. B. Synechocystis aquatilis for carbon dioxide fixation particularly well suited. These bacteria therefore represent a particularly preferred embodiment of the present invention. Mixtures and, in particular, wild types of these bacteria can also be used.
  • microalgae and especially Chlorophyceae such.
  • B. Cyanidium Caldarium, Chla ydomonas noctigama, Nostoc E, Chlorella kessleri or Chlamydomonas moewusii are particularly suitable for carbon dioxide fixation. These microalgae are therefore particularly preferred embodiments of the present invention. Mixtures and in particular wild types of these algae can also be used.
  • Mixtures of algae and bacteria can also be used to fix carbon dioxide.
  • artificial light in addition to natural daylight, artificial light is also used to illuminate the microorganisms.
  • the use of artificial light in the dark period can prevent the microorganisms from breathing and thus releasing carbon dioxide.
  • the raw gas can come into contact with the biomass that drives photosynthesis in different ways.
  • the raw gas is passed directly through the PBR.
  • the microorganisms consume part of the carbon dioxide contained in the gas and enrich the gas with oxygen.
  • Washing the gas with a biomass-free aqueous liquid is structurally more complex. Due to the higher solubility of carbon dioxide in aqueous solutions compared to hydrocarbons, carbon dioxide is separated from the gas. The washing solution enriched with carbon dioxide is fed to the microorganisms in the PBR. The resulting oxygen is separated off there.
  • the raw gas can be passed outside the PBR in a gas washing device through the microorganism suspension become.
  • the gas can be kept almost free of oxygen without the complex separation of the microorganisms from the washing solution.
  • the direct passage of the raw gas through the PBR is shown.
  • the present invention also includes a method for operating a combined heat and power plant, in which the cleaning of a gas with a hydrocarbon content of 40 vol.% To 95 vol.% And a carbon dioxide content of 2 vol.% To 60 vol. % is carried out.
  • the gas is cleaned by the steps of at least partially photosynthetically fixing the carbon dioxide contained in the gas by microorganisms in a reactor, converting the resulting biomass to anaerobic degradation to biogas, at least partially photosynthetically fixing the carbon dioxide contained in this biogas by microorganisms in the Reactor and conversion of the resulting biomass through anaerobic degradation to biogas.
  • the biogas is then burned to operate the combined heat and power plant.
  • a defined amount of unpurified gas with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume is used before the combustion of the purified gas. % added to the purified gas. This can compensate for fluctuations in the gas composition that would interfere with the operation of the combined heat and power plant.
  • gases containing high methane such as, for example, B. natural gas, biogas, sewage gas, fermentation gas or landfill gas.
  • the microorganisms used for carbon dioxide fixation are photosynthetic cyanobacteria such as.
  • the microorganisms used for carbon dioxide fixation are microalgae, particularly preferably chlorophyceae such as.
  • These microalgae show particularly good growth rates under the anaerobic conditions of fuel gas and thus a high efficiency in carbon dioxide fixation.
  • Mixtures of algae and bacteria are particularly preferably used for carbon dioxide fixation.
  • artificial light can also be used to illuminate the microorganisms. In this way, the use of artificial light in the dark period can prevent the microorganisms from breathing and thus releasing carbon dioxide.
  • the present invention also includes a device for the biological treatment of gases with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume, the device comprising a fermenter, comprises a post-fermenter and a photobioreactor with a gas-liquid separator.
  • This device according to the invention is a very inexpensive system for gas treatment. On the one hand, the system creates comparatively low investment costs, on the other hand, it requires low maintenance costs in operation.
  • the device according to the invention is designed as part of a plant for producing biogas, sewage gas or fermentation gas by means of anaerobic decomposition of organic matter.
  • the gas with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume is particularly preferably passed directly through the photobioreactor.
  • a combined heat and power plant is preferably provided, in which the cleaned biogas is burned.
  • Figure 1 is a graphical representation of the growth of Synechocystis aquatilis under ambient air and under biogas by plotting the dry weight of Synechocystis aquatilis against time.
  • FIG. 2 shows a graphical representation of the growth of a chlorella wild type under ambient air and under biogas by plotting the dry weight of the chlorella wild type against time;
  • Fig. 4 is a graphical representation of the growth of Cyanidium caldarium under ambient air and under biogas by plotting the dry weight of Cyanidium caldarium against time;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a plant for performing a method according to the invention.
  • Figures 1 to 4 show the results of growth studies on a cyanobacterium and three different green algae.
  • the bacterial culture Synechocystis aquatilis and the green algae culture Cyanidium caldarium come from the collection of algal cultures in Göttingen (D), the Chlorella types (Chlorella fusca and a wild type occurring in the open area of the University of Regensburg) come from the University of Regensburg, biological faculty, Prof. Dr. Loos.
  • the test cultures were inoculated with a defined amount of the stock culture in a suitable nutrient medium. To carry out comparative tests in indoor air and in synthetic biogas, all samples were prepared twice.
  • Synthetic biogas was produced by mixing 60 vol.% Methane and 40 vol.% Carbon dioxide in a gas mixing device from the compressed gases in technical purity (Linde AG, Unterschleissheim, D).
  • Figures 1 to 4 compare the growth curves of different cultures determined under biogas with the growth curves obtained under indoor air. All of the cultures examined show stronger growth under a biogas atmosphere than under ambient air. This difference is particularly pronounced in the chlorella wild type living in almost anaerobic conditions ( Figure 2).
  • Figure 5 shows a schematic representation of a typical agricultural biogas plant. Due to methanogenic bacteria in the fermenter 1 and post-fermenter 2 biomass such. B. slurry, grass clippings and other agricultural residues converted into biogas. This is collected in the post-fermenter (with an elastic roof 3) and introduced into the PBR 4 in the finest bubbles. This contains biogas-tolerant, photosynthetic microorganisms. The PBR is adapted to optimal flow and light conditions. In the dark period, artificial light can be used to prevent the microorganisms from breathing.
  • the carbon dioxide dissolves in the aqueous system and is converted into oxygen and biomass by the microorganisms using light. Minor components in the gas such.
  • B. Ammonia and hydrogen sulfide dissolve in the aqueous system and are metabolized as trace components by the microorganisms. Additional trace elements required by the microorganisms and not provided by the gas must be metered in separately. Methane hardly dissolves and is not broken down by the organisms.
  • the undissolved gases are separated from the liquid in the PBR by a gas-liquid separator 5.
  • the clean gas thus prepared is passed into a second elastic hood 6 on the post-fermenter.
  • Treated and unprepared biogas are mixed to avoid fluctuations in the gas supply.
  • the increased oxygen content in the gas can be reacted to.
  • the oxygen in the processed gas has a particularly positive effect on combustion, since it was created by replacing carbon dioxide and not by adding nitrogen-rich ambient air.
  • a part of the waste heat generated when used in the CHP unit can be passed into a special jacket 8 to maintain the temperature in the PBR.
  • the biomass produced in the PBR is fermented again to biogas in the fermenter.

Abstract

The invention relates to methods for the biological treatment of gases having a hydrocarbon content of 40 to 95 percent by volume and a carbon dioxide content of 2 to 60 percent by volume. The inventive method comprises the following steps: the carbon dioxide contained in the gas is fixed at least in part in a photosynthetic manner inside a reactor by means of microorganisms; the resulting biomass is reacted by anaerobically decomposing said biomass into biogas; the carbon dioxide contained in the biogas is fixed at least in part in a photosynthetic manner inside the reactor by means of microorganisms; and the resulting biomass is reacted by anaerobically decomposing said biomass into biogas.

Description

Verfahren zur biologischen Gasaufbereitung Process for biological gas treatment
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur biologischen Aufbereitung von Gasen.The invention relates to methods and devices for the biological treatment of gases.
Stand der TechnikState of the art
Gasförmige Brenn- und Treibstoffe, die aus dem anaeroben Abbau organischen Materials entstanden sind, enthalten neben den brennbaren Kohlenwasserstoffen immer gewisse Mengen an Kohlendioxid. Beispiele für derartige Gase sind Biogas, Klärgas, Faulgas, Deponiegas und das vor langer Zeit entstandene und durch geochemische Prozesse an Kohlendioxid abgereicherte Erdgas. Die Zusammensetzung der genannten Gase schwankt je nach Genese und Lagerbedingungen in bestimmten Grenzen. Die typische Zusammensetzung der Haupt- und Nebenbestandteile von Biogas sowie von Klär- und Faulgas bewegt sich in folgendem Bereich: Methan: 40 - 75 %, Kohlendioxid: 25 - 55 %, Wasserdampf: 0 - 10 %, Stickstoff: 0 - 5 %, Sauerstoff: 0 - 2 %, Wasserstoff: 0 - 1 %, Ammoniak: 0 - 1 %, Schwefelwasserstoff: 0 - 1 %.Gaseous fuels, which have arisen from the anaerobic decomposition of organic materials, always contain certain amounts of carbon dioxide in addition to the combustible hydrocarbons. Examples of such gases are biogas, sewage gas, fermentation gas, landfill gas and the natural gas that was formed a long time ago and is depleted of carbon dioxide by geochemical processes. The composition of the gases mentioned varies depending on the genesis and storage conditions within certain limits. The typical composition of the main and secondary components of biogas as well as sewage and fermentation gas is in the following range: methane: 40 - 75%, carbon dioxide: 25 - 55%, water vapor: 0 - 10%, nitrogen: 0 - 5%, Oxygen: 0-2%, hydrogen: 0-1%, ammonia: 0-1%, hydrogen sulfide: 0-1%.
Die hohen Gehalte an Kohlendioxid wirken sich in mehrfacher Hinsicht negativ auf die Nutzung der genannten Gase als Brenn- / Treibstoff aus. Die hohe Fracht an dem Inertgas Kohlendioxid bewirkt nämlich einerseits eine Reduzierung des Wirkungsgrades der Brenngasnutzung. Daneben verursacht der hohe Gehalt an Kohlendioxid zusammen mit Feuchte eine erhöhte Anlagenkorrosion. Außerdem entstehen durch das nicht nutzbare CO2 unnötige zusätzliche Kosten, wenn es bei einer Kompression des Brenngases zu Lager- bzw. Transportzwecken mitkomprimiert und ggf. mittransportiert werden muss. Ein weiterer Nachteil hoher Kohlendioxidgehalte in Brenngasen ist das Ausfallen flüssigen Kohlendioxids im komprimierten Zustand, wodurch häufig Probleme beim Transport von Gasströmen in Leitungen verursacht werden.The high levels of carbon dioxide have several negative effects on the use of the gases mentioned as fuel. The high load of the inert gas carbon dioxide causes a reduction in the efficiency of the use of fuel gas. In addition, the high level of carbon dioxide together with moisture causes increased plant corrosion. In addition, the unusable CO 2 creates unnecessary additional costs if, when the fuel gas is compressed, it has to be compressed for storage or transport purposes and, if necessary, also transported. Another disadvantage of high carbon dioxide levels in fuel gases is the failure of liquid carbon dioxide in the compressed state, which often causes problems when transporting gas flows in pipes.
Vor diesem Hintergrund wurden zahlreiche Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Brenngasen entwickelt. Im Bereich der Erdgasaufbereitung werden Verfahren zur nassen Gaswäsche bereits seit langer Zeit eingesetzt. Neben der im Vergleich zu Methan höheren Löslichkeit von Kohlendioxid in polaren Lösungsmitteln wird dabei häufig eine reversible Bindung des Kohlendioxids an Amine oder eine Salzbildung ausgenutzt. Das mittels nasser Gaswäsche abgetrennte Kohlendioxid wird in einem Desorptionsschritt zur Regeneration der Waschlösung in die Atmosphäre freigesetzt.Against this background, numerous processes for removing carbon dioxide from fuel gases have been developed. Processes for wet gas scrubbing have been used for a long time in the field of natural gas processing. In addition to the higher solubility of carbon dioxide in polar solvents compared to methane, a reversible binding of the carbon dioxide to amines or salt formation is often used. The carbon dioxide separated by means of wet gas scrubbing is released into the atmosphere in a desorption step to regenerate the scrubbing solution.
Neben den genannten nassen Verfahren wurden in den letzten Jahrzehnten vermehrt reversible Adsorptionsprozesse an Molekularsieben zur Trennung von Kohlendioxid und Methan eingesetzt. Je nachdem ob die Desorption des Kohlendioxids vom Adsorber thermisch oder durch Druckerniedrigung erfolgt, spricht man von ThermoSwingAdsorption (TSA) oder von PressureSwingAdsorption (PSA). Bei beiden Verfahren muss das aufzubereitende Gas vorgetrocknet werden und das abgetrennte Kohlendioxid wird zusammen mit einer technisch nicht vermeidbaren Menge an Methan in die Umgebung freigesetzt.In addition to the wet processes mentioned, reversible adsorption processes on molecular sieves for the separation of carbon dioxide and methane have been increasingly used in recent decades. Depending on whether the desorption of carbon dioxide from the adsorber takes place thermally or by lowering the pressure, one speaks of ThermoSwingAdsorption (TSA) or PressureSwingAdsorption (PSA). In both processes, the gas to be treated has to be pre-dried and the separated carbon dioxide is released into the environment together with a technically unavoidable amount of methane.
Mit der zunehmenden Verfügbarkeit technischer Membranen gewinnt die Membrantechnik in der Gasaufbereitung an Bedeutung. Zur Trennung von Kohlendioxid / Methan-Gemischen werden sowohl trockene als auch nasse Membranen eingesetzt. Unabhängig vom Membrantyp und vom ausgewählten Verfahren wird das abgetrennte Kohlendioxid, das einen gewissen Restmethangehalt aufweist, in die Atmosphäre freigesetzt. Membranverfahren erfordern immer eine gewisse Vorreinigung der natürlichen Gase und meist erhöhte Drücke größer als 8 bar.With the increasing availability of technical membranes, membrane technology is gaining importance in gas processing. Both dry and wet membranes are used to separate carbon dioxide / methane mixtures. Regardless of the membrane type and the selected process, the separated carbon dioxide, which has a certain residual methane content, is released into the atmosphere. Membrane processes always require a certain pre-cleaning of the natural gases and mostly increased pressures greater than 8 bar.
Kryogene Verfahren, die auf der Verflüssigung des Kohlendioxids bei niedrigen Temperaturen beruhen, spielen wirtschaftlich eine untergeordnete Rolle. Sie erfordern einen enormen technischen Aufwand zur Gasvorreinigung, Trocknung und Kompression. Vorteil dieser Verfahren ist, dass das abgetrennte flüssige bzw. feste Kohlendioxid sehr rein ist und vor der Freisetzung in die Atmosphäre als Kältespeicher bzw. als „Kohlensäure" in der Getränkeindustrie genutzt werden kann.Cryogenic processes based on the liquefaction of carbon dioxide at low temperatures play a minor role economically. They require enormous technical effort for gas pre-cleaning, drying and compression. The advantage of this method is that the separated liquid or solid Carbon dioxide is very pure and can be used as a cold store or as "carbonic acid" in the beverage industry before being released into the atmosphere.
Vor dem Hintergrund der beobachteten Klimaveränderungen werden die Rolle von Kohlendoxid als Treibhausgas und dessen anthropogene Freisetzung intensiv erforscht und diskutiert. Im Rahmen dieser Forschungen gibt es Bemühungen, den Ausstoß von Kohlendioxid in den Abgasen von Kraftwerken zu verringern.Against the background of the observed climate changes, the role of carbon dioxide as a greenhouse gas and its anthropogenic release are intensively researched and discussed. As part of this research, efforts are underway to reduce carbon dioxide emissions from power plant emissions.
Ein mehrfach publizierter und wissenschaftlich untersuchter, doch zur Zeit technisch nicht umgesetzter Ansatz betrifft die Fixierung von Kohlendioxid aus Kraftwerkabgasen mittels Mikroorganismen. Die bei der Abgasreinigung entstehenden Mikroorganismen sollten nach Jander (Massenkultur von Mikroalgen mit pharmazeutisch nutzbaren Inhaltsstoffen unter Verwendung von C02 und NaHC03 gewonnen aus den Abgasen eines Blockheizkraftwerkes, Dissertation Universität Kiel 2001) medizinisch / pharmazeutisch genutzt werden können.A multiple published and scientifically investigated, but currently not technically implemented approach concerns the fixation of carbon dioxide from power plant emissions by means of microorganisms. According to Jander (mass culture of microalgae with pharmaceutically usable ingredients using C0 2 and NaHC0 3 obtained from the exhaust gases from a combined heat and power plant, dissertation at the University of Kiel 2001), the microorganisms resulting from exhaust gas purification should be able to be used medically / pharmaceutically.
Mitsuhasi und Kurano beschreiben auf der Website des Marine Biotechnology Institute (1-28-10 Hongo Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, http://salmon.mbio.co.jp/mbi/) die industrielle Nutzbarkeit von Algenbiomasse aus Kraftwerksabgasen. Eine derartige Nutzung erfordert die Aufzucht der Mikroorganismen in einer nur aufwändig realisierbaren sterilen Umgebung. Darüber hinaus muss die Weiterverarbeitung der erzeugten Biomasse gesichert werden.Mitsuhasi and Kurano describe on the website of the Marine Biotechnology Institute (1-28-10 Hongo Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, http://salmon.mbio.co.jp/mbi/) the industrial usability of algal biomass from power plant emissions. Such use requires the cultivation of the microorganisms in a sterile environment that can only be achieved with great effort. In addition, the further processing of the biomass produced must be ensured.
Zur Erzeugung pharmazeutischer und technischer Rohstoffe bedient sich die Industrie vermehrt der Biotechnologie. Mit dem Einsatz Photosynthese treibender Mikroorganismen gewinnt die Entwicklung von Photobioreaktoren zur Produktion dicht besiedelter Algen- und Bakterienkulturen an Bedeutung. Zahlreiche Schriften geben den Stand der Technik zur effektiven Produktion biologischer Substanzen in Photobioreaktoren wieder. Borowitzka (Journal of Biotechnology 70 (1999) 313-321) gibt in seinem Artikel Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and fermenters einen Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten. Pulz beschreibt in Photobioreactors: production Systems for phototrophic microorganisms (Appl. Microbiol. Biotechnol. 57 (2001) 287-293) die verschiedenen Photobioreaktorsysteme. Bei den Anlagen zur Erdgasgewinnung und -aufbereitung handelt es sich um großindustrielle Komplexe. Die umgesetzten Gasmengen rechtfertigen hohe Investitionen in Aufbereitungsverfahren. Die Abreicherung von Kohlendioxid ist in diesem Zusammenhang selbstverständlich. Von den aktuell eingesetzten Anlagen wird das abgetrennte Kohlendioxid ohne weitere Nutzung direkt in die Atmosphäre freigesetzt.The industry is increasingly using biotechnology to produce pharmaceutical and technical raw materials. With the use of photosynthetic microorganisms, the development of photobioreactors for the production of densely populated algae and bacterial cultures is gaining in importance. Numerous publications reflect the state of the art for the effective production of biological substances in photobioreactors. Borowitzka (Journal of Biotechnology 70 (1999) 313-321) gives an overview of the different possibilities in his article Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and fermenters. Pulz describes the various photobioreactor systems in Photobioreactors: production Systems for phototrophic microorganisms (Appl. Microbiol. Biotechnol. 57 (2001) 287-293). The plants for natural gas production and processing are large industrial complexes. The quantities of gas converted justify high investments in treatment processes. The depletion of carbon dioxide is a matter of course in this context. From the plants currently in use, the separated carbon dioxide is released directly into the atmosphere without further use.
Das in Kläranlagen und Biogasanlagen erzeugte Klär-/Faulgas bzw. Biogas wird meist ohne weitere Aufbereitung in Blockheizkraftwerken (BHKW) verfeuert. Ein Blockheizkraftwerk besteht aus einem stationären Motor, der nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung sowohl elektrischen Strom als auch Wärme produziert. Die Effektivität von BHKWs beruht auf der Nutzung der Abwärme, die in anderen Kraftwerken über das Kühlwasser ungenutzt in Flüsse geleitet wird. Der hohe Wirkungsgrad der Blockheizkraftwerke macht beträchtliche Energieeinsparungen möglich.The sewage / fermentation gas or biogas generated in sewage treatment plants and biogas plants is usually burned in cogeneration plants (CHP) without further processing. A combined heat and power plant consists of a stationary motor that uses the principle of cogeneration to produce both electricity and heat. The effectiveness of CHP plants is based on the use of waste heat that is channeled unused into rivers in other power plants via the cooling water. The high efficiency of the combined heat and power plants makes considerable energy savings possible.
Vor allem bei Biogasanlagen, die relativ geringe Gasmengen von weniger als 5000 m3 Tag produzieren, lohnt sich zur Zeit die Investition in eine Gasaufbereitungsanlage nicht. Nachteile der Verwendung nicht aufbereiteten Biogases in Blockheizkraftwerken sind unter anderem:Especially in the case of biogas plants that produce relatively small amounts of gas of less than 5000 m 3 per day, investing in a gas processing plant is currently not worthwhile. Disadvantages of using untreated biogas in combined heat and power plants include:
• Schlechte Verbrennung aufgrund des hohen Kohlendioxidgehaltes - zur Verwendung in Selbstzündmotoren ist der Zusatz von Diesel erforderlich, • Geringer Wirkungsgrad im BHKW, da das nicht an der Verbrennung teilnehmende Ballastgas Kohlendioxid mit aufgeheizt und expandiert wird,• Poor combustion due to the high carbon dioxide content - the use of diesel is required for use in compression ignition engines, • Low efficiency in the CHP unit, since the ballast gas not participating in the combustion is also heated and expanded,
• Hoher Wartungs- und Einstellungsbedarf am BHKW durch schwankende Gaszusammensetzung,• High maintenance and adjustment requirements at the CHP unit due to fluctuating gas composition,
• Korrosion an Leitungen und Motor durch saure Gasbestandteile wie z. B. Schwefelwasserstoff - dadurch hoher Verschleiß und hohe Betriebskosten.• Corrosion on pipes and motor due to acidic gas components such as. B. hydrogen sulfide - thereby high wear and high operating costs.
Den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid aus Brenn- / Treibstoffgasen ist gemeinsam, dass die Energie, die zur Abtrennung eingesetzt wird, nicht mehr zurückgewonnen wird. Diese Verfahren erfordern allesamt erhebliche Mengen an Energie und zur Umsetzung einen relativ hohen Investitionsaufwand in technische Einrichtungen. Darüber hinaus setzen die technisch relevanten Verfahren das abgetrennte Kohlendioxid unmittelbar in die Atmosphäre frei, obwohl das Kohlendioxid zur Erderwärmung beiträgt.Common to the methods known from the prior art for separating carbon dioxide from fuel / fuel gases is that the energy which is used for the separation is no longer recovered. This procedure all require considerable amounts of energy and a relatively high investment in technical facilities for implementation. In addition, the technically relevant processes release the separated carbon dioxide directly into the atmosphere, although the carbon dioxide contributes to global warming.
Aus dem geschilderten Stand der Technik ist zu ersehen, dass im Bereich der geringe Gasmengen erzeugenden Bio- und Faulgasanlagen Bedarf an kostengünstigen Anlagen zur Gasaufbereitung besteht. Übergreifend bei kleinen und großen Anlagen besteht zur Zeit das Problem der ungenutzten Freisetzung des klimarelevanten Kohlendioxids.From the described prior art it can be seen that there is a need for inexpensive gas processing plants in the area of the small gas-producing bio and fermentation gas plants. Across small and large plants, there is currently the problem of the unused release of climate-relevant carbon dioxide.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur biologischen Gasaufbereitung bereitzustellen, die neben einer kostengünstigen Reinigung des Brenngases eine in Bezug auf die Menge an ausgestoßenem CO2 verbesserte Effizienz aufweisen.This is where the invention comes in. The invention, as characterized in the claims, is based on the object of providing methods for biological gas treatment which, in addition to inexpensive cleaning of the fuel gas, have an improved efficiency with respect to the amount of CO 2 emitted.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur biologischen Aufbereitung von Gasen gemäß Anspruch 1 , durch das Verfahren zum Betreiben eines Blockheizkraftwerkes gemäß Anspruch 7 und durch die Vorrichtung zur biologischen Aufbereitung von Gasen gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen und den Figuren.This object is achieved according to the invention by the method for the biological treatment of gases according to claim 1, by the method for operating a combined heat and power plant according to claim 7 and by the device for the biological treatment of gases according to claim 14. Further advantageous details, aspects and refinements of the present invention result from the dependent claims, the description, the examples and the figures.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur biologischen Aufbereitung von Gasen mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte zumindest teilweise photosynthetische Fixierung des in dem Gas enthaltenen Kohlendioxids durch Mikroorganismen in einem Reaktor, Umsetzung der dadurch entstehenden Biomasse durch anaeroben Abbau zu Biogas, zumindest teilweise photosynthetische Fixierung des in diesem Biogas enthaltenen Kohlendioxids durch Mikroorganismen in dem Reaktor und Umsetzung der dadurch entstehenden Biomasse durch anaeroben Abbau zu Biogas umfasst.The present invention provides a method for the biological treatment of gases with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume, the method comprising at least the steps partial photosynthetic fixation of the carbon dioxide contained in the gas by microorganisms in a reactor, implementation the resulting biomass by anaerobic degradation to biogas, at least partially photosynthetic fixation of the carbon dioxide contained in this biogas by microorganisms in the reactor and conversion of the resulting biomass by anaerobic degradation to biogas.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Brenn- und Treibstoffgase, die einen Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einen Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% aufweisen, aufbereitet werden. Bei der photosynthetischen Fixierung des in solchen Biogasen enthaltenen Kohlendioxids durch Mikroorganismen wird Sonnenenergie zur Kohlendioxid- Abtrennung ausgenutzt. Die dadurch gebildete Biomasse wird durch anaeroben Abbau zu Biogas umgesetzt und dient somit wiederum der Erzeugung von Brenngasen.Fuel and fuel gases which have a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume can be processed by the method according to the invention. In the photosynthetic fixation of the carbon dioxide contained in such biogases by microorganisms, solar energy is used to separate the carbon dioxide. The biomass formed in this way is converted into biogas by anaerobic degradation and thus in turn serves to generate fuel gases.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, die das abgetrennte Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassen, wird also in dem erfindungsgemäßen Verfahren das CO2 zu Biomasse umgesetzt. Dadurch erfolgt bezogen auf die genutzte Energie eine effektive Verringerung der Kohlendioxidfreisetzung. Das erfindungsgemäße Verfahren leistet somit einen Beitrag zur Effizienzsteigerung bei der Erzeugung und Nutzung nachwachsender Rohstoffe und erneuerbarer Energien.In contrast to the processes known from the prior art, which release the separated carbon dioxide into the atmosphere, the CO 2 is converted into biomass in the process according to the invention. This effectively reduces the release of carbon dioxide based on the energy used. The method according to the invention thus makes a contribution to increasing efficiency in the production and use of renewable raw materials and renewable energies.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Tatsache, das die gereinigten Brenngase einen erhöhten Anteil an Sauerstoff aufweisen. Durch die biologische Reinigung wird das Sauerstoff / Stickstoff - Verhältnis über das in der Atmosphäre vorliegende Verhältnis Sauerstoff / Stickstoff von rund 1 : 4 angehoben. Dieser erhöhte Sauerstoffanteil im aufbereiteten Gas macht sich bei der Verbrennung besonders positiv bemerkbar.Another advantage of the method according to the invention lies in the fact that the purified fuel gases have an increased proportion of oxygen. Biological cleaning increases the oxygen / nitrogen ratio by about 1: 4 above the oxygen / nitrogen ratio in the atmosphere. This increased proportion of oxygen in the processed gas has a particularly positive effect on combustion.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei den aufzubereitenden Gasen um aus dem anaeroben Abbau organischer Materie entstandene Bio-, Klär- bzw. Faulgase. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kohlendioxidgehalt im Gas mittels Photosynthese treibender Mikroorganismen verringert. In einem Photobioreaktor (PBR) verstoffwechseln die genannten Mikroorganismen unter Nutzung von Lichtenergie aus dem Rohgas stammendes Kohlendioxid zusammen mit Wasser. Dabei entstehen nach der allgemein bekannten Photosynthesegleichung Biomasse und Sauerstoff. Der durch Reproduktion und Wachstum entstehende Biomasseüberschuss wird von der zum Betrieb des PBR benötigten Biomasse abgetrennt und in einem Fermenter unter anaeroben Bedingungen bakteriell abgebaut. Das beim anaeroben Abbau der Überschussbiomasse entstehende Biogas wird dem Rohgasstrom zugeführt.In preferred embodiments of the invention, the gases to be treated are bio-, sewage or digestate gases resulting from the anaerobic decomposition of organic matter. In the process according to the invention, the carbon dioxide content in the gas is reduced by means of photosynthesis-driving microorganisms. In a photobioreactor (PBR), the microorganisms mentioned metabolize carbon dioxide from the raw gas together with water using light energy. Biomass and oxygen are generated according to the well-known photosynthesis equation. The biomass surplus resulting from reproduction and growth is separated from the biomass required to operate the PBR and broken down bacterially in a fermenter under anaerobic conditions. The biogas generated during the anaerobic breakdown of the excess biomass is fed to the raw gas stream.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also Sonnenenergie mittels photosynthetischer Kohlendioxid-Fixierung zur Aufbereitung von Brenngasen und gleichzeitig zur Produktion neuer Brenngase über den Umweg Biomasseerzeugung - anaerober Biomasseabbau genutzt.In the method according to the invention, solar energy is thus used by means of photosynthetic carbon dioxide fixation for the preparation of fuel gases and at the same time for the production of new fuel gases via the detour biomass generation - anaerobic biomass degradation.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufzubereitenden Gase besitzen einen Gehalt an Kohlenwasserstoffen zwischen 40 Vol.-% und 95 Vol.-% und einen Kohlendioxidgehalt zwischen 2 Vol.-% und 60 Vol.-%. Ein solches Gas bewirkt bei der Durchleitung durch ein wässriges Medium aufgrund des sich einstellenden Kohlendioxid/Hydrogencarbonat-Gleichgewichtes eine Erniedrigung des pH-Werts auf etwa 4 bis 5. Ferner lösen sich die im Gas enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu einem gewissen Anteil im wässrigen Medium. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Mikroorganismen müssen also unter den anaeroben Bedingungen eines Brennstoffgases leben und sich vermehren können.The gases to be treated with the method according to the invention have a hydrocarbon content of between 40% by volume and 95% by volume and a carbon dioxide content of between 2% by volume and 60% by volume. When passing through an aqueous medium, such a gas brings about a reduction in the pH to about 4 to 5 due to the carbon dioxide / hydrogen carbonate equilibrium that is established. Furthermore, the hydrocarbons contained in the gas dissolve to a certain extent in the aqueous medium. The microorganisms used in the method according to the invention must therefore be able to live and multiply under the anaerobic conditions of a fuel gas.
Der Fachmann kann die Identifizierung und Auswahl von Mikroorganismen, die unter den genannten Bedingungen lebensfähig sind, durch bekannte Methoden vornehmen. Ein möglicher Weg zur Identifizierung und Auswahl solcher Mikroorganismen wird nachfolgend unter „Wege zur Ausführung der Erfindung" angegeben.The person skilled in the art can identify and select microorganisms which are viable under the conditions mentioned by known methods. A possible way of identifying and selecting such microorganisms is given below under "Ways of Carrying Out the Invention".
Nach Durchführung einer Vielzahl entsprechender Versuche wurde gefunden, dass sich Cyanobakterien wie z. B. Synechocystis aquatilis zur Kohlendioxid-Fixierung besonders gut eignen. Diese Bakterien stellen daher eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Es können aber auch Mischungen und insbesondere Wildtypen dieser Bakterien eingesetzt werden.After carrying out a large number of corresponding experiments, it was found that cyanobacteria such as. B. Synechocystis aquatilis for carbon dioxide fixation particularly well suited. These bacteria therefore represent a particularly preferred embodiment of the present invention. Mixtures and, in particular, wild types of these bacteria can also be used.
Daneben wurde gefunden, dass sich Mikroalgen und insbesondere Chlorophyceae wie z. B. Cyanidium Caldarium, Chla ydomonas noctigama, Nostoc E, Chlorella kessleri oder Chlamydomonas moewusii besonders gut zur Kohlendioxid-Fixierung eignen. Diese Mikroalgen stellen daher besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Es können auch Mischungen und insbesondere Wildtypen dieser Algen eingesetzt werden.In addition, it was found that microalgae and especially Chlorophyceae such. B. Cyanidium Caldarium, Chla ydomonas noctigama, Nostoc E, Chlorella kessleri or Chlamydomonas moewusii are particularly suitable for carbon dioxide fixation. These microalgae are therefore particularly preferred embodiments of the present invention. Mixtures and in particular wild types of these algae can also be used.
Außerdem können Mischungen aus Algen und Bakterien zur Kohlendioxid-Fixierung verwendet werden.Mixtures of algae and bacteria can also be used to fix carbon dioxide.
Zur Beleuchtung der Mikroorganismen wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung neben natürlichem Tageslicht auch künstliches Licht eingesetzt. Dadurch kann in der Dunkelperiode durch den Einsatz von Kunstlicht verhindert werden, dass die Mikroorganismen atmen und damit Kohlendioxid frei setzen.According to a preferred embodiment of the present invention, in addition to natural daylight, artificial light is also used to illuminate the microorganisms. In this way, the use of artificial light in the dark period can prevent the microorganisms from breathing and thus releasing carbon dioxide.
Der Kontakt des Rohgases mit der Photosynthese treibenden Biomasse kann auf unterschiedliche Art erfolgen. Im einfachsten Fall wird das Rohgas direkt durch den PBR geleitet. Die Mikroorganismen verbrauchen einen Teil des im Gas enthaltenen Kohlendioxids und reichern das Gas mit Sauerstoff an.The raw gas can come into contact with the biomass that drives photosynthesis in different ways. In the simplest case, the raw gas is passed directly through the PBR. The microorganisms consume part of the carbon dioxide contained in the gas and enrich the gas with oxygen.
Konstruktiv aufwändiger ist das Waschen des Gases mit einer Biomasse-freien wässrigen Flüssigkeit. Aufgrund der im Vergleich zu den Kohlenwasserstoffen höheren Löslichkeit des Kohlendioxids in wässrigen Lösungen wird Kohlendioxid aus dem Gas abgetrennt. Die an Kohlendioxid angereicherte Waschlösung wird den Mikroorganismen im PBR zugeführt. Dort wird der entstehende Sauerstoff abgetrennt.Washing the gas with a biomass-free aqueous liquid is structurally more complex. Due to the higher solubility of carbon dioxide in aqueous solutions compared to hydrocarbons, carbon dioxide is separated from the gas. The washing solution enriched with carbon dioxide is fed to the microorganisms in the PBR. The resulting oxygen is separated off there.
Alternativ zu den beiden genannten Verfahren kann das Rohgas außerhalb des PBR in einer Gaswascheinrichtung durch die Mikroorganismen-Suspension geleitet werden. Durch Umpumpen der Mikroorganismen-Suspension durch Gaswascheinrichtung und PBR kann das Gas ohne aufwändige Abtrennung der Mikroorganismen von der Waschlösung annähernd Sauerstoff-frei gehalten werden. Bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage (siehe „Wege zur Ausführung der Erfindung") wird das direkte Durchleiten des Rohgases durch den PBR dargestellt.As an alternative to the two methods mentioned, the raw gas can be passed outside the PBR in a gas washing device through the microorganism suspension become. By pumping the microorganism suspension through the gas washing device and PBR, the gas can be kept almost free of oxygen without the complex separation of the microorganisms from the washing solution. In the exemplary embodiment of a system according to the invention described below (see “Ways to implement the invention”), the direct passage of the raw gas through the PBR is shown.
Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines Blockheizkraftwerkes, bei dem zunächst die Reinigung eines Gases mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% durchgeführt wird. Die Reinigung des Gases erfolgt dabei durch die Schritte zumindest teilweise photosynthetische Fixierung des in dem Gas enthaltenen Kohlendioxids durch Mikroorganismen in einem Reaktor, Umsetzung der dadurch entstehenden Biomasse durch anaeroben Abbau zu Biogas, zumindest teilweise photosynthetische Fixierung des in diesem Biogas enthaltenen Kohlendioxids durch Mikroorganismen in dem Reaktor und Umsetzung der dadurch entstehenden Biomasse durch anaeroben Abbau zu Biogas. Anschließend wird das Biogas zum Betrieb des Blockheizkraftwerkes verbrannt.The present invention also includes a method for operating a combined heat and power plant, in which the cleaning of a gas with a hydrocarbon content of 40 vol.% To 95 vol.% And a carbon dioxide content of 2 vol.% To 60 vol. % is carried out. The gas is cleaned by the steps of at least partially photosynthetically fixing the carbon dioxide contained in the gas by microorganisms in a reactor, converting the resulting biomass to anaerobic degradation to biogas, at least partially photosynthetically fixing the carbon dioxide contained in this biogas by microorganisms in the Reactor and conversion of the resulting biomass through anaerobic degradation to biogas. The biogas is then burned to operate the combined heat and power plant.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor der Verbrennung des gereinigten Gases eine definierte Menge an ungereinigtem Gas mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% zu dem gereinigten Gas zugesetzt. Dadurch können Schwankungen in der Gaszusammensetzung, die sich störend auf den Betrieb des Blockheizkraftwerkes auswirken würden, ausgeglichen werden.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, a defined amount of unpurified gas with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume is used before the combustion of the purified gas. % added to the purified gas. This can compensate for fluctuations in the gas composition that would interfere with the operation of the combined heat and power plant.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Blockheizkraftwerkes werden bevorzugt hoch methanhaltige Gase wie z. B. Erdgas, Biogas, Klärgas, Faulgas oder Deponiegas verwendet.In the method according to the invention for operating a combined heat and power plant, gases containing high methane, such as, for example, B. natural gas, biogas, sewage gas, fermentation gas or landfill gas.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um Photosynthese treibende Cyanobakterien wie z. B. Synechocystis aquatilis, um Mischungen solcher Bakterien oder um Wildtypen solcher Bakterien. Diese Bakterien zeigen unter den anaeroben Bedingungen von Brennstoffgas besonders gute Wachstumsraten und damit eine hohe Effizienz in der Kohlendioxid-Fixierung.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the microorganisms used for carbon dioxide fixation are photosynthetic cyanobacteria such as. B. Synechocystis aquatilis, um Mixtures of such bacteria or around wild types of such bacteria. These bacteria show particularly good growth rates under the anaerobic conditions of fuel gas and thus a high efficiency in carbon dioxide fixation.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um Mikroalgen, besonders bevorzugt um Chlorophyceae wie z. B. Cyanidium Caldarium, Chlamydomonas noctigama, Nostoc E; Chlorella kessleri oder Chlamydomonas moewusii, um Mischungen solcher Mikroalgen oder um Wildtypen solcher Mikroalgen. Diese Mikroalgen zeigen unter den anaeroben Bedingungen von Brennstoffgas besonders gute Wachstumsraten und damit eine hohe Effizienz in der Kohlendioxid-Fixierung.According to a further preferred embodiment of the present invention, the microorganisms used for carbon dioxide fixation are microalgae, particularly preferably chlorophyceae such as. B. Cyanidium Caldarium, Chlamydomonas noctigama, Nostoc E; Chlorella kessleri or Chlamydomonas moewusii, to mixtures of such microalgae or to wild types of such microalgae. These microalgae show particularly good growth rates under the anaerobic conditions of fuel gas and thus a high efficiency in carbon dioxide fixation.
Besonders bevorzugt werden Mischungen aus Algen und Bakterien zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzt.Mixtures of algae and bacteria are particularly preferably used for carbon dioxide fixation.
Zur Beleuchtung der Mikroorganismen kann neben natürlichem Tageslicht auch künstliches Licht eingesetzt wird. Dadurch kann in der Dunkelperiode durch den Einsatz von Kunstlicht verhindert werden, dass die Mikroorganismen atmen und damit Kohlendioxid frei setzen.In addition to natural daylight, artificial light can also be used to illuminate the microorganisms. In this way, the use of artificial light in the dark period can prevent the microorganisms from breathing and thus releasing carbon dioxide.
Die vorliegende Erfindung umfasst daneben auch eine Vorrichtung zur biologischen Aufbereitung von Gasen mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-%, wobei die Vorrichtung einen Fermenter, einen Nachgärer und einen Photobioreaktor mit Gas- Flüssigkeit-Separator umfasst.The present invention also includes a device for the biological treatment of gases with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume, the device comprising a fermenter, comprises a post-fermenter and a photobioreactor with a gas-liquid separator.
Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine sehr kostengünstige Anlage zur Gasaufbereitung. Die Anlage verursacht zum einen bei ihrer Erstellung vergleichsweise niedrige Investitionskosten, zum anderen erfordert sie im Betrieb niedrige Unterhaltskosten. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsfόrm ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Bestandteil einer Anlage zur Erzeugung von Biogas, Klärgas oder Faulgas mittels anaerobem Abbau organischer Materie ausgestaltet.This device according to the invention is a very inexpensive system for gas treatment. On the one hand, the system creates comparatively low investment costs, on the other hand, it requires low maintenance costs in operation. According to a particularly preferred embodiment, the device according to the invention is designed as part of a plant for producing biogas, sewage gas or fermentation gas by means of anaerobic decomposition of organic matter.
Besonders bevorzugt wird das Gas mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.- % bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% direkt durch den Photobioreaktor geleitet.The gas with a hydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume is particularly preferably passed directly through the photobioreactor.
Als weiterer Bestandteil ist bevorzugt ein Blockheizkraftwerk vorgesehen, in dem das gereinigte Biogas verbrannt wird.As a further component, a combined heat and power plant is preferably provided, in which the cleaned biogas is burned.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Zur Illustration der Erfindung und zur Verdeutlichung ihrer Vorzüge werden nachfolgend Ausführungsbeispiele angegeben. Diese Ausführungsbeispiele sollen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es versteht sich von selbst, dass diese Angaben die Erfindung nicht beschränken sollen. Es zeigenExemplary embodiments are given below to illustrate the invention and to clarify its advantages. These exemplary embodiments will be explained in connection with the drawings. It goes without saying that this information is not intended to limit the invention. Show it
Fig. 1 eine graphische Darstellung des Wachstums von Synechocystis aquatilis unter Raumluft und unter Biogas durch Auftragung des Trockengewichts von Synechocystis aquatilis gegen die Zeit;Figure 1 is a graphical representation of the growth of Synechocystis aquatilis under ambient air and under biogas by plotting the dry weight of Synechocystis aquatilis against time.
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Wachstums eines Chlorella Wildtyps unter Raumluft und unter Biogas durch Auftragung des Trockengewichts des Chlorella Wildtyps gegen die Zeit;2 shows a graphical representation of the growth of a chlorella wild type under ambient air and under biogas by plotting the dry weight of the chlorella wild type against time;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Wachstums von Chlorella fusca unter Raumluft und unter Biogas durch Auftragung des Trockengewichts von Chlorella fusca gegen die Zeit;3 shows a graphical representation of the growth of Chlorella fusca under ambient air and under biogas by plotting the dry weight of Chlorella fusca against time;
Fig. 4 eine graphische Darstellung des Wachstums von Cyanidium caldarium unter Raumluft und unter Biogas durch Auftragung des Trockengewichts von Cyanidium caldarium gegen die Zeit;Fig. 4 is a graphical representation of the growth of Cyanidium caldarium under ambient air and under biogas by plotting the dry weight of Cyanidium caldarium against time;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 5 is a schematic representation of a plant for performing a method according to the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Fermenter1 fermenter
2 Nachgärer2 secondary fermenters
3: elastisches Dach3: elastic roof
4 Photobioreaktor4 photobioreactor
5 Gas-Flüssigkeit-Separator5 gas-liquid separator
6 elastische Haube6 elastic hood
7: Blockheizkraftwerk7: combined heat and power plant
8 heizbare Ummantelung8 heatable jacket
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Zur Identifizierung Photosynthese treibender Mikroorganismen, die unter den anaeroben Bedingungen eines Brennstoffgases überleben und daher zum Einsatz in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wurden Untersuchungen in synthetischem Biogas durchgeführt. In den Abbildungen 1 bis 4 sind die Ergebnisse von Wachstumsuntersuchungen an einem Cyanobakterium und drei verschiedenen Grünalgen dargestellt.To identify photosynthesis-driving microorganisms that survive under the anaerobic conditions of a fuel gas and are therefore suitable for use in a method according to the present invention, studies have been carried out in synthetic biogas. Figures 1 to 4 show the results of growth studies on a cyanobacterium and three different green algae.
Die Bakterienkultur Synechocystis aquatilis und die Grünalgenkultur Cyanidium caldarium stammen aus der Sammlung von Algenkulturen in Göttingen (D), die Chlorella Typen (Chlorella fusca und ein im Freigelände der Universität Regensburg vorkommender Wildtyp) stammen von der Universität Regensburg, biologische Fakultät, Prof. Dr. Loos. Die Testkulturen wurden durch Animpfung mit einer definierten Menge der Stammkultur in einem geeigneten Nährmedium hergestellt. Zur Durchführung vergleichender Tests in Raumluft und in synthetischem Biogas wurden alle Proben doppelt präpariert.The bacterial culture Synechocystis aquatilis and the green algae culture Cyanidium caldarium come from the collection of algal cultures in Göttingen (D), the Chlorella types (Chlorella fusca and a wild type occurring in the open area of the University of Regensburg) come from the University of Regensburg, biological faculty, Prof. Dr. Loos. The test cultures were inoculated with a defined amount of the stock culture in a suitable nutrient medium. To carry out comparative tests in indoor air and in synthetic biogas, all samples were prepared twice.
Jeweils 100 ml Kultur wurden in einem 500 ml Weithals Ertenmeyerkolben unter sterilen Bedingungen aufgezogen. Die Chlorella Kulturen wurden bei ca. 21 °C Raumtemperatur und 3500 Lux Dauerbeleuchtung (weißes Neonlicht) unter ständigem Rühren auf dem Magnetrührer gehalten. Die Synechocystis aquatilis und die Cyanidium caldarium Kulturen wurden in einem Schüttelwasserbad bei 30°C und 2500 Lux Dauerlicht (weißes Neonlicht) gehalten.In each case 100 ml of culture were drawn up in a 500 ml wide-mouth Ertenmeyer flask under sterile conditions. The chlorella cultures were kept at about 21 ° C. room temperature and 3500 lux continuous lighting (white neon light) with constant stirring on the magnetic stirrer. The Synechocystis aquatilis and the Cyanidium caldarium cultures were kept in a shaking water bath at 30 ° C. and 2500 lux continuous light (white neon light).
Synthetisches Biogas wurde durch Mischung von 60 Vol.-% Methan und 40 Vol.-% Kohlendioxid in einer Gasmischeinrichtung aus den komprimierten Gasen in technischer Reinheit (Linde AG, Unterschleißheim, D) hergestellt.Synthetic biogas was produced by mixing 60 vol.% Methane and 40 vol.% Carbon dioxide in a gas mixing device from the compressed gases in technical purity (Linde AG, Unterschleissheim, D).
Ein Teil der Kulturen wurde einmal täglich für jeweils zwei Minuten mit 100 l/h synthetischem Biogas beaufschlagt und sonst gasdicht verschlossen. Der Rest der Kulturen wurde offen gegen die Raumluft gehalten. In regelmäßigen Abständen wurde das Trockengewicht der Kulturen über Absorptionsmessungen bei 510 nm und einer entsprechenden Kalibration bestimmt.Some of the cultures were exposed to 100 l / h of synthetic biogas for two minutes once a day and otherwise sealed gas-tight. The rest of the cultures were kept open to the air. The dry weight of the cultures was determined at regular intervals by means of absorption measurements at 510 nm and a corresponding calibration.
In den Abbildungen 1 bis 4 sind die unter Biogas bestimmten Wachstumskurven der verschiedenen Kulturen den unter Raumluft erhaltenen Wachstumskurven gegenübergestellt. Alle untersuchten Kulturen zeigen unter Biogasatmosphäre ein stärkeres Wachstum als unter Umgebungsluft. Besonders stark ist dieser Unterschied bei dem unter annähernd anaeroben Bedingungen lebenden Chlorella Wildtypen (Abbildung 2) ausgeprägt.Figures 1 to 4 compare the growth curves of different cultures determined under biogas with the growth curves obtained under indoor air. All of the cultures examined show stronger growth under a biogas atmosphere than under ambient air. This difference is particularly pronounced in the chlorella wild type living in almost anaerobic conditions (Figure 2).
Diese Untersuchungen zeigen, dass sowohl Bakterien als auch Mikroalgen existieren, die zum Einsatz in den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Der Einsatz von Mischkulturen und Wildtypen bietet die Möglichkeit der Anpassung an die herrschenden Bedingungen und damit besonderes Potenzial. Im Gegensatz zur Herstellung reiner Kulturen in den PBR der pharmazeutischen Industrie und der Lebensmittelindustrie spielt die Art der gebildeten Biomasse bei der vorliegenden Erfindung keine Rolle. Die beste Kultur, also die Kultur, die am schnellsten wächst, darf sich durchsetzen.These studies show that both bacteria and microalgae exist which are suitable for use in the methods according to the present invention. The use of mixed cultures and wild types offers the possibility of adaptation to the prevailing conditions and therefore special potential. In contrast to the production of pure cultures in the PBR of the pharmaceutical industry and the food industry, the type of biomass formed plays a role the present invention does not matter. The best culture, i.e. the culture that grows fastest, can prevail.
Nebenbestandteile realer Bio- und Klärgase sind häufig Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Diese Substanzen lösen sich wie Kohlendioxid gut in wässrigen Systemen. Sie beeinflussen ebenfalls pH-Wert und lonenzusammensetzung eines beaufschlagten wässrigen Systems. Qualitative Versuche mit den genannten Organismen zeigen die Übertragbarkeit der mit synthetischem Biogas gewonnenen Ergebnisse auf reale Systeme. Alle Kulturen wachsen auch in realem Biogas.Secondary components of real bio and sewage gases are often ammonia and hydrogen sulfide. Like carbon dioxide, these substances dissolve well in aqueous systems. They also influence the pH value and ion composition of a loaded aqueous system. Qualitative tests with the organisms mentioned show the transferability of the results obtained with synthetic biogas to real systems. All cultures also grow in real biogas.
Abbildung 5 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen landwirtschaftlichen Biogasanlage. Durch methanogene Bakterien wird im Fermenter 1 und Nachgärer 2 Biomasse wie z. B. Gülle, Grasschnitt und sonstige landwirtschaftliche Reststoffe in Biogas umgewandelt. Dieses wird im Nachgärer (mit elastischem Dach 3) gesammelt und in feinsten Blasen in den PBR 4 eingeleitet. In diesem befinden sich Biogas-tolerante, Photosynthese treibende Mikroorganismen. Der PBR ist auf optimale Strömungs- und Lichtverhältnisse angepasst. In der Dunkelperiode kann ggf. durch Kunstlicht verhindert werden, dass die Mikroorganismen atmen.Figure 5 shows a schematic representation of a typical agricultural biogas plant. Due to methanogenic bacteria in the fermenter 1 and post-fermenter 2 biomass such. B. slurry, grass clippings and other agricultural residues converted into biogas. This is collected in the post-fermenter (with an elastic roof 3) and introduced into the PBR 4 in the finest bubbles. This contains biogas-tolerant, photosynthetic microorganisms. The PBR is adapted to optimal flow and light conditions. In the dark period, artificial light can be used to prevent the microorganisms from breathing.
Das Kohlendioxid löst sich in dem wässrigen System und wird durch die Mikroorganismen mittels Licht in Sauerstoff und Biomasse umgewandelt. Nebenbestandteile im Gas wie z. B. Ammoniak und Schwefelwasserstoff lösen sich im wässrigen System und werden als Spurenbestandteile von den Mikroorganismen verstoffwechselt. Weitere von den Mikroorganismen benötigte und nicht durch das Gas bereitgestellte Spurenelemente müssen separat zudosiert werden. Methan löst sich kaum und wird durch die Organismen nicht abgebaut.The carbon dioxide dissolves in the aqueous system and is converted into oxygen and biomass by the microorganisms using light. Minor components in the gas such. B. Ammonia and hydrogen sulfide dissolve in the aqueous system and are metabolized as trace components by the microorganisms. Additional trace elements required by the microorganisms and not provided by the gas must be metered in separately. Methane hardly dissolves and is not broken down by the organisms.
Die nicht gelösten Gase (vor allem Methan und Sauerstoff) werden durch einen Gas-Flüssigkeits-Separator 5 von der Flüssigkeit im PBR getrennt. Das so aufbereitete Reingas wird in eine zweite elastische Haube 6 auf dem Nachgärer geleitet. Im Ansaugbereich des Blockheizkraftwerkes (BHKW) 7 können ggf. aufbereitetes und nicht aufbereitetes Biogas zur Vermeidung von Schwankungen in der Gaszufuhr gemischt werden.The undissolved gases (especially methane and oxygen) are separated from the liquid in the PBR by a gas-liquid separator 5. The clean gas thus prepared is passed into a second elastic hood 6 on the post-fermenter. In the suction area of the combined heat and power plant (CHP) 7, Treated and unprepared biogas are mixed to avoid fluctuations in the gas supply.
Durch den Einsatz von Klopfsensoren und Lambdasonden zur Motorsteuerung kann auf den erhöhten Sauerstoffgehalt im Gas reagiert werden. Der Sauerstoff im aufbereiteten Gas macht sich bei der Verbrennung besonders positiv bemerkbar, da er durch Ersatz von Kohlendioxid und nicht durch Zugabe von Stickstoff reicher Umgebungsluft entstanden ist. Ein Teil der bei der Nutzung im BHKW entstehenden Abwärme kann zur Aufrechterhaltung der Temperatur im PBR in eine spezielle Ummantelung 8 geleitet werden. Die im PBR erzeugte Biomasse wird im Fermenter wieder zu Biogas vergärt. By using knock sensors and lambda sensors for engine control, the increased oxygen content in the gas can be reacted to. The oxygen in the processed gas has a particularly positive effect on combustion, since it was created by replacing carbon dioxide and not by adding nitrogen-rich ambient air. A part of the waste heat generated when used in the CHP unit can be passed into a special jacket 8 to maintain the temperature in the PBR. The biomass produced in the PBR is fermented again to biogas in the fermenter.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur biologischen Aufbereitung von Gasen mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem1. Process for the biological treatment of gases with a hydrocarbon content of 40 vol .-% to 95 vol .-% and
Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% mit den SchrittenCarbon dioxide content from 2 vol.% To 60 vol.% With the steps
- das in dem Gas enthaltene Kohlendioxid wird in einem Reaktor zumindest teilweise durch Mikroorganismen photosynthetisch fixiert, - die dadurch entstehende Biomasse wird durch anaeroben Abbau zu Biogas umgesetzt,the carbon dioxide contained in the gas is at least partially photosynthetically fixed in a reactor by microorganisms, the resulting biomass is converted to biogas by anaerobic degradation,
- das in diesem Biogas enthaltene Kohlendioxid wird in dem Reaktor zumindest teilweise durch Mikroorganismen photosynthetisch fixiert und- The carbon dioxide contained in this biogas is at least partially photosynthetically fixed in the reactor by microorganisms and
- die dadurch entstehende Biomasse wird wiederum durch anaeroben Abbau zu Biogas umgesetzt.- The resulting biomass is in turn converted to biogas by anaerobic degradation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den aufzubereitenden Gasen um hoch methanhaltige Gase wie z. B. Erdgas, Biogas, Klärgas, Faulgas oder Deponiegas handelt.2. The method according to claim 1, characterized in that it is in the gases to be processed to high methane gases such as. B. natural gas, biogas, sewage gas, fermentation gas or landfill gas.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um Photosynthese treibende Bakterien, bevorzugt um Cyanobakterien wie z. B. Synechocystis aquatilis, um Mischungen solcher Bakterien oder um Wildtypen solcher Bakterien handelt.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the microorganisms used for carbon dioxide fixation are photosynthetic bacteria, preferably cyanobacteria such as. B. Synechocystis aquatilis, to mixtures of such bacteria or to wild types of such bacteria.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um Mikroalgen, bevorzugt um Chlorophyceae wie z. B. Cyanidium Caldarium, Chlamydomonas noctigama, Nostoc E, Chlorella kessleri oder Chlamydomonas moewusii, um4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that it is the microorganisms used for carbon dioxide fixation to microalgae, preferably Chlorophyceae such as. B. Cyanidium Caldarium, Chlamydomonas noctigama, Nostoc E, Chlorella kessleri or Chlamydomonas moewusii
Mischungen solcher Mikroalgen oder um Wildtypen solcher Mikroalgen handelt. Mixtures of such microalgae or wild types of such microalgae.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um Mischungen aus Algen und Bakterien handelt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the microorganisms used for carbon dioxide fixation are mixtures of algae and bacteria.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung der Mikroorganismen neben natürlichem Tageslicht künstliches Licht eingesetzt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that artificial light is used to illuminate the microorganisms in addition to natural daylight.
7. Verfahren zum Betreiben eines Blockheizkraftwerkes mit den Schritten7. Method for operating a combined heat and power plant with the steps
a) Reinigung eines Gases mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% durch die Schrittea) Purification of a gas with a hydrocarbon content of 40 vol .-% to 95 vol .-% and a carbon dioxide content of 2 vol .-% to 60 vol .-% by the steps
a- zumindest teilweise photosynthetische Fixierung des in dem Gas enthaltenen Kohlendioxids durch Mikroorganismen in einem Reaktor, a2) Umsetzung der dadurch entstehenden Biomasse durch anaerobena- at least partially photosynthetic fixation of the carbon dioxide contained in the gas by microorganisms in a reactor, a 2 ) conversion of the resulting biomass by anaerobic
Abbau zu Biogas, a3) zumindest teilweise photosynthetische Fixierung des in diesem Biogas enthaltenen Kohlendioxids durch Mikroorganismen in dem Reaktor und a4) Umsetzung der dadurch entstehenden Biomasse durch anaeroben Abbau zu BiogasDegradation to biogas, a 3 ) at least partially photosynthetic fixation of the carbon dioxide contained in this biogas by microorganisms in the reactor and a 4 ) conversion of the resulting biomass to biogas by anaerobic degradation
undand
b) Verbrennung des Biogases zum Betrieb des Blockheizkraftwerkes.b) combustion of the biogas to operate the combined heat and power plant.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach Schritt a4) und vor Schritt b) der Schritt8. The method according to claim 7, wherein after step a 4 ) and before step b) the step
b0) Zusatz einer definierten Menge an ungereinigtem Gas mit einemb 0 ) addition of a defined amount of unpurified gas with a
Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% zu dem gereinigten GasHydrocarbon content of 40% by volume to 95% by volume and a carbon dioxide content of 2% by volume to 60% by volume to the purified gas
durchgeführt wird. is carried out.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den aufzubereitenden Gasen um hoch methanhaltige Gase wie z. B. Erdgas, Biogas, Klärgas, Faulgas oder Deponiegas handelt.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that it is the gases to be processed to high methane gases such. B. natural gas, biogas, sewage gas, fermentation gas or landfill gas.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um Photosynthese treibende Bakterien, bevorzugt um Cyanobakterien wie z. B. Synechocystis aquatilis, um Mischungen solcher Bakterien oder um Wildtypen solcher Bakterien handelt.10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the microorganisms used for carbon dioxide fixation are photosynthetic bacteria, preferably cyanobacteria such as. B. Synechocystis aquatilis, to mixtures of such bacteria or to wild types of such bacteria.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um Mikroalgen, bevorzugt um Chlorophyceae wie z. B. Cyanidium Caldarium, Chlamydomonas noctigama, Nostoc E; Chlorella kessleri oder Chlamydomonas moewusii, um Mischungen solcher Mikroalgen oder um Wildtypen solcher Mikroalgen handelt.11. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the microorganisms used for carbon dioxide fixation are microalgae, preferably Chlorophyceae such as. B. Cyanidium Caldarium, Chlamydomonas noctigama, Nostoc E; Chlorella kessleri or Chlamydomonas moewusii, are mixtures of such microalgae or wild types of such microalgae.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zur Kohlendioxid-Fixierung eingesetzten Mikroorganismen um12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that it is the microorganisms used for carbon dioxide fixation
Mischungen aus Algen und Bakterien handelt.Mixtures of algae and bacteria.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung der Mikroorganismen neben natürlichem Tageslicht künstliches Licht eingesetzt wird.13. The method according to any one of claims 7 to 12, characterized in that artificial light is used to illuminate the microorganisms in addition to natural daylight.
14. Vorrichtung zur biologischen Aufbereitung von Gasen gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% mit einem Fermenter (1), einem Nachgärer (2) und einem Photobioreaktor (4) mit Gas-Flüssigkeit-14. Device for the biological treatment of gases according to claims 1 to 6 with a hydrocarbon content of 40 vol.% To 95 vol.% And a carbon dioxide content of 2 vol.% To 60 vol.% With a fermenter (1) , a post-fermenter (2) and a photobioreactor (4) with gas-liquid
Separator (5). Separator (5).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Bestandteil einer Anlage zur Erzeugung von Biogas, Klärgas oder Faulgas mittels anaerobem Abbau organischer Materie ist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the device is part of a plant for the production of biogas, sewage gas or fermentation gas by means of anaerobic decomposition of organic matter.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-% und einem Kohlendioxidgehalt von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% direkt durch den Photobioreaktor (4) geleitet wird.16. The apparatus of claim 14 or 15, characterized in that the gas with a hydrocarbon content of 40 vol .-% to 95 vol .-% and a carbon dioxide content of 2 vol .-% to 60 vol .-% directly through the photobioreactor ( 4) is conducted.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei zusätzlich ein Blockheizkraftwerk vorgesehen ist, in dem das gereinigte Biogas verbrannt wird. 17. Device according to one of claims 14 to 16, wherein in addition a combined heat and power plant is provided in which the cleaned biogas is burned.
PCT/DE2003/003294 2002-10-05 2003-10-02 Methods for the biological treatment of gas WO2004033075A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2003280298A AU2003280298A1 (en) 2002-10-05 2003-10-02 Methods for the biological treatment of gas

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10246597 2002-10-05
DE10246597.5 2002-10-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004033075A1 true WO2004033075A1 (en) 2004-04-22

Family

ID=32010300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/003294 WO2004033075A1 (en) 2002-10-05 2003-10-02 Methods for the biological treatment of gas

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003280298A1 (en)
DE (1) DE10346471B4 (en)
WO (1) WO2004033075A1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005010865A1 (en) * 2005-03-07 2006-09-14 Schmack Biogas Ag Biological treatment of hydrocarbon gases containing carbon dioxide comprises scrubbing the gas with a suspension of microorganisms and transferring the suspension to an open photobioreactor
EP1801197A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-27 Mikrobiologisch-analytisches Labor GmbH Process for the valorization of gaseous sources of carbon and a photobioreactor
WO2009003460A2 (en) * 2007-07-04 2009-01-08 Georg Fritzmeier Gmbh & Co. Kg Co2 converter
WO2010045669A2 (en) 2008-10-24 2010-04-29 Johann Staudinger Method for producing biomass from microalgae by way of photosynthesis
CN101870894A (en) * 2009-04-21 2010-10-27 张扬 Method and biological plant for removing carbon dioxide, hydrogen sulfide and ammonia from methane by using microecology principle
US7980024B2 (en) 2007-04-27 2011-07-19 Algae Systems, Inc. Photobioreactor systems positioned on bodies of water
US8110395B2 (en) 2006-07-10 2012-02-07 Algae Systems, LLC Photobioreactor systems and methods for treating CO2-enriched gas and producing biomass
US8507253B2 (en) 2002-05-13 2013-08-13 Algae Systems, LLC Photobioreactor cell culture systems, methods for preconditioning photosynthetic organisms, and cultures of photosynthetic organisms produced thereby
CN105695014A (en) * 2016-01-28 2016-06-22 山东十方环保能源股份有限公司 Methane purification and primary filtration device

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004045239A1 (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Gürtner, Michael Method for increasing the gas yield of a biogas plant
DE102005025040B4 (en) * 2005-05-30 2007-05-16 Foerderung Von Medizin Bio Und Method and device for producing methane-rich biogas
DE102005062727A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Mikrobiologisch-Analytisches Labor Gmbh Procedure for utilization of gaseous of carbon sources for the production of algae biomass, comprises passing input gas through gas-tightly closed photo-bioreactor by closed gas cycle
DE102005062726A1 (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Mikrobiologisch-Analytisches Labor Gmbh Procedure for utilization of gaseous of carbon sources for the production of algae biomass, comprises passing input gas through gas-tightly closed photo-bioreactor by closed gas cycle
DE102007018675B4 (en) * 2007-04-18 2009-03-26 Seyfried, Ralf, Dr. Biomass breeding plant and method for growing biomass
DE102007029102A1 (en) * 2007-06-21 2008-12-24 Tilco Biochemie Gmbh Preparation for the optimization of methane gas production in biogas plants
DE102007035707A1 (en) 2007-07-30 2009-02-05 GMBU Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. Method for oxygenization and pollutant absorption in aquatic systems, comprises cultivating micro algae in photo bioreactors, separating and concentrating the cells, immobilizing concentrate in polymer carriers, and collecting aggregates
DE102007038870A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-19 Joachim Kausch Operating a solid fermentation plant with a discontinuously operable solid fermenter for the fermentation of organic solids to produce biogas e.g. methane, comprises flowing-through the solid fermenter from top to bottom with a percolate
DE102007058548B4 (en) 2007-12-05 2009-10-15 Landwärme GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter, Tobias Assmann, 80638 München) Process for purifying biogas
DE102009022754A1 (en) 2009-05-26 2010-12-02 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Photobioreactor comprises a shape-stable base tub and a transparent conical-shaped sleeve overarching the base tub and forming a hollow area with the base tub, where the sleeve comprises an external cover and an internal cover
NL2006297C2 (en) * 2011-02-24 2012-08-27 Ingrepro B V METHOD, APPARATUS AND SYSTEM FOR TREATING A LIQUID AND / OR CULTIVATING MICRO-ORGANISMS AND ENCLOSED MICRO-ORGANISM.
AT12727U1 (en) * 2011-08-31 2012-10-15 Salzburg Ag Fuer En Verkehr Und Telekommunikation METHOD AND DEVICE FOR PREPARING AN OUTLET OF A BIOGAS TREATMENT PLANT
WO2013034947A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 Cellennium (Thailand) Company Limited Upgrading of biogas to marketable purified methane exploiting microalgae farming
DE102013212537A1 (en) 2013-06-27 2014-12-31 Dürr Systems GmbH Plant and process for the treatment of gases
DE102017000576A1 (en) 2017-01-23 2018-07-26 Waldemar Reule Biological process and plant for the production of methane
US20210093998A1 (en) * 2017-11-04 2021-04-01 One Stiftungs Gmbh Device and method for the sequestration of atmospheric carbon dioxide

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3607864A1 (en) * 1985-03-14 1986-09-25 Schimmelpfeng, Lutz, Dr., 35641 Schöffengrund Process for decreasing exhaust gas/exhaust air pollutants by photosynthetic algae and apparatus for carrying out the process
DE4230644A1 (en) * 1992-09-12 1994-03-17 Johannes Martin Dipl I Mueller Recovery of carbon di:oxide from coal power stations - and converting into methane by anaerobic fermentation.
EP0878533A2 (en) * 1997-05-14 1998-11-18 Energy of Nature - Projektgesellschaft für umwelttechnische Anlagensysteme Leipzig mbH Process and apparatus for the photobiological separation of carbondioxide and methane containing gases
DE19912952A1 (en) * 1999-03-23 2000-10-05 Martina Von Ahn Photosynthetic conversion of carbon dioxide into biomass and oxygen comprises using algal suspensions in stirred bioreactors illuminated with sunlight and artificial light
KR20020074029A (en) * 2001-03-19 2002-09-28 라파즈 한라 시멘트 주식회사 Biological CO2 fixation method using semi-continuous and series operation

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4690697A (en) * 1986-02-20 1987-09-01 Schwartz Arthur G Long residence pollution control system
DE4444191C1 (en) * 1994-12-12 1996-06-05 Melkonian Ezekian Michael Prof Process for the depletion or removal of carbon dioxide from exhaust gases
EP0874043A1 (en) * 1997-04-10 1998-10-28 Preussag AG Process for production of biomass by photosynthesis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3607864A1 (en) * 1985-03-14 1986-09-25 Schimmelpfeng, Lutz, Dr., 35641 Schöffengrund Process for decreasing exhaust gas/exhaust air pollutants by photosynthetic algae and apparatus for carrying out the process
DE4230644A1 (en) * 1992-09-12 1994-03-17 Johannes Martin Dipl I Mueller Recovery of carbon di:oxide from coal power stations - and converting into methane by anaerobic fermentation.
EP0878533A2 (en) * 1997-05-14 1998-11-18 Energy of Nature - Projektgesellschaft für umwelttechnische Anlagensysteme Leipzig mbH Process and apparatus for the photobiological separation of carbondioxide and methane containing gases
DE19912952A1 (en) * 1999-03-23 2000-10-05 Martina Von Ahn Photosynthetic conversion of carbon dioxide into biomass and oxygen comprises using algal suspensions in stirred bioreactors illuminated with sunlight and artificial light
KR20020074029A (en) * 2001-03-19 2002-09-28 라파즈 한라 시멘트 주식회사 Biological CO2 fixation method using semi-continuous and series operation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 200328, Derwent World Patents Index; AN 2003-285874, XP002274426 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8507253B2 (en) 2002-05-13 2013-08-13 Algae Systems, LLC Photobioreactor cell culture systems, methods for preconditioning photosynthetic organisms, and cultures of photosynthetic organisms produced thereby
DE102005010865A1 (en) * 2005-03-07 2006-09-14 Schmack Biogas Ag Biological treatment of hydrocarbon gases containing carbon dioxide comprises scrubbing the gas with a suspension of microorganisms and transferring the suspension to an open photobioreactor
EP1801197A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-27 Mikrobiologisch-analytisches Labor GmbH Process for the valorization of gaseous sources of carbon and a photobioreactor
US8110395B2 (en) 2006-07-10 2012-02-07 Algae Systems, LLC Photobioreactor systems and methods for treating CO2-enriched gas and producing biomass
US8877488B2 (en) 2006-07-10 2014-11-04 Algae Systems, LLC Photobioreactor systems and methods for treating CO2-enriched gas and producing biomass
US8507264B2 (en) 2006-07-10 2013-08-13 Algae Systems, LLC Photobioreactor systems and methods for treating CO2-enriched gas and producing biomass
US8859262B2 (en) 2007-04-27 2014-10-14 Algae Systems, LLC Photobioreactor systems positioned on bodies of water
US7980024B2 (en) 2007-04-27 2011-07-19 Algae Systems, Inc. Photobioreactor systems positioned on bodies of water
WO2009003460A3 (en) * 2007-07-04 2009-07-09 Fritzmeier Georg Gmbh & Co Kg Co2 converter
WO2009003460A2 (en) * 2007-07-04 2009-01-08 Georg Fritzmeier Gmbh & Co. Kg Co2 converter
WO2010045669A3 (en) * 2008-10-24 2010-07-22 Johann Staudinger Method for producing biomass from microalgae by way of photosynthesis
WO2010045669A2 (en) 2008-10-24 2010-04-29 Johann Staudinger Method for producing biomass from microalgae by way of photosynthesis
CN101870894A (en) * 2009-04-21 2010-10-27 张扬 Method and biological plant for removing carbon dioxide, hydrogen sulfide and ammonia from methane by using microecology principle
CN105695014A (en) * 2016-01-28 2016-06-22 山东十方环保能源股份有限公司 Methane purification and primary filtration device
CN105695014B (en) * 2016-01-28 2018-03-06 山东十方环保能源股份有限公司 A kind of methane purification primary filter

Also Published As

Publication number Publication date
DE10346471A1 (en) 2004-04-15
DE10346471B4 (en) 2004-09-23
AU2003280298A1 (en) 2004-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10346471B4 (en) Process for biological gas treatment
DE102005010865A1 (en) Biological treatment of hydrocarbon gases containing carbon dioxide comprises scrubbing the gas with a suspension of microorganisms and transferring the suspension to an open photobioreactor
Mann et al. Biogas-conditioning with microalgae
US20140318000A1 (en) Combining algae cultivation and co2 capture
Tóth et al. Degradation of hydrogen sulfide by immobilized Thiobacillus thioparus in continuous biotrickling reactor fed with synthetic gas mixture
WO2019086656A1 (en) Device and method for the sequestration of atmospheric carbon dioxide
DE102018126953A1 (en) Process for using industrial gas to produce a methane-enriched gas composition
DE19721280C2 (en) Method and device for the photobiological separation of gas mixtures containing carbon dioxide and methane
CN111100796B (en) Scenedesmus rich in oil and culture application thereof
EP1801197A1 (en) Process for the valorization of gaseous sources of carbon and a photobioreactor
DE4419766C2 (en) Process for the biological purification of biogases and enrichment of methane
CN103667119A (en) Stain for degrading ethanethiol, as well as culture method and application of strain
DE102008037402A1 (en) Producing biogas comprises fermenting biomass in a hydrolysis- and a first methanizing step, separating gas mixture in to methane- and carbon dioxide containing gases and reacting hydrogen and carbon dioxide to methane using bacteria
DE102005025040A1 (en) Preparation of methane-rich biogas comprises anaerobic fermentation of biomass and/or other substrates to raw fermentation gas, biochemical desulfurization of the gas, and photo-biological carbon dioxide reduction of the desulfurized gas
Hadiyanto et al. Biofixation of Carbon dioxide by Chlamydomonas sp. in a Tubular Photobioreactor
DE19721243C2 (en) Process and plant for the efficient energetic and material use of biogas
DE4444191C1 (en) Process for the depletion or removal of carbon dioxide from exhaust gases
DE102005062727A1 (en) Procedure for utilization of gaseous of carbon sources for the production of algae biomass, comprises passing input gas through gas-tightly closed photo-bioreactor by closed gas cycle
DE102013009874B4 (en) Device and method for the biosynthesis of methane
DE102012000239A1 (en) Regenerating adsorbent loaded with sulfur-containing compound as adsorbate, comprises contacting loaded adsorbent with sulfur or sulfide-oxidizing microorganism, and regenerating by oxidizing sulfur-containing compound by microorganism
DE10260968B4 (en) Process for the removal of hydrogen sulphide from biogas
Reansuwan et al. Microalga Chlorella sp. in the cultivation with chicken farm biogas fermenter effluent and simultaneously nutrient removal
Juškaitė et al. Microalgae Strains Monoraphidium Griffithi and Chlorella sp. for the Carbon Dioxide Capture from Biogas
CN114507604B (en) Grease-rich spindle fiber alga and culture application thereof
DE102015119517B4 (en) Digester and process for producing desulfurized biogas

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SD SE SG SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP