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Guide to Biogas from Production to Use

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Guide to Biogas from Production to Use biogasportal.info Guide to Biogas From production to use Publisher Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) OT Gülzow • Hofplatz 1 18276 Gülzow-Prüzen FROM PRODUCTION TO USE FROM PRODUCTION TO Germany Phone: +49 38 43 / 69 30 - 0 Fax: +49 38 43 / 69 30 - 102 [email protected] • www.fnr.de Published by the Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) with support of the Federal Ministry of Food, Agriculture and Consumer BIOGAS GUIDE TO Protection due to a decision of the German Federal Parliament. FNR 2012 The Project "Technology Cooperation in the Energy Sector" of the Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) supports the Federal Ministry for Economic Cooperation and Development (BMZ) to improve framework conditions, technical assistance and approaches for the deployment of renewable energies and energy efficiency in developing and emerging countries. The English version of the "Leitfaden Biogas" was jointly financed by the following GIZ projects: - Technology Cooperation in the Energy Sector - Project Development Programme (PDP) East Africa - ASEAN-Renewable Energy Support Programme - Promotion of Renewable Energy and Energy Efficiency Programme (PREEEP), Uganda - SINO-German Project for Optimization of Biomass Utilization Supported by: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit Dag-Hammarskjöld-Weg 1-5 65760 Eschborn Germany T +49 6196 79-4102 F +49 6196 79-115 E [email protected] I www.giz.de Published by the Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) with support of the Federal Ministry of Food, Agriculture and Consumer Protection due to a decision of the German Federal Parliament. Projectholder: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) Internet: www.fnr.de On behalf of: Federal Ministry of Food, Agriculture and Consumer Protection (BMELV) Internet: www.bmelv.de Editing support: Deutsches BiomasseForschungsZentrum (DBFZ) Internet: www.dbfz.de Partners: Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. (KTBL) Internet: www.ktbl.de Johann Heinrich von Thünen-Institut (vTI) Internet: www.vti.bund.de/de/institute/ab/ Rechtsanwaltskanzlei Schnutenhaus & Kollegen Internet: www.schnutenhaus-kollegen.de Publisher: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) Editorial: FNR, Abt. Öffentlichkeitsarbeit Copyright (Cover): Mark Paterson / FNR; Werner Kuhn / LWG; FNR / iStockphoto Layout: www.tangram.de, Rostock 5th, completly revised edition, Gülzow, 2010 All rights reserved. No part of this work may by reproduced, processed, distributed or archived without written permission of the publisher. Responsible for conclusions and results, concepts and recommendation are only the authors, not the publisher. 1 Contents Indizes List of figures................................................................................................................................................................... 9 List of tables................................................................................................................................................................... 12 List of contributors ....................................................................................................................................................... 16 1 Purpose of the Guide ................................................................................. 17 M. KALTSCHMITT, F. SCHOLWIN 1.1 Objective ......................................................................................................................................................... 17 1.2 Approach........................................................................................................................................................ 18 1.3 Contents.......................................................................................................................................................... 18 1.4 Target groups................................................................................................................................................. 18 1.5 Definition of scope ........................................................................................................................................ 19 1.5.1 Technology........................................................................................................................................ 19 1.5.2 Substrates .......................................................................................................................................... 19 1.5.3 Currency of data............................................................................................................................... 20 1.5.4 Scope of data..................................................................................................................................... 20 2 Fundamentals of anaerobic digestion ....................................................... 21 J. FRIEHE, P. WEILAND, A. SCHATTAUER 2.1 Generation of biogas..................................................................................................................................... 21 2.2 Environmental conditions in the reactor ................................................................................................... 22 2.2.1 Oxygen............................................................................................................................................... 22 2.2.2 Temperature ..................................................................................................................................... 23 2.2.3 pH value............................................................................................................................................ 24 2.2.4 Nutrient supply................................................................................................................................ 24 2.2.5 Inhibitors ........................................................................................................................................... 25 2.3 Operating parameters................................................................................................................................... 26 2.3.1 Organic loading rate and retention time of the digester............................................................ 26 2.3.2 Productivity, yield and degree of degradation ........................................................................... 27 2.3.3 Mixing................................................................................................................................................ 28 2.3.4 Gas generation potential and methanogenic activity ................................................................. 28 2.4 References....................................................................................................................................................... 30 3 Guide to biogas – from production to use 3 Plant technology for biogas recovery ........................................................ 32 J. POSTEL, U. JUNG, EL. FISCHER, F. SCHOLWIN, T. WEIDELE, H. GATTERMANN, A. SCHATTAUER, P. WEILAND 3.1 Features of and distinctions between various procedural variants ....................................................... 32 3.1.1 Dry matter content of the substrate for digestion ....................................................................... 32 3.1.2 Type of feed....................................................................................................................................... 33 3.1.3 Number of process phases and process stages ............................................................................ 34 3.2 Process engineering....................................................................................................................................... 34 3.2.1 Substrate management .................................................................................................................... 35 3.2.2 Biogas recovery................................................................................................................................. 51 3.2.3 Storing digested substrate............................................................................................................... 66 3.2.4 Storing the recovered biogas .......................................................................................................... 69 3.3 Relevant engineering codes ......................................................................................................................... 71 3.4 References....................................................................................................................................................... 72 4 Description of selected substrates ............................................................. 74 J. FRIEHE, P. WEILAND, A. SCHATTAUER 4.1 Substrates from agriculture.......................................................................................................................... 74 4.1.1 Manure............................................................................................................................................... 74 4.1.2 Energy crops ..................................................................................................................................... 75 4.2 Substrates from the agricultural processing industry.............................................................................. 78 4.2.1 Beer production ...............................................................................................................................
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