Hochleistungsspeicher für Biogas

csm_News_2020-16_textile_Gasspeicher-Vorschau_6a49419671 — Biogasspeichersystem in Halbkugelform, Quelle: Prof. R. Wagner

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat gemeinsam mit Partnern eine ökonomisch attraktive und technisch sinnvolle Methode zur Biogasspeicherung entwickelt. Das textile Biogasspeichersystem in Halbkugelform zeichnet sich durch geringe Investitions- und Unterhaltskosten aus. Es bietet zudem eine bis zu dreifach höhere Biogasspeicherkapazität und trägt somit zur flexiblen Biogasbereitstellung bei. Das Verbundvorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Derzeit ist eine Auslegung von Biogasspeichern mit hohen Kapazitäten nur bedingt möglich. Die auf die nachgiebigen textilen Speicherabdeckungen einwirkenden Lasten, z.B. durch Wettereinflüsse in Kombination mit variierenden Betriebszuständen, sowie deren Weiterleitung und Verteilung auf Gasmembran, Wetterschutzhülle oder Befestigung sind bislang nur unzureichend bekannt. Ziel des Verbundvorhabens war es daher, wissenschaftliche Grundlagen zur Beschreibung der Einwirkungen und den resultierenden Strukturreaktionen zu erforschen, Methoden für die schnelle, sichere und bedarfsgerechte Berechnung, Auslegung und Fertigung neuartiger Biogasspeicher zu erarbeiten sowie neue technische Lösungsansätze für Material, Konstruktion und Betriebssteuerung zu entwickeln.

Gemeinsam mit der H. Seybold GmbH & Co. KG wurde ein Versuchsspeicher errichtet, um relevante Umwelteinflüsse wie Temperatur, Sonneneinstrahlung, Wind und Niederschlag zu vermessen. Dazu wurden verschiedene Systemzustände wie Füllstand, Membrankonfiguration, Temperaturprofile, Innendruck usw. mit einer eigens hierfür entwickelten Messtechnik erfasst. Die Systeme Tragluftdach und Gasspeichermembran, ausgerüstet mit Temperatur-, Druck- und Strömungssensoren sowie Lüftern, konnten dabei getrennt angesteuert und geregelt werden.

Zur Untersuchung der Membraneigenschaften wurden Belastungsversuche durchgeführt. Ungleichmäßige Falteigenschaften der Gasmembran, die v. a. aus dem Eigengewicht der zentral angeordneten, schwereren Polkappe resultieren, konnten durch um 90° verdrehte Radialzuschnitte der halbkugelförmigen Abdeckung, bei der zwei halbe Polenden am Rand des Fermenters aufliegen, verbessert werden. Dies führte zu einem homogenen Faltmuster ohne starke lokale Faltenbildung und damit zu geringeren mechanischen Belastungen der Membrane.

Für die Modellierung der Zusammenhänge zwischen Innendruck, Temperatur und Gasmasse wurden unterschiedliche Szenarien gefahren und umfangreiche Messversuche durchgeführt. Druckänderungen im Gasspeicher durch hohe Temperaturunterschiede, schnelle Gasentnahmen oder Wind führen zu hohen Belastungen der äußeren Membran, die sich durch Stützluftgebläse reduzieren lassen. Zusätzliche Untersuchungen wurden durch die Wacker Bauwerksdynamik GmbH in einem Windkanal vorgenommen. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse hat die technet GmbH gründig+partner ein Berechnungstool für die Auslegung und die effiziente Fertigung von Biogasspeichern entwickelt.

Inzwischen konnte die Fa. Seybold bereits einige Gasspeichersysteme mit der untersuchten Halbkugelform, die ein Höchstmaß an Standsicherheit und einen optimalen Betrieb gewährleisten, erfolgreich umsetzen. Daneben wurden auch mehrfach Membrankonstruktionen in Halbkugelform auf Bodenfundamenten als externe Gasspeicher realisiert.

Weitere Informationen zum Projekt finden Sie in der Projektdatenbank der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) unter den Förderkennzeichen 224003315, 22400816, 22400916 und 22401016.