Il fondatore di ROPA, Hermann Paintner, è lui stesso un agricoltore e gestisce un impianto di biogas NawaRo con i substrati di barbabietola da zucchero e liquame di suino nella sede dell'azienda a Sittelsdorf. Le progettazioni dell'impianto sono iniziate nel 2009. L'impianto di biogas non è solo destinato a coprire parte del fabbisogno termico ed energetico della produzione di ROPA, ma anche ad acquisire importanti conoscenze sulle proprietà della barbabietola da zucchero in qualità di substrato di fermentazione.
Come progetto pilota, l'impianto è entrato in funzione alla fine del 2010 con un'unità di cogenerazione da 190 kW e ampliato nel 2012 fino a una potenza elettrica di 550 kW. L'impianto di biogas è alimentato esclusivamente con substrati pompabili. Grazie all'automazione, l'immissione di materiale solido viene a mancare. Nel corso degli ultimi anni, l'esperienza acquisita ha portato a ripetuti investimenti in una vasta gamma di ottimizzazioni. Tra l'altro, i fermentatori originali a letto fisso sono stati sostituiti nel 2017 da un fermentatore a vasca di miscelatura dotato di miscelatore centrale di propria realizzazione con scarico della terra.
Trituratore delle barbabietole da zucchero
Trituratore di propria realizzazione con una portata da 300 a 500 t per ora
Hermann Paintner ha sviluppato un proprio trituratore per la macinatura delle barbabietole da zucchero.
La quantità di barbabietole viene dosata tramite un cassone di pick-up con piano trasportatore. Il cassone è alimentato da una pala caricatrice o direttamente dal ribaltamento dei rimorchi nel cassone di pick-up. Per la separazione della sabbia e della terra non aderente sono installati 8 rulli pulitori del Bunkermaus di ROPA. Il trituratore stesso è progettato sotto forma di mulino a martelli con un cesto chiuso. L'enorme rotore con scollettatori Hardox è largo ben 2,5 m. Il cesto Hardox presenta un diametro di un metro, essendo quindi anche di dimensioni generose.
Azionamento del trituratore con potenza
Motore del carro armato Leopard
Originariamente, per l'azionamento del trituratore è stato installato un motore V10 MTU da 610 kW / 830 CV e 37,4 litri di cilindrata di un carro armato Leopard I, costruito nel 1979. A 1.500 giri/min questo motore aveva una coppia di 2.860 Nm.
Il motore diesel del Tiger 6 e 6S sostituisce il modello precedente
A causa della limitata disponibilità di pezzi di ricambio per il motore militare, alla fine fu sostituito da un moderno motore in serie a 6 cilindri VOLVO PENTA TAD1643VE-B da 796 CV / 585 kW e 16,12 litri di cilindrata. Questo motore è installato identicamente nel Tiger 6 e nel Tiger 6S. Il motore diesel del Tiger presenta una coppia massima di 3.260 Nm già a partire da 1.100 giri/min. In un confronto diretto, il motore Volvo fornisce un ulteriore aumento di potenza e allo stesso tempo riduce significativamente il consumo di carburante. Il fattore limitante è ora il nastro trasportatore a valle del trituratore come entrata nel magazzino dell'insilato di barbabietole.
Svolgimento della procedura nell'impianto di biogas
Sulla base dell'esperienza acquisita, per l'impianto di biogas della sede centrale di ROPA è stata stabilita la seguente sequenza di processo per l'insilamento liquido, lo stoccaggio e la rimozione della polpa di barbabietola da zucchero.
Raccolta e caricamento come per lo zuccherificio
Le barbabietole raccolte sono intere con la testa, ma senza foglie; il microtopping è l'approccio adeguato. Gli steli delle foglie vengono rimossi con un taglio minimo della testa, al fine di ridurre l'apporto superfluo di terra e le perdite di respirazione durante lo stoccaggio in cumuli. Idealmente, le barbabietole vengono depositate nel cumulo per almeno una settimana, per permettere al terreno di asciugarsi e al Maus delle barbabietole di pulire il più possibile la parte di terra. Il trasporto all'impianto di biogas viene effettuato con rimorchi trattore o autocarri.
Triturazione per la produzione di polpa di barbabietola fine e omogenea
Nell'impianto di biogas, le barbabietole da zucchero vengono macinate in una polpa fine e omogenea con un trituratore di realizzazione propria e alimentate nel silo di stoccaggio tramite un nastro trasportatore. Per ragioni di costi e di gestione della manodopera, si rinuncia intenzionalmente a un processo di lavaggio complesso. Sotto forma di poltiglia viscosa, il prodotto si distribuisce nel silo e si liquefa nel corso dell'insilamento successivo. Più fine è la triturazione, tanto più rapida è la conversione e meglio è.
Riempimento multiplo dovuto alla limitata capacità di stoccaggio
A causa della capacità di stoccaggio del serbatoio circolare limitata a 6.000 t, le prime barbabietole vengono insilate a settembre. L'ultimo lotto viene conservato nel cumulo fino a febbraio/marzo per motivi di spazio. Attraverso il riempimento multiplo, a seconda della resa, vengono convertite in elettricità fino a 12.000 tonnellate di barbabietole all'anno.
Serbatoi di stoccaggio: struttura a prova di acido
Le barbabietole da zucchero insilate a liquido diventano estremamente acide ed altamente corrosive. Al termine del processo di insilamento, si raggiunge un valore di pH tra 3,2 e 3,5. Il calcestruzzo non protetto viene attaccato dalla polpa acida della barbabietola. Per tale ragione, è necessario un silo di stoccaggio resistente agli acidi. Il serbatoio con un diametro di 30 m e un'altezza di 8 m è realizzato con calcestruzzo gettato in opera. Per la protezione antiacidità, le pareti interne sono state rivestite con una pellicola di PU. Il fondo del serbatoio è stato costruito con una pendenza di 15 gradi verso il centro, la quale non è sufficiente per uno svuotamento senza residui; infatti, a tale scopo sarebbe necessaria una maggiore pendenza.
Insilamento, conversione e demiscelazione
Durante la prima fase di insilamento si può osservare una chiara demiscelazione. L'ossigeno intrappolato viene respirato. Si produce anidride carbonica, che in parte fuoriesce sotto forma di "bolle" in superficie.
Subito dopo l'insilamento, si può constatare una determinata espansione di volume. Pertanto, il serbatoio non dovrebbe mai essere riempito fino in cima in un unico passaggio! Alcuni giorni dopo l'espansione di volume, il substrato si deposita nuovamente ed è possibile procedere con l'aggiunta. Nella fase di conversione, spesso è possibile solo pompare il liquido fuori dal fondo del serbatoio di stoccaggio, poiché i pezzetti di barbabietola galleggiano come briciole di pane nell'acqua. Nel corso dell'ulteriore insilamento, la polpa di barbabietola si deposita progressivamente, diventa più sottile e sempre più omogenea.
Nell'impianto pilota l'effetto della demiscelazione è particolarmente evidente, poiché anche durante l'insilamento la polpa di barbabietola viene rimossa per il funzionamento dell'impianto. Inoltre, in inverno il serbatoio viene riempito più volte con barbabietole molto fredde, il che significa che la conversione richiede tanto tempo durante il processo di insilamento.
Excursus: il trasferimento ad altri impianti sarebbe vantaggioso se la polpa di barbabietola si insilasse per alcune settimane dopo l'insilamento. Nei mesi invernali fino a febbraio, le barbabietole fresche possono essere tranquillamente alimentate con l'immissione di materiale solido. Con l'aumento delle temperature in primavera, tuttavia, le perdite di respirazione nei cumuli si barbabietole crescono a tal punto che l'alimentazione con barbabietole da zucchero fresche non è più interessante. Per la fornitura dell'intero anno, da febbraio a settembre, l'insilamento della poltiglia è una delle forme di stoccaggio migliori e quasi priva di perdite.
Prelievo della polpa di barbabietola dallo strato superiore
Come conseguenza della demiscelazione e del continuo riempimento e prelievo da un unico silo di stoccaggio, da ROPA la rimozione è stata modificata affinché sia possibile pompare da diverse altezze, in particolare anche vicino alla superficie. La pompa di estrazione è ora sospesa a una gru e aspira circa un metro sotto la superficie. Così viene estratto in prevalenza il materiale galleggiante e strutturalmente più ricco. Poiché a volte lo strato superficiale è piuttosto viscoso e denso, alcuni residui di fermentazione/liquido dal fermentatore vengono pompati attraverso un'ulteriore linea di pompaggio direttamente dopo la pompa di estrazione, al fine di migliorare la pompabilità.
Fermentatore di biogas con grande miscelatore centrale
Fermentatore a vasca di miscelatura con miscelatore centrale di realizzazione propria e scarico della sabbia
Nel 2017, è stato costruito e messo in funzione un nuovo fermentatore a vasca di miscelatura con un diametro di 16 m e un'altezza di 10 m. Contemporaneamente, i tre fermentatori alti a letto fisso da 210 m³ sono stati messi fuori uso, perché i piccoli fermentatori a letto fisso sono sempre stati una sfida nel funzionamento dell'impianto. A causa del volume ridotto, le tre torri disponevano di poca capacità di tamponamento e reagivano in modo sensibile al substrato fresco o alle fluttuazioni di temperatura.
Con il fermentatore da 2.000 m³ l'impianto di biogas da 550kW può ora essere gestito in modo flessibile e ottimizzato dal punto di vista termico, poiché questo fermentatore "sopporta molto" e regge grandi quantità di barbabietole da zucchero appena insilate o razioni giornaliere notevolmente aumentate con breve preavviso.
Il pezzo forte è il miscelatore centrale con scarico della sabbia progettato appositamente da Hermann Paintner. Grazie alla sua struttura robusta, permette una miscelazione completa dopo pochi giri. Una potente ralla dal diametro di 2.300 mm è azionata mediante un'unità idraulica e 4 motori a olio. La potenza viene trasmessa dalla ralla ai bracci del miscelatore centrale, larghi 15,6 m.
Per una miscelazione ancora migliore, un asse rigido con pale miscelatrici è installato tra i due bracci. In prossimità del fondo è applicato un terzo braccio per lo scarico della terra. Le paratie anteriori fissate trasversalmente trasportano terra e sedimenti all'esterno. Il trascinatore esterno porta il sedimento fino a un avallamento all'interno dell'acqua salata del serbatoio. La terra, le sostanze estranee e i sedimenti depositati vengono convogliati fuori dal fermentatore attraverso una coclea azionata idraulicamente. Il braccio più basso per lo scarico della terra dispone di una ruota libera. Lo scarico della terra ruota in senso orario. In senso antiorario ruotano solo i due bracci del miscelatore. La durata e il numero degli intervalli di miscelatura e pulizia possono essere regolati tramite il sistema di comando dell'impianto. Il miscelatore centrale con scarico della sabbia evita costantemente la pulizia dispendiosa del serbatoio o la riduzione del volume utile a causa dei depositi.
