ROPA Firmengründer Hermann Paintner ist zugleich Landwirt und betreibt am Firmensitz in Sittelsdorf eine NawaRo-Biogasanlage mit den Substraten Zuckerrüben und Schweinegülle. Die Planungen für die Anlage begannen im Jahr 2009. Mit der Biogasanlage sollen nicht nur ein Teil des Wärme- und Energiebedarfs der Produktion der Firma ROPA gedeckt werden, sondern auch wichtige Erkenntnisse über die Eigenschaften der Zuckerrübe als Gärsubstrat gewonnen werden.

Als Pilotprojekt wurde die Anlage Ende 2010 mit einem 190 kW BHKW in Betrieb genommen und 2012 auf eine elektrische Leistung von 550 kW erweitert. Die Biogasanlage wird ausschließlich mit pumpfähigen Substraten beschickt. Aufgrund der Automatisierung wurde auf einen Feststoffeintrag gänzlich verzichtet. Im Laufe der letzten Jahre wurde aufgrund der gesammelten Erfahrungen immer wieder in unterschiedlichste Optimierungen investiert. Unter anderem wurden die ursprünglichen Festbettfermenter im Jahre 2017 durch einen Rührkesselfermenter mit einem Eigenbau-Zentralrührwerk mit Erdaustrag ersetzt.

 

Zuckerrüben Schredder

Eigenbau Schredder mit einer Durchsatzleistung von 300 bis 500 t pro Stunde

Für das Vermahlen der Zuckerrüben hat Hermann Paintner einen eigenen Schredder entwickelt.
Über einen Aufnahmebunker mit Förderboden erfolgt die Dosierung der Rübenmenge. Die Beschickung des Bunkers erfolgt entweder über einen Radlader oder direkt durch Abkippen der Anhänger in den Aufnahmebunker. Zur Abscheidung von loser Erde und Sand sind 8 Reinigungswalzen aus der ROPA Bunkermaus installiert. Der Schredder selbst ist als Hammermühle mit geschlossenem Korb ausgeführt. Der gewaltige Rotor mit Schlägern aus Hardox ist gut 2,5 m breit. Der Korb aus Hardox hat einen Durchmesser von einem Meter und ist damit ebenfalls großzügig dimensioniert.

Schredderantrieb mit Power

Motor aus dem Panzer Leopard

Für den Antrieb des Schredders wurde ursprünglich ein V10 MTU Motor mit 610 kW / 830 PS und 37,4 Liter Hubraum aus einem Leopard I Panzer installiert – Baujahr 1979. Bei 1.500 1/min hatte dieser Motor ein Drehmoment von 2.860 Nm.

Dieselmotor aus dem Tiger 6 und 6S ersetzt Vorgänger

Aufgrund der eingeschränkten Ersatzteilverfügbarkeit für den Militärmotor wurde dieser schließlich durch einen modernen VOLVO PENTA TAD1643VE-B 6-Zylinder-Reihenmotor mit 796 PS / 585 kW und 16,12 Liter Hubraum ersetzt. Dieser Motor wird identisch im Tiger 6 und Tiger 6S verbaut. Der Dieselmotor aus dem Tiger hat ein max. Drehmoment von 3.260 Nm bereits ab 1.100 1/min. Im direkten Vergleich bringt der Volvo Motor nochmals einen Leistungsgewinn bei zugleich sehr deutlich reduziertem Kraftstoffverbrauch. Begrenzender Faktor ist mittlerweile das Förderband nach dem Schredder als Eintrag in das Rübensilagelager.

Verfahrensablauf Biogasanlage

Auf Basis der Erfahrungen hat sich bei der Biogasanlage am Firmenstammsitz von ROPA mittlerweile folgender Verfahrensablauf für die Flüssigsilierung, Lagerung und Entnahme des Zuckerrübenbreies etabliert.

Ernte und Verladung wie für die Zuckerfabrik
Geerntet werden ganze Rüben mit Kopf, jedoch ohne Blätter – Micro-Topping ist der passende Ansatz. Die Blattstiele werden mit einem minimalen Köpfschnitt entfernt, um unnötigen Erdeintrag sowie Veratmungsverluste während der Mietenlagerung zu reduzieren. Idealerweise werden die Rüben mindestens eine Woche in der Miete abgelegt, damit die Erde abtrocknet und sich der Erdanteil mit der Rübenmaus weitestgehend abreinigen läßt. Der Transport zur Biogasanlage erfolgt mit Traktorgespannen oder LKWs.

 

Schreddern zur Herstellung von feinem und homogenem Rübenmus
An der Biogasanlage werden die Zuckerrüben mit einem Eigenbau Schredder zu einem feinen und homogenen Mus vermahlen und über ein Förderband in das Lagersilo eingebracht. Aus Gründen der Kosten und der Arbeitswirtschaft wird auf eine aufwendige Wäsche bewusst verzichtet. Als zähflüssiger Brei verteilt sich das Mus selbstständig im Silo und verflüssigt sich im Zuge der weiteren Silierung. Für das Schreddern gilt – je feiner, umso schneller die Umsetzung, desto besser.

Mehrmalige Befüllung aufgrund beschränkter Lagerkapazität
Aufgrund der auf 6.000 t beschränkten Lagerkapazität des Rundbehälters werden die ersten Rüben im September einsiliert. Die letzte Charge wird aus Platzgründen bis Februar/März in der Miete gelagert. Durch die mehrfache Befüllung werden je nach Ertrag bis zu 12.000 t Rüben pro Jahr verstromt.

 

Lagerbehälter – säurefeste Bauweise
Flüssigsilierte Zuckerrüben werden extrem sauer und sind stark korrosiv. Nach Abschluß des Siliervorgangs stellt sich ein pH-Wert zwischen 3,2 und 3,5 ein. Ungeschützter Beton wird vom sauren Rübenbrei angegriffen. Aus diesem Grund ist ein säurefestes Lagersilo notwendig. Der Lagerbehälter mit 30 m Durchmesser und 8 m Höhe ist aus Ortbeton gegossen. Zum Säureschutz wurden die Innenwände mit PU-Folie ausgekleidet. Der Behälterboden wurde mit einem Gefälle von 15 Grad zur Mitte erstellt. Für eine restlose Entleerung reicht dies nicht, dafür wäre mehr Gefälle notwendig.

Silierung, Umsetzung und Entmischung
Während der ersten Phase der Silierung ist eine deutliche Entmischung festzustellen. Der eingeschlossene Sauerstoff wird veratmet. Es entsteht Kohlendioxid, das teilweise als „Blubber-Blasen“ an der Oberfläche entweicht.
Unmittelbar nach dem Einsilieren ist eine gewisse Volumenausdehnung festzustellen. Deshalb sollte der Lagerbehälter keinesfalls in einem Zug bis an die Oberkante befüllt werden! Wenige Tage nach der Volumenausdehnung setzt sich das Substrat wieder ab und es kann nachgelegt werden. Im Stadium der Umsetzung lässt sich vom Grund des Lagerbehälters oft nur Flüssigkeit abpumpen, denn die Rübenstückchen treiben auf – wie Semmelbrösel im Mineralwasser. Im Zuge der weiteren Silierung setzt sich der Rübenbrei zunehmend ab, wird dünnflüssiger und zunehmend homogener.

Bei der Pilotanlage wird der Effekt der Entmischung besonders deutlich, da auch während des Einsilierens Rübenbrei für den Anlagenbetrieb entnommen wird. Zudem wird der Behälter im Winter mehrmals mit sehr kalten Rüben aufgefüllt, was dazu führt, dass die Umsetzung während des Siliervorgangs sehr lange dauert.  
Exkurs: Übertragen auf andere Anlagen wäre es vorteilhaft, wenn der Rübenbrei nach dem Einsilieren erst ein paar Wochen durchsiliert. In den Wintermonaten bis Februar können frische Rüben problemlos über einen Feststoffeintrag gefüttert werden. Mit zunehmenden Temperaturen im Frühjahr erhöhen sich jedoch die Atmungsverluste in der Rübenmiete derart, dass eine Fütterung von frischen Zuckerrüben nicht mehr interessant ist. Für die Ganzjahresversorgung ab Februar bis September ist die Breisilage eine der besten und verlustärmsten Lagerungsformen.

 

Entnahme des Rübenbreis aus der obersten Schicht
Als Konsequenz auf die Entmischung und der kontinuierlichen Befüllung und Entnahme aus nur einem Lagersilo wurde die Entnahme bei ROPA so modifiziert, dass wahlweise aus verschiedenen Höhen, insbesondere auch nahe der Oberfläche abgepumpt werden kann. Die Entnahmepumpe hängt mittlerweile an einem Kran und saugt etwa einen Meter unterhalb der Oberfläche an. Das strukturreichere und auftreibende Material wird somit vorrangig entnommen. Da die Schicht an der Oberfläche zeitweise recht zäh und dickflüssig ist, wird über eine weitere Pumpleitung direkt nach der Entnahmepumpe etwas Gärrest/Flüssigkeit aus dem Fermenter hinzugepumpt, um die Pumpfähigkeit zu verbessern.

 

Biogas Fermenter mit großem Zentralrührwerk

Rührkesselfermeter mit Eigenbau Zentralrührwerk und Sandaustrag

Im Jahr 2017 wurde ein neuer Rührkesselfermenter mit 16 m Durchmesser und 10 m Höhe errichtet und in Betrieb genommen. Gleichzeitig wurden die drei Festbeet-Hochfermenter mit 210 m³ außer Betrieb gesetzt, denn die kleinen Festbeet-Fermenter waren im Anlagenbetrieb immer wieder eine Herausforderung. Durch das geringe Volumen hatten die drei Türme wenig Pufferkapazität und reagierten sensibel auf frisches Substrat oder Temperaturschwankungen.

Mit dem 2.000 m³ Fermenter kann die 550kW Biogasanlage seither flexibel und wärmeoptimiert betrieben werden, denn dieser Fermenter „steckt viel weg“ und verträgt auch große Mengen frisch silierter Zuckerrüben oder kurzfristig stark gesteigerte Tagesrationen.

Highlight ist das eigens von Hermann Paintner konstruierte Zentralrührwerk mit Sandaustrag. Durch die robuste Bauart ermöglicht es eine vollständige Durchmischung nach wenigen Umdrehungen. Über ein Hydraulikaggregat und 4 Ölmotoren wird ein mächtiger Kugeldrehkranz mit einem Durchmesser von 2.300 mm angetrieben. Vom Drehkranz wird die Kraft auf die 15,6 m weit gestreckten Rührarme des Zentralrührwerks übertragen.

 

Für eine noch bessere Durchmischung ist zwischen den beiden Rührarmen ein starre Achse mit Mischflügeln eingebaut. Für den Erdaustrag ist nahe dem Boden ein dritter Arm angebracht. Die daran schräg befestigten Räumschilder fördern Erde und das Sediment nach aussen. Der äußere Mitnehmer-Schieber nimmt das Sediment mit bis zu einer Vertiefung in der Behältersole. Erde, Fremdkörper und abgelagertes Sediment werden über eine hydraulisch angetriebene Schnecke aus dem Fermenter gefördert. Der unterste Arm für den Erdaustrag verfügt über einen Freilauf. Im Uhrzeigersinn dreht der Erdaustrag mit. Entgegen dem Uhrzeigersinn drehen nur die beiden Rührarme. Über die Anlagensteuerung lassen sich Dauer und Anzahl der Rühr- und Reinigungsintervalle einstellen. Aufwendige Behälterreinigung oder vermindertes Nutzvolumen durch Ablagerungen werden durch das Zentralrührwerk mit Sandaustrag konsequent vermieden.