Derzeit ist eine Auslegung von Biogasspeichern mit hohen Kapazitäten nur bedingt möglich. Die auf die nachgiebigen textilen Speicherabdeckungen einwirkenden Lasten, beispielsweise 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 des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und seinen Partnern 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.
Tests mit Umwelteinflüssen
Gemeinsam mit der Firma Seybold errichteten die Forscher einen Versuchsspeicher, um relevante Umwelteinflüsse wie Temperatur, Sonneneinstrahlung, Wind und Niederschlag zu vermessen. Dazu wurden verschiedene Systemzustände wie Füllstand, Membrankonfiguration, Temperaturprofile, Innendruck und so weiter mit einer eigens hierfür entwickelten Messtechnik erfasst. Die Systeme Tragluftdach und Gasspeichermembran, ausgerüstet mit Temperatur-, Druck- und Strömungssensoren sowie Lüftern, ließen sich dabei getrennt ansteuern und regeln.
Um die Membraneigenschaften zu untersuchen, wurden Belastungsprüfungen durchgeführt. Ungleichmäßige Falteigenschaften der Gasmembran, die vor allem aus dem Eigengewicht der zentral angeordneten, schwereren Polkappe resultieren, konnten durch um 90 Grad 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.
Die Wacker Bauwerksdynamik nahm zusätzliche Untersuchungen in einem Windkanal vor. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse hat Technet ein Berechnungstool für die Auslegung und die effiziente Fertigung von Biogasspeichern entwickelt.
Erste Halbkugel-Speicher umgesetzt
Inzwischen konnte Seybold bereits einige Gasspeichersysteme mit der untersuchten Halbkugelform, die ein Höchstmaß an Standsicherheit und einen optimalen Betrieb gewährleisten sollen, erfolgreich umsetzen. Daneben wurden auch mehrfach Membrankonstruktionen in Halbkugelform auf Bodenfundamenten als externe Gasspeicher realisiert.
Das Verbundvorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.
