In der Promotion von Dr. Sven Annas am Fachbereich Maschinenbau der FH Münster dreht sich alles um den optimalen Rührprozess in Biogasanlagen. Dafür bekam der heutige FH-Nachwuchsprofessor den Promotionspreis der Hochschule sowie den Bernard-Rincklake-Preis verliehen.
In Biogasanlagen produzieren Bakterien Methangas aus Reststoffen wie Gülle, Gras oder Hühnermist. Damit alle Reaktionspartner, also die Mikroorganismen und ihr Futter, miteinander in Kontakt kommen, durchmischen Rührwerke die Masse. Je effizienter die Rührer arbeiten, desto effektiver ist die Biogasgewinnung.
„In meiner Promotion habe ich mich auf Paddelrührwerke konzentriert. Das ist eines der gängigsten Rührwerke, die aufgrund ihres großen Durchmessers besonders bei hohen Feststoffgehalten eingesetzt werden“, erklärt Annas. Das Substrat in Biogasanlagen sei sehr zähflüssig, ähnlich wie Tapetenkleister oder Honig. „Langfaseriges Futter wie Gras neigt dazu, nach oben zu schwimmen und es bilden sich unterschiedliche Schichten. Idealerweise möchten wir die Masse aber homogen halten“, so der Maschinenbauingenieur.
Mischprozesse verbessert
Wie hoch die Drehzahl der Rührwerke eingestellt ist, an welcher Position sie in der Anlage montiert sind oder auch wie hoch der Füllstand im Becken ist – all das hat Einfluss auf die Menge an produziertem Biogas und auf den Energieverbrauch des Mischprozesses. „Die Standardposition für die Rührwerke ist zwar einfach zu montieren, aber nicht optimal für den Zeitaufwand, den es braucht, um die Masse zu durchmischen“, betont der Preisträger.
Circa 60 Prozent des Energieverbrauchs einer Biogasanlage fallen beim Rührprozess an. Ist dieser optimal eingestellt, könnten Anlagenbetreiber ihre Energiekosten jährlich um mitunter 30.000 Euro reduzieren. Diese Einsparnisse konnten an einer großen Anlage in Norddeutschland erzielt werden, dessen Betreiber die Rührwerke aufgrund der Promotionsergebnisse neu ausgerichtet hat. Dieser Wert übersteige sogar Abschätzungen, die Annas 2020 bestimmt hat.
Zunächst simulierte Annas die Rühr- und Mischprozesse am PC, dann folgte der Test im Plexiglas-Modell im Strömungstechnik-Labor des Fachbereichs. „In Kooperation mit einem Rührwerkshersteller konnten wir die Ergebnisse dann in der Praxis an einer neu gebauten Biogasanlage in England prüfen. Die Zusammenarbeit war auch eine gute Möglichkeit, die Ergebnisse zu verbreiten“, so der Wissenschaftler.
Herausforderungen der Forschung
Was an seiner Forschung schwierig war, sei allerdings auch das Interessante gewesen. Fertigkeiten aus den verschiedensten Bereichen waren gefragt: So kam Strömungstechnik zum Einsatz und auch analytische Mathematik, um Laborwerte rechnerisch auf reale Biogasanlagen zu übertragen. Mit Verfahrenstechnik ging Annas der Frage nach, wie sich die Zähigkeit der unterschiedlichen Biomassen bestimmen lässt.
Seine Promotion hat Annas Ende 2020 erfolgreich abgeschlossen. Dabei betreuten ihn Prof. Dr. Hans-Arno Jantzen von der FH Münster und Prof. Dr. Uwe Janoske von der Bergischen Universität Wuppertal. Doch Strömungstechnik, Biogas und die FH Münster beschäftigen den Maschinenbauingenieur weiterhin: „Unserem Labor wurden zwei Nachfolgeprojekte bewilligt, so können wir weiter zum Thema forschen.“ Jetzt betreut Annas die Projekte als Nachwuchsprofessor am Fachbereich Maschinenbau. Mit einer halben Stelle ist er zudem in der Wirtschaft bei der 2G Energietechnik angestellt, einem Anbieter für Blockheizkraftwerke.
