Wir gewinnen Energie aus Mist - Juventus Technikerschule HF

Wir gewinnen Energie aus Mist

Remo Burkart und David Villiger haben eine interessante Diplomarbeit geschrieben. Lesen Sie hier mehr.

Der Welthunger nach Energie steigt ungebremst. Gleichzeitig wächst der nationale Bedarf nach umweltfreundlich erzeugtem Strom, wenn die Energiestrategie 2050 des Bundesamts für Energie erfolgreich sein soll. Nicht zuletzt dank der Subventionen des Bundes boomt der Bauernhof-Solarstrom. Biogas wird dabei noch nicht genügend berücksichtigt und erhält bisher noch keine Subventionen.

Zwei findige Studenten der Juventus Technikerschule HF haben nun eine vollwertige erste Mini-Biogasanlage entwickelt – mit Erfolg! Vor allem die rund 45‘000 Bauernhöfe in der Schweiz könnten dank Biogas und Sonnenenergie schon bald zu Selbstversorgern werden, was ihr gesamter Energiebedarf betrifft.

 

 

 

Remo Burkart und David Villiger, beide ursprüngliche Elektroinstallateure EFZ (Stromer), haben vom 21. Februar 2017 bis zum 20. Januar 2020 an der Juventus Technikerschule HF ihre berufsbegleitende Ausbildung zum dipl. Elektrotechniker HF erfolgreich mit einer gemeinsamen und beeindruckenden Diplomarbeit abgeschlossen. Fachlich betreut wurde sie von Ing. FH Marcel Höhener.
Im Zusammenhang mit dieser praxisorientierten Weiterbildung mussten die beiden heutigen Dipl. Techniker HF Elektrotechnik auch eine eigenständige Diplomarbeit vorlegen, in der sie das Gelernte in einem anwendungsorientierten Projekt präsentieren und minutiös in allen Einzelschritten dokumentieren.

 

 

Biogas zündet im Studienfach Leistungselektronik
Die Energiestrategie 2050 des Schweizer Bundesrates sieht unter anderem vor, aus der Atomenergie auszusteigen und gezielt auf erneuerbare Energieträger zu setzen. Neben dem Ausbau der Solar- und Wasserkraft sollen auch verstärkt die Nutzung von Wind und dem klimaneutral verbrennbaren Biogas gefördert werden. Bis heute geniessen Biogasanlagen im Gegensatz zu Solaranlagen leider noch keine Bundessubventionen, obwohl aus alltäglichem Biomüll schnell Energie gewonnen werden kann. Im Studienfach Leistungselektronik wurden Remo Burkart und David Villiger von Marcel Höhener auch in das Thema Biogas eingeführt, was unmittelbar gezündet hat. Diese Form der Stromerzeugung aus biologischen Abfällen hat sofort interessiert, weil sie nachhaltig ist und im vollwertigen Kleinformat bis heute noch kaum bekannt ist. Biogas entsteht bei der Vergärung von biologischen Substraten im mikrobielle Abbau und in feuchtwarmer Umgebung (0°C bis 70°C) bei Luftabschluss (anaerob). Mikroorganismen nutzen bei der Nassfermentation die durchmischte Biomasse als Nährstoffquelle und produzieren im Gegenzug neue Rohstoffe als ihr Abfallprodukt. Gewonnen wird so das brennbare und geruchlose Bio-Methangas (CH4), welches im besten Fall Erdgasqualität aufweist. Aus dem Gärrest gewinnt man schliesslich Dünger mit Spurenelementen, die als Torfersatz eigesetzt werden können.

Anlagendesign erstellt, erprobt und umgesetzt
Ziel war es, anhand einer vollfunktionsfähigen Kleinbiogasanlage aufzuzeigen, wie einfach und effizient aus täglich anfallendem Mist wertvolle Energie zur Strom- und Wärmeerzeugung gewonnen werden kann. Bestehende Anlagen wurden besichtigt, erste Skizzen verfasst und Tests durchgeführt.
Die angedachte Pilotanlage, die auf einem fahrbaren Palett Platz finden muss, sollte im biologischen Gleichgewicht sein und autonom über eine sensorüberwachte Fernkontrolle betrieben werden können. Diese Mini-Biogasanlage wurde schliesslich mit einem geringen Budget von rund CHF 1000.- für die Anlagenteile modular aufgebaut. Eingesetzt wurden ein Deckelfass mit 220l (Obst- und Gemüsefass) für die Fermentation und ein passender Gasspeicher. Für die Steuerung wurden mehrere Varianten geprüft.

 

Die Entscheidung fiel auf eine weltweit erprobte Arduino-Steuerung, welche die geforderten Kriterien in allen Aspekten am besten erfüllt hat. Neben den gemeinsamen Planungen, Berechnungen, der Dokumentation und dem Aufbau war Remo Burkart als Hauptverantwortlicher für Bestellungen, Aufbau, Testbetrieb und Testverfolgung der Anlage zuständig.
David Villiger leitete neben dem aktiven Mitaufbau der Anlage den Steuerungsaufbau mit Test- und Überwachungs-Realisierung. Die erste vollfunktionsfähige Mini-Biogasanlage in der Gemeinde Aristau wurde am 24. September 2019 in Betrieb genommen und liefert bis heute hochwertiges Biogas aus Hühnermist und säurearmen Grünabfällen – ohne Geruchsemmissionen und bei kontinuierlich überwachter Betriebssicherheit.
 

 

Zukunftschance Biogas nutzen
Welche Erkenntnisse konnten bei der Konstruktion und im Betrieb dieser Mini-Biogasanlage gewonnen werden?
Remo Burkart und David Villiger haben im praktischen Versuch gezeigt, dass bereits eine vollwertige Biogasanlage im Kleinformat möglich ist und mit einem hohen Wirkungsgrad von bis zu 70 Prozent überzeugt. Diese „Pilotanlage 1“ ist bewusst so angelegt und schriftlich dokumentiert, dass ein Scale-up problemlos realisierbar ist und spannende Perspektiven für grössere Anlagen erschliesst.
 
Möglich erscheint ein autarker Bauernhof, der seinen gesamten Energiebedarf über Solarenergie und eine Biogasanlage abdeckt, der von den Tieren und Menschen auf dem Hof betrieben wird, indem sie Mist und Biomüll produzieren. Kommerzielle Einsatzmöglichkeiten werden aktuell geprüft und motivieren die beiden erfahrenen Anlagebauer zusätzlich. Die Nachfrage nach professionellen und vollwertigen Biogasanlagen, die für die Erzeugung von Strom und für Heizenergie gebraucht werden, wird in den kommenden Jahren mit Sicherheit im globalen Massstab explodieren.