BiogasFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: Neue Entwicklungswerkzeuge zur Optimierung der Mischregime in Bioreaktoren; Teilvorhaben 3: Systemintegration, Leistungsmanagement und Elektronikdesign autonomer Sensorsysteme - Akronym: NEOBIO

Anschrift
Budelmann Elektronik GmbH
Kopenhagener Str. 11
48163 Münster
Kontakt
Jeannine Budelmann
Tel: +49 2501 9208-440
E-Mail schreiben
FKZ
2219NR012
Anfang
01.05.2019
Ende
30.04.2022
Ergebnisverwendung
Im Teilvorhaben Systemintegration Leistungsmanagement und Elektronikdesign autonomer Sensorsysteme wurden die für das Gesamtziel nötigen Elektronikkomponenten entwickelt. Dabei wurden im Hinblick auf ein autonom operierendes Sensorsystem, welches auf drahtloser Funktechnologie basiert, besonderes Augenmerk auf Miniaturisierung, Energieeffizienz und fertigungsgerechtes, störungsunempfindliches Design gelegt. Um eine aktive Tauchfähigkeit der Sensormodule zu gewährleisten, sind ferner elektromechanische Komponenten in das Gesamtkonzept eingeplant worden. Für die Analyse der Substratdurchmischung ist neben der Leitfähigkeitssonde weitere Sensorik für eine genaue Bewegungsverfolgung in die Sensormodule integriert worden. Diese umfasst unter anderem Beschleunigungssensoren für translatorische und rotatorische Bewegungen für inertiale Navigation unter der Substratoberfläche und Ultra-Wide-Band-Funkmodule zur Berechnung von Referenzpositionen mittels Multilateration über der Substratoberfläche. Ergänzt um Algorithmen zur Datenvorverarbeitung auf dem Sensormodul und Datenübertragung aus dem Modul heraus entstand somit im Rahmen dieses Teilvorhabens die Elektronik und Hardware für das autonome Sensorsystem.
Aufgabenbeschreibung
Rührsysteme in Biogasfermentern haben die Aufgabe, die Fermentersuspension schonend zu rühren, wirksam zu durchmischen und für ein ausgeglichenes Konzentrationsverhältnis der beteiligten Komponenten zu sorgen. In den aktuell deutschlandweit betriebenen ca. 9.000 Anlagen wird in der Regel rein empirisch ausgelegte Rührtechnik eingesetzt, wodurch sich ein erhebliches bisher nicht nutzbares Optimierungspotential ergibt. Gesamtziel des Projektes ist die Steigerung des Systemwirkungsgrades durch eine Optimierung des Rührprozesses insbesondere an bestehenden Anlagen. Durch eine optimal an den individuellen Substratmix angepasste Rührstrategie kann der Gasertrag bei gleichzeitig reduzierter Antriebsleistung der Rührtechnik signifikant gesteigert werden. Hierzu werden neuartige praxistaugliche Werkzeuge und Verfahren für den direkten Einsatz bei der Auslegung von Rührkonzepten in Biogasfermentern entwickelt. Die komplexen rheologischen Eigenschaften der Fermentersuspensionen werden in großem Umfang charakterisiert. Eine völlig neue, auf drahtloser Signalübertragung aufbauende Messtechnik soll erstmals eine flexible und umfassende, zeitliche und räumliche Online-Datenerhebung der Strömungs- und Durchmischungsvorgänge während des laufenden Betriebes realer Anlagen realisieren und die tatsächlichen Vorgänge in einem bisher nicht möglichen Maße quantifizierbar und systematisch optimierbar machen. Zudem sollen über neu zu entwickelnde numerische Simulationsansätze erstmals bisher an keiner Stelle abgebildete prozessrelevante Einflussfaktoren wie die für den Einmischprozess wesentlichen Turbulenzen in direkter Rührwerksnähe sowie das Verhalten der freien Oberfläche berechenbar werden. Dies ist besonders bei Paddelrührwerken von Bedeutung, die auch Schwimmschichten aufbrechen können. Bei all diesen Untersuchungen werden die komplexen Substrateigenschaften berücksichtigt. So wird die zielgerichtete Optimierung der Rührwerksgeometrie, -anordnung und -steuerung möglich

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