Biogas Plants are a well-known technology. Wet substrate is fermented to biogas, a mixture of methane and carbon dioxide. In the most cases biogas is converted with a CHP (combined heat process), in most cases realized with a gas engine, to electricity and heat.
Under heat we understand the so called low temperature warm water heat with a temperature range between T=95°C and T=60°C. At the end of the fermentation process we gain the digestate, a mixture of water, solid celluloses and lignin fibers, metals and solved carbonates, potassium oxides, ammonium and phosphate oxides. All these ingredients are well known and used as fertilizers.
But the problem is, that fertilizing agricultural land, is not done very day, it is done during the cycle of growing plants before and after seeding to increases the nutrients in the soil. The biogas plant produces much more fertilizer as in normal is needed to support the plants and soil.
Vertical farming was an idea raising up about ten years ago. But the idea suffers on the fertilizer costs, the water costs and the housing and cladding costs. In this short report we ask, can vertical farming pushed up to be more productive if we use digestate from a biogas plant, synthetic soil and dimethyl ether as fuel.
Inhaltsverzeichnis
1. Dibutyl Ether and Digestate from a Biogas Plant used in a 3D Plant
1.1 Introduction
1.2 Digestate
1.3 Dibutyl Ether Zero Power Generation
1.4 3D Plant
1.5 Smart System
1.5.1 Smart Soil
1.5.2 Smart Air
1.5.3 Smart Light
1.6 Biomass Waste for Dimethyl Ether
1.7 Conclusion
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit untersucht die Potenziale zur Steigerung der Produktivität in der landwirtschaftlichen Erzeugung durch die innovative Kopplung von Biogasanlagen-Gärresten, synthetischen Böden und der Nutzung von Dibutylether als emissionsfreiem Brennstoff in einer weiterentwickelten Form der vertikalen Landwirtschaft, der sogenannten "3D Farming"-Anlage.
- Optimierung der Nährstoffnutzung aus Gärresten für die Pflanzenzucht.
- Einsatz von Dibutylether als erneuerbarer Kraftstoff für eine emissionsfreie Energieversorgung.
- Entwicklung des "Smart System"-Konzepts für 3D-Pflanzenanlagen (Boden, Luft, Licht).
- Kreislaufwirtschaft durch Recycling von Biomasse und künstlichen Böden.
Auszug aus dem Buch
1.2 Digestate
At the end of a fermentation process the most of the biogas has be collected, the depleted substrate of the fermentation process is stored in a tank. This substrate is called digestate. In [ 11 ] measurements show that resting of the substrate for a time range up to 200 days lead to a rest biogas production. The fermentation is a continuous process, therefor digestate is produced continuous. In the most cases digestate is resting in a tank for 200 days and produces up to averaged mean value of ~ 5% biogas. If the tank is open, the biogas is lead to the environment otherwise we have low weak biogas with a caloric heat value Hu ~ 0.5 kWh/m³.
Storing in a tank enables to have an influence on fertilizing the agricultural land. But in the most cases there is problem, we gain too much digestate as needed for fertilizing the agricultural land. Both problems, the production of a GHG ( greenhouse gas) biogas and the overproduction of digestate can be solve in preparing, cleaning, separating the digestate from a biogas plant into water, nutrients and slurry.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Dibutyl Ether and Digestate from a Biogas Plant used in a 3D Plant: Einleitende Betrachtung der Problematik von Gärresten aus Biogasanlagen und die Einführung des Konzepts der 3D-Landwirtschaft.
1.1 Introduction: Vorstellung der technologischen Grundlagen von Biogasanlagen und der Herausforderung bei der Nährstoffüberschussproblematik.
1.2 Digestate: Analyse der Zusammensetzung und Speicherung von Gärresten sowie deren Potenzial als Nährstoffquelle durch Trennverfahren.
1.3 Dibutyl Ether Zero Power Generation: Darstellung der chemischen Umwandlung von Biomasse zu Dibutylether und dessen Einsatz als emissionsfreier Energieträger.
1.4 3D Plant: Beschreibung des architektonischen Konzepts einer 3D-Farm zur effizienten landwirtschaftlichen Produktion.
1.5 Smart System: Erläuterung der technologischen Steuerung der Anbaubedingungen zur Maximierung der Erträge.
1.5.1 Smart Soil: Erklärung des Einsatzes künstlicher Böden zur optimierten Wasser- und Nährstoffspeicherung.
1.5.2 Smart Air: Beschreibung der künstlichen Atmosphäre und der klimatischen Steuerung innerhalb der 3D-Anlage.
1.5.3 Smart Light: Erläuterung der Nutzung von optimiertem Lichtspektrum und Lichtblitzen zur Wachstumsförderung.
1.6 Biomass Waste for Dimethyl Ether: Diskussion der Kreislaufwirtschaft durch die stoffliche Verwertung von Ernteabfällen und künstlichen Böden.
1.7 Conclusion: Fazit zur technologischen Machbarkeit und den Vorteilen der 3D-Landwirtschaft für eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion.
Schlüsselwörter
Biogasanlage, Gärrest, Dibutylether, 3D-Landwirtschaft, Zero Emission, Nährstoffmanagement, Magnetohydrodynamik, Künstlicher Boden, Smart System, Biomasseverwertung, Synthetisches Gas, Kreislaufwirtschaft, Landwirtschaft 4.0, Erneuerbare Kraftstoffe, Pflanzenzucht.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer neuartigen, effizienten Anbautechnologie (3D-Landwirtschaft), die durch die Kopplung von Biogasanlagen-Gärresten und emissionsfreier Energieerzeugung mittels Dibutylether eine nachhaltige und klima-unabhängige Pflanzenproduktion ermöglicht.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Zentrale Themen sind die Stofftrennung von Gärresten, die chemische Synthese von Dibutylether, die Architektur von 3D-Farmen sowie intelligente Steuerungssysteme für Boden, Luft und Licht in der Landwirtschaft.
Welches primäre Ziel verfolgt der Autor?
Ziel ist es, die Abhängigkeit der Landwirtschaft von regionalen Klimabedingungen zu reduzieren und eine nachhaltige, industriell skalierbare Lösung zu schaffen, die Abfallströme aus Biogasanlagen in Nährstoffe und Energie umwandelt.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Der Autor stützt sich auf eine Kombination aus verfahrenstechnischer Analyse (chemische Konversionsprozesse), ökologischer Modellierung und dem Entwurf technischer Systeme für kontrollierte Anbauumgebungen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Aufbereitung von Gärresten als Dünger, die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen, die technische Beschreibung von 3D-Pflanzenanlagen sowie die Komponenten des "Smart Systems" (Boden, Luft, Licht).
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Konzepte wie "Zero Emission", "3D-Plant", "Digestate", "Smart Soil" und "Dibutyl Ether" charakterisiert.
Warum ist die Magnetohydrodynamik für das Energiekonzept wichtig?
Die Magnetohydrodynamik bietet den Vorteil, dass für die Energieumwandlung keine rotierenden Maschinenteile wie Gasturbinen benötigt werden, was das System kleiner, wartungsärmer und für mobile Anwendungen wie Drohnen geeignet macht.
Wie trägt das "Smart Light"-System zur Effizienzsteigerung bei?
Durch die Verwendung spezifischer Lichtwellenlängen (480-720 nm) und die Anwendung von Lichtblitzen zur Unterstützung des Dunkelzyklus (Calvin-Zyklus) kann die Photosyntheserate und damit die Sauerstoffproduktion der Pflanzen optimiert werden.
- Citar trabajo
- Dr. techn. Johann Gruber-Schmidt (Autor), 2018, Dibutyl Ether and Digestate from a Biogas Plant used in a 3D Plant, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/435053
