Biogas-Propeller aus Gusspolyamid

Alleine in Deutschland sind ca. 8500 Biogasanlagen in Betrieb, die zusammen jährlich rund 4000 MW Energie liefern. Zur Energiegewinnung werden in einem Biogas-Nassfermenter nachwachsende Rohstoffe eingesetzt. Diese vergären im abgedeckten Fermenter und erzeugen dabei das Biogas, das sich zwischen Biomasse und Decke des Fermenters ansammelt. Das Gas wird zur Stromgewinnung genutzt oder zu Erdgasqualität aufgereinigt. Um diesen Prozess dauerhaft am Laufen zu halten, ein Verhärten der Masse zu verhindern und den Gasaustritt zu ermöglichen, muss das Substrat durch Rührwerke kontinuierlich in Bewegung gehalten werden.

Das verschleißanfälligste Bauteil bei diesen Rührwerken ist der Propeller. Das Biomassegemisch im Fermenter ist ein chemisch aggressives Medium, teilweise auch mit gröberen Stücken durchsetzt, die das Rührwerk vor Herausforderungen stellen. Die durchschnittliche Standzeit eines Rührwerks liegt bislang bei etwa zwei Jahren. Auch eine Standzeit von nur einem halben Jahr ist bei Standardrührwerken keine Seltenheit. Ein außerplanmäßiger Anlagenstillstand kommt für Betreiber teuer: Bei jedem Öffnen des Fermenters entweicht das angesammelte Gas, das somit nicht mehr zur Nutzung zur Verfügung steht. Zudem dauert es nach dem Wiederverschluss eine gewisse Zeit, bis sich das Methanniveau im Behälter wieder eingestellt hat.

Die meisten Rührwerkspropeller bestehen zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit metallischem Nabeneinleger und Gelcoat-Schutzschicht. Durch mineralische Bestandteile verschleißt der Propeller häufig sehr stark. Für den Rührwerksexperten Alois Meier, Geschäftsführer der Firma Maier Energie Umwelt, war folglich klar, dass beim Propellerwerkstoff angesetzt werden müsste: „Die in der Branche sowie bei unseren alten Rührwerken üblichen Standzeiten haben unsere eigenen Qualitätserwartungen nicht erfüllt. Unser Ziel war, eine Standzeit für unsere neuen Amaprop-PTM-2500-Rührwerke von fünf Jahren zu erreichen,“ so Maier. Das Unternehmen hat als Propellermaterial quasi alles getestet, was der Markt zu bieten hatte. Von Metallen über PA 6, GFK bis zu diversen Werkstoffmischungen und diese in eigenen Installationen mit schwierigsten Substraten dem Dauerbetrieb sogar mit höheren als den normalen Geschwindigkeiten ausgesetzt. Zufrieden stellte seine hohen Qualitätsansprüche letztlich nur der PA-12C-Werkstoff Lauramid von Handtmann Elteka.

Lauramid ist ein Gusspolyamid, das in einer speziellen Formel, zusammengesetzt aus einem Aktivator und einem Katalysator, ohne Druckeinwirkung in Formen gegossen wird und dort in einem fein abgestimmten Temperprozess polymerisiert. Bereits diese spezielle Produktionsform im konturnahen Guss bringt sowohl unter wirtschaftlichen als auch unter technischen Gesichtspunkten Vorteile für die Herstellung des Bauteils. Von Handtmann Elteka wurde eine spezielle Form entwickelt, die den konturnahen Komplettguss dieses 2500 mm langen Bauteils ermöglicht. Aufwendige Bauteilnachbearbeitung entfällt so ebenso, wie das nachträgliche Zusammenmontieren von Einzelteilen. Bei der Herstellung kann auch die Stahlnabe direkt in den Propeller eingegossen werden. Andere Hersteller bauen Propeller dieser Größe aus Einzelteilen zusammen. Jede Verbindungsstelle stellt allerdings auf Dauer eine Schwachstelle dar. Dadurch, dass der Lauramid-Propeller trotz seiner Länge an einem Stück gegossen werden kann, wird das Komplettsystem wesentlich stabiler.

Lauramid ist nicht nur ein extrem leichtes Material, es ist auch chemikalienbeständig. Dies kommt dem Einsatz in den aggressiven Biogassubstraten entgegen. Seine hohe Abrasionsbeständigkeit erreicht Lauramid unter anderem durch seine spezielle Materialformel sowie durch die oben beschriebene Gussherstellung, die das außerordentlich homogene, spannungsarme Materialgefüge entstehen lässt, das gleichzeitig aber extrem stabil und widerstandsfähig ist. Konkret bedeutet dies: Der schwarze PA-12C-Propeller verschleißt in der aggressiven Umgebung nicht. Dies verspricht längere Wartungsintervalle für die Betreiber der Biogasanlagen.

„Die zweite Neuerung, die wir neben dem neuen Werkstoff in unseren Amaprop PTM 2500 gebracht haben ist eine verbesserte Propellergeometrie“, erklärt Maier. Zusammen mit der Schiffsbau-Versuchsanstalt Potsdam wurde unter Berücksichtigung hydrodynamischer Aspekte und den speziellen Anforderungen in zähen Medien an einem modernen Effizienzdesign getüftelt. Beim PA-12C-Hersteller Handtmann Elteka wurden dazu zusätzlich statische FEM-Berechnungen durchgeführt. So entstand das zweiflügelige Rotordesign, das den Wirkungsgrad um bis zu 10 % erhöht, den Eigenstrombedarf gegenüber konventionellen Schnellläuferrührwerken hingegen um bis zu 70 % senkt. Das Amaprop-PTM-2500-Rührwerk mit einer Motorleistung von 6 kW arbeitet mit einer Drehzahl von 42 min-1.

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Fachjournalistin