Demand-oriented biogas production and biogas storage in digestate by flexibly feeding a full-scale biogas plant

References 
Bajpai, P., 2017. Process Parameters Affecting Anaerobic Digestion. In: Anaerobic 
Technology in Pulp and Paper Industry. Springer, pp. 13–27
. 
Barjenbruch, M., Hoffmann, H., Kopplow, O., Tr¨anckner, J., 2000. Minimizing of 
foaming in digesters by pre-treatment of the surplus-sludge. Water Sci. Technol. 42, 
235–241. 
https://doi.org/10.2166/wst.2000.0215
. 
Bonk, F., Popp, D., Weinrich, S., Str¨auber, H., Kleinsteuber, S., Harms, H., Centler, F., 
2018. Intermittent fasting for microbes: How discontinuous feeding increases 
functional stability in anaerobic digestion 06 Biological Sciences 0605 Microbiology. 
Biotechnol. Biofuels 11, 1–15. 
https://doi.org/10.1186/s13068-018-1279-5
. 
Cioabla, A.E., Dumitrel, G.A., Ionel, I., 2017. Evaluation by kinetic models of anaerobe 
digestion performances for various substrates and Co-substrates. Rev. Chim. 68, 
2614–2617. 
https://doi.org/10.37358/rc.17.11.5940
. 
Deublein, D., Steinhauser, A., 2008. Biogas from waste and renewable resources: an 
introduction. 4, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. doi: 10.1002/ 
9783527621705. 
Dittmer, C., Krümpel, J., Lemmer, A., 2021. Modeling and simulation of biogas 
production in full scale with time series analysis. Microorganisms 9, 1–10. 
https:// 
doi.org/10.3390/microorganisms9020324
. 
Dittmer, C., Krümpel, J., Lemmer, A., 2021. Power demand forecasting for demand- 
driven energy production with biogas plants. Renewable Energy 163, 1871–1877. 
https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.10.099
. 
Enders, F., Merker, D., Kolano, M., B¨ohm, L., Kraume, M., 2019. Numerical 
Characterization of the Bubble Rise Behavior in Viscoelastic Liquids. Chem. Eng. 
Technol. 42, 1395–1403. 
https://doi.org/10.1002/ceat.201900076
. 
Hao, J., Wang, H., 2015. Volatile fatty acids productions by mesophilic and thermophilic 
sludge fermentation: Biological responses to fermentation temperature. Bioresour. 
Technol. 175, 367–373. 
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.10.106
. 
Hoffmann, R.A., Garcia, M.L., Veskivar, M., Karim, K., Al-Dahhan, M.H., Angenent, L.T., 
2008. Effect of shear on performance and microbial ecology of continuously stirred 
anaerobic digesters treating animal manure. Biotechnol. Bioeng. 100, 38–48. 
https://doi.org/10.1002/bit.21730
. 
Hülsemann, B., Zhou, L., Merkle, W., Hassa, J., Müller, J., Oechsner, H., 2020. 
Biomethane potential test: Influence of inoculum and the digestion system. Appl. Sci. 
(Switzerland) 10. 
https://doi.org/10.3390/app10072589
. 
IEA, 2019. Flagship report - November 2019. World Energy Outlook 2019, Paris. 
Jiajia, C., Xiujin, L., Yanping, L., 2011. Effect of mixing rates on anaerobic digestion 
performance of rice straw. Trans. Chinese Society Agric. Eng. 27
. 
Kaparaju, P., Buendia, I., Ellegaard, L., Angelidakia, I., 2008. Effects of mixing on 
methane production during thermophilic anaerobic digestion of manure: Lab-scale 
and pilot-scale studies. Bioresour. Technol. 99, 4919–4928. 
https://doi.org/ 
10.1016/j.biortech.2007.09.015
. 
B. Ohnmacht et al.

---

Bioresource Technology 332 (2021) 125099
9
Karim, K., Hoffmann, R., Klasson, K.T., Al-Dahhan, M.H., 2005. Anaerobic digestion of 
animal waste: Effect of mode of mixing. Water Res. 39, 3597–3606. 
https://doi.org/ 
10.1016/j.watres.2005.06.019
. 
Kim, M., Ahn, Y.H., Speece, R.E., 2002. Comparative process stability and efficiency of 
anaerobic digestion; mesophilic vs. thermophilic. Water Res. 36, 4369–4385. 
https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00147-1
. 
Kolano, M., Kraume, M., 2019. Flow Compartments in Viscoelastic Fluids Using Radial 
Impellers in Stirred Tanks. Chemical Eng. Technol. 1–11. 
https://doi.org/10.1002/ 
ceat.201900122
. 
Kougias, P.G., Boe, K., Angelidaki, I., 2013. Effect of organic loading rate and feedstock 
composition on foaming in manure-based biogas reactors. Bioresour. Technol. 144, 
1–7. 
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.06.028 
url:https://doi.org/10.1016/j. 
biortech.2013.06.028.
Kougias, P.G., Boe, K., Tsapekos, P., Angelidaki, I., 2014. Foam suppression in 
overloaded manure-based biogas reactors using antifoaming agents. Bioresour. 
Technol. 153, 198–205. 
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.11.083
. 
Kowalczyk, A., Harnisch, E., Schwede, S., Gerber, M., Span, R., 2013. Different mixing 
modes for biogas plants using energy crops. Appl. Energy 112, 465–472. 
https://doi. 
org/10.1016/j.apenergy.2013.03.065
. 
Kress, P., N¨agele, H.J., Oechsner, H., Ruile, S., 2018. Effect of agitation time on nutrient 
distribution in full-scale CSTR biogas digesters. Bioresour. Technol. 247, 1–6. 
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.09.054
. 
Lemmer, A., Naegele, H.J., Sondermann, J., 2013. How efficient are agitators in biogas 
digesters? Determination of the efficiency of submersible motor mixers and incline 
agitators by measuring nutrient distribution in full-scale agricultural biogas 
digesters. Energies 6, 6255–6273. 
https://doi.org/10.3390/en6126255
. 
Lienen, T., Kleyb¨ocker, A., Brehmer, M., Kraume, M., Moeller, L., G¨orsch, K., 
Würdemann, H., 2013. Floating layer formation, foaming, and microbial community 
structure change in full-scale biogas plant due to disruption of mixing and substrate 
overloading. Energy, Sustainability Soc. 3, 1–14. 
https://doi.org/10.1186/2192- 
0567-3-20
. 
Lindmark, J., Eriksson, P., Thorin, E., 2014a. The effects of different mixing intensities 
during anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste. Waste 
Manage. 34, 1391–1397. 
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2014.04.006
. 
Lindmark, J., Thorin, E., Bel Fdhila, R., Dahlquist, E., 2014b. Effects of mixing on the 
result of anaerobic digestion. Review. Renewable Sustainable Energy Rev. 40, 
1030–1047. 
https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.182
. 
Mauky, E., Jacobi, H.F., Liebetrau, J., Nelles, M., 2015. Flexible biogas production for 
demand-driven energy supply - Feeding strategies and types of substrates. Bioresour. 
Technol. 178, 262–269. 
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.08.123
. 
Mauky, E., Weinrich, S., Jacobi, H.F., N¨agele, H.J., Liebetrau, J., Nelles, M., 2017. 
Demand-driven biogas production by flexible feeding in full-scale – Process stability 
and flexibility potentials. Anaerobe 46, 86–95. 
https://doi.org/10.1016/j. 
anaerobe.2017.03.010
. 
Moeller, L., Goersch, K., Neuhaus, J., Zehnsdorf, A., Mueller, R.A., 2012. Comparative 
review of foam formation in biogas plants and ruminant bloat. Energy, Sustainability 
Society 2, 1–9. 
https://doi.org/10.1186/2192-0567-2-12
. 
M¨onch-Tegeder, M., Lemmer, A., Hinrichs, J., Oechsner, H., 2015. Development of an in- 
line process viscometer for the full-scale biogas process. Bioresour. Technol. 178, 
278–284. 
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.08.041
. 
Naegele, H.J., Lemmer, A., Oechsner, H., Jungbluth, T., 2012. Electric energy 
consumption of the full scale research biogas plant unterer lindenhof: Results of 
longterm and full detail measurements. Energies 5, 5198–5214. 
https://doi.org/ 
10.3390/en5125198
. 
Nickens, H.V., Yannitell, D.W., 1987. The effects of surface tension and viscosity on the 
rise velocity of a large gas bubble in a closed, vertical liquid-filled tube. Int. J. 
Multiph. Flow 13, 57–69. 
https://doi.org/10.1016/0301-9322(87)90007-3 
url: 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0301932287900073.
Ohnmacht, B., Kress, P., Oechsner, H., Lemmer, A., 2020. Investigation of the mixing 
behaviour of a full-scale biogas plant using biodegradable tracers. Biomass 
Bioenergy 139, 105613. 
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105613
. 
Ohnmacht, B., Kress, P., Parrales, J.K.H., Lemmer, A., 2019. Investigating internal 
biological desulfuri- sation through dosage with ambient air. Landtechnik 74, 
156–166. 
https://doi.org/10.15150/lt.2019.3224
. 
Ong, H.K., Greenfield, P.F., Pullammanappallil, P.C., 2002. Effect of Mixing on 
Biomethanation of Cattle-Manure Slurry. Environ. Technol. 23, 1081–1090. 
https:// 
doi.org/10.1080/09593332308618330
. 
Kress, Philipp, N¨agele, Hans-Joachim, Lemmer, Andreas, Kolb, Bastian, 2020. Flow 
velocities and flow profiles in a thoroughly mixed biogas fermenter. Agric. Eng. 75, 
35–50. 
https://doi.org/10.15150/lt.2020.3230
. 
Schneider, N., 2018. Density and Viscosity of Biomass from Agricultural Biogas Plants. 
Dissertation. Ruhr Universit¨at Bochum. 
Singh, B., Szamosi, Z., Sim´enfalvi, Z., 2020. Impact of mixing intensity and duration on 
biogas production in an anaerobic digester: a review. Crit. Rev. Biotechnol. 40, 
508–521. 
https://doi.org/10.1080/07388551.2020.1731413
. 
Stafford, D.A., 1982. The effects of mixing and volatile fatty acid concentrations on 
anaerobic digester performance. Biomass 2, 43–55. 
https://doi.org/10.1016/0144- 
4565(82)90006-3
. 
Stroot, P.G., McMahon, K.D., Mackie, R.I., Raskin, L., 2001. Anaerobic codigestion of 
municipal solid waste and biosolids under various mixing conditions-I. digester 
performance. Water Res. 35, 1804–1816. 
https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00) 
00439-5
. 
Subramanian, B., Pagilla, K.R., 2014. Anaerobic digester foaming in full-scale cylindrical 
digesters - Effects of organic loading rate, feed characteristics, and mixing. 
Bioresour. Technol. 159, 182–192. 
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.02.089
. 
Sulaiman, A., Hassan, M.A., Shirai, Y., Abd-Aziz, S., Tabatabaei, M., Busu, Z., Yacob, S., 
2009. The effect of mixing on methane production in a semi-commercial closed 
digester tank treating palm oil mill effluent. Aust. J. Basic Appl. Sci. 3, 1577–1583
. 
Svensson, K., Paruch, L., Gaby, J.C., Linjordet, R., 2018. Feeding frequency influences 
process performance and microbial community composition in anaerobic digesters 
treating steam exploded food waste. Bioresour. Technol. 269, 276–284. 
https://doi. 
org/10.1016/j.biortech.2018.08.096
. 
Twidell, J., Weir, T., 2015. Renewable Energy Resources. Taylor & Francis url:https:// 
books.google.de/books?id=CYMcBgAAQBAJ
.
Valijanian, E., Tabatabaei, M., Aghbashlo, M., Sulaiman, A., Chisti, Y., 2018. Biogas 
Production Systems. Springer International Publishing, Cham. chapter 4. pp. 
95–116. url:https://doi.org/10.1007/978-3-319-77335-3_4, doi: 10.1007/978-3- 
319-77335-3_4. 
Vavilin, V.A., Angelidaki, I., 2005. Anaerobic degradation of solid material: Importance 
of initiation centers for methanogenesis, mixing intensity, and 2D distributed model. 
Biotechnol. Bioeng. 89, 113–122. 
https://doi.org/10.1002/bit.20323
. 
Verhoff, F.H., Tenney, M.W., Echelberger, W.F., 1974. Mixing in anaerobic digestion. 
Biotechnol. Bioeng. 16, 757–770. 
https://doi.org/10.1002/bit.260160606
.