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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung
brennbarer Pellets aus Pferdemist.
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Die
Lagerung und Entsorgung von Pferdemist erfolgt herkömmlicherweise
auf Misthaufen, die auf fest installierten Mistplatten mit einem
Ablauf zum Schutz des Grundwassers gelagert werden. Durch Regenwasser
wird Jauche ausgespült,
und zusätzliches
Tageslicht beschleunigt die Verwesung. Zudem hat Ungeziefer freien
Zugang und kann sich ungestört
ernähren
und vermehren. Von Pferden ausgeschiedene Pferdeparasiten, die in
den Misthaufen gelangen, können
sich in einem solchen Klima hervorragend weiter entwickeln. Zudem
ist die große Entwicklung
unangenehm.
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Der
Pferdemist wird als Dünger
verwertet, der auf Wiesen, Weiden und Äcker verteilt wird. Zudem wird
Pferdemist auf Champignon-Plantagen eingesetzt. Weiterhin wird Pferdemist
in Müllverbrennungsanlagen
entsorgt.
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Ein
Problem bei der Verbrennung von Pferdemist stellt sich jedoch darin,
dass der Brennwert üblicherweise
reduziert und durch die Verunreinigung durch Bakterien sowie den
relativen hohen Feuchtigkeitsgehalt nicht vorhersagbar ist.
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Aus
der
DE 693 14 286
T2 ist eine Fermentationsvorrichtung für organische Abfälle zur
Verminderung von Großabgabe
bekannt, die einen geschlossenen Behälter, eine Befüllöffnung,
eine Austrittsöffnung,
ein Rührmittel
und Abzugsmittel für
Abgas aufweist.
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Die
DE 198 60 983 A1 offenbart
einen Rottereaktor zur Kompostierung biologisch abbaubarer Stoffe,
wie beispielsweise Stallmist, mit einer Luftführung von unten nach oben.
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DE 36 30 637 C2 beschreibt
eine Vorrichtung zur Durchführung
einer biologischen Umwandlung von organischen Stoffen innerhalb
eines Sammelbehälters,
der mindestens eine Sickerwasser aufnehmende Abscheidekammer hat.
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In
der
DE 102 26 538
A1 und der
DE
202 13 113 U1 ist eine Heizanlage zur Verbrennung von Pferdedung
beschrieben, der einem Kurz- oder Langzeitlager als Zwischenlager
zugeführt
und anschließend
in den Heizkessel gefördert
und verbrannt wird. Der Pferdedung wird von Entmistungsställen über eine
pneumatische Transporteinrichtung zu einer Trocknungseinrichtung
transportiert, dort getrocknet und zwischengespeichert. Der getrocknete Pferdedung
kann zu Briketts verpresst werden.
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Zur
Verbrennung von Brennstoffen sind jedoch Randbedingungen einzuhalten.
Zudem ist der Wirkungsgrad der Briketts nicht optimal.
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In
der
DE 298 16 168
U1 ist eine Heizanlage und ein Verfahren zum Betreiben
einer Heizanlage beschrieben, bei dem Pferdedung über eine
Trocknungseinrichtung einem Heizkessel, zugeführt wird. Nach der Trocknungsanlage
ist eine Brikettierpresse vorgesehen, die den getrockneten Haustierdung
zu Briketts verarbeitet.
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DE 102 10 167 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffpresslingen (Pellets)
aus Pferdemist. Brennstoffpellets mit einer Endfeuchte von weniger
als 10 % werden aus Pferdemist durch die Abfolge der Schritte Trocknen-Zerkleineren-Pelletieren hergestellt.
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In
der
DE 10 2004
029 854 A1 wird vorgeschlagen, den Pferdemist in einem
Sammelcontainer zusammen zu verdichten und unter Zwangsbelüftung vorzutrocknen.
Nach Zumischung von Zuschlagsstoffen sollen dann Briketts oder Pellets
als Energieträger
hergestellt werden. Es erfolgt somit ein Deponieren von frischem
Pferdemist in einem allseits geschlossenen Sammelbehälter, der
eine definierte Luftführung
aufweist, eine Trocknung auf einen vorgegebenen Feuchtegehalt, ein
Zerkleinern des vorgetrockneten Pferdemistes und ein Pelletieren
des zerkleinerten Pferdemists.
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Auch
hier stellt sich das Problem, dass die vorgeschriebenen Randbedingungen,
wie z. B. Wassergehalt, Aschegehalt, Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalt,
Stickstoffge halt, Schwefelgehalt sowie der Verbrennungswirkungsgrad
nicht eingehalten bzw. nicht zuverlässig vorherbestimmt werden
können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
brennbarer Pellets aus Pferdemist sowie eine das Verfahren ausführende verbesserte
Einrichtung zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch
die Schritte:
- a) Deponieren von frischem Pferdemist
in einem allseits geschlossenem Sammelbehälter, der eine definierte Luftführung aufweist;
- b) Vortrocknen des frischen Pferdemistes in dem Sammelbehälter derart,
dass der Pferdemist mindestens über
einen Zeitraum von einer Stunde einer Temperatur von mehr als 70 °C ausgesetzt
ist;
- c) Zerkleinern des auf einen Restfeuchtegehalt von maximal 45
% bezogen auf die Gesamtmasse des vorgetrockneten Pferdemistes derart,
dass der Pferdemist eine mittlere Faserlänge von maximal 120 mm aufweist;
- d) Nachtrocknen des zerkleinerten Pferdemistes auf einen Restfeuchtegehalt
im Bereich von 4 % bis 12 % bezogen auf die Gesamtmasse des zerkleinerten
Pferdemistes;
- e) Befeuchten des nachgetrockneten und zerkleinerten Pferdemistes
derart, dass der Wassergehalt des resultierenden befeuchteten Pferdemistes
im Bereich von 14 % bis 24 % bezogen auf die Gesamtmasse beträgt; und
- f) Pelletieren des im Schritt e) befeuchteten Pferdemistes.
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Es
hat sich überraschend
gezeigt, dass es nicht ausreicht, den Pferdemist zu trocknen und
nach Zerkleinerung zu verpressen. Vielmehr ist es unbedingt erforderlich,
nach der Deponierung des frischen Pferdemistes in einem allseits
geschlossenen Sammelbehälter
und der entsprechenden Vortrocknung und einer Vorzerkleinerung den
zerkleinerten Pferdemist auf einen Restfeuchtegehalt im Bereich
von 4 % bis 12 % nachzutrocknen, d.h. eine Trockenmasse von mindestens
88 % zu erreichen. Es muss nämlich beachtet
werden, dass der vorgetrocknete und zerkleinerte Pferdemist bei
einem Restfeuchtegehalt von über
15 % einen idealen Nährboden
für Bakterien
und Pilze bildet und zur Sicherstellung eines brauchbaren Ausgangsmaterials
durch die Nachtrocknung auf einen Restfeuchtegehalt von unter 12
%, vorzugsweise unter 10 %, dieses steril wird.
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Zur
Pelletierung ist es dann erforderlich, das zu pelletierende Material
auf eine Trockenmasse im Bereich von 36 % bis 86 % zu bringen. Das
zur Sterilisierung stärker
getrocknete Material hat sich als nicht geeignet zur Pelletierung
herausgestellt.
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Der
Schritt des Vortrocknens wird vorzugsweise erst dann beendet, wenn
der mittlere Restfeuchtegehalt im Bereich von 15 % bis 30 % und
bevorzugt im Bereich von 15 bis 20 % liegt. Dies ist allerdings
witterungsabhängig.
Während
in der warmen Jahreszeit durch das Ansteigen der Sättigungsdefizite
der Außenluft
ein Restfeuchtegehalt von 15 % bis 20 % durch Selbsterwärmung des
deponierten Pferdemistes erreicht werden kann, setzt der Belüftungszyklus
in der kalten Jahreszeit erst ab einer Temperaturdifferenz von 5 °C bis 10 °C ein. Aufgrund der
mit zunehmender Trocknungsdauer abnehmenden Selbsterwärmung und
Verlangsamung des Trocknungsprozesses kann bei der Vortrocknung
in der kalten Jahreszeit unter Umständen nur ein Restwassergehalt
von 30 % bis 40 % erreicht werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn vor der Deponierung beispielsweise durch einen Schneckenverdichter
in der Einfüllöffnung des
Sammelcontainers eine Verdichtung und mechanische Trocknung des
frischen Pferdemistes auf einen Restfeuchtegehalt im Bereich von
45 % bis 55 % durchgeführt
wird.
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Die
Vortrocknung sollte im Ruhezustand über einen Zeitraum von mindestens
48 Stunden durchgeführt
werden. Vorteilhaft ist es, wenn dabei ohne Be- und Entlüftung eine
Temperatur von über 70 °C erreicht
wird, indem beispielsweise das Lüftungssystem
des Sammelcontainers entsprechend angesteuert wird. Durch die Eigenwärme des
Pferdemistes, die im Bereich von 80 °C bis 90 °C liegt, erfolgt dann eine Ste rilisation
des frischen Pferdemistes, so dass schädliche Kontamination durch
Bakterien und Pilze verhindert bzw. mindestens reduziert wird.
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Der
nachgetrocknete Pferdemist sollte auf eine Korngröße von maximal
2 mm beispielsweise mit Hilfe einer Hammermühle zerkleinert werden. Dies
ist eine Voraussetzung für
sogenannte „Biofuel-Pellets", die vor der Verbrennung
zu Pulver zerrieben und über
spezielle Düsen
in einen Brennraum eingeblasen und verbrannt sowie gegebenenfalls
in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Die
Aufgabe wird weiterhin durch die Einrichtung der eingangs genannten
Art gelöst
durch:
- – mindestens
einen allseits geschlossenen Sammelbehälter mit definierte Luftführung zur
Deponierung von frischem Pferdemist und Vortrocknung derart, dass
der Pferdemist mindestens über einen
Zeitraum von einer Temperatur von mehr als 70 °C ausgesetzt werden kann;
- – einem
Schredder zur Zerkleinerung des im mindestens einen Sammelbehälter vorgetrockneten Pferdemistes
auf eine mittlere Faserlänge
von maximal 120 mm;
- – einer
mit dem Ausgang des Schredders kommunizierende Nachtrocknungseinheit
zur Nachtrocknung des zerkleinerten Pferdemistes auf einen Restfeuchtgehalt
im Bereich von 4 % bis 12 %;
- – einer
Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung des nachgetrockneten und
zerkleinerten Pferdemistes auf einen Wassergehalt im Bereich von
14 % bis 24 %; und
- – einer
Pelletierpresse zum Herstellen von Pellets aus dem befeuchteten
Pferdemist.
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Zur
Herstellung von brennbaren Pellets aus Pferdemist ist es wesentlich,
den vorgetrockneten und geschredderten Pferdemist nachzutrocknen
und vor der Pelletierung wieder zu befeuchten.
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Vorteilhaft
ist es, wenn am Ausgang des Schredders ein Zyklon zur pneumatischen
Förderung des
zerkleinerten Pferdemistes angeordnet ist. Mit Hilfe des Zyklons
erfolgt neben dem pneumatischen Transport auch ein Wasseraustrag
zur Nachtrocknung.
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Die
eigentliche Nachtrocknung selbst wird jedoch vorzugsweise mit einem
Bandtrockner durchgeführt,
auf dem das vorgetrocknete und geschredderte Material transportiert
wird. Mit der durch das Transportband des Bandtrockners durchströmenden Luft mit
einer Temperatur von im Bereich von 40 °C bis 90 °C wird die Feuchtigkeit aufgenommen
und mit einer Zwangsentlüftung
nach oben abgesogen. Aufgrund der geringen Schüttdichte von weniger als 50
kg/m3 sollte nur eine Zwangsentlüftung, nicht
jedoch eine Druckentlüftung
vorgenommen werden.
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Mit
einer Hammermühle
kann das nachgetrocknete Material dann auf eine Korngröße von maximal
2 mm zerkleinert werden, so dass sich das Material dann in einen
Brennraum eindüsen
lässt.
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Am
Ausgang der Pelletierpresse haben die Pellets eine relativ hohe
Temperatur. Es hat sich dann herausgestellt, dass die Qualität durch
rapide Aufnahme von Außenluftfeuchte,
die die Pellets aufgrund ihrer hohen Temperatur aufnehmen können, unter
Umständen
leidet. Es ist daher vorteilhaft, wenn am Ausgang der Pelletierpresse
eine Kühl-
und Trocknungseinheit angeordnet ist, um die Pellets auf einen Restfeuchtegehalt
von weniger als 10 % zu trocknen und auf eine Temperatur von unter
40 °C mit vorgewärmter Außenluft
herabzukühlen,
wobei die Außenluft
eine Temperatur im Bereich von 20 °C bis 40 °C haben sollte.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 – schematisches
Blockdiagramm einer Einrichtung zur Herstellung brennbarer Pellets mit
Verfahrensflussdiagramm.
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Die 1 lässt ein
Blockdiagramm einer Einrichtung 1 zur Herstellung von Pellets
aus Pferdemist erkennen. Der Pferdemist wird am Ort der Entstehung,
d.h. vor Ort in den Pferdebetrieben in Sammelbehältern 2 gesammelt
und vorgetrocknet. Der eingesammelte Pferdemist sollte dabei unbedingt
in frischer Form ohne Zwischenlagerung in den Sammelbehälter 2 gefüllt werden.
Vorzugsweise sollte das Material durch einen Schneckenverdichter
zur mechanischen Trocknung vor oder während des Einfüllens in
den Sammelbehälter 2 geführt werden
Durch Verdichtung auf einen Restfeuchtegehalt von 45 % bis 55 %,
zur Verdichtung, Vermischung und Zerkleinerung von größeren Knäueln und
Feuchtigkeitsnestern in dem Sammelbehälter 2 wird der Pferdemist dann
im Urzustand ohne Be- und Entlüftung
bei über 70 °C gehalten,
um durch seine Eigenwärme
(80 °C bis
90 °C) einem
Sterilisationsprozess unterzogen zu werden. Während der Lagerung des gesammelten Pferdemistes
im Sammelbehälter 2 wird
durch die mechanische Trocknung (Verdichtung) Flüssigkeit durch ein Ablaufsystem
kontinuierlich abgegeben und aufgefangen. Zudem erfolgt durch eine
Belüftung
mit Zwangsentlüftung
ein Trocknungsprozess.
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Bei
frischem, feuchtem Pferdemist kommt es aufgrund der biologischen
Aktivität
zu einer Erwärmung
im Inneren der Schüttung
des Sammelbehälters 2.
Die gezielte Ausnutzung dieser Energie, die aus dem Substanzabbau
stammt, ist mit einer aktiven Belüftung des Sammelbehälters 2 möglich. Dies
geschieht mit kalter Außenluft
(Belüftungskühlung).
Die Selbsterwärmung
im deponierten Pferdemist erhöht das
Wasseraufnahmevermögen
der Luft. Durch intermittierende Belüftung wird die feuchte Luft
im Pferdemist durch die Zwangsentlüftung abgeführt, wobei der Pferdemist abkühlt.
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Der
Belüftungszyklus
ist temperaturgesteuert und setzt in der kalten Jahreszeit erst
ab einer Temperaturdifferenz von ca. 5 °C bis 10 °C ein. In dieser Jahreszeit
ist der Wasserentzug geringer als in der warmen Jahreszeit, in der
das Sättigungsdefizit der
Außenluft
mit steigender Temperatur ansteigt. Die Selbsterwärmung nimmt
mit zunehmender Trocknungsdauer ab, so dass sich der Trocknungsprozess
verlangsamt.
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Im
Ergebnis werden ein Restwassergehalt von 15 % bis 20 % in der warmen
Jahreszeit und ein Restwassergehalt von 30 % bis 40 % in der kalten Jahreszeit
erreicht.
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Der
in den Sammelbehältern 2 deponierte Pferdemist
hat die Eigenschaft, dass die Struktur des Halmgurtes durch Harnstoff
(H2N – CO – NH2) stark geschwächt (zersetzt) ist. Die Mindestverweildauer für die Strukturschwächung und
Trocknung des Pferdemistes im Sammelbehälter 2 beträgt 48 Stunden.
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Die
Entstehung von Ammoniak (NH3) wird durch
Be-/Entlüftung
des Pferdemistes im Sammelbehälter 2 verhindert.
Ammoniak entsteht nur unter Sauerstoffausschluss. Stickstoff wird
bei der Vortrocknung in die Umgebungsluft abgegeben.
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Die
gefüllten
Sammelbehälter 2 werden
mit Lastwagen 3 im Austausch bei den Pferdebetrieben abgeholt
und zu einer zentralen Pelletieranlage gebracht. Die Sammelbehälter 2 können Sammelcontainer
oder Polyflex-Beutel sein. Polyflex-Beutel sind flexible Beutel
aus einem Gewebe, das aus polyethylenhaltigem Material besteht.
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Der
im Sammelbehälter 2 vorgetrocknete Pferdemist
wird mit einem Lastkraftwagen 3 zur Pelletieranlage transportiert
und in einen Aufgabebunker 4 mit Austragungssystem gekippt. Über eine
Austragsdosierschnecke 5 und Schrägförderschnecke 6 wird
das Material dann einem Schredder 7 zugeführt. In
dem Schredder erfolgt eine Zerkleinerung der Halmgüter auf
maximal 120 mm und eine Zerkleinerung von Knäueln und festen Klumpen des
vorgetrockneten Pferdemistes. Zudem wird der Rohstoff homogenisiert.
Der Schredder 7 weist vorzugsweise vier dreieckige Flacheisen
(Messer) auf einer rotierenden Scheibe auf.
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Das
zerkleinerte Material wird dann über eine
pneumatische Förderstrecke 8 über einen
Zyklon 9, der an einem Filter 10 und Ventilator 11 angeschlossen
ist, einem Vorratsbehälter 12 zugeführt.
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Über eine
Dosierschnecke 13 wird das Material dann einer Nachtrocknungseinheit 14 zugeführt. Weiterhin
ist eine Rückführschnecke 15 vorgesehen, die
in den Vorratsbehälter 12 mündet, um
ein Kreislaufsystem zu schaffen und zu gewährleisten, dass das Material
im Vorratsbehälter 12 umgewälzt wird. Hierzu
hat der Vorratsbehälter
zudem ein Rührwerk.
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Die
Nachtrocknungseinheit 14 ist ein Bandtrockner mit einem
luftdurchlässigen
Band. Das nachzutrocknende, zerkleinerte und vorgetrocknete Material
wird auf dem luftdurchlässigen
Band mit Hilfe der Dosierschnecke 13 gleichmäßig verteilt.
An der Seite des Bandtrockners wird Außenluft angesogen. Unter dem
luftdurchlässigen
Band befinden sich großflächige Wärmetauscher,
die den Luftstrom wahlweise zwischen 40 °C bis 90 °C erwärmen. Die erwärmte Luft
durchströmt
dann unten das Band und das daraufliegende nachzutrocknende Material.
Die erwärmte
Luft nimmt die Feuchtigkeit aus dem nachzutrocknenden Pferdemist
auf und wird mit einer Zwangsentlüftung nach oben abgesogen.
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Mindestens
vor und nach dem Bandtrockner wird eine kontinuierliche Feuchtigkeitsmessung durchgeführt und
in Abhängigkeit
von dem Feuchtegehalt des Eingangsmaterials die Geschwindigkeit des
Bandes und die Temperatur des Luftstroms geregelt, so dass das nachgetrocknete
Material eine Trockenmasse von bevorzugt 92 (± 1 %) hat.
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Das
nachgetrocknete Material wird mit einer Schrägförderschnecke 16 über einen
Elevator 17, einem weiteren Vorratsbehälter 18 mit Rührwerk zugeführt.
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Das
zu verarbeitende Rohmaterial sollte nach Möglichkeit bis zu dem Vorratsbehälter 18 nicht zum
Stillstand kommen. Es bietet mit einem Feuchtigkeitsgehalt von über 15 einen
idealen Nährboden für Bakterien
und Pilze. Mit Hilfe der Rückführschnecke 15 wird
ein Stillstand im ersten Vorratsbehälter 12 und der Nachtrocknungseinheit 14 sichergestellt. Am
Ausgang der Nachtrocknungseinheit 14 ist das Material hingegen
mit einem Restfeuchtegehalt von unter 10 % steril und kann über einen
längeren
Zeitraum gelagert werden.
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Das
nachgetrocknete Material wird über
eine Dosierschnecke 19 einer Hammermühle 20 zugeführt. Diese
hat einen Filter, einen Sammelbehälter, eine Austragungsschecke
und eine Schleuse. Mit der Hammermühle 20 wird das nachgetrocknete
Material auf eine Korngröße von maximal
2 mm zerkleinert.
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Zum
Abscheiden von Schwergut und Metall sind eine Austragungsschnecke 21 und
ein Auffangbehälter 22 am
Ausgang der Austragungsschnecke 21 vorgesehen.
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Das
mit der Hammermühle 20 zerkleinerte Material
wird über
einen Elevator 23, einer Befeuchtungseinheit (Konditioneur) 24 zugeführt. In
der Befeuchtungseinheit 24 wird mit Wasserdampf der Feuchtigkeitsgehalt
des nachgetrockneten und weiter zerkleinerten Materials von unter
10 % auf einen Restfeuchtegehalt von im Bereich von 16 % bis 22
% heraufgesetzt. Das befeuchtete Material wird dann einem weiteren
Vorratsbehälter 25 mit
Rührwerk
zugeführt
und über
eine Dosierschnecke 26 in eine Pelletierpresse 27 geleitet.
Das Material hat im losen Zustand eine sehr geringe Dichte von weniger
als 50 kg/m3, so dass die Dosierschnecke 26 zur
Förderung des
Materials in den Pelletierraum der Pelletierpresse 27 vorgesehen
ist. Im Unterschied zu anderen Brennstoffen kann der, wie oben beschrieben,
vorbehandelte Pferdemist ohne Zusatzstoffe pelletiert werden, da
durch die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe und die Trocknungsbehandlung
eine ausreichende Festigkeit erzielt wird. Zudem sind die Brennwerte zur
Verwendung als Brennstoff im kleinen und industriellen Maßstab geeignet.
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Über eine
Schrägförderschnecke 28 und
einen Elevator 29 werden die Pellets einer Kühl- und Trocknungseinheit 30 zugeführt. In
der Trocknungseinheit wird vorzugsweise ein Druckabfall auf über 1000
Pa erzwungen.
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Durch
die Reibung und Verdichtung des zu pelletierenden Materials in der
Ringmatrize der Pelletierpresse 27 erreichen die Pellets
beim Austritt Temperaturen zwischen 80 °C und 100 °C. Da die Pellets in diesem
Zustand einen höheren
Feuchtigkeitsgehalt als vergleichbarer Brennstoff-Pellets aus anderen
Materialien haben, wird die Kühleinheit
mit vorgewärmter
Außenluft
(20 °C bis
40 °C) beschickt,
um die Pellets auf unter 10 % Feuchtigkeitsgehalt zu trocknen.
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Über eine
Siebmaschine 31 und ein Pelletförderband 32 sowie
einen weiteren Elevator 33 werden die Pellets dann in Silos 34a, 34b gelagert,
die über
einen Verteilregler angesteuert werden. Über Auslaufschieber 37a, 37b, 37c und
ein Pelletregler 38 werden die Pellets dann in Lkws 39,
Schienenfahrzeuge oder Schiffe verladen.
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Hierzu
werden die Pellets von dem Pelletregler 38 über einen
Elevator 40 unter einem Aspirationsfilter 41 in
den Lastkraftwagen 39 geleitet.
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Die
Einrichtung 1 hat vorzugsweise ein Blockheizkraftwerk 42 mit
einem Pufferspeicher 43 zur Speicherung von thermischer
Energie. Das Blockheizkraftwerk 42 ist mit einem öffentlichen Stromnetz 44 verbünden, um
mindestens bei Abschaltung der Einrichtung 1 die erzeugte
elektrische Energie in das Stromnetz zu speisen.
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Das
Blockheizkraftwerk 42 kann mit den erzeugten Pellets oder
mit sonstigen Kraftstoffen wie zum Beispiel Pflanzenölen, betrieben
werden.