Besondere Eigenschaften verschiedener Gülleund Festmistarten bei der Vergärung

Transkript

1 Besondere Eigenschaften verschiedener Gülleund Festmistarten bei der Vergärung Dr. Andreas Lemmer, Dr. H. Oechsner Chancen der Güllevergärung in kleinen Hofbiogasanlagen Seligweiler,

2 Besonderheiten der Güllevergärung 1.2

3 Zusammensetzung der Gülle 1.3

4 Gülle als Augangsstoff der Biogaserzeugung TS Asche ots ots/ts % FM % FM % FM % Rohgülle Unterer Lindenhof 4,3 1,2 3,2 73,0 % Grassilage 31,8 2,9 28,5 90,5 % Maissilage 31,9 1,6 30,3 94,9 % Im Vergleich zu nachwachsenden Rohstoffen: sehr niedrige Trockensubstanzgehalte = hoher Wassergehalt relativ hohe Aschegehalte

5 75 kw Anlage Schweinegülle Gülle GV Gülle/a Menge/a kg/d TSGehalt kg ots/d Schweinegülle 75 kw [m³/a] [m³/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] Schweinegülle 15 m³ , Rindergülle 20 m³ 7,5 Hühnertrockenkot t 50,0 Geflügelmist t 25,0 Festmist t 25,0 Kosubstrate AnbauflächeErtrag Menge/a kg/d TSGehalt kg ots/d [ha] [dt TS/ha] [dt/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] Silomais dt 33,0 Wiesen 45 schnittig dt 37,0 Wiesen 23 schnittig 0 70 dt 35,0 Körnermais 0 70 dt 86,0 GPS 0 85 dt 28,0 Getreide 0 68,8 dt 86,0 Wasser 0 m³ Faulsubstrat 0 m³ 5,0 Gesamt , BHKW Ist Wert Methan gesamt [m³/d] 473 Substratmenge [m³/d] 50 Biogasenergie [kwh] Verweilzeit [d] 40 Bruttoenergie (incl. ZÖ) [kwh] Raumbelastung [kg ots/m³*d 0,95 Wirkungsgrad elektrisch [%] 37 Zielwert max. 2,70 Elektrische Energie [kwh/tag] Elektrische Energie (incl. ZÖ) [kwh/tag] Fermentergröße [m³ netto] Laufzeit BHKW: [h/d] 23 Leistung, elektr. ZSBHKW [kw] Faulsubstratlager: [m³] Leistung, elektr. GASBHKW[kW] 76 vorhanden: [m³] zu errichten: [m³] Fahrsilo: [m³] Methan [m³/d] 473 Methan [m³/d] 473 Soll Wert 4,50

6 75 kw Anlage Rindergülle Gülle GV Gülle/a Menge/a kg/d TSGehalt kg ots/d Schweinegülle 75 kw [m³/a] [m³/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] Schweinegülle 15 m³ 4,2 Rindergülle 20 m³ , Hühnertrockenkot t 50,0 Geflügelmist t 25,0 Festmist t 25,0 Kosubstrate AnbauflächeErtrag Menge/a kg/d TSGehalt kg ots/d [ha] [dt TS/ha] [dt/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] Silomais dt 33,0 Wiesen 45 schnittig dt 37,0 Wiesen 23 schnittig 0 70 dt 35,0 Körnermais 0 70 dt 86,0 GPS 0 85 dt 28,0 Getreide 0 68,8 dt 86,0 Wasser 0 m³ Faulsubstrat 0 m³ 5,0 Gesamt , BHKW Ist Wert Methan gesamt [m³/d] 448 Substratmenge [m³/d] 30 Biogasenergie [kwh] Verweilzeit [d] 40 Bruttoenergie (incl. ZÖ) [kwh] Raumbelastung [kg ots/m³*d 1,70 Wirkungsgrad elektrisch [%] 37 Zielwert max. 2,70 Elektrische Energie [kwh/tag] Elektrische Energie (incl. ZÖ) [kwh/tag] Fermentergröße [m³ netto] Laufzeit BHKW: [h/d] 23 Leistung, elektr. ZSBHKW [kw] Faulsubstratlager: [m³] Leistung, elektr. GASBHKW[kW] 72 vorhanden: [m³] zu errichten: [m³] Fahrsilo: [m³] Methan [m³/d] 448 Methan [m³/d] 448 Soll Wert 4,50

7 75 kw Anlage Schweinegülle + NaWaRo Gülle GV Gülle/a Menge/a kg/d TSGehalt kg ots/d Schweinegülle 75 kw [m³/a] [m³/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] Schweinegülle 15 m³ ,2 473 Rindergülle 20 m³ 7,5 Hühnertrockenkot t 50,0 Geflügelmist t 25,0 Festmist t 25,0 Kosubstrate AnbauflächeErtrag Menge/a kg/d TSGehalt kg ots/d [ha] [dt TS/ha] [dt/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] Silomais 22, dt ,0 969 Wiesen 45 schnittig dt 37,0 Wiesen 23 schnittig 0 70 dt 35,0 Körnermais 0 70 dt 86,0 GPS 0 85 dt 28,0 Getreide 0 68,8 dt 86,0 Wasser 0 m³ Faulsubstrat 0 m³ 5,0 Gesamt 22, , BHKW Ist Wert Methan gesamt [m³/d] 457 Substratmenge [m³/d] 16 Biogasenergie [kwh] Verweilzeit [d] 60 Bruttoenergie (incl. ZÖ) [kwh] Raumbelastung [kg ots/m³*d 1,54 Wirkungsgrad elektrisch [%] 37 Zielwert max. 2,70 Elektrische Energie [kwh/tag] Elektrische Energie (incl. ZÖ) [kwh/tag] Fermentergröße [m³ netto] 938 Laufzeit BHKW: [h/d] 23 Leistung, elektr. ZSBHKW [kw] Faulsubstratlager: [m³] Leistung, elektr. GASBHKW[kW] 73 vorhanden: [m³] zu errichten: [m³] 246 Fahrsilo: [m³] Methan [m³/d] 118 Methan [m³/d] Soll Wert 4,50 7

8 Anlagen Planungsbeispiele Güllebedarf Fermenter Güllelager 75 kw Schweinegülle: 50 m³/d m³ netto m³ offen (40 d HRT; 4,2 % TS) 75 kw Rindergülle: 30 m³/d m³ netto m³ offen (40 d HRT; 7,9 % TS) Beispiele für 80 % Gülle, 20 % NaWaRo Güllebedarf NaWaRo Bedarf 75 kw Schweinegülle: 12,5 m³/d 22 ha 3,2 t/d (150 d HRT; 4,2 % TS; 20 % Mais) 75 kw Rindergülle: 11,1 m³/d 20 ha 2,8 t/d (150 d HRT; 7,9 % TS; 20 % Mais) Verfahrenstechnisch: 70 d HRT im Fermenter (ca m³)+ gasdichtes Gärrestlager

9 Bauausführungen 1.9

10 Bauausführung 75 kw Anlage Fermenter: Betondecke oder Folienabdeckung? Warum? Wärmeeffizienz gewinnt besondere Bedeutung bei Kleinanlagen! 1.10

11 Wärmebilanz: 75 kw Schweinegülle

12 Wärmebilanz: 75 kw Rindergülle 12

13 Wärmebilanz 75 kw Biogasanlage

14 Wärmebilanz 75 kw Anlagen Reine Gülleanlagen sind wärmetechnisch kritisch Gute Wärmdämmung, Betondecke, kein Wärmeüberschuss bei Schweinegülle: Wärmerückgewinnung erforderlich Gülle + NawaRo: 80% + 20 % Wärmeüberschuss nur bei Betondecke und guter Dämmung Überschuss abhängig von Bauausführung, Standort, Gärtemperatur Nutzbare Wärmemenge i.d.r. < 800 kwh (80 l Heizöl) / Tag Hoher Wärmebedarf der Anlagen führt bei technischen Störungen sehr schnell zu einem Absinken der Temperatur => häufig externe Wärmequelle notwendig

15 Sonderbauformen Einfluss der Verweilzeit auf die Effizienz der Anlagen

16 Sonderbauformen 75 kw Anlage Bilder: BebraBiogas Agrikomp

17 Ergebnisauswertung der Betriebe am Beispiel GülleKleinanlagen Fermentergrößen Parameter Einheit BGA 1 BGA 2 BGA 3 BGA 4 Größe Fermenter m³ Größe Gärrestlager (gasdicht) m³ Größe Gärrestlager (offen) m³ Leistung BHKW kw ηel. % 37,1 38,0 38,0 30,0 Gärtemperatur C Mittlere Kg ots/ Raumbelastung m³ d 1,69 1,42 4,18 6,60 Einsatzstoffzufuhr [t FM / d] 21,9 21,6 11,0 11,0 18,0 17,0 10,0 10,0 Quelle: Oechsner und Ruile, 2015

18 Ergebnisauswertung Einsatzstoffzusammensetzung der GülleKleinanlagen nach Art der eingesetzten Substrate Quelle: Oechsner und Ruile, 2015

19 Ergebnisauswertung Mittlere hydraulische Verweilzeiten (HRT) der GülleKleinanlagen Quelle: Oechsner und Ruile, 2015

20 Ergebnisauswertung: Restmethanpotenzial RMP [%] Restmethanpotential in Prozent (%) der täglich produzierten Methanmenge der GülleKleinanlagen (37 C) Quelle: Oechsner und Ruile, 2015

21 Einfluss der Verweilzeit auf Gasertrag R e s tg aspotenzial in % d e r G asn utzu ng Fermenter 25 Nachgärer/Gesamt Hydraulische Verweilzeit (HRT) in d Vogtherr, 2009

22 Sonderbauformen 75 kw Anlage Systeme Kleinfermenter : Sehr kurze Verweilzeit im Fermenter Tage Ungeeignet für reine Güllevergärung in Kombination mit offenem Gärrestlager: sehr schlechte Substratausnutzung 80:20 Vergärung von Gülle + NawaRo: Kombination mit großem, gasdichten Nachgärer erforderlich Mindestverweilzeit 150 d

23 Fazit und Ausblick Mit dem EEG 2014 werden interessante Anreize für Kleinanlagen geschaffen 100% Güllevergärung: nur für sehr große Milchviehbetriebe und Bullenmäster interessant (ab ca. 550 GV) Gülle NawaRo Anlagen (80%20%) stellen verfahrenstechnisch neue Herausforderungen an die Anlagentechnik: Niedrige Investitionskosten, da sonst keine ausreichende Wirtschaftlichkeit darstellbar Gleichzeitig: Besondere Bedeutung der Wärmeeffizienz und Wärmedämmung => Betriebsindividuelle Anpassung der Anlagen erforderlich

24 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dr. Andreas Lemmer,, Garbenstr. 9, Stuttgart Flexibel mit speicherbarer Bioenergie Forschungsinitiativen und projekte Messe Ulm Dr. A. Lemmer, B. Sc. W. Merkle mailto: Tel.: