Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft. Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogasanlagen

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1 Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogasanlagen Bedarf an und Chancen der Mess- und Auswerteverfahren G. Reinhold Veröffenlichung im Tagungsband (S ) und Präsentation Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt

2 35 Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas- Anlagen Bedarf an und Chancen der Mess- und Auswerteverfahren G. Reinhold 35.1 Problemstellung Mit der Novellierung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes in 24 und der damit geschaffenen Möglichkeit des verstärkten Einsatzes von nachwachsenden Rohstoffen in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen begann eine stürmische Einführung der Biogas-Technologie in die Landwirtschaft. In Thüringen gibt es zurzeit mehr als 14 landwirtschaftliche Biogas- Anlagen, die im Durchschnitt mit einem Faulraum von 41 m 3 /Anlage eine Leistung von 58 kw elektrisch besitzen. Die aus betriebswirtschaftlicher Sicht oft angestrebte Steigerung der Gasproduktion birgt die Gefahr des Umkippens der Anlagen in sich. Oftmals wird der Biogas-Prozess auch als eine Blackbox betrachtet, über den nur wenige Informationen zur Verfügung stehen. Auch ist für die Erfüllung des wirtschaftlichen Zieles der Effizienzsteigerung, die Bereitstellung von Prozessdaten und Auswertealgorithmen dringend erforderlich. Das Ziel dieses Beitrages besteht darin, die vorhandenen Kontroll- und Überwachungsparameter für die landwirtschaftliche Biogas-Produktion in den einzelnen Abschnitten Substrat, Verfahren, Gasqualität und BHKW- Betrieb sowie Gärrest-Charakterisierung darzustellen, die Aussagefähigkeit der einzelnen Messparameter wird bewertet und die Nutzung von Auswerteparametern erläutert. Für den Bereich der Prozesskontrolle werden Möglichkeiten von Rechensystemen vorgestellt, die einen Soll-Ist- Vergleich und damit eine Bewertung der Effizienz der Anlage gestatten. Mit der Charakterisierung von Zielwerten wird ein Beitrag zur Ausrichtung der Prozesskontrolle geliefert Kontroll- und Überwachungsparameter in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen Substratkontrolle Neben Wirtschaftsdünger wurden ab der EEG-Novelle 24 zunehmend nachwachsende Rohstoffe in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen einge- 1

3 Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen setzt. Während Stoffparameter wie Nährstoffgehalte (N, P, K usw.) relativ leicht in landwirtschaftlichen Richtwerten verfügbar sind und auch hinsichtlich ihrer Aussagekraft eine gute Qualität aufweisen, gibt es noch relativ wenig Informationen zu möglichen Hemmstoffgehalten bzw. zu den für den Prozess essenziellen Spurenelementen. Für die Bewertung der Biogaserzeugung sind die TS-Gehalte und die Gehalte an organischer Trockensubstanz von hoher Relevanz. Diese können nicht aus Richtwerten entnommen werden, da hier Verfahrens- und Jahreswitterungseinflüsse bzw. die Verdünnung mit Wasser bei Wirtschaftsdüngern wirken. Aktuelle Messungen zum TS-Gehalt sind hiermit zwingend erforderlich, um die Belastung des biologischen Prozesses zu erkennen. Zurzeit befinden sich hierzu Online-TS-Messverfahren in Entwicklung. Gaserträge der landwirtschaftlichen Substrate sind für die Prozesskontrolle von hoher Relevanz. Als Richtwerte sind hier Daten des KTBL [1] und der Handreichung Biogas [2] verfügbar. Auch wenn diese Gaserträge im Einzelfall einen gewissen Fehler aufweisen, sind sie doch gut geeignet zur Einschätzung der Effizienz der einzelnen Anlage. Eine Verbesserung bei der Beurteilung der NAWARO s wird zurzeit mit der Einführung des NIRS-Messverfahrens für Biogassubstrate versucht Messverfahren und Prozesskennwerte des Biogasprozesses Für die Beurteilung des Biogas-Bildungsprozesses und der Biologie haben sich folgende Messverfahren etabliert: FOS-TAC-Werte, Der TAC-Wert kennzeichnet die Stärke des Carbonatpuffers und der FOS-Wert die Konzentration in flüchtigen organischen Säuren. Zu beachten ist, dass der FOS/TAC-Wert kein echter Absolut-Wert ist, sondern nur Hinweise auf die Qualität des Prozesses liefert. Die Aussage des FOS/TAC-Wertes ist anlagenspezifisch zu beurteilen. Eine regelmäßige Bestimmung des FOS/TAC-Verhältnisses hilft, Prozessstörungen möglichst frühzeitig zu erkennen. Zurzeit befinden sich erste Geräte zur Messung vor Ort im Einsatz. Gehalt an flüchtigen Fettsäuren Der Gehalt an flüchtigen Fettsäuren wird als Summenfettsäure über Titrationsverfahren bzw. gaschromatographisch in der Aufgliederung der einzelnen Fettsäuren ermittelt. Besonders durch das Verhältnis von Propionsäure zu Essigsäure lassen sich Prozessstörungen relativ leicht erkennen. 2

4 Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen Aber auch schon der Absolutwert des Fettsäureäquivalentes, der in der Biogasanlage ähnlich wie der FOS/TAC-Wert direkt bestimmbar ist liefert schon eine gute Aussage über den Prozess. Leider sind hierfür keine kommerziellen Geräte zur Messung an der BGA verfügbar. ph-wert Der ph-wert ist leicht messbar, besitzt aber nur eine sehr geringe Aussagekraft für die Prozessqualität. Meist wird der ph-wert-abfall erst festgestellt, nachdem die Prozessstörung schon sehr weit vorangeschritten ist. Forschungsseitig werden zurzeit die Einführung der Messung des Redox- Potenzials und die Messung des Wasserstoff-Partialdruckes in die Praxis geprüft, wobei aber die Qualität der Aussagekraft dieser Werte noch nicht endgültig geklärt ist. Für die Verfahrensbeurteilung haben folgende Prozesskennwerte hoher Bedeutung. Aufgrund fehlender Stoffkennwerte der Substrate erfolgt deren Nutzung oft noch zu wenig. Hydraulische Verweilzeit Die mittlere hydraulische Verweilzeit ist innerhalb der Beurteilung einer Anlage ohne Substratwechsel als Parameter geeignet. Zum Vergleich der Prozessbedingungen zwischen verschiedenen Anlagen und Substratarten ist die Aussagekraft der mittleren hydraulischen Verweilzeit begrenzt, da aufgrund der unterschiedlichen Trockensubstanzgehalte der Einzelsubstraten deutliche Verwerfungen auftreten können. Gut geeignet ist dieser leicht ermittelbare Parameter für Flüssigkeiten mit geringen Unterschieden im Gehalt an vergärbaren Stoffen Reaktorbelastung Die Reaktorbelastung wird bezogen auf die eingesetzte organische Trockensubstanz je Kubikmeter Reaktorvolumen und Tag. Sie besitzt eine hohe Aussagekraft zur Einschätzung der Vergärungsbedingungen. Beim Bezug organischer Trockenmasse wird der Gehalt an flüchtigen organischen Säuren leider nicht berücksichtigt. Während im Wirtschaftsdünger Gülle Gehalte von 6 12 g/l (d.h % der ots) üblich sind, ist bei Silage ein Niveau von ca. 3 g/kg TM zu erwarten. Für wissenschaftliche Zwecke ist die Einbeziehung der flüchtigen Fettsäuren angeraten, da dadurch die Aussagequalität gesteigert wird. Die Reaktorbelastung ist auch gut geeignet um z.b. die substratspezifischen Gaserträge an die Vergärungsbedingungen der einzelnen BGA anzupassen. 3

5 Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen Gasqualität Für die Messung der Gasqualität steht ausreichend Messtechnik zur Verfügung. Wichtig ist die Gasqualität besonders in Form des Methangehaltes in der Art, dass Veränderungen im Methangehalt bei hohen Belastungen oftmals auf Prozesssteuerungen hinweisen. So deutet bereits ein Absenken des Methangehaltes von 1 2 % auf eine Übersäuerung hin. Der Schwefel- Wasserstoff-Gehalt ist als Indikator für die Belastung des BHKW wichtig und sollte die vom Hersteller geforderten Werte nicht überschreiten. Dementsprechend kann bei der biologischen Entschwefelung durch Veränderungen in der Sauerstoffzusage reagiert werden. Forschungsseitig wird die Verwendung von Propionsäure erkennbaren Gassensoren als online-messverfahren bearbeitet. Damit könnten ggf. die perspektivisch ein wesentlicher Beitrag zur Reglung der BGA geleistet werden. Im Bereich der BHKW-Technik werden vielfältige Messwerte online zur Verfügung gestellt. Diese haben aber oftmals keine prozessübergreifende Funktion. Der Gasverbrauch ist dagegen ein wesentlicher Parameter für den Gesamtprozess. Leider wird aber oftmals nur der Verbrauch im BHKW und nicht die Gasproduktion gemessen. Auch fehlt bei den Visualisierungssystemen oft die Einbeziehung der Gasspeicherfüllung und die Umrechnung auf Normbedingungen in die Berechnung der Gasmenge. Die Weiterrechnung in der Prozessleittechnik vom BHKW-Gasverbrauch zum Wirkungsgrad des BHKW wäre für den Betreiber sehr wichtig, wird aber in der Praxis nicht realisiert Gärrest-Qualität Die Beurteilung des Gärrestes hinsichtlich der Nährstoffgehalte ist wichtig zur Bewertung der Düngungseigenschaften. Hierzu wird im Netz ( von der TLL ein Düngungsrechner bereitgestellt, der ausgehend von den Eingangssubstraten die theoretischen Gehalte im Gärrest ermittelt. Der Gehalt an Trockensubstanz und organischer Trockensubstanz ist relevant für die Einschätzung der Humuswirkung der Gärreste, aber auch gleichzeitig ein wichtiger Parameter, um die Biogas-Produktion zu bilanzieren. Beachtet man, dass ausgehend vom Methangehalt ein Kubikmeter Biogas 1,2 1,4 kg wiegt, lässt sich ausgehend vom Trockensubstanzabbau zwischen Substratinput und Gärrest die erzeugte Biogasmenge errechnen. Diese sollte dann in Beziehung gesetzt werden zur gemessenen bzw. aus dem BHKW errechneten Gasproduktion. 4

6 Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen 35.3 Möglichkeiten zur Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen Die Prozesskontrolle landwirtschaftlicher Biogas-Anlagen sollte auf Basis der Messwerte, die durch Richtwerte ergänzt werden, erfolgen. Ausgehend vom Substrateinsatz, der hinsichtlich der Trockenmasse und organischer Trockenmasse-Mengen zu charakterisieren ist, und den Trockenmasseund organischen Trockenmasse-Mengen im Gärrest ist eine Bilanzierung der Gasproduktion möglich. Diese sollte dann mit gewichteten Mittelwerten der Gasausbeuten entsprechend den eingesetzten Substraten verglichen werden. In die Bilanz ist die Füllung des Gasspeichers sowie gegebenenfalls Gasabgänge über die Fackel mit einzubeziehen. Auch die Nutzung von Rechenalgorithmen ist als Prozesskontrolle gut geeignet, die Anlage einzuschätzen. Durch Unterstellung von Richtwerten für die Gaserträge lässt sich für die Anlage eine theoretische Gasproduktion ermitteln. Durch Abgleich mit der Ist-Gas-Produktion zeigen sich Schwächen der Anlage relativ leicht. Anhand einer landwirtschaftlichen Biogas-Anlage erfolgt diese Methode mit Ist-Daten. Es zeigt sich, dass eine relativ gute Anpassung zwischen theoretischer Gasproduktion und einer realisierter Elektroenergieeinspeisung erreicht werde kann (Abb. 1) AWS Silage Getreide Mist Gülle mittlere Einspeisung Getreide Silage AWS Gülle Mist TS 86% 32% 4% 8% 25% ots 95% 9% 9% 8% 8% CH4-Ausbeute Methanerzeugung m³/d Einspeisung kw Tage seit Inbetriebnahme Abb. 1: Verlauf der theor. CH 4 -Erzeugung und der Elektroenergieeinspeisung in einer BGA (5 d Mittelwerte, 35 % Wirkungsgrad) 5

7 Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen Methanertrag m³/d gemessenen Methanertrag eingesetzte Substrate (Metanerrtag nach KTBL- Richtwert) Fettabscheider Sojaschrot Grassilage Glycerin ZR-Schnitzel Kartoffeln Maissilage Güllefeststoff Kleinkorn Raps Rindergülle Abb. 2: Vergleich Plan- und Ist-Ertrag einer Abfall-Biogasanlage Die Prozesskontrolle sollte sich an Zielwerten für die Effizienz orientieren. Hierbei haben sich folgende Zielparameter als nützlich herausgestellt, da sie mit dem Bezug auf den Substrateinsatz auf eine hohe Gasausbeute orientieren: Spezifische, rohstoffbezogene Stromproduktion in kwh elektrisch /t ots Spezifische, rohstoffbezogene Methanproduktion in l CH 4 /kg ots Substrateinsatzkosten in Euro/Tag und Euro/kWh elektrisch Zusammenfassung Im Bereich der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung besteht die Möglichkeit, vielfältige Parameter zu messen. Besonders im Bereich der Prozesskontrolle sind aber zurzeit kaum online Mess- und Auswerteverfahren verfügbar. Qualitätsverbesserungen der Prozessauswertung mit dem Ziel der Effizienzsteigerung können erreicht werden, indem Auswertealgorithmen, die auf Messwerten und Richtwerten basieren, in die Biogas-Anlagen eingeführt werden. Hierfür ist die Erweiterung der Visionalisierungssysteme erforderlich. Erste Ansätze durch Nutzung des Internets, als aber auch die normierte Datenauswertung in Arbeitskreisen zeigen hier eine mögliche Richtung auf. Im Bereich der Forschung und Entwicklung ist auf Online- Messverfahren besonderer Wert zu legen und die Entwicklung und Einführung einfacher zusätzlicher Messparameter (z.b. online TS-Messung, Wasserstoffsensoren und Redox-Potenzial) zu forcieren. Eine Integration der 6

8 Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogas-Anlagen Messwerte in die Anlagensteuerung ist nach deren Entwicklung ein folgerichtiger Schritt. Die Erweiterung der Kenntnis des Biogasbildungsprozesses durch entsprechende Forschungsarbeiten im Laborbereich, aber auch durch Entwicklung von Methoden zur Erhöhung der Gasausbeute bzw. der Geschwindigkeit der Gasbildung zur Verringerung der Investitionssumme (z.b. Hydrolyse, Entrudereinsatz,...) stellen perspektivisch neue Anforderungen an Messtechnik und Prozessteuerung Literatur [1] Gasausbeuten in Landwirtschaftlichen Biogasanlagen. KTBL Arbeitsgruppe Biogas. Darmstadt, 25, 24 S. [2] Handreichung Biogasgewinnung und Nutzung. FNR, Leipzig, 24, 232 S. 7

9 Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, Naumburger Str. 98, 7743 Jena, Prozesskontrolle in landwirtschaftlichen Biogasanlagen - Bedarf an und Chancen der Mess- und Auswerteverfahren Dr. Gerd Reinhold Quelle: Biogasanlagenbau in Thüringen Stand: Anzahl Anlagen/Jahr Anlagen gesamt Mittlere Leistung kw/anlage Altanlagen errichtet 22 errichtet 23 errichtet 24 errichtet 25 errichtet 26 errichtet Leistung kw Stand : 8 Anlagen mit 41,7 MW installiert und 255 m³ Faulraum zz. im Betreib Mittelwerte: 52 kw/anlage 32 m³/anlage 14 Anlagen 52 MW (installiert) Jan. 27 REINHOLD, TLL Jena

10 Gliederung Kontroll- und Überwachungsparameter Substratanalyse BGA (Technik, Prozess) Gasanalyse und BHKW Gärrest Biogasgülle Prozesskontrolle in der Biogasanlage zentralisiert F/E-Bedarf Das 4-Stufen Modell der Biogasgewinnung Gülle Stallmist Biomasse Kohlenhydrate Fette Eiweiße 1. Stufe Aufspaltung der Makromoleküle Zucker Fettsäuren Aminosäuren Basen 2. Stufe Vergärung der Spaltprodukte Carbonsäuren Gase Alkohole 3. Stufe Bildung von methanogenen Substraten Essigsäure Wasserstoff Kohlendioxid 4. Stufe Biogasbildung Biogas Methan Kohlendioxid hydrolytische fermentative Bakterien acetogene methanogene Bakterien Biologisches System kaum direkter Einfluss auf Mikrobiologie möglich - Wesentliche Maßnahmen (wie im Mittelalter): - Diät (Substratzufuhr verringern) - zur Ader lassen (Reaktor teilweise oder vollständig leeren) - neu Ernährung über Spurenelemente verbessern - Schwerpunkte: Prozesskontrolle, Mess- u. Analyseverfahren

11 Emissionswerte und Umweltkontrolle Substratanalytik TS, ots, N, P, K, Mg, ph, Schwermetalle, WD, NAWARO Nebenprodukte Bioabfall Hemmstoffe,... Einsatzmengen!!! Prozesskontrolle Temperatur Füllstand, Druck, Belastung, Verweilzeit, C Biolgische Kennwerte? Gasanalyse u. verwertung Biogas CH 4, CO 2, H 2 S, kwh, G Temperatur, Menge, Wirkungsgrade (Normbedingungen),... Biogasgülle BHKW-Anlage Biogasgülle / Gärrest TS, ots, N, P, K, Mg, ph, Schwermetalle, Humuswirkung, Düngewert,... Kontroll- und Überwachungsparameter? Substratanalyse N, P, K,... - WD: Richtwerte Düngung - NAWARO: Entzugswerte Hemmstoffe -??? Gasertrag theoretisch - KTBL-Richtwerte, - FNR Handreichung Beeinflussbarkeit -???? Verfahrensabhängigkeit -???? TS, ots - Messung + Richtwerte (ots) Menge - Wägung, Volumenstrom Substratbewertung - NIRS-Analyse

12 Ergebnisse Silo-Monitoring (Thüringer BGA 26) 5 TS-Gehalt (%) Mais ots (% der TS) org. Kohlenstoff (% d FM) TS - Gehalte in Thüringer BGA 26 (Sub. = errechnete Mischung der Einsatzstoffe, BGA = Biogasgülle, n = 49) 4% TS-Gehalte (%) BGA 5,7 % Sub. 14,3 % 3% 2% 1% %

13 Überwachungskennwerte der Biologie ph-wert: (negative dekadische Logarithmus der H 2- ) Aktivität der mikrobiellen Enzymsysteme Ablauf nahezu aller chemischen Reaktionen ph < 7,5 (8) Prozessstörung leider zu spät FOS/TAC: Der Quotient aus Gehalt aus - flüchtigen organischen Säuren (FOS) und - Carbonatpuffer (TAC) beschreibt den biochemischen Zustand des anaeroben Abbauprozesses. (Oft Anlagenspezifischer Wert, Trend ist wichtig) FOS/TAC-Quotient >,6...,3 der Abbau ist gehemmt. Flüchtige Fettsäuren: (Titration oder im Labor (Gaschromatograph)) Gehalt an flüchtigen Fettsäuren und deren Verhältnis gibt eine Information zum Abbau im Fermenter (Trend ist wichtig) Fettsäureäquivalent > mögliche Prozessstörung Einzelgehalte an Essig-, Propion- und Buttersäure beachten. (Propionsäure ist schwer abbaubar) ph-wert Aussagekräftiger bei NAWARO-Vergärung (geringerer Pufferkapazität) Keine Früherkennung einer Prozessinstabilität Einfluss der Mess-Methodik! (bei vor Ort Messung) Wichtig für die Interpretation anderer Prozessindikatoren! Zusammenhang ph -Wert und: - Ammoniakverlust bei Lagerung und Applikation der Biogasgülle - NH 3 -Übergang ins Biogas (Motorschädigung, NO x -Emission) beachten ph-wert Ausgangssubstrat Biogasgülle 1 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 Einzelanlage

14 FOS/TAC-Koeffizient Zusammenhang zwischen FOS und Essigsäureäquivalent Nachteile: - Anlagenspezifisch - Keine online Messung - kaum Vor-Ort- Messung Quelle: Rieger, Weiland 26 Fettsäurewerte Nachteile: (mg/l) keine online Messung, keine Vor-Ort-Messung (nur Essigsäureäquivalent) F1 Essigsäure F2 Essigsäure NF1 Essigsäure NF2 Essigsäure Essigsäure Propionsäure (mg/l) F1 Proionsäure F2 Proionsäure NF1 Proionsäure NF2 Proionsäure

15 Neue Überwachungskennwerte für die Prozess-Biologie Redox-Potential TS-online Ammoniak Wasserstoff Gasanalyse und BHKW-Kennwerte Gaszusammensetzung technisch gelöst Methangehalt als Indikator für Prozessstörung NH 4 Gehalt (abhängig vom ph-wert) H 2 S-Gehalt (wichtig für den BHKW Betrieb) Gasmenge technisch vielfältige Probleme Umrechnung auf Normbedingungen m³ N erforderlich für Vergleiche Z.T. Rückrechnung aus BHKW möglich BHKW-Parameter technisch gelöst, wenig Prozesswirkung Wirkungsgradmessung erforderlich Oft keine Kopplung zur Visualisierung

16 Verfahrenskennwerte hydraulische Verweilzeit (Tage) kaum Aussagekraft bei Unterschieden im TS-Gehalt Reaktorbelastung (kg ots/m³ Reaktorvolumen ) Beeinflusst Gasausbeute Einbeziehung der Fettsäuren erhöht Aussagekraft Gülle: g/l (= % der ots) Silage g/kg TS Gasausbeute (m³ Biogas /kg ots) Methanausbeute (m³ Methan /kg ots) Energieerzeugung (kw/t ots bzw. kwh/d) Prozessenergiebedarf (W/m³ nicht %) Spez. Substrateinsatzkosten (ct/kwh bzw. /d) Methanerzeugung m³/d Anlagenauslegung (Belastungsabhängigkeit der Methanbildung BGA E 11/23 bis 5/25) CH 7 4 -Erzeugung m³/d CH 4 -Ausbeute 6 Potenziell (CH 4 -Ausbeute ) Potenziell 5 (CH 4 -Erzeugung m³/d) Methanausbeute m³/kg ots 1,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 Reaktorbelastung kg/m³ d Substratausnutzung Investitionsausnutzung

17 Gärrest Biogasgülle Nährstoffgehalte (NPK) wichtig für Düngung Laboranalysen Menge errechenbar aus Gasertrag wichtig für Lagerraumbedarf TS, ots errechenbar aus Gasertrag bzw. bei Messung Hilfsgröße für Gasbilanzierung Nutzung des TLL-Rechner Biogasgülle Rechner Biogasgülle Anfall, Inhaltsstoffe, Kosten und Wert der Biogasgülle Kalkulationstabellen "Substrat" und "Kalkulation" ermöglichen eine Ermittlung des Anfalls und der Inhaltsstoffe der in landwirtschaftlichen Biogasanlagen anfallenden Biogasgülle auf Basis der TLL- Richtwerten bei freier Auswahl der Inhaltsstoffe der Substrate Hinweise zur Kalkulation M E N U Substrat Kalkulation Bearbeiter: Dr. G. Reinhold g.reinhold@jena.tll.de Tel: ( 36 41) Variante: Mustermann / Stand:... Versionsdatum (selbst gewählter Begriff zur Unterscheidung der Varianten) Minimale Überwachungswerte in der BGA PC-gestützte Datenablage Substrateinsatz (je Substratart) Zuspeisemenge (m³/d), TS-Kontrolle, ots-richtwert Anlagenbetrieb Temperatur, Durchmischung (Sink- u. Schwimmschichten), Pumpenlaufzeiten, Wassertassen,... Energieerzeugung Gasmenge, CH 4, H 2 S, Gasverluste (Fackel),... BHKW Ist-Soll-Laufzeit, Wirkungsgrad,... Aufzeichnen und Auswerten (Trenddarstellung) Okt. 5. Nov. 15. Nov. 25. Nov. Nov. - Dez Dez. 15. Dez. 25. Dez. 4. Jan. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 H2S O2

18 Fettsäure, FOS/TAC,... Prozesskontrolle Verweilzeit und Reaktorbelastung Spezifische Stromeinspeisung Gasproduktion im Vergleich zu Richtwerten Soll - IST Vergleich Methanbezug Vergleich theor. CH 4 -Erzeugung u. der Einspeisung (5 d Mittelwerte, 35 % Wirkungsgrad bei,9 Normgasfaktor, BGA D 26) 3 25 AWS Silage Getreide Mist Getreide Silage AWS Gülle Mist TS 86% 32% 4% 8% 25% ots 95% 9% 9% 8% 8% CH4-Ausbeute Methanerzeugung m³/d Gülle mittlere Einspeisung Einspeisung kw Tage seit Inbetriebnahme

19 Vergleich Plan- und Ist-Ertrag einer Biogasanlage Methanertrag m³/d gemessenen Methanertrag eingesetzte Substrate (Methanerrtag nach Richtwert) Fettabscheider Sojaschrot Grassilage Glycerin ZR-Schnitzel Kartoffeln Maissilage Güllefeststoff Kleinkorn Raps Rindergülle Zielwerte für Prozessbeurteilung Spezifische, rohstoffbezogene Stromproduktion kwh elektrisch /t ots Spezifische, rohstoffbezogene Methanproduktion m³ CH 4 / kg ots Substrateinsatzkosten Euro / m³ CH 4 und Euro / kwh elektrisch

20 Forschungsgegenstände bei Mess- und Auswerteverfahren Jede Anlage ist ein Unikat (Technik, Substrat, Prozessverlauf) Qualität der Probenahme und -charakterisierung Richtwerteanwendung, Mengenerfassung Fehlende online-messwerterfassung und standardisierte Ergebnisverarbeitung zu Prozesskennwerte Insellösungen bei Prozesskontrolle (Lösung: netzgestützte Standardisierte Auswerteverfahren) Vereinheitlichung der Erfolgsparameter F/E-Bedarf zum Prozessverlauf u. -beeinflussbarkeit Effekte der EEG Novelle 29 Bau neuer, kleinerer BGA mit 1 bis 2 kw mit steigenden WD- und Reststoffanteilen (Substratvielfalt) Reduzierte Visualisierung und Prozesskontrolle Verringerte Prozessbetreuung und Analysen Prozessüberwachung am Küchentisch Verstärkt auftretende Prozessstörungen Bedarf an kostengünstigeren, online Messverfahren Entwicklung von Schnellmethoden für die Praxis Bei Laboranalysen ist die Zeitschiene für Ergebnisbereitstellung und Auswertequalität entscheidend

21 weitere Infos Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!