Kleine Biogasanlagen auf was muss man achten?

Transkript

1 Kleine Biogasanlagen auf was muss man achten? Dr. Andreas Lemmer der Universität Hohenheim Januar 2016 Messegelände Ulm

2 Besonderheiten der Güllevergärung

3 Zusammensetzung der Gülle Biomasse (Nachwachsende Rohstoffe, Flüssig oder Festmist, Abfallstoffe, etc.) Wasser Trockenmasse (TS) Rohasche (Sand, Ton, Mineralstoffe) Organische Trockenmasse (ots) Proteine (Aminosäuren, Peptide, etc.) Lipide (Triglyceride, Stearine, etc.) Kohlenhydrate Schwer abbaubar: Rohfaser (Cellulose, Lignocellulose) Leicht abbaubar: NFreie Extraktstoffe (Zucker, Stärke, etc.)

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 Methan [m³/d] 473 Methan [m³/d] 473 Soll Wert 4,50 Fahrsiloanlage: [m³]

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 Methan [m³/d] 448 Methan [m³/d] 448 Soll Wert 4,50 Fahrsilo: [m³]

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 ,0 993 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] 466 Substratmenge [m³/d] 16 Biogasenergie [kwh] Verweilzeit [d] 70 Bruttoenergie (incl. ZÖ) [kwh] Raumbelastung [kg ots/m³*d 1,33 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] 75 Methan [m³/d] 118 Methan [m³/d] Soll Wert 4,50 Fahrsilo: [m³] 1.669

8 Anlagen Planungsbeispiele Güllebedarf Fermenter Gärrestlager 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 Fermenter Gärrestlager Bedarf (gasdicht geschlossen) 75 kw Schweinegülle: 12,5 m³/d 22 ha m³ netto m³ (70 d HRT; 4,2 % TS; 20 % Mais) 3,2 t/d 75 kw Rindergülle: 11,1 m³/d 20 ha m³ netto m³ (70 d HRT; 7,9 % TS; 20 % Mais) 2,8 t/d

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, keine 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 Hohe 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 Bilanzgröße Bilanzgröße BGA 1 BGA BGA 2 1 BGA BGA 3 2 BGA BGA 4 3 BGA 4 Mittlere Kg ots/ Wi So Wi Wi 1,69 So So Wi Wi 1,42 So So Wi Wi 4,18 So So Wi 6,60 So Raumbelastung m³ d Einsatzstoffzufuhr Einsatzstoffzufuhr 21,9 21,6 11,0 21,9 11,0 21,6 18,0 11,0 17,0 11,0 10,0 18,0 10,0 17,0 [t FM / d] [t FM / d] 10,0 10,0 Erzeugtes Biogas [t / d] Gärrestmenge Erzeugtes Biogas 1,1 1,1 1,1 1,1 1,01,1 0,51,1 0,41,0 0,10,5 0,10,4 0,1 0,1 [t / d] Gärrestmenge 20,8 20,5 9,90 20,8 10,0 20,5 17,5 9,90 16,6 10,0 9,917,5 9,916,6 9,9 9,9

18 Ergebnisauswertung Einsatzstoffzusammensetzung der GülleKleinanlagen nach Art der eingesetzten Substrate

19 Ergebnisauswertung GülleKleinanlagen Mittlere hydraulische Verweilzeiten (HRT) der Bioabfallvergärungsanlagen

20 Restmethanpotenzial RMP [%] Ergebnisauswertung: Restmethanpotential in Prozent (%) der täglich produzierten Methanmenge der GülleKleinanlagen (37 C)

21 Sonderbauformen 75 kw Anlage Systeme Kleinfermenter : Sehr kurze Verweilzeit im Fermenter Tage Ungeeignet für reine Güllevergärung in Kombination mit offenem Gärrestlager: sehr schlechte Substratausnutzung 8020 Vergärung von Gülle + NaWaRo: Kombination mit großem, gasdichten Nachgärer erforderlich Mindestverweilzeit 150 d

22 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 Einfache, aber funktionelle Ausführung! => Betriebsindividuelle Anpassung der Anlagen erforderlich

23 Fazit und Ausblick Güllevergärung aus ökologischer Sicht sehr sinnvoll! erhebliche Reduktion der Treibhausgasemissionen tierhaltender Betriebe Geruchsreduktion bei der Gülleausbringung Große Variation der Güllequalität zwischen den Betrieben: Daher vor Planungsbeginn unbedingt durchführen: TS / otsanalytik ggfs. Gärtest zur Methanertragsbestimmung Wirtschaftlichkeit kritisch prüfen! Berücksichtigung von Kostensteigerungen von ca. 1,2 % p.a. Rentabilität von Anlagen <<75 kw nur selten gegeben Arbeitsaufwand nicht unterschätzen! Kann der Betrieb die zusätzlichen Kapazitäten bereit stellen?

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