LUFA NORD-WEST. Ein Unternehmen der Landwirtschaftskammer Niedersachsen. Dr. Manfred Bischoff. Diplom-Chemiker

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Babette Becke
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2 LUFA NORD-WEST Ein Unternehmen der Landwirtschaftskammer Niedersachsen Dr. Manfred Bischoff Diplom-Chemiker Anorganische Analytik Biogasanlagen Input / Output Fermenter- / Nachgäreruntersuchung

3 LUFA NORD-WEST Erkenntnisse beim Einsatz von Zusatz- und Hilfsstoffen sowie Spurenelementen in Biogasanlagen Dr. Manfred Bischoff

4 Gliederung Einführung Wirkung von Zusatz- und Hilfsstoffen Arten von Zusatz- und Hilfsstoffen - verschiedene Klassen von Zusatz- und Hilfsstoffen - Effizienzsteigerung - notwendige Konzentrationen für die Biogasproduktion Umweltschutz

5 Beispielhafte Eckdaten und Kosten einer 500 kw-anlage (NawaRo) Landw. Nutzfläche - Anbaufläche Mais: ca ha evtl. Gülle m 3 evtl. zusätzliche Arbeitskraft Investition: - ca. 1,5 2,0 Mio. Euro Schlußfolgerung: Die Anlage muss optimal genutzt werden, um sich möglichst schnell zu amortisieren

6 Ablauf der Vergärung 1. Stufe Aufspaltung der Makromoleküle 2. Stufe Vergärung der Spaltprodukte Kohlenhydrate Fette Eiweiß aus Gülle, NaWaRo s, Co-Fermente hydrolytische Bakterien, Exoenzyme (hydrolytische Phase) Dimere und Monomere von Zuckern Fettsäuren Aminosäuren Basen fermentative Bakterien (acidogene Phase) Carbonsäuren Gase Alkohole

7 Ablauf der Vergärung 3. Stufe Bildung von methanogenen Substanzen 4. Stufe Biogasbildung Carbonsäuren Gase Alkohole Essigsäure Ameisensäure Wasserstoff Kohlendioxid Methan Kohlendioxid acetogene Bakterien (acetogene Phase) methanogene Bakterien (methanogene Phase)

8 Diese Parameter beeinflussen die Biogasproduktion Trockensubstanz organische Trockensubstanz Raumbelastung Temperatur ph-wert Essigsäureäquivalent Säurespektrum Konzentration und Verhältnis von Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure etc.

9 Diese Parameter beeinflussen die Biogasproduktion Konzentration von Ammoniumstickstoff Gesamtstickstoff Schwefelwasserstoff Sauerstoff Schwermetalle Salzgehalt

10 Diese Parameter beeinflussen die Biogasproduktion mikrobielle Hemmstoffe (Desinfektionsmittel, Medikamente, Mykotoxine, etc.) Nährstoffe Makronährstoffe (C : N : P : S ) und Spurenelemente ( Ni, Co, Mo, Se, W, Fe, Zn, Cu, Mn) C/N-Verhältnis der Ausgangsstoffe Redoxpotential Pufferkapazität (FOS/TAC-Verhältnis)

11 Wirkung von Zusatz- und Hilfsstoffen Stabilisierung biologischer Prozesse - beschleunigter Säureabbau - Stabilisierung des ph-wertes - verstärkte Ammonium-Fixierung Effizienzsteigerung - mehr Gasertrag bzw. bessere Gasqualität bei gleicher Futtermenge - Verringerung der Viskosität / beschleunigte Hydrolyse - chemische Entschwefelung / verbesserte Verfügbarkeit von Spurenelementen und bessere Gasqualität ZIEL: Optimierung der Biogasproduktion

12 Kategorien von Zusatz- und Hilfsstoffen Enzyme und Enzympräparate Biologische Beschleuniger Mineralische Zuschlagstoffe Spurenelemente in Reinform oder in Mischungen

13 Enzyme notwendig oder überflüssig? Enzyme sind stets im Fermenter enthalten Enzyme (Lipasen, Cellulasen, Proteasen) - Beschleunigen die ersten Schritte der Fermentation Enzyme stellen selbst auch abbaubare Biomasse dar - Enzyme liefern bei der Umsetzung Gas aus der eigenen Biomasse

14 Enzyme notwendig oder überflüssig Enzyme lösen Schwimmschichten Enzyme helfen bei schwer abbaubaren Stoffen Enzyme sind (kurzfristige) Problemlöser Enzyme, die Hemicellulosen und Lignine abbauen wären sehr gewinnbringend

15 Biologische Beschleuniger bestrahlte Pulver ohne genaue Beschreibung Präparate aus der Homöopathie Präparate aus der Tierernährung und der Pflanzenproduktion

16 Mineralische Zuschlagstoffe Kalke und Kalkmischungen (carbonatische Kalke; teilw. mit geogenen Spurenelementen) Steinmehle Zeolithe Eisenschlämme Mischungen der oben genannten etc.

17 Spurenelemente und Spurenelementmischungen Spurenelemente in Reinform Spurenelementmischungen derartige Stoffe unterliegen aufgrund ihrer Gefährlichkeit/Giftigkeit etc. u. a. dem Chemikalienrecht, der Düngemittelverordnung und weiteren Rechtsnormen

18 Brauchen Biogasanlagen Spurenelemente? Förderung der Pseudo -Trockenfermentation Probleme mit der Gasbildung nach Ablauf von 2 3 hydraulischen Verweilzeiten (Zeitraum 8 16 Monate) Symptom: schlechte Gasbildung, hohes Säureäquivalent Gegenmaßnahme: Fütterungsreduktion, evtl. Rezirkulatzufuhr Folge I: Besserung der Situation Folge II: Steigerung der Fütterung Effekt: wieder schlechte Werte innerhalb kürzester Zeit

19 Brauchen Biogasanlagen Spurenelemente? Förderung der Pseudo -Trockenfermentation Probleme mit der Gasbildung nach Ablauf von 2 3 hydraulischen Verweilzeiten (Zeitraum 8 16 Monate) Symptom: schlechte Gasbildung, hohes Säureäquivalent Gegenmaßnahme: Fütterungsreduktion, evtl. Rezirkulatzufuhr Folge I: Besserung der Situation Folge II: Steigerung der Fütterung Effekt: wieder schlechte Werte innerhalb kürzester Zeit Ursache: Spurenelementmangel aufgrund des Ausschwemmens der Spurenelemente aus der Ausgangsmatrix

20 Konzentrationen von Schwermetallen in Wirtschaftsdüngern Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Rindergülle mg/kg TS 0,28 7,3 44,5 0,06 5,9 7,7 270 Schweinegülle mg/kg TS 0,4 9, ,02 10,3 6,2 858 Geflügelkot mg/kg TS 0,25 4,4 52,6 0,02 8,1 7,2 336 Grenzwert nach BioAbfV bei Ausbringung von 20 t TM/ha * mg/kg TS 1, bei Ausbringung von 30 t TM/ha * mg/kg TS , * in 3 Jahren Quelle. Landwirtschaftskammer Hannover 2001

21 Konzentrationen von Schwermetallen in Futtermitteln Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Maissilage mg/kg TS 0,01 0,25 6,8 < 0,01 0,21 0,1 32 Weizen mg/kg TS 0,06 0,1 2 < 0,01 0,2 0,4 49 Grassilage mg/kg TS 0,04 0,18* 10,2 < 0,01 0,14* 0,5 45 * = Frischgras * = Frischgras Quelle. LUFA Nord-West 2008

22 Konzentrationen von Spurenelementen in Futtermitteln Co Ni Se Mo Fe Mn Maissilage mg/kg TS 0,06 0,74 0,03 0,48 96,3 67 Cu Zn B W V Maissilage mg/kg TS 11,1 32,9 5,6 0,49 0,18 TS [%]: 35 Co Ni Se Mo Fe Mn Fütterung 25 t FM / d g/d 0,525 6,475 0,263 4,2 842,6 586,3 TS [%]: 35 Cu Zn B W V Fütterung 25 t FM / d g/d 97,13 287,9 49 4,288 1,575 Quelle. LUFA 2009

23 Erforderliche Spurenelement Konzentrationen Substanz Konzentration [mg/l] Cobalt 0,06 Molybdän 0,05 Nickel 0,006 Selen 0,008 Mangan 0, Eisen 1 10 * Quelle: Sahm, H.; Biologie der Methanbildung. Chemie-Ingenieur-Technik 53, Nr. 11 (1981) * Mudrack und Kunst; Biologie der Abwasserreinigung, Spektrum Verlag, (2003)

24 Erforderliche Spurenelement- Konzentrationen Element Konzentration [mg/l] Fracht in [g] je 1000 m 3 Cobalt 0,06 60 Molybdän 0,05 50 Nickel 0,006 6 Selen 0,008 8 Mangan 0, Eisen 1 10 * Quelle: Sahm, H.; Biologie der Methanbildung. Chemie-Ingenieur-Technik 53, Nr. 11 (1981) * Mudrack und Kunst; Biologie der Abwasserreinigung, Spektrum Verlag, (2003)

25 Spurenelemente und Umweltschutz Umweltschutz Relevanz gegeben?! kritische Fragen von Verbrauchern und Politik Besprechungen/Tagungen von BfR, DVK, BMU etc. Spurenelemente stets harmlos? - in der Regel Schwermetalle - in höheren Konzentrationen toxisch - manche Metallsalze sind cancerogen, insbesondere Stäube - Metalle werden in der Biosphäre (Ackerboden) nicht abgebaut, sondern angereichert!

26 Spurenelementversorgung so viel wie nötig, aber so wenig wie möglich Spurenelemente sind - in der Regel in Wirtschaftsdüngern enthalten (auf ausreichende Versorgung der Tiere im Stall achten!) - in Getreide, Mais, Gras etc. meistens nur sehr gering enthalten (regional unterschiedlich vergleichbar mit der Mineralstoffversorgung beim Tier) - in Kofermenten (Lebensmittelabfällen etc.) oftmals enthalten

27 Spurenelementversorgung so viel wie nötig, aber so wenig wie möglich Forschung und Praxis zeigen: Die Spurenelementversorgung von Biogasanlagen Ist unbedingt zu sichern! Zu beachten ist jedoch: - vor der Ergänzung unbedingt den Bedarf ermitteln - nur geeignete Präparate verwenden - Beachtung der Rechtsvorschriften (DüMV, BioAbfV, etc.)

28 Brauchen Biogasanlagen Spurenelemente? Zugabe von Spurenelementen in BGA? Antwort: ja Vorgehensweise: Analog zur Spurenelement Versorgung unserer Nutztiere nur nach eingehender Untersuchung bedarfsgerechte Dosierung! FORSCHUNGSBEDARF bzw. Veröffentlichung der bisher gesammelten Daten SEHR WICHTIG: So viel wie nötig, aber so wenig wie möglich

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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