STROH - STROHPELLETS - BIOGASPELLETS

Transkript

1 STROH - STROHPELLETS - BIOGASPELLETS Alternative Möglichkeiten zur verbesserten Biomethanproduktion Vortragender: Björn Schwarz, 2. Workshop am in Leipzig

2 Motivation für Stroh in Biogasanlagen Substratgestehungskosten Substratart Ertrag (Feld) Gestehungskosten frei BGA* CH4-Ertrag** Gestehungskosten für Strom (nur aus Substratkosten frei BGA) dt FM / ha EUR/t FM Nm³/t FM ct/kwh EVK=0 (z.b. Trester, Kartoffelschalen, Treber,...) ,00 Festmist - 3,00 39,0 1,98 Rindergülle - 1,00 8,3 3,11 Weizenstroh 25 42,50 237,3 4,61 Grünland extensiv (Landschaftspflege) ,66 76,8 8,93 Maissilage Sachsen Vorgebirge ,56 111,4 9,36 Vergleichswert NaWaRo Leitfaden Biogas*** 8,00 * incl. Lagerungsverlusten (12% bei Silagen), Transport < 5km ** Gaspotenzial bei optimaler Vergärung bzw. ausreichendem Substrataufschluss *** Quelle: Leitfaden Biogas - BMELV, FNR 2010 Wirkungsgrad BHKW = 39%

3 Motivation für Stroh in Biogasanlagen Nachhaltigkeit und Potenzial Humusbilanz Bessere Klimabilanz als NawaRo Keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion Erhalt der Bodenfruchtbarkeit durch Rückführung der Gärrest (= schwer abbaubare C- Verbindungen) Jährlicher Aufwuchs in Deutschland Technisches Potenzial 5 m. t FM Einstreu Nachhaltiges Potenzial Quelle: WEISER 2012 Biogas Verbrennung da Humus- und NPK- Rückführung

4 Motivation für Stroh in Biogasanlagen Energiegehalt (Quelle: KTBL 2010)

5 Motivation für Stroh in Biogasanlagen Pilotversuch IKTS Biogas Biogas Extruder Anmaischbehälter Schwingsieb Schneckenpresse Stroh Dickstoff Brauchwasser a b Fermenter 1 Fermenter 2 Rückführung Flüssigphase Sieb Rückführung Flüssigphase Schneckenpresse 7 Monate Betriebsdauer B R = 2,2; t hyd = 50 d Beschickung 6 mal täglich Mittlerer Methanertrag = 270 Nl/kgoTR zu ca. 70% von Maissilage

6 Herausforderungen Strohvergärung Limitierte Abbaubarkeit im unbehandelten Zustand

7 Herausforderungen Strohvergärung Geringer Nährstoffgehalt Stickstoffmangel Co-Vergärung mit stickstoffreichen Substraten (Gülle, HTK) Harnstoffdosierung Spurenstoffmangel Co-Vergärung mit spurenstoffreichen Co-Substraten (Gülle, HTK) Spurenstoffpräparate Geringer Wassergehalt flüssige Co-Substrate (Gülle) Prozesswassermanagement (Gärrestaufbereitung, Rezirkulierung)

8 Herausforderungen Strohvergärung Aufschwimmverhalten Feststoffdichte Stroh (ohne Poren bzw. Lufteinschlüsse) ca. 1,5 g/cm³ Strohdichte (mit Poren bzw. Lufteinschlüssen) ca. 0,32 g/cm³ Ansatz mit Wasser Dichte (g/ cm³) - Stroh incl. eingeschlossener Luft 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Absinken Aufschwimmen Temperatur ( C) 24 h Maischdauer 48 h Maischdauer 1,8 1,6 Anmaischen Wasserdampfbehandlung Co-Silierung (Zuckerrübe?) Ansatz mit Gärrest Dichte (g/ cm³) - Stroh incl. eingeschlossener Luft 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Absinken Aufschwimmen Temperatur ( C) 24 h Maischdauer 48 h Maischdauer

9 Herausforderungen Strohvergärung Geringe Transportwürdigkeit und geringer Flächenertrag Größere Transportentfernungen Maissilage Wassertransport Strohballen Lufttransport Ballendichte =120 bis 200 kg/m³ Strohpellets Schüttdichte von ca. 600 kg/m³ höher Transportwürdigkeit??? Pellet-Eignung für den Biogasprozess??? BMWi Projekt EFFIGEST: Biogaspellets + HTK Lösungsansatz für Logistik, Aufschluss und gg. Aufschwimmen Ein strohbasiertes Inputmaterial für Biogasanlagen Gefördert durch:

10 Biogaspellet Herstellung Grundlage der Idee: Versuche zur Herstellung von Futtermitteln aus Stroh mittels Pelletierung und NaOH-Zugabe (1975 bis 1980) Verbesserung der Verdaulichkeit Einsatz mobiler Pelletanlagen der Fa. PCM Versuchsanlage für die Zugabe von NaOH Hammermühle Kleintechnische Presse Matrize

11 Biogaspellet Eigenschaften Gerstenstroh zerkleinert (Gz) Gerstenstroh pelletiert (Gp) Gerstenstroh mit 1% NaOH pelletiert (Gpn1) Gerstenstroh mit 5% NaOH pelletiert (Gpn5) Pellets sind transportstabil (weniger als 2,5 % Masseverlust bei definierter mechanischer Beanspruchung) Pellets lösen sich innerhalb von höchstens 60 min vollständig in Wasser auf keinerlei Probleme im Labor- oder Pilotreaktor (keine Pellets im Gärrest zu finden) Pellets sind schwerer als Wasser keine Schwimmschichtbildung (Tendenz eher zur Sinkschicht)

12 Biogaspellet Eigenschaften Schüttdichte zwischen 500 und 700 kg/m³ 3 fache Dichte im Vergleich zu Strohballen Abhängigkeit von der Faserzerkleinerung Verringerung des Rohfasergehaltes bei 5% NaOH-Zugabe gelöster CSB verdoppelt Andere Stoffparameter konstant

13 Biogaspellet Eigenschaften - Gasausbeute Zerkleinerung von Stroh mittels Hammermühle führt erwartungsgemäß zu einer Steigerung des Abbaus Weitere deutliche Steigerung durch 5%ige NaOH Dosierung

14 Biogaspellet Eigenschaften - Gasausbeute Versuche mit Weizenstrohpellets (WSP) und Roggenstrohpellets (RSP) Varianten mit 5%igen NaOH- Pellets erzeugen im Schnitt 8 bis 11 % mehr Biogas Aufgrund des 50% igen Geflügelmistanteils (otr bezogen) liegt die eigentliche Steigerung des Gasertrages aus dem Stroh bei über 15% gegenüber den Pellets ohne NaOH

15 Biogaspellet Stand und Perspektiven Pelletierung mit simultaner Dosierung von NaOH hat großes Potenzial für die Herstellung effizienter Biogaspellets als Alternative zu NawaRo Hohe Transportwürdigkeit, sehr gutes Verhalten bei Lagerung, Dosierung und Vergärung verlässliche Energiequelle ohne weitere Anforderungen an die BGA Im Labor und kleintechnisch bewährt nächster Schritt: großtechnischer Test (Folgeprojekt) Kosten: Kosten für Bergung und Pelletierung liegen nahe der Kosten für NawaRo weitere Optimierung möglich (auch alternative Kompaktierverfahren, Bergung nach SpreuStroh -Prinzip) Kosten für NaOH werden durch Mehrgas kompensiert, wenn Tankware eingesetzt wird und die Dosiermengen minimiert werden Eignung anderer Substrate: SpreuStroh - Substrate