Nutzung von Zuckerrüben als Gärsubstrat Lagerung - Vergärung - Wirtschaftlichkeit

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Pamela Kohler
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1 Nutzung von Zuckerrüben als Gärsubstrat Lagerung - Vergärung - Wirtschaftlichkeit Dr. Andreas LEMMER Dr. S. Zielonka, E. Kumanowska Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie Biogasinfotage Ulm,

Nutzung von Zuckerrüben als Gärsubstrat Einleitung Zuckerrüben sind in Biogasanlagen hervorragend umsetzbar: Frei von Lignin Sehr hohe Zuckergehalte Hohe Mineralstoffgehalte Daraus folgen: Sehr hohe

2 Nutzung von Zuckerrüben als Gärsubstrat Einleitung Zuckerrüben sind in Biogasanlagen hervorragend umsetzbar: Frei von Lignin Sehr hohe Zuckergehalte Hohe Mineralstoffgehalte Daraus folgen: Sehr hohe Umsetzraten der gespeicherten Energie Sehr kurze Verweilzeiten notwendig ZR tragen zur Verflüssigung des Gärsubstrates bei Daher: Optimaler Kofermentationspartner zu Gras und GPS Quelle: Universität Bielefeld 2

3 Nutzung von Zuckerrüben als Gärsubstrat Verfahren Zuckerrüben können nur für wenige Wochen am Feldrand gelagert werden: Bei ganzjährigem Einsatz ist eine Konservierung erforderlich 3

Tendenziell höher köpfen als zur Zuckergewinnung Ernteverluste von ca.

4 Lagerung von Zuckerrüben Einsatz von Frischrüben - Feldrandlagerung Zuckerrüben Können ohne Silierung im Fermenter eingesetzt werden Ernte: Ernteverluste minimieren! Tendenziell höher köpfen als zur Zuckergewinnung Ernteverluste von ca. 10% sind unvermeidbar (Köpfverluste, abgebrochene Spitzen) Durchmesser der abgebrochenen Spitzen < 2 cm Entblätterung statt Köpfen zur Biogasnutzung! 4

5 Lagerung von Zuckerrüben Einsatz von Frischrüben - Feldrandlagerung Lagerungsverluste werden durch die Außentemperatur bedingt. Wärmesumme: Durchschnittstemperatur x Anzahl der Tage Ab 270 Gradtagen steigen die Verluste erheblich an (z.b. 30 Tage x 9 C) Frostschäden Abdeckung mit Vlies Ab -3 C in der Miete: Frostschäden Fazit: Mietenlagerung nur im Winter! Lagerungsverluste 5 15% 5

6 Lagerung von Zuckerrüben Silierung Für einen ganzjährigen Rübeneinsatz ist eine Silierung notwendig! Ganze Rüben Mischsilagen Rübenmus Verfahren zur Konservierung von Rübenmus Erdbecken Hochbehälter 6

m V D + h 0,75 m V U h Mit: h = Füllhöhe im Erdbecken in Metern V D = ots-verlust in der Deckschicht in % V U = ots-verlust in der

7 Lagerung von Zuckerrüben Silierung: Rübenmus im Erdbecken oder Hochbehälter Silierverluste: Deutlich erhöhte Silierverluste in der Deckschicht offener Erdbecken Fazit Silierverluste: Erdbecken, 4 m Höhe: 13-23% Hochbehälter, gasdicht: 10 18% Gesamtverlust = 0,75 m V D + h 0,75 m V U h Mit: h = Füllhöhe im Erdbecken in Metern V D = ots-verlust in der Deckschicht in % V U = ots-verlust in der unteren Schicht in % Experimentell ermittelte Silierverluste: VD = % der eingelagerten ots VU = % der eingelagerten ots 7

500 t/a Extrem niedriger ph-wert des Sickersaftes (ca.

8 Lagerung von Zuckerrüben Silierung: ganze Rüben im Fahrsilo Verfahren: Mindesthöhe der Miete im Fahrsilo: 6 m (ausreichende Eigenverdichtung) Rübenmengen ab ca t/a Extrem niedriger ph-wert des Sickersaftes (ca. 3,5) => Schutz der Bausubstanz durch Folienauskleidung Silierverluste Variieren stark in der Praxis Einfluss der Stapelhöhe otm-verluste: % 8

Fahrsilo sind große Sickersaftbehälter erforderlich

9 Lagerung von Zuckerrüben Silierung: ganze Rüben im Fahrsilo Verfahren: Sickersaft: % der eingelagerten Frischmasse; davon ca. 85% in den ersten 3 Wochen nach Einlagerung Zusätzlich zum Fahrsilo sind große Sickersaftbehälter erforderlich Alternative: Hohenheimer Schrägbodensilo Fahrsilo mit integrierter Sickersaftlagerung Quelle: Kumanowska,

Rüben bis 30 % Anteil Tendenziell werden Rüben dabei vor der optimalen Reife geerntet => Ertragsverluste

10 Lagerung von Zuckerrüben Silierung: Mischsilagen im Fahrsilo Verfahren: Gemeinsame Silierung von Rüben mit Silomais, LKS, CCM Gleichzeitige Anlieferung der Substrate erforderlich Silierung ganzer oder zerkleinerter Rüben bis 30 % Anteil Tendenziell werden Rüben dabei vor der optimalen Reife geerntet => Ertragsverluste Silierverluste Wenige Daten vorhanden Silierverlust von ca. 15% Ertragsverluste der Rüben bis zu 20 % durch frühen Erntetermin 10

11 Vergärung von Zuckerrüben Methanerträge Methanerträge frischer Rüben (unsiliert) frische Zuckerrüben Trockenmasse 230 g / kg FM Aschegehalt 18 g / kg FM Methanertrag Methangehalt: Biogasertrag 357 l/kg org. Trockensubstanz 75,5 m³/t Frischmasse 51 % 700 l/kg org. Trockensubstanz 148,1 m³/t Frischmasse Methanerträge silierter Rüben (Rübenmus) Problem der Quantifizierung: Zuckerrüben bilden während der Silierung hohe Mengen an Alkoholen Diese verdunsten bei der Trocknung => hohe Trocknungsverluste => Korrektur der otm erforderlich Aber: Bisher ist keine verlässliche Korrekturformel verfügbar 11

12 Vergärung von Zuckerrüben Methanerträge Methanerträge frischer Rüben (unsiliert) frische Zuckerrüben Trockenmasse 230 g / kg FM Aschegehalt 18 g / kg FM Methanerträge silierter Rüben (Rübenmus) Lufdicht geschlossene Siliergefäße bzw. untere Schichten offener Lagergefäße (ab 75 cm Tiefe) Deckschicht (0-75 cm) nicht luftdicht geschlossener Siliergefäße TS - Gehalt g/kg Frischmasse Aschegehalt g/kg Frischmasse Methanertrag Methangehalt: Biogasertrag 357 l/kg org. Trockensubstanz 75,5 m³/t Frischmasse 51 % 700 l/kg org. Trockensubstanz 148,1 m³/t Frischmasse Methanertrag Methangehalt Biogasertrag l/kg org. Trockensubstanz 78,1 61,3 m³/t Frischmasse 52,5 52,3 % 733,2 686,1 l/kg org. Trockensubstanz 148,9 117,5 m³/t Frischmasse 12

Abhängig vom Ertrag Kosten kalkuliert frei Anlage

13 Wirtschaftlichkeit der Zuckerrübenvergärung Erzeugungskosten der Rüben Erzeugungskosten: Abhängig vom Ertrag Kosten kalkuliert frei Anlage Variieren derzeit zwischen 27 / t bei 65 t/ha 31 / t bei 55 t/ha 13

Wirtschaftlichkeit der Zuckerrübenvergärung Kosten der Rüben als Gärsubstrat ( frei Fermenter ) Verfahrenskosten: Frischrübe: 45-52 ct / m³ CH 4

14 Wirtschaftlichkeit der Zuckerrübenvergärung Kosten der Rüben als Gärsubstrat ( frei Fermenter ) Verfahrenskosten: Frischrübe: ct / m³ CH 4 Rübenmus: ct / m³ CH 4 Ganzrüben: ct / m³ CH 4 im Fahrsilo Vergleich: alternative Substrate Silomais: ct / m³ CH 4 GPS ct / m³ CH 4 14

Alkoholkonzentrationen Alkohole verdunsten beim Öffnen des Silos Insgesamt hohe Bereitstellungskosten Hoher spezifischer

15 Fazit Rübenvergärung Sehr gute anaerobe Abbaubarkeit Optimal zur Kofermentation mit Grassilage oder GPS Senkung des Rühraufwandes im Fermenter Aber: Bei Silierung: wesentlich höhere Silierverluste als bei Halmgutsilage durch hohe Alkoholkonzentrationen Alkohole verdunsten beim Öffnen des Silos Insgesamt hohe Bereitstellungskosten Hoher spezifischer Gärrestanfall durch niedrige TS-Gehalte Fazit: Lediglich kostengünstige Übermengen ohne Silierung sind derzeit wirtschaftliche Substrate 15

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17 Vielen Dank Für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Andreas Lemmer 17

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