Biogas-ExpertInnen-Stammtisch Leoben,

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1 Biogas-ExpertInnen-Stammtisch Leoben, Biogasanlagenmonitoring Steiermark Präsentation des Endberichtes Mag. Dr. Ingrid Winter Amt d. Stmk. Landesregierung Fachabteilung 19D - Abfall- und Stoffflusswirtschaft Mag. Heinz Praßl Ing. Gerhard Agrinz GmbH

2 45 Biogasanlagen in der Steiermark davon 15 Projektteilnehmer

3 Durchführung des Projektes Laufzeit: Jan Jan Beauftragung durch: FA17A und FA19D Durchführung: Ing. Gerhard Agrinz GmbH weitere Beteiligte: b.a.r.b.a.r.a. GmbH (Probenentnahme und Labor), Gieler EDV (Datenbank), Lokale Energieagentur Oststeiermark (Projektunterstützung), ARGE Kompost & Biogas (Projektunterstützung) teilnehmende Biogasanlagen-Betreiber: 2007: 15 Biogasanlagen 2008: 14 Biogasanlagen 12 gewerbliche Biogasanlagen 3 Biogasanlagen im Rahmen eines landwirtschaftlichen Betriebes Input nur Energiepflanzen und Wirtschaftsdünger: 4 (2007) bzw. 5 (2008) Anlagen

4 Ziele des Projektes Ziele der Fachabteilung 19D Abfall- und Stoffflusswirtschaft: Kenntnis der Stoffflüsse für Wertstoffe und Schadstoffe Abschätzung der zukünftigen Entwicklung Erkennen des Steuerungs- und Regelungsbedarfs Ziele der Fachabteilung 17A Energiewirtschaft und allgemeine technische Angelegenheiten Fachstelle Energie: Informationen über Effizienz und Wirtschaftlichkeit Erkennen und Nutzen von Optimierungspotenzialen

5 Durchführung des Projektes Erhobene Daten Anlagendaten Betriebsdaten Beprobungsdaten Betreibername und -adresse Mengen der Inputmaterialien pro Jahr Inputmaterialien Standortadresse Biogasausbeute pro Jahr Fermenterinhalt Anlagengröße und -art Betriebsstunden pro Jahr Gärrückstand Anlagenprozess Strom- und Wärmeproduktion pro Monat Gärrückstand - Hygiene Liste der Inputmaterialien (Art und Menge) Strom- und Wärmeeigenbedarf Monat Lager für Inputmaterialien Strom- und Wärmeverkauf pro Monat Elektrische Leistung Gärrückstände (Menge und Verwertung) Wärmeleistung Abgegebene Mengen Gärrückstände Liste der Strom- und Wärmeabnehmer Flächen für Verwertung der Gärrückstände Lagerart und -größe für Gärrückstände Art der Verwertung der Gärrückstände Investitionskosten Betriebskosten

6 Durchführung des Projektes Datengrundlagen teilnehmende Biogasanlagen 14 Vorerhebungen 10 Fotodokumentationen 15 Datenerhebungen 11 komplett, 3 unvollständig, 1 unwillig 139 Proben 57 Input-, 50 Fermenter-, 32 Endmaterial- Proben teilnehmende Biogasanlagen 13 Datenerhebungen 11 komplett, 2 unvollständig, 1 unwillig 101 Proben 24 Input-, 48 Fermenter-, 29 Endmaterial- Proben

7 Inputmaterialien

8 CCM ohne Spindel Maissilage Mais Beprobungsdaten N-Gehalte der Inputmaterialien Stickstoffgehalt Mais Ganzmais Silage Probe Maisganzkorn Körn ermais u. Spindel Gehalt in kg/t Feuchtmasse

9 Beprobungsdaten N-Gehalte der Inputmaterialien 7 Stickstoffgehalt in Ganzmaissilage (n = 15) 7 Stickstoffgehalt in Schweinegülle bezogen auf die Feuchtmasse FM (n = 11) kg/t kg N/t FM 0 kg N/t FM

10 Beprobungsdaten Fermenterinhalte Beurteilung der Fermenterstabilität anhand der Publikation: Gütesiegel Biogas des IFA Tulln (2006): 3 Wertebereiche grün, gelb, rot Bei 25% der Proben Überschreitungen: 10 Proben im roten Bereich 4 Proben im gelben Bereich

11 Beprobungsdaten Fermenterinhalte mg/kg FM Konzentrationen von flüchtigen organischen Säuren in Fermenterproben (n= 56) Essigsäure Propionsäure i-buttersäure n-buttersäure i-valeriansäure n-valeriansäure Weitere untersuchte Parameter: ph-wert TS ots Ammonium-Stickstoff Ammoniak-Stickstoff (UAN) Stickstoff gesamt Sulfid Schwefel gesamt Summe flüchtige org. Säuren FOS/TAC

12 Beprobungsdaten Fermenterinhalte Beurteilung der Fermenterstabilität anhand der Publikation: Gütesiegel Biogas des IFA Tulln (2006): 3 Wertebereiche grün, gelb, rot Bei 25% der Proben Überschreitungen: 10 Proben im roten Bereich 4 Proben im gelben Bereich Effekte des Monitorings: in 6 von 14 Fällen deutliche Verbesserung des Fermenterzustandes in 2 von 14 Fällen gleichbleibender Zustand in 4 Fällen keine weitere Beobachtung, da letzte Beprobungsrunde

13 Beprobungsdaten N Gehalte in Gärrückständen Stickstoffgehalt im Gärrückstand bezogen auf die Feuchtmasse (n=45) kg/t FM Kjeldahl-Stickstoff in kg/t FM

14 Beprobungsdaten N Gehalte in Gärrückständen Stickstoffgehalt im Gärrückstand % aller Proben aus Anlagen mit Input: Nawaros + Gülle % aller Proben aus Anlagen mit Input: (auch) andere Substrate % aller Proben aus Anlagen mit Input: auch TNP Biogasgülle Gärrückstand Gärrückstand aus TNP- Verarbeitung ,1-4 4,1-5 5,1-6 6,1-8 > 8 kg N/t FM

15 Beprobungsdaten Schwermetalle in Gärrückständen Kupfer- und Zinkfrachten pro 175 kg Stickstoff % aller Proben aus Anlagen mit Input: Nawaros + Gülle % aller Proben aus Anlagen mit Input: (auch) andere Substrate Biogasgülle Gärrückstand g Kupfer > 350 g Kupfer g Zink > g Zink

16 Beprobungsdaten Hygienestatus der Gärrückstände Untersuchte Parameter: E. coli, Pathogene E. coli, Salmonella, Campylobacter, Listeria, Wurmeier, Helminthen Inputmaterialien: Energiepflanzen Wirtschaftsdünger Energiepflanzen Wirtschaftsdünger weitere Abfälle Rückstand: Biogasgülle Gärrückstand % der Proben, in denen (ein oder mehrere) Keime nachgewiesenen wurden 53% 33%

17 Beprobungsdaten Hygienestatus der Gärrückstände Untersuchte Parameter: E. coli, Pathogene E. coli, Salmonella, Campylobacter, Listeria, Wurmeier, Helminthen Inputmaterialien: Energiepflanzen Wirtschaftsdünger Energiepflanzen Wirtschaftsdünger weitere Abfälle Rückstand: Biogasgülle Gärrückstand % der Proben, in denen (ein oder mehrere) Keime nachgewiesenen wurden 53% 33% Effekte des Monitorings: Reduktion der Proben mit Keimen insgesamt um 40% (Nachlagerung, gezielte Auswahl der Inputmaterialien)

18 Anlagenparameter Biogasertrag Gesamtbiogasertrag Nm³ (12 Anlagen, 2007) Nm³ (12 Anlagen, 2008) Tägliche Biogasproduktion pro m 3 Faulraum [m 3 /m 3.d] % der Anlagen Tägliche Gasproduktion pro m³ Faulraum von 0,5 bis 2,4 m³/m³,d Mittelwert: 1,2 m³/m³,d ,7 0,8-1 1,1-1,5 1,6-2 > 2 m 3 /m 3.d

19 Anlagenparameter Methanertrag Methangehalt von 50 bis 70 % Mittelwert: 57 % Mittelwert (EP, WD): 54 % Mittelwert (TNP): 61 % Methanertrag pro kg org. Trockenmasse von 0,3 bis 0,7 m³/kg ots Mittelwert: 0,4 m³/kg ots Mittelwert (TNP): 0,5 m³/kg ots Methanertrag pro kg ots [m 3 /kg] % der Anlagen ,3 0,31-0,4 0,41-0,5 > 0,5 m 3 /kg ots

20 Anlagenparameter Raumbelastung Faulraumbelastung pro m³ Fermentervolumen von 1,0 bis 11,0 kg ots/m³,d Mittelwert: 4,0 kg ots/m³,d ca. 25 % der Anlagen < 2,0 kg ots/m³,d Raumbelastung der Fermenter mit ots [kg /m 3.d] 36 % der Anlagen ,1-4 4,1-6 > 6 kg ots/m 3.d

21 Anlagenparameter Stromproduktion, Volllaststunden Stromproduktion - Gesamt: kwh (2007) kwh (2008) - Pro Biogasanlage: kwh (12 Anlagen, 2007) kwh (11 Anlagen, 2008) Stromeigenverbrauch - Werte von 0,7 bis 14,8 % der Stromproduktion - Durchschnitt: 7,7 % (11 Anlagen, 2007) bzw. 6,6 % (10 Anlagen, 2008) Volllaststunden - Durchschnitt (über beide Jahre): h - 26 % der Jahreswerte < h und 35 % der Jahreswerte > h

22 Anlagenparameter Wärmeproduktion Wärmeproduktion - Gesamt: kwh (2007) kwh (2008) - Pro Biogasanlage: kwh (12 Anlagen, 2007) kwh (12 Anlagen, 2008) Wärmeeigenverbrauch - Werte von 2,9 bis 22,3 % der Wärmeproduktion - Durchschnitt: 12,4 % (10 Anlagen, 2007) bzw. 11,5 % (11 Anlagen, 2008) Externe Wärmenutzung (ohne Wärmeeigenverbrauch) - Werte von 0,5 bis 100,0 % (2007) - Werte von 0,4 bis 80,3 % (2008)

23 Anlagenparameter Brennstoffnutzungsgrad Brennstoffnutzungsgrad Mittelwert: 64,5 % Brennstoffnutzungsgrad [%] % der Anlagen 27 Mittelwert (EP, WD): 53 % Mittelwert (andere): 73 % ca. 41 % der Anlagen < 60 % > 80 %

24 Anlagenparameter Wirtschaftlichkeit Ausgaben Durchschnitt pro Biogasanlage: 877 /kw,a (2007) /kw,a (2008) Investitionskosten Investitionskosten pro Leistung: von /kw bis /kw abhängig vom Alter (Kosten nicht inflationsbereinigt) und der Ausstattung der Biogasanlagen

25 Empfehlungen Optimierung der Prozessführung: Überwachung des biologischen Prozesses (Fermenterstabilität) Optimierung der Faulraumbelastung bessere Substratausnutzung (ots-abbau, Verweilzeiten) tägliche Aufzeichnungen (Input Betriebszustände Output (inkl. Verbleib) Regelmäßige Analysen aller Gärrückstände (auch Biogasgüllen ) Nährstoffe (Stickstoff) zur Düngeplanung Schadstoffe (Zink, Kupfer, Hygienestatus) zur Vermeidung von Schadstoffeinträgen in den Boden Nutzung der Potenziale zur Anlagenoptimierung: Erhöhung der durchschnittlichen jährlichen Volllaststunden Erhöhung des Brennstoffnutzungsgrades (Wärmenutzung!) Anlagenausstattung: Einrichtungen zum Wiegen, zur Hydrolyse, zum Messen der Prozessparameter; BHKW mit höherem Wirkungsgrad, etc.

26 Empfehlungen Eigen-Monitoring zur Qualitätssicherung: Die im Rahmen des Projektes errichtete Betreiber-Datenbank steht unter allen Anlagenbetreibern zur Verfügung

27 Kontakt und weitere Informationen Mag. Dr. Ingrid Winter Amt d. Stmk. Landesregierung Fachabteilung 19D 8010 Graz, Bürgergasse 5a Mag. Heinz Praßl Ing. Gerhard Agrinz GmbH 8430 Leibnitz Emmerich-Assmann-Gasse prassl@agrinz.at