Gasdichtes Gärrestlager technische Fragen. Dr.-Ing. Jan Liebetrau

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1 Gasdichtes Gärrestlager technische Fragen Dr.-Ing. Jan Liebetrau

2 Inhalt 150 Tage Regelung - Formulierung Grundlage VDI 3475 Emissionen aus Biogasanlagen Fallbesprechung Separation Feststoffvergärung Anlagen mit hohem Gülleanteil Zusammenfassung 2

3 Gesetzestext EEG (4) Anlagenbetreiberinnen und Anlagenbetreiber von Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Biogas müssen sicherstellen, dass bei der Erzeugung des Biogases 1. ein neu zu errichtendes Gärrestlager am Standort der Biogaserzeugung technisch gasdicht abgedeckt ist und die hydraulische Verweilzeit in dem gasdichten und an eine Gasverwertung angeschlossenen System mindestens 150 Tage beträgt und 2. zusätzliche Gasverbrauchseinrichtungen zur Vermeidung einer Freisetzung von Biogas verwendet werden. Die Anforderung nach Satz 1 Nummer 1 gilt nicht, wenn zur Erzeugung des Biogases ausschließlich Gülle im Sinne des 2 Satz 1 Nummer 4 des Düngegesetzes eingesetzt wird. Ziel: Emissionsvermeidung! 3

4 Formulierung in VDI 3475 Festlegung auf Mindestverweilzeiten als Kriterium für biologischen Abbau, bei Unterschreiten dieser muss eine gasdichte Abdeckung der Gärrestlager erfolgen Gülle (bis 15 %TS) ist ausgenommen - Anlagen, die nur Gülle vergären keine Mindestverweilzeit und Abdeckung (Festmist?) Neuanlagen: 150 Tage Verweilzeit (gasdichtes System Fermenter + Gärrestlager) + gasdichte Abdeckung neuer Lager (alte Lager?) Bestandsanlagen: 110 Tage im Fermentersystem (temperiert), sonst 150 Tage im Gesamtsystem oder auf Verweilzeitnachweis kann verzichtet werden, wenn 1,5 % Restmethanbildung (20 C, 60 Tage) unterschritten werden 4

5 VDI 3475 T4 Ziel der 150 Tage Regelung ist Emissionsvermeidung (1,5 % Restgaspotential) Basis sind Ergebnisse des Biogas Messprogramm Offene Punkte: Verweilzeit ist nicht einziges Kriterium für weitgehenden Abbau 20 C? (Bestimmung Restgaspotential) Zusammenhang Emissionen und Restgaspotentialsmessung unklar Berechnung der Verweilzeit 5

6 Relatives Restgaspotenzial in Bezug auf Frischmasse [%] VA TV 3 VA FV 3 VA TV 3 Jaqueline Daniel-Gromke, 5. Statuskonferenz, Leipzig, VA FV 1 VA TV 2 VA TV 5 VA FV 1 VA NV 1 VA TV 2 VA TV 4 VA NV 1 VA NV 2 Ergebnisse Restgaspotenzial Abfallanlagen Gärrückstand nicht separiert Gärrückstand fest separiert Annahmen: Gasbildungspotenzial 74 m³ i.n. CH 4 /t Bioabfall; 10 % Frischmasseabbau durch Biogasbildung, Separationsverhältnis 20 % fester Gärrückstand zu 80 % flüssiger Gärrückstand. 6

7 Emissionen an Biogasanlagen Messmethoden Vor-Ort-Methodik Fernmessmethodik Begehung der Anlage zur Identifizierung der Einzelquellen angepasster Messstellenaufbau an Gärrestlagerung Leckagen Über-/Unterdrucksicherungen Erzeugung eines Volumenstroms Messung von Methan, Ammoniak, Lachgas Open-Path-Laserspektrometer Konzentrationsmessungen Hintergrund/Abwind Messung von Methan und Ammoniak Messung der meteorologischen Umgebungsbedingungen Modellierung der Quellstärke der Gesamtemission Berechnung der Emissionsraten Aufsummierung der Einzelquellen 7

8 Messmethoden Quantifizierung einzelner Emissionsquellen Nicht gasdichte Gärrestlagerung Leckagen Methandiffusion in Stützluft V 380 m 3 h 1 E 60 g h 1 V 105 m 3 h 1 E 35 g h 1 V 55 m 3 h 1 E 95 g h 1 8

9 Messmethoden Fernmessmethode zur Quantifizierung diffuser Emissionen 9

10 Klimaeffekte einer Biomethanwirtschaft vorläufige Zwischenergebnisse Methanemissionen 1. Messphase 2013 Gesamt-Methanemission in % CH 4 : BMA 1, April 2013 BMA 2, März 2013 BMA 3, März 2013 Fernmessung 0,5 0,6 0,2 (April 2013) Vor-Ort-Messung 0,12 0,12 0,14 Nicht gemessene Emissionsquellen Bemerkungen Container mit Biogasanalyse Biogasaufbereitung ist größte Methanemissionsquelle Tlw. Leckagen Stützluft Tlw. Gärrestlager Leckagen sind größte Methanemissionsquelle Geringe Methanemissionen durch Gärrestlager aufgrund geringer Temperaturen Tlw. Leckagen Leckagen an Fermentern sind größte Methanemissionsquelle Tlw. = Teilweise 10

11 Gesamtemissionen Liebetrau, J. Analysis of Greenhouse Gas Emissions from 10 Biogas Plants Within the Agricultural Sector. Water Science and Technology, Band 67, Ausgabe 6, S

12 THG-Bilanz landwirtschaftliche BGA Quelle: Liebetrau et al.: Emissionsanalyse und Quantifizierung von Stoffflüssen durch Biogasanlagen im Hinblick auf die ökologische Bewertung der landwirtschaftlichen Biogasgewinnung und Inventarisierung der deutschen Landwirtschaft. FNR e.v., FKZ: ,

13 THG-Emissionen [kg CO 2 -eq/mg Input Bioabfall] Quelle: Vortrag Statuskonferenz BMU Forschungsprogramm Effiziente Biomassenutzung November 2013, Jaqueline Daniel Gromke Jaqueline Daniel-Gromke, 5. Statuskonferenz, Leipzig, Ergebnisse THG-Bilanz (kg CO2-eq/Mg Input Bioabfall) 400,0 300,0 Gärrestausbringung Gärrestlager (flüssige/ feste Gärreste) Kompostierung/ Nachrotte 200,0 100,0 gefasste Emissionen nach Biofilter Strombedarf (Biogasanlage + BHKW) Emissionen Fermenter 0,0 Emissionen BHKW -100,0-200,0 Gutschrift - Gärrest Gutschrift - Wärmenutzung Gutschrift - Strom -300,0 NV 1 NV 2 NV 3 NV 4 TV 1 TV 2 TV 3 TV 4 TV 5 FV 1 FV 2 FV Saldo

14 Herausforderungen bei der Nachrüstung bestehender Lager Erweiterungen bzgl. der gelagerten Gasmenge (BImSch) Behälterstatik sulfatbeständiger Beton Leckagesicherung bei Abdeckung Große Lagervolumina und Temperatureffekte Nachrüstung ist technisch und wirtschaftlich nicht immer sinnvoll

15 Bewertung Feststoffseparierung Verweilzeitberechnung? Fermenter Nachgärer Gärrestlager (Flüssigphase) Feststoffe (wechselnde Füllstände durch Ausbringung) Rezirkulation Anrechnung nur Fermenter: bedeutet 150 Tage plus Flüssiglager - verfahrenstechnisch fraglich und wirtschaftlich unrentabel, hinsichtlich der Emissionsvermeidung fragwürdig (Emissionssituation bei Feststoffen aus landwirtschaftlichen Anlagen bisher ungeklärt) Option: Minimierung der Emissionen aus Feststoffen durch Aerobisierung und Kompostierung 15

16 Bewertung Garagenfermenter In der Landwirtschaft kaum angewendet (Erweiterung Ausnahmeregelung für Festmist??) Im Bioabfallsektor mit Nachrotte eingesetzt Gasdichte Abdeckung der Gärreste wenig sinnvoll, technisch kaum lösbar Verweilzeiten von 150 Tagen für dieses Verfahren nicht machbar Lösung: Emissionsvermeidung durch Aerobisierung und Nachkompostierung (theoretisch auch Trocknung) Wichtig: Korrekte Ausführung!! 16

17 Gülleanlage Anlagen mit hohen Gülleanteilen sind von der Verweilzeitregelung stärker betroffen (40 KW aus Gülle mit 150 Tagen Verweilzeit erfordern ca m³ Fermentervolumen, 40 KW aus Mais 320 m³) Anlagen mit hohen Gülleanteilen werden oft am Standort von Mast/Milchviehbetrieben gebaut und haben damit Lagerkapazitäten (meist offen, Neubau Gärrestlager nicht notwendig, Nachrüstung technisch oft schwierig) Güllevergärung stellt generell Verbesserung dar Absenkung der notwendigen Verweilzeit wünschenswert (evtl. abgestuft bis 80 % Gülleanteil oder VDI konform 110 Tage, mit Möglichkeit des Nachweises des Restgaspotentials) 17

18 Zusammenfassung Notwendige Klarstellung: Verweilzeitberechnung (Volumenveränderung durch Abbauprozess, Betrachtung von Lagern mit wechselnden Füllständen, Systeme mit Separation) Welche Bedeutung hat Verweilzeit bei vollständiger gasdichter Abdeckung? Umgang mit Austrag von Stoffströmen aus dem gasdichten System (Feststoffen aus Separation, Feststoffvergärungsverfahren, Flüssigphase) Vorschläge zur Anpassung Offene Lagerung von Gärprodukten: Alternativlösung zur Verweilzeitregelung bei Nachweis von geringen Emissionen Bei Feststoffen: Emissionsvermeidung durch aerobe Stabilisierung oder Trocknung Ausweitung der Ausnahmeregelung auf Festmisteinsatz in Gülleanlagen Verkürzung der Verweilzeiten für Anlagen bei hohen Gülleanteilen 18

19 Forschung für die Energie der Zukunft Wir laden Sie ein! Ansprechpartner Prof. Dr. mont. Michael Nelles Daniel Mayer Prof. Dr.-Ing. Daniela Thrän Dr.-Ing. Jan Liebetrau Dr.-Ing. Volker Lenz Dr.-Ing. Franziska Müller-Langer DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel.: +49 (0)

20 VDI Originaltext 20