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1 UNIVERSITÄT HOHENHEIM Landesanstalt für Agrartechnik & Simon Zielonka

2 Untersuchungen zur Entwicklung eines optimalen Verfahrens der Vergärung von Grassilage durch zweiphasige Prozessführung mit Bioleaching Projektleitung: Projektbearbeitung: Betreuung Promotionsvorhaben: Dr. sc. agr. Hans Oechsner Dr. sc. agr. Andreas Lemmer M. Sc. agr. Simon Zielonka Prof. Dr. Thomas Jungbluth Verbundprojekt: Projektträger: Projektfinanzierung: Biogas-Crops-Network Projekträger Jülich BMBF

3 BMBF-Projekt Netzwerke Grundlagenforschung erneuerbare Energien und rationelle Energieanwendungen Projektkoordination: IASP: Institut für Agrar- und stadtökologische Projekte e.v.

4 Gliederung Problemstellung & Zielsetzung Zweiphasiger Verfahrensansatz Material & Methode Vorläufige Ergebnisse ausgewählter Versuche: Variation der Hydrolysetemperatur Fazit Problemstellung & Zielsetzung Zweiphasiger Verfahrensansatz Material & Methode Ergebnisse Fazit

5 Problemstellung & Zielsetzung Problemstellung: Rückgang der Milchviehbestände freies Grünland Ca. 26 % des Grünlandes in Baden Württemberg werden im Jahr 2015 nicht mehr nachhaltig zur Futterproduktion genutzt (RÖSCH, 2007) Verwertung zur Erzeugung von Biogas Aber: Technische Probleme bei der Verwertung hoher Grassilageanteile in einphasigen Flüssigvergärungsanlagen roblemstellung & Zielsetzung Zweiphasiger Verfahrensansatz Material & Methode Ergebnisse

6 Problemstellung & Zielsetzung Zielsetzung: Entwicklung & Erforschung eines zweiphasigen Verfahrensansatzes zur Grasvergärung stabiler Fermentationsprozess Monofermentation von Grassilage Feststofffermentation zur Reduktion der verfahrenstechnischen Probleme Batch-Betrieb roblemstellung & Zielsetzung Zweiphasiger Verfahrensansatz Material & Methode Ergebnisse

7 Zweiphasiger Verfahrensansatz Hydrolyse Acidogenese Acetogenese Methanogenese Biomasse Polysaccharide Proteine Lipide Monomere Zucker Aminosäuren Fettsäuren Hydrolyse-Fermenter 55 C & ph ~5 Hydrolytische Bakterien Acidogene Bakterien Fettsäuren H 2 /CO 2 H 2 Acetogene Bakterien Acetat Biogas CH 4 /CO 2 38 C & ph ~7 Methanogenese-Fermenter Methanogene Bakterien Nach BRYANT, 1979; nach WEILAND, 2001 roblemstellung & Zielsetzung Zweiphasiger Verfahrensansatz Material & Methode Ergebnisse Fazit

8 Zweiphasiger Verfahrensansatz Bessere Lebensbedingungen für die Bakteriengruppen Verkürzung der Hydrolyse Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Methan-Fermenter Schnelle Umsetzung des Substrats zu Methan

9 Material & Methode Laboranlage zur zweiphasigen Prozessführung 5 Fermenterpaare, jeweils mit Hydrolysefermenter & Methanreaktor Ein 13 l Zwischenbehälter & ein 150 l Gassack für jeden isolierten 50 l Edelstahl-Fermenter Die Anlage wird mit Wasserbädern beheizt

10 Schema der Versuchsanlage

11 Zweistufiges Verfahrensschema Eigenberieselung: Hydrolyse und Methanstufe 15 min Perkolation / 45 min Pause

12 Zweistufiges Verfahrensschema Perkolataustausch Methanogenese Hydrolyse 1 x am Tag Außer in der Hydrolysephase

13 Vorläufige Ergebnisse Variation der Hydrolysetemperatur

14 Variation der Hydrolysetemperatur Ausgangsdaten: Silage: Ballensilage (Wiesengras, 1. Schnitt) Versuchsbetrieb Meiereihof TS: 29,2 % FM ots: 26,0 % FM

15 Variation der Hydrolysetemperatur Ausgangsdaten: 4 kg FM Grassilage + 10 l Wasser/ Hydrolysefermenter 50 l Perkolat aus vorhergehenden Versuchen in Methanstufe 4 Tage Hydrolysephase Perkolation: 15 min / 45 min Pause 4 kg Perkolataustausch Versuchsdauer 26 Tage

16 Variation der Hydrolysetemperatur Variation Temp. ( C) Fermenterpaar

17 Variation der Hydrolysetemperatur Biogas-Sum m enkurven der Hydrolyseferm enter Gassumme 1H Gassumme 2H Gassumme 3H Gassumme 4H Gassumme 5H 55 C 38 C Biogas [ln] Versuchsdauer [d] 25 C

18 Variation der Hydrolysetemperatur Methangehalt Biogasertrag Methanertrag Vol. % Vol. % Vol. % 55 C Hydrolyse 36,32 58,89 41,85 38 C Festbettreaktor 72,28 41,11 58,15 38 C Hydrolyse 33,57 57,58 39,09 38 C Festbettreaktor 71,07 42,42 60,01 25 C Hydrolyse 10,37 33,57 6,75 38 C Festbettreaktor 72,37 66,43 93,25

19 Variation der Hydrolysetemperatur Fermemterpaar spez. Gasertrag spez. Methanertrag Abbaugrad [l N / kg ots] [l N / kg ots] % 1 842,71 430,64 75, ,56 380,67 65, ,82 358,01 67, ,77 268,15 40, ,85 269,74 34,98 55 C 38 C 25 C

20 Fazit Hydrolysetemperatur In der thermophilen Hydrolyse wurden vor der mesophilen und psychrophilen Hydrolyse innerhalb von 26 Tagen die höchsten Gas-/ Methanerträge (~850 bzw. 430 l N / kg ots und Abbaugrade der ots (bis 75 %) erreicht Die Methanbildung in der Hydrolysestufe wird mit sinkender Temperatur verzögert

21 Fazit Fazit generell: Stabiler Prozess Gute Auswaschung und guter Abbau der ots (Abbaugrade bis 85 % der ots) Austauschen von Perkolat zwischen den Stufen Starke Auswirkungen auf die Hydrolysestufen (ph, CSB) Geringere Auswirkungen auf die Methanstufen Leistungsfähige Methanstufen

22 Fazit Fazit generell: Methanstufen bilden hochwertiges Gas (Methangehalt ~70%) aber der Anteil der Hydrolysestufen an der insgesamt gebildeten Gasmenge ist höher Verweilzeit: ca. 25 Tage Durchschnittlicher Methanertrag: 364 l N / kg ots Durchschnittlicher Abbaugrad: 78 % der ots

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!