Endbericht. Optimierung der Beschaffungs- und Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen. Projektnummer /8539

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1 eine Initiative des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) Endbericht erstellt am 28/01/2008 Optimierung der Beschaffungs- und Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen Projektnummer /8539 Auftragnehmer: Universität für Bodenkultur Wien Department für Nachhaltige Agrarsysteme, Institut für Landtechnik 2. Ausschreibung der Programmlinie Energiesysteme der Zukunft

2 Ausschreibung Projektstart 01/02/2006 Projektende 31/10/2007 Gesamtprojektdauer (in Monaten) 2. Ausschreibung der Programmlinie Energiesysteme der Zukunft 21 Monate Gesamtbudget BMVIT-Finanzierung Auftragnehmer (Institution) Ansprechpartner Postadresse Universität für Bodenkultur Wien, Department für Nachhaltige Agrarsysteme, Institut für Landtechnik Thomas Amon Peter Jordan-Straße 82, 1190 Wien Telefon ++43-(0) Fax ++43-(0) Website

3 Titel: Optimierung der Beschaffungs- und Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen Synopsis: Technische und ökonomische Analyse sowie Darstellung von Verbesserungsmöglichkeiten für verschiedene Systeme der Bereitstellungs- und Entsorgungslogistik bei Biogasanlagen Projektleiter / ProjektmitarbeiterInnen: Institution / Unternehmen Antragsteller A Institut für Landtechnik Werkvertragspartner W1 HBLuFA Francisco Josephinum MitarbeiterIn Ao.Univ.Prof.Dr. Thomas Amon Dr. Katharina Hopfner-Sixt Dr. Barbara Amon DI Alexander Bauer DI Franz Handler Dipl.-HLFL-Ing. Emil Blumauer W2 Institut für Agrar- und Dr. Michael Eder Forstökonomie DI Bernhard Stürmer W3 Arge Kompost und Biogas DI (FH) Arne Ritzmann Wien, Jänner

4 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... 7 Tabellenverzeichnis Kurzfassung Abstract Einleitung Ziele des Projektes Inhalte und Ergebnisse des Projekts Beschreibung des Standes der Technik Erntetechnik Silomais, Ackerfutter (Wechselwiesen, Klee- und Luzernegrasmischungen), Dauergrünland, Getreideganzpflanzen, Sonnenblume, Hirse und Grünroggen CCM und Maiskornsilage Futter- und Zuckerrüben Wirtschaftdünger Substratlagerung Flüssige Substrate Energiepflanzen CCM und Maiskornsilage Biogastechnologie mit Schwerpunkt Substrateinbringung Einbringung flüssiger Substrate Einbringung fester Substrate Separierung Verfahren zur Separierung Verfahrenstechnische Leistung der Separatoren Effekte der Separierung Ausbringtechnik Unbehandeltes Gärsubstrat und flüssige Phase nach dem Separieren Ausbringung der festen Phase nach der Separierung des Gärrestes Düngung Humusversorgung...50

5 Stickstoffdüngung Material und Methoden Arbeitspaket Arbeitspaket 2: Betriebserhebungen Separierung Basisdaten Substratdaten Mess- und Analyseplan Datenauswertung Arbeitspaket 3: Distributionslogistik Arbeitspaket 4: Ökonomie Kosten der Substratbereitstellung Siloanlage Einbringtechnik Gülleendlager Separierung Ausbringungskosten der Biogasgülle Optimierungsmodell Szenarien Ergebnisse Arbeitspaket Ernte, Transport und Lagerung von Halmgütern Ernte, Transport und Lagerung von Maiskornsilage Beschickung der Anlage Ergebnisse der Simulation von logistischen Ketten Arbeitspaket 2: Separierung Kenndaten der Separatoren Prozesskennzahlen Separierung des Gärrückstands Arbeitspaket 3: Distributionslogistik Ausbringung des Gärrestes und der flüssigen Phase nach der Separierung Ausbringung der festen Phase nach der Separierung des Gärrestes Arbeitspaket 4: Ökonomie Rangreihung der Kulturen und optimale Erntekombinationen Bunkerfeldhäcksler Wirtschaftlich sinnvolle Wartezeit des Feldhäckslers Siloanlage Einbringsysteme

6 Gülleendlager Separatoren Gülleausbringung Szenarien Detailangaben in Bezug auf die Ziele der Programmlinie Schlussfolgerungen zu den Projektergebnissen Ausblick und Empfehlungen Literatur Anhang

7 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Häufigkeit der verwendeten Substrate in Biogasanlagen (Hopfner-Sixt 2007).24 Abbildung 2: Logistische Ketten für die Versorgung einer Biogasanlage mit nachwachsenden Rohstoffen vom Feld...25 Abbildung 3: Häckseln auf parallel fahrendes Transportfahrzeug...26 Abbildung 4: Überladehäcksler beim Häckseln und Überladen...26 Abbildung 5: Massenstrom durch den Häcksler bei der Silomaisernte in Abhängigkeit von der theoretischen Häcksellänge (Zusammenfassung aus FVM Müszaki Intezet (2002) und DLG (2004)...27 Abbildung 6: Massenstrom durch den Häcksler in Abhängigkeit von der Arbeitsbreite beim Häckseln von Silomais (nach Mölder 2005)...27 Abbildung 7. Paralleles Abladen und Verdichten während der Substrateinlagerung...31 Abbildung 8. Abdeckung von Silos, (KASAL, FRICK, WACHTLER 2003)...32 Abbildung 9: Leistungsfähige Musmühle mit Befüllschnecke...35 Abbildung 10. Schema einer modernen Biogasanlage...36 Abbildung 11. Pumpsysteme...37 Abbildung 12. Einbringsysteme für stapelbare Substrate (Energiepflanzen)...37 Abbildung 13. Stopfschnecke im Fermenter und Presskolben...38 Abbildung 14. Adaptierter Futtermischwagen mit Wiegezellen...39 Abbildung 15. Abschiebecontainer...39 Abbildung 16: Siebtrommelseparator...42 Abbildung 17: Pressschneckenseparator...43 Abbildung 18: Abscheidegrad eines Pressschneckenseparators bei der Separierung von Rindergülle (nach Boxberger et al. 1992)...46 Abbildung 19: Gärrestübergabestelle mit Steuerungskasten für die Güllepumpe...48 Abbildung 20: Auf abgeernteten Körnermaisfeld mit Schleppschlauchverteiler ausgebrachter Gärrest...49 Abbildung 21: Schema der N-Dynamik und der N-Düngebedarfsermittlung (nach Kersebaum 1996)...52 Abbildung 22: Gegenüberstellung von Durchfluss - Speichersystem und System "Ring in Ring"...59 Abbildung 23: Foto einer im Rohbau befindlichen "Ring in Ring" Anlage...60 Abbildung 24: Schematische Darstellung der beiden Fermentersysteme Rückert und Ring in Ring...60 Abbildung 25. Zusammenhang zwischen der hydraulischen Verweilzeit und der Raumbelastung bei unterschiedlichen Substratkonzentrationen (verändert von Derdack et al nach Wellinger et al. 1984)...66 Abbildung 26: Massenstrom durch den Häcksler in Abhängigkeit von der Schwadstärke beim Häckseln von Anwelkgut...78 Abbildung 27: Ladedichte beim Transport von gehäckseltem Anwelkgut (Ackerfutter und Dauergrünland) TM = Trockensubstanz (TS)...81 Abbildung 28: Arbeitsplatz eines Wiegemeisters

8 Abbildung 29: Probenziehung vom Anhänger und Schnellbestimmungsgerät zur Feuchtebestimmung mit angeschlossenem Drucker...83 Abbildung 30: Codierung der Transporteinheit mit Lieferantencode...83 Abbildung 31: Arbeitszeitbedarf für den Häckselguttransport bei der Silomaisernte in Abhängigkeit von der Feld-Hofentfernung (Lagerungsdichte am Anhänger: 110 kg TS/m³, mittlere Fahrgeschwindigkeit leer 35 km/h, voll 30 km/h, keine Wartezeit des Häckslers)...91 Abbildung 32: Arbeitszeitbedarf für den Häckselguttransport bei der Silomaisernte in Abhängigkeit von der Feld-Hofentfernung bei einer Lagerungsdichte am Anhänger von 110 kg TS/m³ und 130 kg TS/m³ (mittlere Fahrgeschwindigkeit leer 35 km/h, voll 30 km/h, keine Wartezeit des Häckslers)...92 Abbildung 33: Arbeitszeitbedarf für den Häckselguttransport bei der Silomaisernte bei unterschiedlichen Massenströmen durch den Häcksler (Lagerungsdichte am Anhänger von 110 kg TS/m³, mittlere Fahrgeschwindigkeit leer 35 km/h, voll 30 km/h, keine Wartezeit des Häckslers)...93 Abbildung 34: Vergleich von Bunkerfeldhäcksler (445 kw) und normalem Feldhäcksler (458 kw) bezüglich des Arbeitszeitbedarfes pro Schlag...94 Abbildung 35: Arbeitszeitbedarf für den Häckselguttransport bei der Silomaisernte in Abhängigkeit von der Feld-Hofentfernung (Lagerungsdichte am Transportfahrzeug: 110 kg TS/m³, mittlere Fahrgeschwindigkeit Traktor leer 35 km/h, voll 30 km/h, mittlere Fahrgeschwindigkeit LKW leer 65 km/h, voll 55 km/h, keine Wartezeit des Häckslers)...95 Abbildung 36: Arbeitszeitbedarf für den Häckselguttransport bei unterschiedlichen Kulturen (Häcksler 232 kw, Ladevolumen 40 m³, 115 kw, mittlere Fahrgeschwindigkeit leer 35 km/h, voll 30 km/h, keine Wartezeit des Häckslers. TM = Trockensubstanz (TS))...96 Abbildung 37: Arbeitszeitbedarf für den Feuchtmaistransport bei unterschiedlichen Transportfahrzeugen (Lagerungsdichte am Anhänger 420 kg TS/m³, 65 % TS, mittlere Fahrgeschwindigkeit Traktor leer 35 km/h, voll 30 km/h, mittlere Fahrgeschwindigkeit LKW leer 65 km/h, voll 55 km/h, keine Wartezeit des Mähdreschers, Mähdrescher 6-reihig, 221 kw, 15,0 t TS/h)...97 Abbildung 38: Versuchsaufbau zur Ermittlung der Abscheideleistung...98 Abbildung 39: Zusammenhang zwischen dem Trockensubstanzgehalt im Zulauf und dem Anteil der flüssigen Phase Abbildung 40: Abscheidegrad bei der Separierung von Gärrückständen Abbildung 41: Prozentuelle Veränderung der Zusammensetzung der festen Phase nach der Separierung im Vergleich zum unbehandelten Gärrückstand Abbildung 42: Prozentuelle Veränderung der Zusammensetzung der flüssigen Phase nach der Separierung im Vergleich zum unbehandelten Gärrückstand Abbildung 43: Gehalt an organischer Trockensubstanz, Stickstoff, Phosphor und Kalium pro m³ Substrat Abbildung 44: Gehalt an organischer Trockensubstanz, Stickstoff, Phosphor und Kalium pro t Substrat Abbildung 45: Einfluss der Separierung auf den Gehalt von Makro- und Mikronährstoffen.108 Abbildung 46: Einfluss der Fassgröße auf den Arbeitszeitbedarf bei der Gärrestausbringung (Ausbringmenge 30 m³/ha, Schlaggröße 3 ha) Abbildung 47: Einfluss der Ausbringmenge auf den Arbeitszeitbedarf bei der Gärrestausbringung bei konstantem Volumenstrom durch den Verteiler (Pumpfass 18 m³ mit Schleppschlauchverteiler (15 m Arbeitsbreite), Traktor 130 kw, Schlaggröße 3 ha)

9 Abbildung 48: Einfluss der Schlaggröße auf den Arbeitszeitbedarf bei der Gärrestausbringung bei verschiedenen Transportentfernungen (Pumpfass 18 m³ mit Schleppschlauchverteiler (15 m Arbeitsbreite), Traktor 130 kw, Ausbringmenge 30 m³/ha) Abbildung 49: Einfluss der Arbeitsbreite auf den Arbeitszeitbedarf bei der Gärrestausbringung bei verschiedenen Transportentfernungen (Pumpfass 15 m³ mit verschiedenen Verteilern, Traktor 120 kw, 3 ha Schlaggröße, Ausbringmenge 30 m³/ha).114 Abbildung 50: Gärresttransport in Abhängigkeit von der Transportentfernung Abbildung 51: Erforderlicher Arbeitszeitbedarf in Abhängigkeit von der Schlaggröße Abbildung 52: Erforderlicher Arbeitszeitbedarf in Abhängigkeit von der Sollausbringmenge und der zu düngenden Fläche bei 50 m³/h Volumenstrom Abbildung 53: Erforderlicher Arbeitszeitbedarf bei Gärrestverschlauchung ab Feldrandcontainer (Volumenstrom 50 m³/h, ohne Gärresttransport zum Container) Abbildung 54: Gesamterntekosten für Silomais mittels 458 kw Feldhäcksler und 40 m³ Transporteinheiten (FH_458kW, TR_40m³), 458 kw Feldhäcksler und 16 m³ Transporteinheiten (FH_458kW, TR_16m³) und Bunkerfeldhäcksler mit 33,8 m³ Transporteinheiten (BFH_455kW, TR_33,8m³) [ /ha exkl. USt] in Abhängigkeit der Hof-Feld- Entfernung [km] Abbildung 55. Jährlichen Gesamtkosten unterschiedlicher Silosysteme [ /Jahr] Abbildung 56. Gegenüberstellung der Einbringsysteme (jährliche Gesamtkosten in ) Abbildung 57. Gegenüberstellung der Ausbringungskosten [ /m³] von Güllefassausbringung und Verschlauchung in Abhängigkeit der Hof-Feld-Entfernung und der Schlaggröße Abbildung 58. Gegenüberstellung der Ausbringungskosten [ /m³] bei absetzigen Verfahren in Abhängigkeit der Hof-Feld-Entfernung und der Schlaggröße. Ausbringung vom Feldcontainer mittels Verschlauchung Abbildung 59. Gesamtausbringungskosten der flüssigen und der festen Phase [ /m³] bei Einsatz eines Separators

10 Tabellenverzeichnis Tabelle 1. Darstellung und Status der im Projekt zu erreichenden Meilensteine (M 1 10)..21 Tabelle 2. Trockensubstanz- und Energieverluste (Silomais), nach (NL 2007)...31 Tabelle 3.Anhaltswerte für den Gärsaftanfall, (StMLF 2004)...33 Tabelle 4: Kennwerte verschiedener Separierverfahren...44 Tabelle 5: Verfahrenskosten verschiedener Flüssigmistbehandlungsverfahren...44 Tabelle 6: Effekte trockensubstanzreduzierter flüssiger Wirtschaftsdünger...45 Tabelle 7: Empfehlungsgrundlage für die Stickstoff-, Phosphor- und Kaliumdüngung in kg N/ha bei mittlerer Ertragswartung (BMLFUW 2006, Saatbau-Linz 2007)...53 Tabelle 8: Arbeitsabschnitte beim Häckseln auf parallel fahrendes Transportfahrzeug und anschließendem Transport...55 Tabelle 9: Arbeitsabschnitte von der Ernte bis zur Lagerung beim Häckseln mit Überladehäcksler und anschließendem Transport...56 Tabelle 10: Arbeitsabschnitte bei der Herstellung von CCM und Maiskornsilage...57 Tabelle 11: Arbeitsabschnitte bei der Beschickung der Anlage...58 Tabelle 12. Kennwerte der Anlagentechnik der untersuchten Biogasanlagen...62 Tabelle 13: Durchschnittlicher täglicher Substratinput in t FM und in t TS...63 Tabelle 14: Probenahmeplan für die Separatorenuntersuchungen...64 Tabelle 15. Analyseplan für die Proben aus dem flächendeckenden und intensiven Monitoring...64 Tabelle 16: Arbeitsabschnitte bei einphasigen Systemen...67 Tabelle 17: Arbeitsabschnitte bei mehrphasigen Verfahren mit und ohne Feldrandcontainer...68 Tabelle 18: Gülleverschlauchung vom Endlager oder vom Feldrandbehälter aus (Arbeitsabschnitte für den Transport des Gärrestes zum Feldrandcontainer und das Umstellen des Feldrandcontainers siehe Tabelle 17)...69 Tabelle 19: Siloraumbedarf für 250 und 500 kw el. Biogasanlagen in Abhängigkeit der Substratgrundlage...73 Tabelle 20: Zusammenhang zwischen Motorleistung und Massenstrom durch den Häcksler...79 Tabelle 21: Zusammenhang zwischen Ladedichte, Trockensubstanzgehalt und Befüllweg beim Transport von Maishäckselgut...80 Tabelle 22: Zusammenhang zwischen Ladedichte und Trockensubstanzgehalt beim Transport von Sonnenblumenhäckselgut...80 Tabelle 23: Mittlere Ladedichte und Trockensubstanzgehalt von Häckselgut...81 Tabelle 24: Erforderlicher Arbeitszeitaufwand auf der Brückenwaage in Abhängigkeit vom Wiegesystem...85 Tabelle 25: Erforderlicher Arbeitszeitaufwand für die Entleerung der Transporteinheit...86 Tabelle 26: Arbeitszeitbedarf für das Transportieren von Silage mit Schneidzangen vom Flachsilo zum Vorlagebehälter...89 Tabelle 27: Kennzahlen der untersuchten Separatorentypen

11 Tabelle 28: Praxistauglichkeit der beiden Separatorentypen...99 Tabelle 29: Prozesskennzahlen der untersuchten Biogasanlagen Tabelle 30: Zusammenfassung aller Messergebnisse Tabelle 31: Nährstoffgehalte pro Masse und Volumen des Zulaufs zum Separator, der festen Phase und der flüssigen Phase Tabelle 32: Erforderlicher Arbeitszeitaufwand für Tätigkeiten vor und nach dem Gärrestverschlauchen Tabelle 33: Zeitbedarf bei unterschiedlicher Ausbringtechnik (30 m³/ha Sollausbringmenge) Tabelle 34: Zeitersparnis pro 10 m³ ausgebrachtem Gärrest durch Steigerung des Volumenstroms von 50 auf 70 m³/h Tabelle 35: Transport der festen Gärrestphase zum Feld (modifiziert nach KTBL 2006a)..120 Tabelle 36: Ausbringung der festen Gärrestphase ab Feldrandlager (modifiziert nach KTBL 2006a) Tabelle 37: Übersicht über die Rangreihung und den optimalen Einsatz von Erntekombinationen in Abhängigkeit der Feld-Hof-Entfernung (km) Tabelle 38: Ökonomisch sinnvolle, maximale Wartezeit des Feldhäckslers [min] bei verschiedenen Erntekulturen in Abhängigkeit der Feldhäckslerleistung und der Größe der Transporteinheit Tabelle 39: Gegenüberstellung der Szenarien in den wichtigsten Kennzahlen Tabelle 40: Kilometerabhängige Schattenpreise für Ausgangsszenario Tabelle 41: Kilometerabhängige Schattenpreise für Szenario Tabelle 42: Kilometerabhängige Schattenpreise für Szenario Tabelle 43: Kilometerabhängige Schattenpreise für Szenario

12 Kurzfassung Der Energiepflanzenbedarf von großen Biogasanlagen ist beträchtlich und stellt für die Anlagenbetreiber eine nicht zu vernachlässigende Herausforderung an die Logistik dar. Biogasanlage mit einer Leistung von 500 kw el., die ausschließlich Energiepflanzen vergären, weisen einen täglichen Substratdurchsatz von bis zu 38 t FM auf (Karpenstein-Machan 2005). Für die Produktion der Gärrohstoffe bedeutet dies einen Anbauflächenbedarf von rund 260 ha. Die Bewirtschaftung dieser großen Flächen, die bei Biogasanlagen mit 500 kw el. einen Transportradius von bis zu 20 km bedeuten kann, stellt hohe Anforderungen an die Logistik. Auf Grund des in der Regel hohen Wassergehaltes der verwerteten Rohstoffe müssen pro kwh erzeugte Energie verhältnismäßig große Massen antransportiert, gelagert und als Gärrest wieder abtransportiert werden. Im Rahmen dieses Projektes wurden die der Biogastechnologie vorgelagerten Bereiche Rohstoffbeschaffung und Rohstofflagerung sowie die nachgelagerten Bereiche Gärrestaufbereitung und Gärrestausbringung erfasst, bewertet und Optimierungspotentiale aufgezeigt. Ziel war es, die Wertschöpfung der Biogasproduktion aus agrarischen Rohstoffen durch logistische Maßnahmen sowohl auf der Eingangs- als auch auf der Ausgangsseite der Biogasanlage zu erhöhen und Möglichkeiten zur Systemoptimierung entlang der logistischen Kette aufzuzeigen. Die Datengrundlage wurde auf insgesamt 16 Österreichischen Biogasanlagen mittels detaillierten Erhebungen, Messungen und Datenaufzeichnungen erfasst. Die Ergebnisse der Analysen im Bereich der Substratbereitstellung, Separierung und Biogasgülleausbringung flossen in ein Optimierungsmodell mit dem Programm GAMS ein. Das Modell ermöglicht die simultane Optimierung des Anbaus, der Ernteverfahren und der Erntelogistik sowie der Biogasgülleausbringung unter unterschiedlichen betrieblichen Rahmenbedingungen. Die Ergebnisse des Projektes liefern Lösungsansätze zur Optimierung von Transportvorgängen in der Peripherie der Biogasproduktion. Die Anzahl der Transportfahrten wird verringert, was zu einer Entlastung der Anrainer führt und die Akzeptanz von Biogasanlagen in der Bevölkerung erhöht. Die Ergebnisse im Bereich der Beschaffungslogistik zeigen, dass eine optimale Abstimmung von Motorleistung und Arbeitsbreite der Erntemaschine die Voraussetzung für deren optimale Auslastung ist. Bei Kulturen, die vor dem Häckseln gemäht werden, ist die Schwadgröße mit ausschlaggebend für die mögliche Auslastung des Häckslers. Neben der Feld-Hofentfernung haben das Ladevolumen, die Ladedichte, die erzielbare Fahrgeschwindigkeit und die Anzahl der Transportfahrzeuge wesentlichen Einfluss auf den durch die Transportkette erzielten Massenstrom. Besonderes Augenmerk ist auf die Optimierung der Übernahme des Erntegutes beim Lager zu legen, um eine fehlerfreie Erfassung der Herkunft, des Gewichtes und der Trockensubstanz sicherzustellen und um Wartezeiten der Transportfahrzeuge zu vermeiden. Steigende Ladevolumina, höhere Ladedichten, leistungsfähigere Erntemaschinen vermindern den Arbeitszeitbedarf und Treibstoffbedarf pro t und transportierter Trockensubstanz. Aufgrund der Wartezeiten kann es bei bestimmten Feld-Hofentfernung Ausnahmen zu dieser allgemeinen Aussage geben. Die einzelnen Kulturen unterscheiden sich bezüglich der Ladedichte erheblich. Bei den Halmgütern weist Silomais mit rund 117 kg TS/m³ bei einem Trockensubstanzgehalt von rund 32 % die höchste Ladedichte auf. Dem Silomais folgt die Sonnenblume mit rund 95 kg TS/m³ bei einem Trockensubstanzgehalt von rund 28 %. Bei Silomais und Sonnenblume konnte gezeigt werden, dass die Ladedichte mit zunehmendem Reifestadium der Pflanzen tendenziell zunimmt. Feuchtmais ist auf Grund der fast vierfachen Ladedichte bezogen auf die transportierte Trockensubstanz vor allem bei großen Transportentfernungen gegenüber den Halmgütern überlegen. 12

13 Durch die Separierung des Gärrückstandes wird der Gärrückstand in eine transportwürdige, lagerfähige und gut handhabbare Form gebracht, mit der ein Nährstoffexport preiswürdig realisiert werden kann. Die Untersuchungen mit zwei verschiedenen Separatorentypen zeigen, dass der Pressschneckenseparator für Biogasgülle eindeutig besser geeignet ist als der Siebtrommelseparator. Besonders die hohen Durchsatzleistungen und die guten Abscheidegrade sprechen für den Pressschneckenseparator. Weitere Vorteile sind der geringe Arbeitszeitbedarf während des Betriebs und die Wartungsfreundlichkeit. Um mit dem Siebtrommelseparator ähnliche Ergebnisse zu erreichen, müssten vor allem die Kunststoffdruckwalze und das Trommelsieb an die in modernen Biogasanlagen vorherrschenden substratspezifischen Gegebenheiten, vor allem Temperaturen und TS- Gehalt angepasst werden. Der Abscheidegrad bei der Separierung der Gülle ist von den TS- Gehalten des Gärrückstands abhängig. Je höher der TS-Gehalt ist, desto höher ist der Anteil der festen Phase nach der Separierung. Der Gärrückstand konnte im Projekt in 79,2 % flüssige Phase mit einem TS-Gehalt von 4,5 % und 20,8 % feste Phase mit einem TS-Gehalt von 19,3 % aufgeteilt werden. Die Trockensubstanz, die organische Trockensubstanz und damit zusammenhängend der Kohlenstoffgehalt sowie die Rohasche und das Phosphat werden - bezogen auf die Masse - in der festen Phase stark akkumuliert. Der Stickstoff sowie der Ammoniumstickstoff werden in der festen Phase leicht angereichert. Lediglich der Gehalt an Kalium nimmt in der festen Phase leicht ab. Bei der Gärrestausbringung mit Güllefässern hat die Fassgröße neben der Transportentfernung den entscheidenden Einfluss auf die Schlagkraft und den Energiebedarf. Die Bedeutung der Fassgröße wird umso höher, je größer die Transportentfernung wird. Bezogen auf 10 m³ ausgebrachten Gärrest ist der Einfluss der Ausbringmenge pro Hektar gering, solange die Ausbringmenge über die Fahrgeschwindigkeit variiert wird. Auf Grund von Leerfahrten am Feld beginnt der Arbeitszeitbedarf pro 10 m³ ausgebrachtem Gärrest ab rund 3 ha zu steigen. Mit Schleppschlauchverteilern und mit Breitverteilern wurden vergleichbare Ausbringleistungen erzielt. Aus Gründen der Emissionsvermeidung muss dem Schleppschlauchverteiler der Vorzug gegeben werden. Die Gärrestverschlauchung kann vom Gärrestlager bzw. Feldrandcontainer aus erfolgen. Wegen der Rüst- und Nachbereitungsarbeiten ist die Gülleverschlauchung erst ab einer zusammenhängenden Schlaggröße von 3 ha interessant. Bei großer Arbeitsbreite und großer Ausbringmenge ist das Trägerfahrzeug des Verteilers entweder mit einem stufenlosen Getriebe oder mit einem Kriechgang auszustatten. Große Ausbringmengen pro Hektar bewirken einen geringen Arbeitszeitbedarf pro 10 m³ ausgebrachtem Gärrest, da der Anteil der Rüst- und Nachbereitungsarbeiten mit zunehmender Ausbringmenge pro Hektar sinkt. Die Gülleverschlauchung zeichnet sich durch eine geringe Bodenbelastung und geringere Straßenverschmutzung im Verhältnis zur einphasigen Gärrestausbringung per Fass aus. Eine Erhöhung des Volumenstroms der Pumpe von 50 auf 70 m³/h bringt bei einer Schlaggröße von 10 ha und einer Ausbringmenge von 45 m³/ha lediglich ein Viertel an Arbeitszeiteinsparung und erfordert eine höhere Antriebsleistung an der Güllepumpe. Empfehlenswert ist eine funkferngesteuerte Güllepumpe, da man bei diesem System auf eine zweite Arbeitskraft verzichten kann. Fässer mit aufgebauten Schleppschlauchverteilern haben zum Teil Überbreiten. Dies kann bedeuten, dass beträchtliche Umwege gefahren werden müssen und im verbauten Gebiet sich die Anrainer bei zu rascher Fahrt gefährdet fühlen. In diesem Fall und bei großen Feld- Hofentfernungen hat das zweiphasige Gärrestausbringsystem seine Vorzüge. Bei richtiger Ausstattung der Verteilfahrzeuge vermeidet es Bodenbelastungen und Straßenverschmutzungen. Gleichzeitig kann durch die Verwendung von großen Fässern der Zeit- und Treibstoffaufwand für den Transport zum Feld minimiert werden. Grundsätzlich gilt, dass je größer die Feld-Hofentfernung ist, desto größer sollte auch das Fassvolumen sein. 13

14 Mit dem LKW als Zugfahrzeug, der höhere mittlere Transportgeschwindigkeiten ermöglicht, kann weitere Transportzeit und Treibstoff eingespart werden. In den Ergebnissen der ökonomischen Kalkulationen zeigt sich deutlich, dass Silomais als Substrat in den Substratbereitstellungskosten (im Verhältnis zum Methanertrag), bei der Einbringung und bei der auszubringenden Güllemenge Vorteile aufweist. Werden mehrere Kulturen eingesetzt, so besteht durch mehrere Erntezeitpunkte ein geringerer Bedarf an Siloraum. Der Einsatz von Rinder- und/oder Schweinegülle bzw. die Abdeckung des Gülleendlagers machen sich bezahlt. Entsprechend den innerbetrieblich gewählten Kultur bzw. Kulturkombination ergeben sich beträchtliche Unterschiede in den Substratbereitstellungs- und Gülleausbringungskosten. In den Substratbereitstellungskosten wurden die Anbau- und Kulturführungskosten, die Erntekosten vom Feld bis in den Silo und Opportunitätskosten für die Fläche berücksichtigt. Auf Basis von Zeiterhebungen bei der Ernte von Rohstoffen wurden die Erntekosten in Abhängigkeit des Ertrages und der Hof- Feld-Entfernung für unterschiedliche Feldhäckslerleistungen und Transportkapazitäten von Transporteinheiten bzw. über das notwendige Walzgewicht der Walzfahrzeuge errechnet. Die Gülleausbringungskosten wurden für die Güllefassausbringung, Verschlauchung und für absetzige Verfahren berechnet. Aufgrund der Ergebnisse der Modellierung wurde eine Rangreihung von der kosteneffizientesten zur kostenineffizientesten Kultur (Kulturkombination) erstellt. Dabei zählen Silomais, Hirse und Körnermais zu den effizienteren Kulturen und Grünroggen, Sonnenblumen bzw. deren Kombination zu den ineffizientesten. Bis auf Getreideganzpflanzen sollten alle Kulturen entfernungsunabhängig mit großen Feldhäckslern geerntet werden. Bei den untersuchten Siloanlagen weist die Siloplatte aufgrund der geringen Investitionskosten die geringsten jährlichen Kosten auf. Bei den Einbringtechniken sind Systeme mit Förderschnecken den Systemen mit Hydraulikzylindern vorzuziehen. Die Separation der Biogasgülle bringt einen Kostenvorteil bei den jährlichen Kosten des Gülleendlagers, die aber die jährlichen Kosten der Separation bei weitem nicht ausgleichen können. Zusätzlich ist mit einer teureren Ausbringung der festen und flüssigen Phase zu rechnen. Die Abdeckung des Gülleendlagers hebt die jährlichen Kosten des Güllebehälters um rund 83 %. Die Vorteile einer Abdeckung - bessere Methanausbeute, geringe N-Verluste durch Ausgasung - gleichen die höheren Kosten jedoch mehr als aus. Die Gülleausbringung sollte bis zu einer Hof-Feld-Entfernung von 5,5 km ein kleines Güllefass übernehmen (8 m³). Stehen Saugsattelzüge zur Beschickung eines Feldcontainers zur Verfügung (Ausbringung mittels Verschlauchung) so sind diese ab rund 6 km zu bevorzugen. Darüber hinaus ist ein kleines Güllefass bis zu einer Distanz von 9 km einzusetzen. Die Verschlauchung ab Hof kann nur bei nahe liegenden Feldern eingesetzt werden. Doch selbst bei großen Feldstücken (20 ha) sind die Ausbringungskosten höher als bei der Ausbringung mittels Güllefass (8 m³). 14

15 Abstract Large biogas plants consume a considerable amount of energy, which poses a significant logistical challenge to operators of such plants. Biogas plants that have a capacity of 500 kw el. and digest only energy crops exhibit a daily substrate throughput of up to 38 t FM (Karpenstein-Machan 2005). The area of cultivated land necessary to produce the raw material for fermentation could be about 260 ha. The resulting transportation radius for a 500 kw el. biogas plant could be up to 20 km, which puts enormous logistical demands on the cultivation of such huge areas. The raw material used generally has a high water content which makes it necessary to transport a relatively sizeable amount (per kwh generated energy) of material to the plant, store it there, and remove it in the form of fermentation residue. The present project records and assesses all the pre-processing activities (consisting of acquisition and storage of raw material) as well as the post-processing activities (consisting of fermentation residue processing and application) and identifies potential methods to optimize the process. The aim of the project was to add value to biogas production from agrarian crops by adjusting the logistical methods used at the pre- and post-operation sides of the plant and to identify possible ways to optimize the system along the logistics chain. The data used for the project is derived from detailed surveys, measurements, and recordings of 16 Austrian biogas plants. The results of our analyses regarding procurement of substrate, separation and biogas slurry application were incorporated into a GAMS modeling and optimization program. The resulting optimization model compares and considers different types of plant parameters to show ways to simultaneously optimize crop cultivation, harvesting methods, harvesting logistics, and biogas slurry application. It is intended to present new approaches to all transportation processes within the periphery of biogas production plants with a view to optimizing these processes. The goal is to reduce transportation needs so that people living in the vicinity will be less exposed to traffic and the population as a whole will more readily accept biogas plants. Data derived from procurement logistics studies indicate that optimal coordination of engine power and working width of the harvester is a prerequisite for optimal efficiency of the harvester. For crops that are mowed before chopping, the size of the windrow also has an effect on the efficiency of the harvester. Factors that significantly affect the mass flow rate in this transportation chain include haul distance, loading volume, loading density, achievable transportation speed and the number of transport vehicles used. Optimizing the transfer of the harvested crop at the storage area is of utmost important in order to ensure accurate recording of the crop s source and weight and of the dry matter and in order to avoid long waiting times for the transport vehicles. By increasing the loading volume and the loading density as well as by using more efficient harvesters, the working time requirement and the fuel consumption per t and per transported dry matter can be reduced. Depending on the haul distance, these general assumptions may not necessarily apply due to longer waiting times. Depending on the crops used, the loading density will vary considerably. Silo maize is the stalk crop with the highest loading density (approx. 117 kg DM/m 3 with dry matter content of about 32%). Next in line with respect to loading density is the sunflower with a density of ca. 95 kg DM/m 3 and a dry matter content of about 28%. These two stalk crops were shown to have a tendency to increase their loading density with increased plant maturity. Wet grain maize has a loading density, which is almost four-times higher in relation to the transported dry matter. It is therefore superior to the stalk crops, particularly when long haul distances are involved. 15

16 Separation of the fermentation residue helps to get the residue into a shape that is easily transportable, storable, and handleable so that can it be used for nutrient export at a competitive price. Two different separator types were assessed and it was shown that the screw extractor separator was definitely better suited for biogas slurry than the rotation screen separator. The screw extractor separator excelled with a high throughput and good separation efficiency. In addition, the working time requirement during operation is minimal and it is a low-maintenance machine. To achieve the same results with a rotation screen separator, the plastics press cylinder and the rotating screen have to be adapted to the substrate-specific conditions existing in modern biogas plants, especially to the temperatures and the DM-content. The efficiency during slurry separation depends on the dry matter content of the fermentation residue. The higher the DM-content, the higher is the proportion of the fixed phase after separation. In the project, we found that the fermentation residue could be divided into 79.2% fluid phase with a DM-content of 4.5% and 20.8 % solid phase with a DM-content of 19.3%. The dry matter, the organic dry matter and its carbon content, raw ash and phosphate - in relation to the mass - accumulate strongly in the solid phase. The nitrogen and ammonium nitrogen are slightly enriched in the solid phase. Only the potassium-content decreases slightly in the solid phase. When assessing fermentation residue application with slurry tanks, it was found that the most significant factor influencing capacity and energy consumption is the volume of the tank, in addition to the haul distance. The longer the haul distance, the more significant is the influence of the tank volume. The application rate per hectare based on 10 m 3 fermentation residue used, on the other hand, is minimal as long as the application rate is varied by varying the transportation speed. Empty running at the field site causes the working time requirement per 10 m 3 fermentation residue output to increase, starting at about 3 ha. The volume flow rate of bandspreaders with a trip hose system and broadcast spreaders was comparable to the use of slurry tanks. Bandspreaders with a trip hose system are preferable to broadcast spreaders because of lower emissions. An umbilical cord fermentation residue spreading system can be installed at fermentation residue storage places or at mobile buffers at the field. However, umbilical cord slurry spreading only becomes financially interesting at a continuous plot size of 3 ha because of the preparation times involved. In case of large working width and high application rate, the towing vehicle of the slurry spreader needs to be equipped with a continuously variable transmission or with a crawling gear. High application rates per hectare result in a smaller working time requirement per 10 m 3 applied fermentation residue, since the percentage of preparation time involved decreases with increased application rate per hectare. Umbilical cord slurry spreading is characterized by minimal ground pressure and lower road soiling compared to the single-phase system with tanks. Increasing the volume flow rate of the pump from 50 to 70 m³/ha only saves about 25% of working time in the case of a plot size of 10 ha and an application rate of 45 m³/ha, while at the same time requiring a higher driving power of the slurry pump. A remote-controlled slurry pump is recommended since this type of system does not require a second worker. Tanks with mounted bandspreader with a trip hose system sometimes come with excess width. As a result, the operator may have to drive significant detours and the people living in the vicinity may feel endangered in case of high speeds. In this case and also when the haul distance is long, the two-phase spreading system may be advantageous. When the spreading vehicle is properly equipped, it can minimize ground pressure and avoid road soiling. If, in addition, large tanks are used, time and fuel consumption for hauling the slurry to the field can be minimized. As a rule, longer haul distances require larger tank volumes. An additional way of saving on transportation time and fuel consumption is to use trucks as towing vehicles since they are able to increase the transportation speed. 16

17 Economic cost estimates show that silo maize is a superior substrate concerning substrate procurement costs (relative to methane yield), harvest and application of the slurry. If several crops are used, there will be several different harvest times so that there is less storage requirement. The use of cattle and/or pig slurry and the installation of a cover for the slurry storage areas are advantageous. Depending on the individual crop or crop combination used in the biogas plant, the costs for substrate procurement and slurry application will differ considerably. The substrate procurement costs includes all the costs used for planting and cultivating the crop, the cost for harvesting the crop and hauling it to the silo and any opportunity costs for the cultivated land. The costs for the harvest were based on timed harvests of raw materials and then calculated subject to the yield and haul distance for different forage harvester performances and transportation capacities of transportation units or the necessary rolling weight of the vehicles used. The slurry application costs is calculated for the slurry tank method, the umbilical cord fermentation residue spreading method, and two-phase methods. Based on the results from the optimization models, a list was produced ranking the crops (or crop combinations) from most cost efficient to least cost efficient. The most efficient crops are silo maize, sorghum, and corn, and the least efficient crops are feeding rye, sun flowers or a combination of the two. Apart from the cereal plants, the crops should be harvested with large forage harvesters no matter what the haul distance. Among the assessed silo plants, the silage slab was found to involve the least amount of annual costs because of the minimal initial investment. Among the feeding techniques, systems with screw-conveyers are preferable to systems with hydraulic cylinders. Separation of biogas slurry does have a positive effect on the annual cost of the slurry storage. However, the annual costs for separation far exceed this cost benefit. In addition, it is to be expected that the application of the solid and liquid phases will be more expensive. Covering the slurry storage tanks increases the annual costs for slurry tanks by about 83%. The advantages of covering the tanks, consisting of better methane yield and minimal nitrogen loss via evaporation, are more than sufficient to balance these higher costs. In the case of a haul distance of 5.5 km, a small slurry tank (8 m 3 ) should be sufficient for slurry application. If vacuum trailers are available to load mobile buffers at the field (application via umbilical cord spreading), these are preferred in case of haul distances of at least 6 km. In addition, a small slurry tank should be used up to a distance of 9 km. Umbilical cord spreading from the farm can only be used if the fields are situated close to the farm. But even if the plot size is large (20 ha), application costs for umbilical cord spreading are still higher than application via slurry tanks (8 m³). 17

18 Einleitung Bei diesem Bericht handelt es sich um den Endbericht des Projekts Optimierung der Beschaffungs- und Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen. Ziel dieses Projektes ist es die Wertschöpfung der Biogasproduktion aus agrarischen Rohstoffen durch logistische Maßnahmen sowohl auf der Eingangs- als auch auf der Ausgangsseite der Biogasanlage zu erhöhen und Möglichkeiten zur Systemoptimierung entlang der logistischen Kette aufzuzeigen. Die technische Energiegewinnung durch Vergärung ist seit langem bekannt, doch erst seit Anfang der 90-er Jahre ist in Österreich eine nennenswerte Nutzung zu beobachten. Im Jahr 2002 wurde mit dem Ökostromgesetz der rechtliche Rahmen für den Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern geschaffen. Die Festlegung von kostendeckenden Einspeisetarifen für Anlagen auf Basis fester, flüssiger, gasförmiger Biomasse, Wind, Sonne, Geothermie, Deponie-, und Klärgas sowie für Kleinwasserkraftanlagen führte zu einem rasanten Zubau von Anlagen, die garantierte Auszahlungsdauer der Tarife sorgte für die nötige Investitionssicherheit. Die verbesserten rechtlichen Rahmenbedingungen haben in Österreich den gewünschten Effekt nicht verfehlt und zu einem sprunghaften Anstieg der Anzahl an Biogasanlagen geführt. Der verstärkte Ausbau von Biogasanlagen brachte zusätzlich einen eindeutigen Trend hin zu leistungsstärkeren Anlagen mit sich. Vor den tariflichen Bestimmungen des Ökostromgesetztes wurde der Großteil der Anlagen im Leistungsbereich unter 100 kw el. errichtet. Im Jahre 2004 lag die durchschnittliche elektrische Leistung österreichischer Biogasanlagen bei 180 kw el. und Ende 2005 bereits bei 250 kw el. (E-Control 2005). Diese Berechnung schließt alle in Österreich anerkannten Biogasanlagen, also auch so genannte Altanlagen mit ein. Bei alleiniger Betrachtung moderner Biogasanlagen, die zwischen in Betrieb gingen, beträgt die durchschnittliche Kapazität bereits rund 320 kw el. (Hopfner-Sixt et al. 2007). Dies zeigt deutlich den anhaltenden Trend zur wachsenden durchschnittlichen Anlagengröße auf. Das Ökostromgesetz brachte jedoch nicht nur Investitionssicherheit für die Anlagenbetreiber, sondern griff auch regulierend in die Wahl der zum Einsatz kommenden Inputstoffe ein. Biogasanlagen, die organische Abfälle vergären, erhielten einen 25 %-igen Abschlag auf den Einspeisetarif, der nach Kilowattstunde erzeugter elektrischer Energie berechnet wird. Nach Novellierung des Ökostromgesetztes im Oktober 2006 wurde der Kofermentationsabschlag auf 30 % angehoben. Diese Maßnahme hat zu einem verstärktem Einsatz von Energiepflanzen und einer Spezialisierung der Biogasanlagen auf Vergärung von rein landwirtschaftlicher Biomasse oder auf Abfallvergärung bewirkt. Wurden früher hauptsächlich Wirtschaftsdünger gemeinsam mit geringen Mengen organischen Abfällen vergoren, so zeigen Untersuchungen aus einem landesweiten Monitoring von Biogasanlagen, dass in Österreich der Großteil an modernen Biogasanlagen Energiepflanzen vergären (Hopfner-Sixt et al. 2007). Der Energiepflanzenbedarf von großen Biogasanlagen ist beträchtlich. Biogasanlage mit einer Leistung von 500 kw el., die ausschließlich Energiepflanzen vergären, weisen einen täglichen Substratdurchsatz von bis zu 38 t FM auf (Karpenstein-Machan 2005). Für die Produktion der Gärrohstoffe bedeutet dies einen Anbauflächenbedarf von rund 260 ha. Die Bewirtschaftung dieser großen Flächen, die bei Biogasanlagen mit 500 kw el. einen Transportradius von bis zu 20 km bedeuten kann, stellen hohe Anforderungen an die Logistik. Auf Grund des in der Regel hohen Wassergehaltes der verwerteten Rohstoffe 18

19 müssen pro kwh erzeugte Energie verhältnismäßig große Massen antransportiert und auch als Gärrest wieder abtransportiert werden. Dadurch entstehen hohe Anforderungen an die logistische Kette. Im Rahmen dieses Projektes wurden die der Biogastechnologie vorgelagerten Bereiche Rohstoffbeschaffung und Rohstofflagerung sowie die nachgelagerten Bereiche Gärrestaufbereitung und Gärrestausbringung erfasst, bewertet und Optimierungspotentiale aufgezeigt. Das Projekt wurde im Rahmen der 2. Ausschreibung der Programmlinie Energiesysteme der Zukunft genehmigt und ist dem Themenbereich Logistiksysteme und Rohstoffmanagement für die energetische Nutzung von Biomasse zuzuordnen. Durch den Einsatz von größeren Biogasanlagen, die die Energie aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnen, kommt dem Bereich der Logistik immer mehr Bedeutung zu. Die Beschaffung der Gärrohstoffe steht am Anfang der logistischen Kette und damit auch am Beginn der Steuerung der Materialflüsse einer Biogasanlage. Durch gezielte Anbaupläne und Fruchtfolgen sowie einer optimalen Abstimmung der Transporteinheiten wird die grundsätzliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Beschaffung der Rohstoffe ermöglicht. Mittels einer opportunen Lagerung sowie einer kosten- und energieeffizienten Einbringung der agrarischen Rohstoffe in die Biogasanlage kann die Wirtschaftlichkeit auf der Eingangsseite zusätzlich verbessert werden. Am Ende der logistischen Kette steht die Distributionslogistik, welche die notwendigen Transporte des Gärrestes über größere Entfernungen und dessen Verteilung auf den Feldern beinhaltet. Die Nutzung des Gärrestes als Dünger der Rohstoffe dient der weitgehenden Schließung von Stoff- und Energiekreisläufen bei der Biogaserzeugung und stellt ein zentrales Element der Produktionskette dar. Neben dem Nährstoffbedarf der verschiedenen Kulturpflanzen und Düngerichtlinien stehen hierbei wieder die optimale Abstimmung der Transport- und Verteilungseinheiten im Vordergrund. Eine Aufbereitung des Gärrückstandes durch Separierung hat Auswirkungen auf die Distributionslogistik. Durch die Separierung des Gärrückstandes in eine flüssige und feste Phase wird dieser in eine transportwürdige, lagerfähige und gut handhabbare Form gebracht, mit der ein effizienter Nährstoffexport realisiert werden kann. Im Rahmen dieses Projektes wurde die Datengrundlage durch Messprogramme auf praktischen Biogasanlagen während der Ernte, der Lagerung, dem Betrieb, der Separierung und der Ausbringung / Düngung geschaffen. Nach Sondierung und Auswertung der Ergebnisse flossen diese in eine lineare Planung mit dem Programm GAMS (General Algebraic Modeling System) ein, wodurch anhand von Beispielanlagen logistische Ketten modelliert werden konnten. Das Programm ermöglichte eine Abbildung ökologisch und ökonomisch vorteilhafter Ernte- und Ausbringungsszenarien. Zusätzlich erfolgte eine Wirtschaftlichkeitsanalyse verschiedener Systeme der Substratlagerung und einbringung sowie der Gärrestaufbereitung und lagerung. Bislang existierten für die im Rahmen des Projektes untersuchten Bereiche der Beschaffungs- und Distributionslogistik keine Kennzahlen, welche die spezifischen österreichischen Verhältnisse berücksichtigten. Demzufolge war eine ökonomische Optimierung der Beschaffungs- und Distributionslogistik österreichischer Biogasanlagen nur begrenzt möglich. Die Ergebnisse dieses Projektes ermöglichen eine notwendige Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Biogasproduktion und steigern zusätzlich die Energieeffizienz der gesamten Produktionskette. Durch die Abstimmung der beiden Ketten Ernte Transport und Transport Gärrestausbringung erfolgt eine Steigerung der Effizienz der langen Transportwege großer Biogasanlagen, wodurch neben dem gewünschten wirtschaftlichen Aspekt eine Entlastung der Umwelt erreicht wird. Um eine rasche Umsetzung der Ergebnisse zu gewährleisten, fließen die Ergebnisse des 19

20 Gesamtprojektes in ein Handbuch, welches Anlagenbetreibern, Anlagenplanern und Biogasberatern zur Verfügung gestellt wird, ein. Die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen ist von zentraler Bedeutung, um eine langfristige Marktdurchdringung dieser Technologie zu gewährleisten. Im Rahmen dieses Berichtes werden neben den Zielen, den verwendeten Methoden und den Basisdaten der untersuchten Biogasanlagen speziell auf die Ergebnisse der Untersuchungen entsprechend den einzelnen Arbeitspaketen eingegangen und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Die Ergebnisdarstellung von Arbeitspaket 1 Beschaffungslogistik beinhaltet verschiedene logistische Ketten für nachwachsende Rohstoffe von der Ernte bis zur Lagerung und Einbringung in den Fermenter sowie eine Bewertung hinsichtlich ihrer Schlagkraft und ihres Energiebedarfes. Die Ergebnisse von Arbeitspaket 2 Separierung zeigen Kennwerte bezüglich des Managements und der verfahrenstechnischen Leistung der untersuchten zwei Biogasanlagen und der zum Einsatz kommenden Trenntechniken sowie pflanzenbaulich relevante Inhaltsstoffe und deren Verteilung in der festen und flüssigen Phase des Gärrestes auf. Daran anschließend erfolgt in der Ergebnisdarstellung von Arbeitspaket 3 Distributionslogistik eine Vorstellung und Bewertung logistischer Ketten für die Ausbringung des Gärrestes unter Berücksichtigung der Veränderungen durch die Separierung. Die Ergebnisse aus den Arbeitspaketen 1 3 bilden gemeinsam mit den Kosten der verschiedenen logistischen Ketten die Grundlage für Arbeitspaket 4 Ökonomie, in welchem durch lineare Rechenmodelle ermittelte kosteneffiziente logistische Ketten dargestellt werden. 20

21 1 Ziele des Projektes Das Projekt Optimierung der Beschaffungs- und Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen wies eine Gesamtlaufzeit von 21 Monaten auf und wurde im Februar 2006 mit dem übergeordneten Ziel gestartet, die Wertschöpfung der Biogasproduktion aus agrarischen Rohstoffen durch logistische Maßnahmen sowohl auf der Eingangs- als auch auf der Ausgangsseite großer Biogasanlagen zu erhöhen. Das Projekt unterteilte sich in sechs Arbeitspakete, denen Teilziele in Form von Meilensteinen (M 1 10) zugeordnet wurden. Die Definitionen der einzelnen Arbeitspakete und die zu erreichenden Teilziele sowie deren Ausführungsstatus werden in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1. Darstellung und Status der im Projekt zu erreichenden Meilensteine (M 1 10) Arbeitspakete / Tasks Status der Ausführung AP1: Beschaffungslogistik bei großen Biogasanlagen M3: Verfahrensbeschreibung und Kennzahlen der Beschaffungslogistik werden für die Verwendung in den Tasks 1.3 und 4.1 bereitgestellt. M5: Vergleich der beschriebenen logistischen Ketten im Bereich der Beschaffungslogistik hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Arbeitszeit- und Energiebedarf ist abgeschlossen. AP2: Separierung des Gärrückstandes M1: Verfahrensbeschreibung und Kennzahlen der Separierung werden für die Verwendung in den Tasks 3.3 und 4.2 zur Verfügung gestellt. M5: Verfahrenstechnischer Vergleich technisch optimierter Separatorbauarten ist beendet und können in Task 5.2 verwendet werden. AP 3: Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen M2: Verfahrensbeschreibung und Kennzahlen der Distributionslogistik werden für die Verwendung in den Tasks 3.3 und 4.2 bereitgestellt. M4: Vergleich der beschriebenen logistischen Ketten im Bereich der Distributionslogistik hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Arbeitszeit- und Energiebedarf ist abgeschlossen. AP 4: Ökonomie erfüllt erfüllt erfüllt erfüllt erfüllt erfüllt M6: Berechnung der Bereitstellungskosten ist abgeschlossen. erfüllt M7: Berechnung der Ausbringungskosten ist abgeschlossen. erfüllt M9: Die kosteneffizienteste Logistik ist ermittelt. erfüllt AP 5: Information und Ergebniskommunikation M 10: Bewertung des Projektergebnisses und Übergabe des Endberichtes. AP 6: Koordination und Projektmanagement erfüllt Aus Tabelle 1 geht hervor, dass der beantragte Arbeitsplan vollständig erfüllt und die angeführten Meilensteine im vorgegebenen Zeitrahmen erfolgreich umgesetzt werden konnten. Im Folgenden wird auf die Teilziele der einzelnen Arbeitspakete näher eingegangen. 21