Gas aus Gras. Biologie der Grasvergärung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. agrikomp GmbH Petra Zigldrum Dipl. Biologin Laborservice

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1 Gas aus Gras Biologie der Grasvergärung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen agrikomp GmbH Petra Zigldrum Dipl. Biologin Laborservice

2 Inhalt Vorstellung agrikomp GmbH, agrikomp Labor Unterschiede, Eigenschaften von Gras Typische Laborwerte bei Grasvergärung Mögliche Störungen: Symptome, Ursachen, Lösungsmöglichkeiten Beispiele Zusammenfassung

3 Unternehmen agrikomp Bisher europaweit über 400 schlüsselfertige Biogasanlagen mit einer elektrischen Gesamtleistung von 150 MW Rund ¼ der deutschen Biogasanlagen sind mit agrikomp Komponenten ausgestattet

4 agrikomp Leistungen

5 Laborservice Laborbertreuung von über 400 Biogasanlagen Analysen Gärsubstrat/Einsatzstoffe Gärversuche Forschung eigene Spurenelementlösung Fermaxx

6 Grasvergärung agrikomp Laborkunden Anteil der agrikomp Laborkunden mit Grasvergärung 37% Durchschnittlicher Anteil des Grases in der Futterration (% Energie) mit Gras ohne Gras % [%] >50 % 25-50% 10-25% 1-10% Einfluss der Eigenschaften von Gras auf die Vergärung

7 Welches Gras Wiesengras Bewirtschaftetes Grünland 3-5 Schnitte Deutsches Weidelgras, Wiesenlieschgras, Wiesenschwingel, Fuchsschwanz, Knaulgras, Weiß u. Rotklee Landschaftspflegegras Grünschnitt, fällt bei der Mahd oder beim Schnitt in der Garten-, Landschafts-, Straßenrand und Waldpflege an Kleegras Feldfutterbau (1- oder mehrjähriger Anbau) oder als Komponente einer Fruchtfolge Bedeutung in ökologisch wirtschaftenden Betrieben wg. guter Vorfruchtwirkung)

8 Einflussfaktoren auf die Qualität von Gras Standortspezifisch, Anbau, Bewirtschaftungsintensität, Ernte, Silierung beeinflussen die Futterqualität Auswirkungen auf Biogaserträge Quelle: Prochnow, A., Heiermann, M., Idler, C., Linke E, B., Mähnert, M. & Pöchl, M. (2007): Biogas vom Grünland: Potenziale und Erträge. In: Gas aus Gras und was noch? Schriftenreihe des Deutschen Grünlandverbandes, Berlin, H. 1/2007, S

9 Biogaserträge von Gras Große Unterschiede: Methanertrag 128 bis 520 l CH 4 /kg ots Spezifische Methan- u. Biogasausbeute aus Grünland nach Literaturangaben Spezifische Methan- u. Biogasausbeute aus Gräsern nach Literaturangaben * * Nl CH4/kg ots *Quelle: Kaiser, F. (2007): Einfluss der stofflichen Zusammensetzung auf die Verdaulichkeit nachwachsender Rohstoffe beim anaeroben Abbau in Biogasreaktoren. Dissertation, TU München Spezifische Methanausbeute aus Gras (Batchversuche nach VDI 4630)

10 Zielgrößen Parameter Trockensubstanz [%] Rohasche [g/kg TS] Energie [MJ ME/kg TS] ADF org [g/kg TS] Häcksellänge [cm] Verdichtung [kg TS/m3] ph-wert Sollwert < 100 * > 10 * < 300 * < 2,5 * > 200 * < 4,5 im Mittel * * Quelle: Nußbaum H. (2011): Futterkonservierung. In: Tagungsband, 20. Jahrestagung des Fachverband Biogas e.v in Nürnberg, S

11 Eigenschaften von Gras 450 Nl CH4/kg ots Maissilage Maissilage Maissilage Maissilage Maissilage Grassilage Grassilage Grassilage Grassilage Grassilage Grassilage Grassilage Kumulierte Methanertragskurven von Maissilagen und Grassilagen in Batchversuchen nach VDI4630 Methanertrag Weidelgräser in Abhängigkeit des Trockensubstanzgehaltes Methanertrag Weidelgräser in Abhängigkeit des Rohproteingehaltes Quelle: Kaiser, F. (2007): Einfluss der stofflichen Zusammensetzung auf die Verdaulichkeit nachwachsender Rohstoffe beim anaeroben Abbau in Biogasreaktoren. Dissertation, TU München

12 Eigenschaften von Gras * * * Folgerung: andere Laborwerte stellen sich ein * Quelle: Effenberger, M.; Andrade, D., Bachmaier, H.; Lebhuhn, M.; Marin-Peréz, C., Spatz, A.(2011): Verfahrenstechnik der Grasvergärung: Technik, Gärprozess, Klimabilanz. In: Tagungsband, 20. Jahrestagung des Fachverband Biogas e.v in Nürnberg, S

13 Typische Laborwerte bei Grasvergärung Parameter ph-wert Ammoniumstickstoff [mg/l] TAC [mg/l] Trockensubstanz [%] el. Leitfähigkeit [ms/cm] Grassilage (> 50%) 7,7-8, > 11 < 25 Maissilage (> 50%) 7,2-7, < 11 < 25

14 Prozessbiologische Probleme bei Grasvergärung Hemmungen Spurenelementmangel schlechte Verdaubarkeit

15 Hemmungen Hemmungen durch schlechte Silage, Schimmel, Fäulnis, Toxine Symptome: schlechte Biogasqualität mangelnde Biogasproduktion Anreicherung org. Säuren (v.a. auch Propionsäure) schlechtes Futter weglassen, auf ein Minimum reduzieren, verdünnen Ammoniakhemmung Symptome: schlechte Biogasqualität mangelnde Biogasproduktion Anreicherung org. Säuren (v.a. auch Propionsäure) Literaturwerte: Grenzwerte bei mg/l Erfahrungswerte: bei 42 C bis 4500 mg/l bei 48 C bis 4000 mg/l über 50 C bis 3500 mg/l Temperatur erniedrigen, Additive, mit Flüssigkeit verdünnen, Futterrationen ändern

16 Temperatur 51 C, Steigerung des NH 4 -N Erniedrigung der Temperatur auf 42 C Beispiel Seit 2007, 430 kw el., Anwendung von schimmliger Silage Große Menge Silosickersaft Fermenter, Nachgärer Durchschnittliche tägl. Fütterung: 11 to Grassilage, 9 to Maissilage, 5 to Rindergülle, 3 to Hühnertrockenkot Faulraumbelastung > 9 kg ots/m 3 8,5 8,4 8,3 8,2 8,1 8 7,9 7,8 7,7 7,6 7,5 Essigsäure Propionsäure Ammoniumstickstoff ph-wert

17 Spurenelementmangel seit 2007 Versuche und Messungen zum Thema Spurenelementmangel in Biogasanlagen, große Datenbank Elemente, die häufig in zu niedrigen Konzentrationen vorkommen Kobalt, Nickel, Selen, Molybdän Mängel auch bei Grasvergärung möglich Grasvergärung mit hohem ph-wert hat oft höhere Ansprüche an die Spurenelementversorgung! Gründe: Verfügbarkeit der Spurenelemente! Wichtig: Mängel erkennen, Symptome: Höhe Säurewerte, schlecht verdautes organisches Material Wichtig: individueller Ausgleich des Mangels

18 Beginn Anwendung , ,1 [mg/l] ,9 7,7 7,5 7,3 7,1 Essigsäure Propionsäure Ammoniumstickstoff ph-wert , ,7 0 6, Beispiel Seit 2006, 1,5 MW el., 2xFermenter, 2xNachgärer Fütterung: Grassilage (bis zu 40 to täglich), Getreide-GPS, Maissilage, Rindermist, Rindergülle Faulraumbelastung > 10 kg ots/m 3, Fermentertemperatur: C

19 Schlechter Abbau des organischen Materials Symptome: Entmischung, Schwimm- und Sinkschichten, dickflüssiges Substrat Gründe: hoher ph-wert und mangelnde Hydrolyse hoher Ligninanteil im Gras Laborwerte überprüfen, ggf. Ursache bekämpfen Temperatur erhöhen Ligninreiches Material möglichst kurz häckseln Additive: saure Eisensalze, Bentonit, Enzyme Flüssigkeit zuführen

20 [mg/l] Essigsäure Propionsäure Ammoniumstickstoff [%] [% der TS] ph-wert TS-Gehalt (Achse links) ots-gehalt (Achse rechts)

21 Zusammenfassung Grasvergärung Gras ist auch in hohen Anteilen ein geeignetes Substrat für die Biogasanlage! Es gibt keine biologischen Probleme für die es keine Lösung gibt! Auf Folgendes ist zu achten: - möglichst gute Qualität einsetzen, bei Ernte und Silierung auf Zielgrößen achten - Prozessführung an das Substrat anpassen - geeignete Gärbehältergrößen, Pumptechnik; stabile Rührwerke verwenden (Paddelrührwerk)

22 vielen Dank