Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngerpotenziale und verfahrenstechnische Konzepte Dr. Walter Stinner, Dr. Jan Liebetrau Fachtagung: Chancen der Güllevergärung in kleinen Hofbiogasanalgen Oldenburg 25.09.2014
Inhalt Einleitung Potenziale Derzeitige Ausnutzung der Wirtschaftsdüngerpotenziale Relevante Entwicklungen in der Viehhaltung Maßnahmen und Hemmnisse zur Nutzung Technik Fazit Rührkesselfermenter Liegender Pfropfenstromfermenter Fertigbaulösungen Weitere Konzepte Zu beachten Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 2
Einleitung Warum kleine Gülleanlagen? Gülle ist wenig transportwürdig, Anfall von Wirtschaftsdünger ist dezentral Potenzial noch nicht ausreichend genutzt (ca. 25% massebasiert) Energiepotenzial aus Wirtschaftsdünger ca. 10-30 kw / 100 GV bei Stallhaltung (je nach Tierkategorie, Leistungsniveau der Herde, Einstreu, Anfall Futterreste) Wachstumsschwelle bei etwa 100 Kühen (Nord-West) Neben Bioabfallanlagen einziger noch wirtschaftlich möglicher Ausbaupfad für Neuanlagen Stoffströme ohne Nutzungskonkurrenz und mit klaren Vorteilen durch Vergärung (Emissionen, Pflanzenbau, Unkrautsamen, Stallhygiene) Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 3
Erhöhung des nutzbaren Potenzials Fortschreitender Strukturwandel in Westdeutschland: Aufhebung Milchquote > größere einzelbetriebliche Herdengrößen, teilweise in Verbindung mit Spezialisierung (Auslagerung Jungviehaufzucht) und steigender Milchleistung >> Herbstschnitte und Futterreste stehen in größerem Umfang zur Biogaserzeugung zur Verfügung Aber: Einzelbetriebliches Wachstum im Westen selten über 200 GV, in Mittelgebirgen selten über 150 GV > ca. 20 60 kw aus Wirtschaftsdünger Innerbetriebliche Nutzungskonkurrenz um Ackerfutter (v.a. Silomais) gerade in Wachstumsbetrieben sehr groß Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 4
Specific costs economy of scale 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Investment costs /Kwel Investment costs /Kwel 75 150 250 500 750 1000 Installed cap. KWel Source: www.fnr.de (Faustzahlen) Source: DBFZ 5
Maßnahmen und Hemmnisse zur Nutzung I Verfügbare wirtschaftliche Anlagengrößen müssen weiter reduziert werden (auch für Exportmärkte) Anpassung an typische Herdengrößen von Zukunftsbetrieben Ertragsoptimierung durch Wärmenutzung im Winter Eigenwärmebedarf reduzieren Energiepflanzen nur im Winter? Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 6
Maßnahmen und Hemmnisse zur Nutzung II Landwirtschaftliche Investitionsförderung sollte optimiert werden: Bedingungen werden teilweise in 2014 überarbeitet Bisherige Bedingungen teils kontraproduktiv (Beispiel Bayern): Keine Förderung von durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (z. B. Biogas-, Photovoltaikanlagen) [ ] sowie damit zusammenhängende bauliche Anlagen und technische Einrichtungen. Keine Förderung von [ ] oder Wirtschaftsdüngern (z. B. Güllegruben), [ ]. >> Ställe werden teils mit Güllekeller (Teil des Stalles) statt mit Schieber und außen liegendem Güllelager gebaut >> Deutlich höhere Kosten für Biogas, technische Schwierigkeiten, geringere Gaserträge Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 7
Maßnahmen und Hemmnisse zur Nutzung III Sinnvolle Maßnahmen für landwirtschaftliche Investitionsförderung und Stallbaugenehmigung: Bei stallgebundener Tierhaltung ab einer bestimmten Größe (200 GV?), Vergärung der Wirtschaftsdünger als Auflage Bei kleineren Stallanlagen außenliegende Güllelager oder überbetriebliche Güllebehandlung forcieren Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 8
Verfahrenstechnische Konzepte Kostensenkungen durch Anpassung an örtliche Bedingungen (z.b. Nutzung Güllesammelschacht, Pumpen, Güllelager Synergieeffekte durch gemeinsame Planung u. Bau mit Stallerweiterung) Substratzufuhr üblicherweise über Pumpe, Vorgrube Bei größeren Anteilen Feststoffe (Festmist, 20 % Energiepflanzen) per Rachentrichterpumpe oder Schnecke Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 9
Rührkessel mit Tauchmotor und Gasspeicherdach DBFZ 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 10
Rührkessel mit axialem Rührwerk auf der Betondecke DBFZ 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 11
Rührkessel als Ring in Ring - Fermenter DBFZ 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 12
Rührkessel als Ring in Ring - Fermenter Foto: Hochreiter Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 13
Fermenterabdeckung Abdeckung erfolgt meist gasdicht mit Membranen Anteil von einschaligen Gasspeichern und festen Betondächern ist im Bereich der 75 kw Klasse höher (Kosteneinsparung, technische Gründe) Betondächer sind auf kleineren Behältern einfacher zu installieren Oftmals Einbindung von Axialrührwerken Verbesserte Wärmeisolierung im Behälter Oft Verzicht auf Abdeckung bei reinen Gülleanlagen Erhöhte Ammoniakemission Minderung durch Abdeckung möglich Ggf. externer Gasspeicher nötig Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 14
Rührtechnik Tauchmotorrührwerke Rührwerke mit Wellendurchführung Axialrührwerke Länge der Wellen, Größe der Rührflügel und Umdrehungsgeschwindigkeiten variieren Green Energy Zintl 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 15
Horizontaler Fermenter (z.b. mit BHKW und weiterer Technik im Container) DBFZ 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 16
Fertigbaufermenter als Hochfermenter 4biogas 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 17
Beregnungsfermenter Sauter Biogas Gmbh 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 18
Pfefferkornfermenter Bio4Gas EXPRESS GmbH 2014 Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 19
Fazit Potenziale für kleine Gülleanlagen sind noch umfangreich vorhanden Landwirtschaftlicher Strukturwandel in Westdeutschland erleichtert Nutzung Umfangreiche technische Lösungen sind verfügbar Weiteres Downscaling notwendig, entsprechend Gülleanfall von Zukunftsbetrieben Rahmenbedingungen im Bereich Stallbauförderung, ggf. Genehmigungsrecht sind optimierungsbedürftig Bei Angeboten müssen notwendige Eigenanteile, Aspekte wie Gas- und Gärrestlagerung sowie die Wärmebilanz beachtet werden Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 20
Forschung für die Energie der Zukunft Wir laden Sie ein! Ansprechpartner Dr. Walter Stinner Tel. +49 (0)341 2434 524 E-Mail: walter.stinner@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D-04347 Leipzig Tel.: +49 (0)341 2434 112 E-Mail: info@dbfz.de www.dbfz.de
Diskussion Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 22
Güllemenge und Ausnutzungspotenzial Wirtschaftsdüngeranfall in Deutschland ca. 230 Mio t Davon werden rund 50 Mio t zur Biogaserzeugung genutzt (rd. 22% massebasiert) Energetische Nutzung ist höher (höhere Anteile energiereicher Wirtschaftsdünger, z.b. Hühnerkot in Nutzung) Datenbasis muss aktualisiert werden! Kleine Gülle Biogasanlagen Wirtschaftsdüngepotenziale und verfahrenstechnische Konzepte 23