Analyse und Optimierung neuer Biogasanlagen Department für Nachhaltige Agrarsysteme Institut für Landtechnik K. Hopfner-Sixt
Inhalt Ökostromgesetz bietet den rechtlichen Rahmen für eine zukunftsweisende Biogaserzeugung aus Energiepflanzen Anstieg Zahl an Biogasanlagen und verstärkter Einsatz von Energiepflanzen Entwicklungen in Österreich Datenerhebung Substrate Technik Prozessparameter Ausblick
Auswirkung verbesserter rechtlicher Rahmenbedingungen EU Richtlinie zur Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen im Elektrizitätsbinnenmarkt Umsetzung in nationales Recht Einsatz von Energiepflanzen Anzahl an Biogasanlagen technische Anpassung moderne Biogasanlagen
Entwicklung der Anzahl an Biogasanlagen in Österreich Quelle: Pötsch, 2005; Veigl & Tretter, 2005 Anzahl der Biogasanlagen 350 300 250 200 150 100 50 ~ 30 MW el. anerkannte Biogasanlagen 1. Quartal 2005: ~ 71 MW el. 0 1992 2000 2002 2005
Geografische Verteilung der Biogasanlagen in Österreich Projektdauer: Dezember 2004 November 2006 Monitoring: Betriebsbesuche: Februar Juli 2005 Inbetriebnahme: 2003 2005 Anlagenleistung: 72 % 100 500 kw el. April 2005 N = 294 source: PÖTSCH, 2005
Projektablauf
Projektplan Dez. 2004 Feb. 2005 Erarbeitung eines detaillierten Fragebogens Start intensives Monitoring auf einem Betrieb Ermittlung von Adressen geeigneter Biogasanlagen Erste Betriebserhebungen in Kärnten Analyse der Proben im Labor Juni 2005 Juli 2005 Sept 2005 Okt. 2005 Nov. 2005 Erarbeitung von Datenblättern für statistische Auswertungen Eingabe und Auswertung der Analyseergebnisse Beginn der Eingabe der Betriebsdaten in das SPSS Datenblatt Abschluss der Eingabe der Betriebsdaten - erste Auswertungen Start intensives Monitoring auf zweitem Betrieb Ernte von Sortenversuchen Mais Datenauswertung Zwischenbericht Präsentation erster Ergebnisse 14. Europäische Biomassekonferenz - Paris Präsentation erster Ergebnisse 14. Symposium Bioenergie - Kloster Banz
Erhebung auf den Biogasanlagen Auswahl der Betriebe Terminkoordination Zusenden des Fragebogens Betriebsbesuch: Probennahme ph-wert Messung Gasanalyse Dokumentation des Betriebes Fragebogen Substratübergabe Labor (ph-wert, N, NH4-N, TS, ots, org. Säuren)
Substrate
Anzahl Substrate ~ 10 % Energiepflanzen ~ 65 % Energiepflanzen und Wirtschaftsdünger ~ 25 % Energiepflanzen, Wirtschaftsdünger und organ. Abfälle 30 28,1 relative Häufigkeit [%] 25 20 15 10 5 3,1 15,6 15,6 25 6,3 6,3 0 1 2 3 4 5 6 7 Anzahl der Substrate
Einsatzhäufigkeit - Substrate 7,7 % organische Abfälle 34,1 % Wirtschaftsdünger 58,2 % Energiepflanzen
Einsatzhäufigkeit Energiepflanzen 0,9 % Vinasse 1,2 % Sonnenblumensilage 0,9 % Getreideausputz 2 % Rübenschnitzel 1 % Getreidesilage 9,5 % Maiskornsilage 4,5 % Grassilage 80 % Maissilage
Biogastechnik
Vergärung von Energiepflanzen
Einsatzhäufigkeit - Fermentersysteme relative Häufigkeit [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 stehend liegend kombiniert Fermentersystem Österreich
Einsatzhäufigkeit - Fermentersysteme relative Häufigkeit [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 stehend liegend kombiniert Fermentersystem Österreich Deutschland Quelle: Weiland, 2004
Einsatzhäufigkeit - Feststoffeinbringung 60 relative Häufigkeit [%] 50 40 30 20 10 0 Vorgrube Bunker mit Schnecke Einwurfschacht Einspülschacht Abschiebecontainer Futtermischwagen Schubstangen mit Schnecke Einbringsystem
Einsatzhäufigkeit - Rührwerke Stehender Fermenter (erste Stufe): 54 % Paddelrührwerk 9 % Langachsrührwerk 7 % TM-Propellerrührwerk 60 50 relative Häufigkeit [%] 40 30 20 10 0 ein Rührwerk zwei Rührwerke drei Rührwerke Anzahl installierter Rührwerke
Prozessparameter
Prozesstemperatur mesophile Temperatur: ~ 35 38 C thermophile Temperatur: 55 C relative Häufigkeit [%] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 37-38 39-40 41-44 50-55 Fermentertemperatur [ C]
Verweilzeit Verweilzeit (Tage) = Fermentervolumen / tägl. Substratinput Spannungsfeld: gute Abbaurate hohe Investitionskosten 60 Verweilzeit [Tage] 50 40 30 20 10 0 liegender Fermenter 1.Stufe stehend. Fermenter 1.Stufe Fermentersystem und Prozessstufe stehend. Fermenter 2.Stufe
Raumbelastung Raumbelastung [kg ots (m³ d) -1 ] = (Input ots) / Fermentervolumen Raumbelastung [kg ots (m³. d) -1 ] 8 7 6 5 4 3 2 1 0 liegender Fermenter 1.Stufe stehend. Fermenter 1.Stufe Fermentervolumen und Prozessstufe stehend. Fermenter 2.Stufe
Spezifisches Methanbildungsvermögen spez. Methanbildungsvermögen (m³ (kg ots) -1 ) = (m³ CH 4 pro Tag) / Input ots spez. CH 4 Bildung [m³. (kg ots) -1 ] 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Energiepflanzen Energiepflanzen & Wirtschaftsdünger Energiepflanzen, Wirtschaftsdünger & organ. Abfälle Inputstoffe
Ausblick Flächendeckendes Monitoring: laufende Datenaufnahme moderner Biogasanlagen Einarbeiten der Daten von 14 NÖ Biogasanlagen Abschluss der technischen Analyse von Biogasanlagen Abschluss der Analyse von Stoff- und Energieströmen Intensives Monitoring: Abschluss der Messungen Abschluss der Datenauswertung Ausarbeitung von Kennwerten und Richtlinien: Technik Stoff- und Energieströme Wirtschaftlichkeit Etablierung der Kennwerte und Richtlinien in der Praxis
Department für Nachhaltige Agrarsysteme Institut für Landtechnik Dr. Katharina Hopfner-Sixt Univ. Prof. DI. Dr. Thomas Amon Dr. Vitaliy Kryvoruchko, DI Vitomir Bodiroza, Dr. Dejan Milovanivic, Dr. Barbara Amon Gregor Mendel-Straße 33, 1180 Wien, Österreich Tel.: +43 1 47654-4416, Fax: +43 1 47654-1005 katharina.hopfner-sixt@boku.ac.at, www.boku.ac.at