Möglichkeiten der Vergärung von Pferdemist in Biogasanalagen Weiterentwicklung von Technologien zur effizienten Nutzung von Pferdemist als biogener Reststoff und Dr. Hans Oechsner Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie Universität Hohenheim Fachgespräch Pferdehaltung Gomadingen Gliederung Hintergründe und Problemstellung Anaerobe Nutzung von Pferdemist Vergärbarkeit von Pferdemist Erhöhung der Abbaubarkeit und Effizienz Verwertbarkeit von Pferdemist im Praxismaßstab Schlussfolgerungen 1
Bestandsentwicklung Biogasanlagen Substratmix der Biogaserzeugung Festmist / Gülle 41% Nachwachsende Rohstoffe 54% Reststoffe 1% Bioabfall 4% NawaRo ca. 1,2 Mio ha Anbaufläche (6,9 % der LN) ca.10 Mio. t Festmist / Gülle (20 % der anfallenden Menge) (FNR, 2013) 2
Gründe des niedrigen Wirtschaftsdüngereinsatzes Höhere Gasausbeuten von Energiepflanzen Rechtliche Rahmenbedingungen (Güllebonus, Hygiene VO) Herausforderung für die Verfahrenstechnik Geringe Transportwürdigkeit von Gülle Pferdemist i.d.r. kein Wirtschaftsdünger Probleme bei der Nutzung von Pferdemist Hoher und schwankender Strohanteil im Pferdemist Alternative Einstreumaterialien (Sägespäne, Hanfschäben, Holzpellets ) Störstoffe im Pferdemist möglich Faseriges Material führt zur Schwimmdeckenbildung und Verstopfungen Hohe Anforderungen an die Rührtechnik Langwieriger Substratabbau und z.t. geringer Methanertrag Einsatz von Pferdemist bei der volldurchmischten Flüssigvergärung nicht effizient (Böske, 2013) 3
Zielsetzungen Untersuchungen zur Vergärbarkeit von Pferdemist Erhöhung der Abbaubarkeit und Effizienz Verwertung von Pferdemist im Praxismaßstab Einstreumaterialien in der Pferdehaltung Hobelspäne 15% Flachsstroh 1% Stroh 50% Sägespäne 34% Hess, 2004 4
Methanausbeuten von Pferdemist Einzelkomponenten 0,300 Spezifischer Methanertrag [Nm³ / kg ots] 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,205 0,247 0,067 0,017 0,021 0,171 0,000 Stroh Strohpellets Flachstroh Sägespäne Holzpellets Pferdeäpfel Methanerträge von Pferdemist mit unterschiedlicher Einstreu 0,250 0,198 spezifischer Methanertrag [Nm³/kg ots] 0,200 0,150 0,100 0,050 Frisch 0,150 Alt 0,191 0,150 0,118 Frisch Alt 0,114 0,102 Frisch Alt 0,104 0,088 Frisch Alt 0,000 Stroh Strohpellets Flachs Sägespäne Holzpellets 5
Vergärbarkeit von Pferdemist Fazit Methanausbeute von Pferdemist um 50 % geringer als Maissilage (ots-bezogen) Alternative Einstreumaterialien ungeeignet Verunreinigungen mit holzigen Materialien und Sand vermeiden Hohe Ertragsverluste während der Lagerung Aerobe Rotte vermeiden Mechanische Substrataufbereitung Erhöhung der Abbaubarkeit und Effizienz Maximierung der Substratausnutzung Vermeidung von Schwimmschichten Verbesserung der Rührfähigkeit und Homogenisierbarkeit Steigerung bzw. Erhalt der Pump- und Förderfähigkeit der Gärsubstrate 6
Mechanische Substrataufbereitung MeWa Bio-QZ 900 Ursprünglich Recycling-Industrie Anschlussleistung 55 bis 315 kw Arbeitsraumdurchmesser 0,9 bis 2,5 m Mechanische Substrataufbereitung MeWa Bio-QZ 900 Zerkleinerungsorgane in Form von rotierenden Ketten Zerkleinerung primär durch stumpfe Schläge auf das Material Materialkollision bewirkt zusätzliche Zerkleinerung Betriebsweise: Chargen oder kontinuierlich Gerätedaten: - Nennleistung: 55 kw - Nennstrom: 97,6 A - Drehzahl Schlagkopf: 1200 1/min 7
Mechanische Substrataufbereitung Laboruntersuchungen Bio-QZ 2L-Batch Versuche Nach VDI-Richtlinie 4630 Ermittlung der Biogas- und Methanerträge (35 d) Aufbereitungsstufen Silagen: 0 s, 15 s, 30 s Pferdemist: 0 s, 5 s, 10 s, 15 s, 30 s (Chargenbetrieb) 10 cm Schieberöffnung (Durchflussbetrieb) Mechanische Substrataufbereitung Zerkleinerungseffekte 8
Mechanische Substrataufbereitung 0,380 Spezifische Methanerträge Silagen spezifischer Methanertrag [Nm³/ kg ots] 0,360 0,340 0,320 0,300 0,280 0,260 0,240 0,342 0,333 0,328 0,334 0,334 0,335 0,323 0,324 0,329 0 s 15 s 30 s 0,220 0,200 Maissilage Grassilage Getreide-GPS Mechanische Aufbereitung Zerkleinerungseffekte unaufbereitet 10 cm 5 s 10 s 15 s 30 s 9
Mechanische Aufbereitung Spezifische Methanerträge - Pferdemist Variation der Aufbereitungsintensität 0,270 spezifischer Methanertrag [Nm³/kg ots] 0,260 0,250 0,240 0,230 0,220 0,210 0,236 0,241 0,247 0,249 0,257 0,249 0,200 0 10 cm 5 s 10 s 15 s 30 s Mechanische Aufbereitung Abbaukinetik Pferdemist Variation der Aufbereitungsintensität Tägliche Methanproduktion [Nm³/ kg ots] 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 0 2 4 6 8 10 12 14 Versuchstag PM 0 s PM 10 cm PM 5 s PM 10 s PM 15 s PM 30 s 20 10
Mechanische Substrataufbereitung Fazit Signifikante Verringerung der Partikelstruktur und -größe Keine Effekte bei Silagen Gute Wirkung bei faserreichen Einsatzstoffen (Pferdemist) Erhöhung des spezifischen Methanertrags (9 %) Steigerung der Abbaugeschwindigkeit (21 %) Lange Zerkleinerungszeiten führen zu Energieverlusten Stromverbrauch Bio-QZ 10 12 kwh / t FM Forschungsbiogasanlage Verwertbarkeit von Pferdemist im Praxismaßstab 11
Verwertung von Pferdemist im Praxismaßstab Rationszusammensetzung Maissilage 12% Gülle 41% Grassilage 8% Getreide GPS 10% Getreideschrot 3% Festmist 8% Pferdemist 18% Frischmasse t/d 10.9 ± 2.0 Raumbelastung kg / m³ d 2.7 ± 0.4 Verweilzeit d 75.7 ± 13.9 23 Verwertung von Pferdemist im Praxismaßstab 1600 1400 Biogasproduktion [Nm³ / d] 1200 1000 800 600 400 Fermenter 1 (Bio QZ) 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Versuchstag Fermenter 2 (unaufbereitet) 12
Verwertung von Pferdemist im Praxismaßstab Abbaueffizienz Spezifischer Methanertrag [Nm³ / kg ots] 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0.306 0.272 0.200 0 Berechnet Fermenter 1 (Bio QZ) Fermenter 2 (unaufbereitet) Verwertung von Pferdemist im Praxismaßstab Fazit Nutzung von Pferdemist in landwirtschaftlichen Biogasanlagen möglich Unbehandelter Pferdemist führt zu unzureichenden Abbaugraden Mechanische Aufbereitung zwingend erforderlich Erhöhung der Methanausbeute Verbesserung der Durchmischbarkeit Vermeidung von Schwimmschichten 13
Schlussfolgerungen Pferdemist in Biogasanlagen Umweltgerechte Verwertung von Pferdemist als Co-Substrat in Biogasanlagen Kostengünstige Entsorgung für pferdehaltende Betriebe Gärreste haben sehr gute Düngeeigenschaften Alternativen Einstreumaterialien nicht für die Biogaserzeugung geeignet Mechanische Aufbereitung erfordert hohe Investitionen Pferdemist ist kein handelbares Gut Verwertung von frischem Mist!!! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!! 14