Prof. Dr. Ludwig Popp Dr. Wolfgang Schumann (LFA Gülzow)

Präsentation zum Thema: "Prof. Dr. Ludwig Popp Dr. Wolfgang Schumann (LFA Gülzow)"—  Präsentation transkript:

1 Prof. Dr. Ludwig Popp Dr. Wolfgang Schumann (LFA Gülzow)
Fachbereich Agrarwirtschaft und Landschaftsarchitektur Verfahrenstechnische Anpassungen zur Optimierung von Nährstoffkreisläufen in Biogasanlagen Prof. Dr. Ludwig Popp Dr. Wolfgang Schumann (LFA Gülzow)

2 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung
Gliederung Einleitung Grundlagen der Stickstoffdynamik bei der Biogaserzeugung und Gärrestverwertung Ökonomische Bewertung verfahrens-technischer Optimierung Zusammenfassung

3 Einfluss der Vergärung auf:
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Einfluss der Vergärung auf: Phosphor (P): keine Veränderung Kalium (K): keine Veränderung Schwefel (S): geringfügige Ausgasung als H2S, nach Entschwefelung des Gases Rückführung in Gärrest Stickstoff: teilweise Umwandlung des organischen gebundenen N in NH4-N, während der Fermenterphase kaum Verluste

4 Auswirkung der Vergärung auf den Gärrest (Döhler 2004)
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Auswirkung der Vergärung auf den Gärrest (Döhler 2004) Abbau der organischen Trockensubstanz Verminderung der Viskosität Abbau geruchsaktiver Substanzen Erhöhung des Ammoniumanteiles in der Stickstofffraktion Erhöhung des pH-Wertes Erhöhung der Temperatur

5 Konsequenzen des TS-Abbaues
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Konsequenzen des TS-Abbaues Geringere CH4-Emissionen während der Lagerung Dünnflüssiger, dadurch bessere Pumpfähig-keit, besseres Eindringen in den Boden Keine Schwimmschicht, dadurch weniger Homogenisierungsaufwand - Keine Schwimmschicht, dadurch höhere NH3-Emissionen während der Lagerung

6 Ursachen und Effekte der Erhöhung des Ammoniumgehaltes
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Ursachen und Effekte der Erhöhung des Ammoniumgehaltes Beim Abbau der oTS werden auch organische N-Verbindungen (Aminosäuren, Eiweiß,..) abgebaut. Dabei entstehen unter Sauerstoffabschluss Ammoniumverbindungen. Erhöhung des primär pflanzenverfügbaren Stickstoffanteils (bessere Nährstoffwirkung) Erhöhung des Stickstoff-Emissionspotentials, da Ammoniumverbindungen zu Ammoniak dissoziieren und dann leicht flüchtig sind.

7 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung
NH3N- Emissionen in Abhängigkeit vom NH4-N-Gehalt (Gronauer 1993)

8 Effekte der pH-Wert-Erhöhung
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Effekte der pH-Wert-Erhöhung Die Vergärung führt zu einem deutlichen Anstieg des pH-Wertes im Gärsubstrat Wirkt der Bodenversauerung entgegen Deutlich erhöhtes Ammoniak-Emissionspotential (pH-Anstieg von 7,3 auf 8,0 erhöht um den Faktor 4,5)

9 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung
NH3N- Emissionen in Abhängigkeit vom pH-Wert (Gronauer 1993)

10 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

11 NH3N- Emissionen in Abhängigkeit von der Temperatur (Gronauer 1993)
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung NH3N- Emissionen in Abhängigkeit von der Temperatur (Gronauer 1993)

12 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

13 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung
NH3-Emissionen nach der Ausbringung von Biogasgülle bei unterschiedlichen Ausbringverfahren (Amon 2004)

14 Einfluss von Verweilzeit und Temperatur auf Gasmenge
15 30 °C (mesophil) 50 °C (thermophil) 10 20 °C (psychrophil) Gesamte Gasmenge Methananteil erzeugte Gasmenge in l pro l Substrat 5 50 100 150 Verweilzeit in Tagen Einfluss von Verweilzeit und Temperatur auf Gasmenge und Methangehalt (nach Baader)

15 Annahmen zur Auslegung eines gasdichten Gärrestlagers
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Annahmen zur Auslegung eines gasdichten Gärrestlagers Anlagenleistung 500 kW Substrat: Gülle + Nawaros Jährlicher Substratbedarf: t Jährlicher Reststoffanfall: t Gärrestlager: m³/180 d Invest-Kosten gasdichtes Lager 15 €/m³

16 Annahmen zur Auslegung eines gasdichten Gärrestlagers
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Annahmen zur Auslegung eines gasdichten Gärrestlagers N-Verlust: 1 kg N/m³ Gärrest ≈ 20% Gasausbeute im Lager: Ø 7 m³/m³ (Keymer 2005) Energiegehalt Biogas: 6 kWh/m³ Elektrischer Nutzungsgrad: 33% Stromerlös 14 Ct/kWh (Ertrag-Kosten)

17 Ökonomische Bewertung gasdichter Abdeckung des Lagers
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Ökonomische Bewertung gasdichter Abdeckung des Lagers Investition (ohne Rührtechnik) 15,00 €/m³ Lagerraum Kosten 17,5 %/a 2,63 Ertrag Strom 1,96 €/m³ Gärrest Stickstoff 0,55 jährlich 5,02 €/m³ Lagerraum/a1 1 zweimaliger Umschlag/a

18 Ökonomische Bewertung gasdichter Abdeckung eines Lagers mit 20.000 m³
Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Ökonomische Bewertung gasdichter Abdeckung eines Lagers mit m³ Investition ,00 € Kosten 17,5 %/a 52.500,00 € Ertrag Strom (14 Ct/kWh) 78.400,00 €1 Stickstoff 22.000,00 €1 jährlich ,00 €1 1 zweimaliger Umschlag/a

19 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung
Ammoniakemissionen bei der Biogaserzeugung sind nicht nur ein ökologisches sondern ein erhebliches ökonomisches Problem Zur Verminderung von Ammoniakemissionen bei der Biogaserzeugung ist eine durchgehende „Behandlung unter Druck“ sinnvoll Im Gärrestlager entstehen zum Teil erhebliche Mengen an Biogas (bis 10 % des Gesamt-ertrages)

20 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung
Die Verstromung von Biogas aus dem Gärrestlager in Verbindung mit dem Gewinn aus nicht verlorenem Stickstoff rechtfertigt ein gasdichtes Gärrestlager Zur Vermeidung von Ammoniakverlusten bei der Ausbringung muss diese unbedingt bodennah erfolgen.