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Dechema-Bioenergie Popp/Schumann 08.03.2006 Verfahrenstechnische Anpassungen zur Optimierung von Nährstoffkreisläufen in Biogasanlagen Prof. Dr. Ludwig.

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

2 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Gliederung Einleitung Grundlagen der Stickstoffdynamik bei der Biogaserzeugung und Gärrestverwertung Ökonomische Bewertung verfahrens- technischer Optimierung Zusammenfassung Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

3 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Einfluss der Vergärung auf: Phosphor (P): keine Veränderung Kalium (K): keine Veränderung Schwefel (S): geringfügige Ausgasung als H 2 S, nach Entschwefelung des Gases Rückführung in Gärrest Stickstoff: teilweise Umwandlung des organischen gebundenen N in NH 4 -N, während der Fermenterphase kaum Verluste Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

4 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 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 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

5 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Konsequenzen des TS-Abbaues +Geringere CH 4 -Emissionen während der Lagerung +Dünnflüssiger, dadurch bessere Pumpfähig- keit, besseres Eindringen in den Boden +Keine Schwimmschicht, dadurch weniger Homogenisierungsaufwand -Keine Schwimmschicht, dadurch höhere NH 3 -Emissionen während der Lagerung Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

6 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 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. Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

7 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 NH 3 N- Emissionen in Abhängigkeit vom NH 4 -N-Gehalt (Gronauer 1993) Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

8 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 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) Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

9 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 NH 3 N- Emissionen in Abhängigkeit vom pH-Wert (Gronauer 1993) Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

10 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

11 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 NH 3 N- Emissionen in Abhängigkeit von der Temperatur (Gronauer 1993) Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

12 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

13 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 NH 3 -Emissionen nach der Ausbringung von Biogasgülle bei unterschiedlichen Ausbringverfahren (Amon 2004) Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

14 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Einfluss von Verweilzeit und Temperatur auf Gasmenge und Methangehalt ( nach Baader) Verweilzeit in Tagen 15 erzeugte Gasmenge in l pro l Substrat °C (thermophil) 30 °C (mesophil) 20 °C (psychrophil) Gesamte Gasmenge Methananteil

15 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 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 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

16 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 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) Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung Annahmen zur Auslegung eines gasdichten Gärrestlagers

17 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Ökonomische Bewertung gasdichter Abdeckung des Lagers Investition (ohne Rührtechnik) 15,00/m³ Lagerraum Kosten17,5 %/a2,63/m³ Lagerraum ErtragStrom1,96/m³ Gärrest Stickstoff0,55/m³ Gärrest jährlich5,02/m³ Lagerraum/a 1 1 zweimaliger Umschlag/a Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

18 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 Ökonomische Bewertung gasdichter Abdeckung eines Lagers mit m³ 1 zweimaliger Umschlag/a Investition ,00 Kosten17,5 %/a ,00 ErtragStrom (14 Ct/kWh) ,00 1 Stickstoff ,00 1 Ertragjährlich ,00 1 Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

19 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 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) Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung

20 Dechema-Bioenergie Popp/Schumann /20 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. Einleitung - Grundlagen - Ökonomische Bewertung - Zusammenfassung


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