Qualitätskriterien zur Nutzung von Biomasse FNR- Fachgespräch – Energiepflanzen Qualitätskriterien zur Nutzung von Biomasse zur Biogasproduktion P. Weiland Institut für Technologie und Biosystemtechnik Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL)

Inhalt Auswahlkriterien den Einsatz von Biomasse Qualitätskriterien Ernte und Lagerung Handling Vergärbarkeit und Gasausbeute Gasqualität Schlussfolgerungen

Auswahlkriterien für Energiepflanzen Einflussgrößen für den Einsatz von Energiepflanzen

Auswahlkriterien für Energiepflanzen Einflussgrößen innerhalb der Verfahrenskette

Stoffliche Qualitätsanforderungen (1) Physikalische Eigenschaften Partikelgröße Partikelform (Faser, Korn, Mus) Wassergehalt Störstoffgehalt Biochemische Eigenschaften Inhaltsstoffe (Zucker, Stärke, Fette, Proteine) Nähr- und Wuchsstoffverhältnis Spurenelementgehalt Schadstoffe (Schwermetalle, Krankheitserreger)

Stoffliche Qualitätsanforderungen (2) Mikrobiologische Eigenschaften Bioverfügbarkeit der Inhaltsstoffe Silierverhalten Hydrolyse- und Gärverhalten Mikrobielle Abbaurate Mikrobielle Hemmung (Inhaltsstoffe, Stoffwechselprodukte)

Einfluss des Verfahrensprinzips Nassfermentation geringe Struktur der Biomasse kleine Partikelgröße geringe Flotationsneigung von Festsubstraten geringe Sinkneigung von Festsubstraten geringer Störstoffgehalt (Sand, Steine) Trockenfermentation grobe Struktur der Biomasse große Partikelgröße Wassergehalt < 75 %

Ernte und Lagerung von Energiepflanzen Ganzpflanzenernte mit bestehenden Maschinen geringes Transportvolumen (hohe Energiedichte) gute Siliereigenschaften (geringe Silierverluste) Einfache Entnahmetechnik aus dem Silo Geringe Verunreinigung mit Störstoffen (Sand, Steine) Anforderungskriterien für Ernte und Lagerung von Energiepflanzen

Lagerung von Energiepflanzen Einfluss des Wassergehaltes der Energiepflanzen auf die Lagermöglichkeiten

Anforderungen an das Handling von Energiepflanzen Biomasse darf im Dosierbehälter (Silo, Futtermischwagen, etc.) nicht zur Brückenbildung neigen (Gefahr bei Faserstoffen). Biomasse darf bei Einmischung in die Vorgrube nicht zur spontanen Schwimmdeckenbildung führen (Gefahr bei Pflanzen mit hohem Lufteinschluss). Biomasse darf bei Direktbeschickung des Fermenters nicht zur Verstopfung der Einbringtechnik führen (Gefahr bei Schneckensystemen und Faserstoffen). Trockensubstrate (Getreidekorn) stellen bezüglich Handling die geringsten Anforderungen an Technik, Arbeitsaufwand und Energiebedarf. Anforderungen an das Handling von Energiepflanzen

Anforderungen an die Phytohygiene Sämtliche Energiepflanzen können Träger pflanzlicher Krankheitserreger sein. Bisher liegen nur wenige Kenntnisse über die Inaktivierung pflanzlicher Krankheitserreger durch mesophile oder thermophile Anaerobbehandlung vor. Pflanzen mit sichtbarem Krankheitsbefall (z.B. Fusarien) sollten von der Biogaserzeugung ausgeschlossen werden. Anforderungen an die Phytohygiene

Anforderungen im Hinblick auf die Vergärung Vergärungsverhalten Das C:N:P:S-Verhältnis sollte möglichst am Optimum (C:N:P:S = 500:15:5:3) liegen. Essentielle Spurenelemente (Co, Ni, Mo, Wo, Se) müssen in ausreichender Konzentration in der Biomasse vorliegen (ansonsten Kovergärung, Spurenelementdosierung). Die Biomasse sollte möglichst wenig „verholzt“ sein, da mit steigendem Verholzungsgrad die Gasausbeute und Gasbildungsrate abnimmt. Der Rohfaseranteil sollte gering sein, da erforderliche Verweilzeit im Fermenter mit steigenden Rohfaseranteil zunimmt. Faserhaltige Biomasse (z.B. Gras) muss kurz gehäckselt (< 5 mm) sein, um Schwimmdeckenbildung zu vermeiden. Anforderungen im Hinblick auf die Vergärung

Einfluss der Biomassezusammensetzung auf den Gasertrag Der Gasertrag von Energiepflanzen ist abhängig von der Art und Menge der vergärbaren Inhaltsstoffe und dem Grad der Lignifizierung. Einfluss der Biomassezusammensetzung auf den Gasertrag

Substratanforderungen im Hinblick auf die Gasqualität Der Methangehalt im Biogas erreicht bei stärke- , cellulose- und und zuckerhaltigen Energiepflanzen max. 55 Vol.-%. Methangehalte > 60 Vol.-% werden nur bei Einsatz ölhaltiger Energiepflanzen (z.B. Sonnenblumen) erreicht. Energiepflanzen mit hoher Schwefelaufnahme (z.B. Raps) sind wegen der hohen H2S-Gehalte im Biogas für die Biogaserzeugung nur bedingt geeignet: Substratanforderungen im Hinblick auf die Gasqualität

Fazit (1) Sämtliche Grünpflanzen sind zur Vergärung geeignet, sofern noch keine Verholzung stattgefunden hat. Hackfrüchte erfordern eine Vorreinigung und können nur im Silotank siliert und gelagert werden. Gute Siliereigenschaften sind Voraussetzung für eine verlustarme Lagerung. Bei Monovergärung ist auf ein ausgeglichenes Nährstoffverhältnis zu achten. Essentielle Spurenelemente sind in der Regel in ausreichender Konzentration vorhanden.

Fazit (2) Öl- und faserhaltige Pflanzen erfordern für den Abbau längere Verweilzeiten als protein- und kohlenhydrathaltige Energiepflanzen. Pflanzen mit starker Schwefelaufnahme (Raps) sind für die Biogaserzeugung ungeeignet. Die Vergärungseigenschaften einer Energie-pflanze variiert je nach Sorte, Standort, Bodenart und Erntezeitpunkt. Die Anforderungen an die Eigenschaften der Biomasse sind abhängig von der Anlagenbauart, der Betriebsweise und dem betrieblichen Stoff-management.