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Fachverband Biogas e.V.
| ZKZ 50073
| 21. Jahrgang
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GAS Journal
Das Fachmagazin der Biogas-Branche
Interview mit Robert Habeck (GrĂźne) S. 22
Entwicklung der Biomassepreise
S. 58
Forschungsprojekt Gärproduktaufbereitung
S. 66
TopThemen: emissionsminderung +++ Durchwachsene Silphie
Adressfeld
INHALT
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TITELFOTO: ENERGIEPARK HAHNENNEST I FOTOS: INTERKAT, MICHAEL DICKEDUISBERG, FACHVERBAND BIOGAS E.V.
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EDITORIAL 3 Fortschritt durch Technik – umweltfreundliche Bio-Batterie! Dr. Stefan Rauh, Geschäftsführer des Fachverbandes Biogas e.V.
AKTUELLES 6 Meldungen 8 Bücher 10 Termine 12 Biogas-Kids 14 Biomethan – ein Kraftstoff mit Zukunft Von Thomas Gaul
Beilagenhinweis: Das Biogas Journal enthält Beilagen der Firmen 2G Energietechnik, agrikomp und greentec.
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TITELTHEMA EMISSIONSMINDERUNG POLITIK 18 „EU-Ministerrat hat die Bremserrolle übernommen“ Von Bernward Janzing 22 Interview „Mit dem Pilotprojekt Power-to-Feed wollen wir die Fruchtfolge erweitern“ Interviewer: Bernward Janzing
24 Luftqualität im Fokus Von Alexander Fiedler 28 Abgasreinigung bleibt ein heißes Thema Von Dipl.-Journ. Wolfgang Rudolph 34 Hersteller arbeiten an sauberen BHKW Von Thomas Gaul
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DURCHWACHSENE SILPHIE 40 Fast so gut wie Mais Von Ulrich Deuter und Dr. Maendy Fritz 46 Lebensraum und Energiepflanze Von Michael Dickeduisberg 50 Lange gesucht – erst die Silphie überzeugte Von Bernward Janzing 53 Pflanze, die ökologisch punktet Von Dipl.-Ing. agr. (FH) Martin Bensmann
PRAXIS 58 Biomassepreisvergleich Trotz hoher Erträge leicht steigende Preise Von Dr. Stefan Rauh 62 Innovationen zur Ertragssteigerung Von Dipl.-Geograph Martin Frey
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WISSENSCHAFT 66 Wasseraufbereitung und Nährstoffgewinnung aus Gärprodukten Von M.Sc. Tobias Gienau und Prof. Dr.-Ing. Sandra Rosenberger 72 Stromlangzeitspeicher mit Wasserstofftechnologie Von Dipl.-Ing. · Dipl.-Journ. Martina Bräsel
INTERNATIONAL 76 Interview Digitalisierung verstetigt Biogasproduktion Interviewer: Dipl.-Ing. agr. (FH) Martin Bensmann
VERBAND Aus der Geschäftsstelle 80 Komplexität des Themas Biogas wächst weiter Von Dr. Stefan Rauh und Dipl.-Ing. agr. (FH) Manuel Maciejczyk
84 Aus den Regionalgruppen 88 Aus den Regionalbüros 92 Netzwerk Nachwachsende Rohstoffe startet in Sachsen Von Erik Ferchau und Jürgen Wellerdt 94 Koalitionsvertrag Bioenergie soll helfen, Klimaziele zu erreichen Von Dr. Peter Röttgen (BEE) 96 Wie der Hackl Schorsch zum Fachverband kam Von Dipl.-Ing. agr. Andrea Horbelt
RECHT 97 Clearingstelle EEG I KWKG Votum zu Satelliten-BHKW veröffentlicht Von Isabella Baera 98 Impressum
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Emissionsminderung: Luftqualität im Fokus Gasmotor- und Zündstrahl-Blockheizkraftwerke weisen ein unterschiedliches Emissionsverhalten auf. Fakt ist, dass rechtsverbindliche Emissionsgrenzwerte eingehalten werden müssen. Der Autor erörtert die Anforderungen. Von Alexander Fiedler
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eit dem Inkrafttreten des „ErneuerbareEnergien-Gesetzes“ (EEG) im Jahr 2000 wird die Erzeugung von Strom aus Biogas vergütet. Von zentraler Bedeutung war von Anfang an die Biogasverwertung in Verbrennungsmotoren. Waren die ersten Motorengenerationen oft umgebaute Dieselmotoren, entwickelten sich die folgenden Modellreihen zu Gasmotoren mit höheren elektrischen Wirkungsgraden. Die Abgasgesetzgebung hingegen hat sich während dieses inno-
vativen Zeitraums seit der Ersten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG), der „Technischen Anleitung zur Luftreinhaltung“ (TA Luft) aus dem Jahr 2002, nicht mehr verändert. Deshalb stellt sich die Frage, ob aus Sicht der Luftreinhaltung neue Akzente gesetzt werden sollten. Die Beantwortung dieser Frage soll zuerst am Beispiel der Emissionsrelevanz der nach BImSchG genehmigungsbedürftigen Energieerzeugungsanlagen in Bayern verdeutlicht werden.
Feuerungswärmeleistung bestimmt über BImSchG-Genehmigungspflicht der Biogasmotoranlage
aufweisen, deren Biogasmotoranlage jedoch noch nicht genehmigungsbedürftig ist. Erreicht die Biogasmotoranlage eine Feuerungswärmeleistung von 1 Megawatt (MW) oder überschreitet sie diese, wird die Genehmigungspflicht nach Ziffer 1.2.2.2 des Anhangs 1 der 4. BImSchV ausgelöst. Diese Biogasmotoranlagen stellen mit über 800 genehmigungsbedürftigen Anlagen in Bayern in der Obergruppe Nr. 1 „Wärmeerzeugung, Bergbau und Energie“ die bedeutendste Anlagenart dar. Mit etwa 250 Anlagen zählen die meist im Stadtwerksbereich eingesetzten Erdgas- und Dieselmotoren zu den weiteren dezentralen Energieerzeugungsanlagen. In diesem Zusammenhang komplettieren die 200 eigenständig genehmigungspflichtigen Holzfeuerungsanlagen diese Obergruppe der 4. BImSchV, die 20 Prozent der gesamten nach BImSchG genehmigungsbedürftigen Anlagenzahl in Bayern aufweist.
Nach §4 des BImSchG sind genehmigungsbedürftige Anlagen vor allem solche, die in besonderer Weise geeignet sind, schädliche Umwelteinwirkungen hervorzurufen. Diese Anlagen sind im Anhang 1 der 4. Verordnung zum BImSchG aufgeführt. Im Anhang 1 sind diese sehr unterschiedlichen Anlagenarten in zehn Obergruppen aufgeteilt. Im Herbst 2017 waren in Bayern zehntausend nach BImSchG genehmigungsbedürftige Anlagen registriert. Die größte Obergruppe Nr. 8 zur „Verwertung und Beseitigung von Abfällen und sonstigen Stoffen“ umfasst 31 Prozent der Anlagen. Hierin sind etwa 300 Biogaserzeugungsanlagen mit Gülleeinsatz enthalten, die mindestens eine Produktionskapazität von 1,2 Millionen Normkubikmeter Rohgas je Jahr
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Biogas-, Klärgas-, Holzfeuerungsanlagen sowie die aufgeführten Erdgas- und Dieselmotoren 11.262 t/a NOx. Alleine die genehmigungsbedürftigen Biogasmotoren emittierten hiervon nach derzeitigem Auswertungsstand über 5.000 t NOx im Jahr 2016. Zu beachten ist, dass in Bayern nach aktuellen Erhebungen der Bayerischen Lan-
FOTO: FOTOLIA_COUNTRYPIXEL
Aus dieser Übersicht kann geschlossen werden, dass die Energiewende mit ihrem dezentralen Energieerzeugungsansatz bereits fest in Bayern verankert ist. Erwähnenswert für die Energieerzeugung sind noch die ebenfalls der Obergruppe Nr. 1 zugeordneten 51 Großkraftwerke in Bayern mit einer Feuerungswärmeleistung von 50 MW oder mehr.
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Die dauerhafte Einhaltung des Emissionsgrenzwertes von 0,50 Gramm (g) pro Kubikmeter (m³) NOx als NO2 – Bezugssauerstoffgehalt 5 Prozent – bei Biogasmotoren mit Fremdzündung aus Luftreinhaltegesichtspunkten ist dringend erforderlich.
NOx-Mengen der Emissionserklärungen 2016 Bei den Luftschadstoffen sind derzeit durch die Diskussion der Immissionssituation an stark durch den Güter- und Individualverkehr belasteten Straßenabschnitten in Großstädten die gesundheitsschädlichen Stickstoffdioxide (NO2) in den Mittelpunkt gerückt worden. Bei den stationären Anlagen wird die Luftreinhaltepolitik mit länderspezifischen Zielsetzungen nach Auswertung der von der Emissionserklärungspflicht gemäß 11. BImSchV betroffenen genehmigungsbedürftigen Anlagen entwickelt. Die Emissionserklärungen müssen alle vier Jahre abgegeben werden. Das Bayerische Landesamt für Umwelt hatte im Oktober 2017 etwa 90 Prozent der im Jahr 2016 erklärungspflichtigen Anlagen ausgewertet. Alle relevanten genehmigungsbedürftigen Anlagen emittierten demnach in Bayern 36.448 Tonnen (t) Stickstoffoxide (NOx) pro Jahr (a). Davon verursachten die 51 Großkraftwerke 7.232 t/a, die
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desanstalt für Landwirtschaft insgesamt 2.440 Biogasanlagen betrieben werden und folglich etwa 1.500 nach BImSchG nicht genehmigungsbedürftige Anlagen bei dieser Erhebung noch nicht berücksichtigt werden. Diese Zahlen verdeutlichen, dass die dauerhafte Einhaltung des Emissionsgrenzwertes von 0,50 Gramm (g) pro Kubikmeter (m³) NOx als NO2 – Bezugssauerstoffgehalt 5 Prozent – bei Biogasmotoren mit Fremdzündung aus Luftreinhaltegesichtspunkten dringend erforderlich ist. Deshalb hat das Bayerische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz entsprechende Projekte initiiert. Oberstes Ziel ist eine dauerhaft sichere Einhaltung des Tagesmittelwertes von 0,50 g/m³ NOx als NO2 im bestimmungsgemäßen Betrieb der Biogasmotoren auch zwischen den Emissionsmessungen nach § 28 BImSchG. Diese Messungen finden nach TA Luft 2002 im dreijährigen Rhythmus statt. Da aber viele Biogasmotoranlagen den im EEG 2009 eingeführten
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Emissionsminderungsbonus für Formaldehyd in Anspruch nehmen, finden hier die Emissionsmessungen im jährlichen Rhythmus statt. Untersuchungen des Landesamtes für Umwelt und im Rahmen von anderen Forschungsprojekten haben jedoch gezeigt, dass der vom Betreiber der Biogasmotoranlagen auch im Dauerbetrieb in der Zwischenzeit während der Emissionsmessungen einzuhaltende Tagesmittelwert von 0,50 mg/m³ NOx als NO2 nicht immer sichergestellt ist. Dies liegt vor allem an den emissionscharakteristischen Zusammenhängen beim Betrieb von Biogasmotoren. In der Regel werden bei einer „fetteren“ Zusammensetzung des Biogas-/Luftgemisches – das heißt weniger Verbrennungsluftüberschuss – höhere elektrische Leistungen erzielt. In diesem Betriebspunkt steigen wegen der höheren Verbrennungstemperaturen auch die Emissionen von thermischen NOx an. Folgerichtig ist die Höhe der maximalen elektrischen Leistung durch die im Genehmigungsbescheid verpflichtend gegenüber dem Anlagenbetreiber festgelegten Emissionsgrenzwerte an NOx als NO2 limitiert.
Bayerisches Umweltministerium untersucht Alternativen Da diese Emissionen nicht mit verhältnismäßigem Aufwand quantitativ kontinuierlich ermittelt werden können und dies auch auf eine weitere Verkürzung des Jahreszyklus der Emissionsmessung der zugelassenen Messstellen nach § 29b BImSchG zutrifft, werden im erwähnten Projekt des Bayerischen Umweltministeriums deshalb weniger aufwendige qualitative Kontrolleinrichtungen zur Einhaltung der Betreiberpflichten nach § 5 BImSchG untersucht. Ein erfolgversprechender Lösungsansatz ist der Rückgriff auf die im mobilen Bereich bewährte NOx-Sensortechnik. Sowohl die im Motorprüfstand durchgeführten systematischen Untersuchungen als auch die Auswertung der im Feldversuch erzielten Ergebnisse werden voraussichtlich noch in diesem Halbjahr die Bewertung der technischen Eignung dieser dauerhaften Emissionskontrolle ermöglichen. Flankiert werden diese Untersuchungen durch betriebswirtschaftliche Rechenmodelle, die für den Anlagenbetreiber die zu erwartenden Gesamtkosten der beschriebenen einfachen, qualitativen Messeinrichtung, zum Beispiel
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in Anhängigkeit der Motorengröße, Wartungskosten oder der Nachrüstmöglichkeit an bestehenden Anlagen, darstellen. Erst wenn diese Ergebnisse vorliegen, kann aus Sicht des Autors eine belastbare Entscheidung getroffen werden, ob eine Aufnahme von qualitativen Messeinrichtungen im gesetzlichen Regelwerk dem Stand der Technik entsprechend geboten erscheint. Wenn der Fokus alleine auf die maximal erreichbare elektrische Leistung eines Biogasmotors gelegt wird, müssen Wege gefunden werden, die limitierende motorische Einhaltung der NOx-Emissionen durch eine nachgeschaltete Abgasreinigungseinrichtung zu lösen. Der zweite Teil des Projektes zur Reduzierung der NOx-Emissionen untersucht daher die dauerhafte Funktionsfähigkeit eines SCRKatalysators an einem Biogasmotor. Ende Januar 2018 erfolgte die Inbetriebnahme des an einer neuen Biogasmotoranlage aufgebauten Abgasreinigungssystems. In den folgenden drei Jahren werden intensive Untersuchungen zu den erzielbaren Emissionsminderungspotenzialen an NOx als NO2 in Abhängigkeit von den Kosten für Ad-Blue und der erzielbaren höheren elektrischen Leistung durchgeführt. Sollte die Gesamtbewertung die grundsätzliche Eignung dieser Technik bestätigen, wären in Summe NOx-Minderungen innerhalb eines Jahres zu erreichen wie an keiner weiteren Anlagengruppe der 4. BImSchV. Untersucht wird auch die Möglichkeit von direkt verfügbaren pflanzenschädlichen Ammoniakemissionen durch eine Überdosierung von Ad-Blue sowie die Begrenzung der klimaschädlichen Gesamt-C-Emissionen, die im Wesentlichen aus unverbrannten Methanemissionen bestehen. Diese Emissionen stellen nach der in der VDI 3475 Blatt 4 vom August 2010 angestoßenen Reglementierung der Methanemissionen aus nicht abgedeckten Substratlagern bei Biogasanlagen die relevanteste anlagentechnische Quelle klimaschädlicher Gase im bestimmungsgemäßen Betrieb von Biogasanlagen dar.
Niedrigere FormaldehydGrenzwerte Gleichzeitig wird durch den Einsatz der SCR-Technik und mit den damit bei der Verbrennung höheren NOx-Rohgasemissionen eine deutlich messbare positive Beeinflussung der Formaldehyd-Rohgasemissionen erwartet. Da Formaldehyd durch die EU-
FOTO: FOTOLIA_WOLFGANG JARGSTORFF
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Nach der Einführung der „Vollzugsempfehlung Formaldehyd“ vom 9. Dezember 2015 durch die „Bund/LänderArbeitsgemeinschaft Immissionsschutz“ (LAI) ist bei bestehenden Biogasmotoranlagen in Abhängigkeit vom Ergebnis der Einstufungsmessungen seit 15. Februar 2018 beziehungsweise ab 15. Februar 2019 eine Emissionsbegrenzung von 30 mg/m³ Formaldehyd einschlägig.
Kommission ab 1. Januar 2016 als „wahrscheinlich beim Menschen karzinogen“ eingestuft wurde, ist derzeit neben dem auf oxidativer Basis arbeitenden Thermoreaktor, der die Formaldehyd- und Methanemissionen auf ein Minimum reduziert, aber die NOx-Emissionen nicht vermindern kann, der Oxidationskatalysator die dem Stand der Technik entsprechende Abgasreinigungstechnik. Nach der Einführung der „Vollzugsempfehlung Formaldehyd“ vom 9. Dezember 2015 durch die „Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Immissionsschutz“ (LAI) ist bei bestehenden Biogasmotoranlagen in Abhängigkeit vom Ergebnis der Einstufungsmessungen seit 15. Februar 2018 beziehungsweise ab 15. Februar 2019 eine Emissionsbegrenzung von 30 mg/m³ Formaldehyd einschlägig. Zusätzlich ist für Biogasanlagen, die bisher den im EEG 2009 eingeführten Emissionsminderungsbonus für Formaldehyd in Höhe von 40 mg/m³ in Anspruch nehmen, ab 1. Juli 2018 der fortgeschriebene Emissionsminderungsbonus von 20 mg/m³ maßgebend. Auch hier steht die dauerhafte Einhaltung des Emissionsgrenzwertes im Vordergrund. Deshalb ist eine klare Tendenz hin zur Gasaufbereitung erkennbar, um Katalysatorgifte sicher abzuscheiden. Hier stellt der diskontinuierliche Betrieb der Motoranlagen bei der bedarfsgerechten Stromerzeugung eine
weitere Herausforderung nicht nur an die Gasaufbereitungsanlagen dar. Angesichts der Tatsache, dass in Bayern im Jahr 2016 die zum 16. Oktober 2017 ermittelten Formaldehydemissionen von 407 t zu über der Hälfte mit 218 t von den Biogasmotoranlagen und der überschaubaren Anzahl von Klärgasmotoren emittiert wurden, ist diese weitere Reduzierung aus Sicht der Luftreinhaltung nachvollziehbar und auch erforderlich. Zusammenfassend muss konstatiert werden, dass seit Entstehung der Biogasbranche erhebliche technische Anstrengungen an den Biogaserzeugungsanlagen unternommen wurden, um die gesamtökologische Bewertung von Biogasanlagen zu optimieren. Gelingt es, im Bereich der Biogasmotoranlagen zukünftig auch noch entscheidende Akzente unter Luftreinhaltegesichtspunkten zu setzen, wird diese dezentrale Form der Energieerzeugung ihre Position als wichtige Säule der Stromerzeugung ausbauen können.
Autor Alexander Fiedler Umweltschutzingenieur Referent für Energieerzeugungsanlagen im Referat 75 Luftreinhaltung und Anlagensicherheit Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz
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Blühender Bestand der Durchwachsenen Silphie.
Durchwachsene Silphie – fast so gut wie Mais Auf der Suche nach alternativen und ergänzenden Biogaskulturen spielte die Durchwachsene Silphie bisher nur eine untergeordnete Rolle. Dies kann sich allerdings durch die Entwicklung kostengünstiger Saatverfahren und die neuen Greening-Vorgaben in Zukunft ändern. Im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben konnte das Technologie- und Förderzentrum (TFZ) in Straubing bereits grundlegende Erkenntnisse zu Etablierung, Anbau und Ertragspotenzial dieser vielversprechenden Dauerkultur gewinnen. Von Ulrich Deuter und Dr. Maendy Fritz
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ie Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum L.) stammt ursprünglich aus den gemäßigten Regionen Nordamerikas und wird aufgrund ihrer am Stängel zusammengewachsenen Blattpaare auch als Becherpflanze bezeichnet. Sie stellt keine besonderen Ansprüche an Klima oder Boden, ist winterfest und gedeiht auch auf Böden mit niedriger Ackerzahl. Dauerhaft staunasse Böden sind allerdings für einen ertragreichen Silphieanbau nicht geeignet, während auf sandigen Böden in sommertrockenen Lagen mit Ertragseinbußen zu rechnen ist. Im Pflanz- oder Saatjahr bildet die Pflanze nur eine bodenständige Rosette und erbringt keinen erntewürdigen Bestand. Erst ab dem zweiten Standjahr wächst sie in die Höhe, kann über 3 Meter hoch und 10 Jahre und länger beerntet werden. Neben einem hohen Ertragspotenzial bietet die Silphie die bekannten ökologischen Vorteile einer Dauerkultur: lange Bodenbedeckung, Erosionsschutz, Bodenruhe und dadurch geringere Stickstoff-Mineralisation sowie Humusaufbau. Zudem
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hat die Pflanze eine lange Blühdauer (Juli bis September) und die gelben Blüten (siehe Foto 1) werden als wertvolle Bienenweide von zahlreichen Insekten besucht. Die Ernte erfolgt in der Regel von Ende August bis Ende September. Meist erreicht die Silphie zu diesem Zeitpunkt Trockensubstanzgehalte (TS) von 25 bis 27 Prozent, wobei schon bei 25 Prozent TS nur sehr wenig Sickersaft gebildet wird. TS-Gehalte oberhalb 30 Prozent sollten vermieden werden, da die Verholzung der Pflanzen entsprechend stark voranschreitet und die Methanausbeute rasch absinkt. Dies ist leider häufig der Fall, da kleinere Silphieflächen meist zusammen mit Silomais – also für die Silphie zu spät – beerntet werden. Die hohe Anfangsinvestition in Pflanzgut war bisher eine hohe Hemmschwelle für den Anbau. Berechnungen des Instituts für Betriebswirtschaft und Agrarstruktur (LfL-IBA) auf Grundlage von TFZ-Versuchsdaten zeigten, dass unter bestimmten Voraussetzungen, wie günstiger Standort, Etablierung durch Saat, Flächen-
FOTOS: DEUTER/FRITZ
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Abbildung 1: Trockenmasseertrag und Trockensubstanzgehalt der Durchwachsenen Silphie zum Zeitpunkt der Ernte am Standort Straubing über fünf Jahre (2012 bis 2016)
Straubinger Gäu 300
45 %
dt TM/ha 200
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Trockensubstanzgehalt
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50 TM D. Silphie
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757 mm 8,6 °C AZ: 76
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0 2012
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Erntejahr
5 0
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* = Hagelschaden
kosten von 600 Euro pro Hektar (€/ha) und mindestens 10-jähriger Nutzung der Silphie, die Kosten pro Kubikmeter Methan nur geringfügig höher sind als bei der Verwendung von Silomais. Bei 15-jähriger Nutzung unter ansonsten gleichen Voraussetzungen wird die Silphie sogar günstiger, da sich die Etablierungskosten über den längeren Nutzungszeitraum verteilen.
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Trockenmasseerträge und Methanausbeuten Auf dem Gunststandort des Straubinger Gäu wurden in Parzellenversuchen zur Durchwachsenen Silphie Erträge von durchschnittlich 180 Dezitonnen (dt) Trockenmasse (TM) je Hektar geerntet. Der Biomasseaufwuchs liegt damit etwas unterhalb von Silomais (siehe Abbildung 1). Auf ungünstigeren Standorten sind, je nach Jahreswitterungsverlauf, unter Umständen niedrigere Erträge von 120 bis 150 dt TM/ha zu akzeptieren. Ein Vergleich verschiedener Standorte mit parallelem Anbau von Mais, Silphie und GetreideGPS ist in Abbildung 2 dargestellt. Es zeigte sich, dass Silphie vor allem in Ideallagen für den Maisanbau nur bedingt konkurrenzfähig ist. Sehr trockene Standorte mit einer eingeschränkten Wasserhaltefähigkeit wie beispielsweise die Donau-Schotterebene eignen sich ebenfalls nur mit ertraglichen Abstrichen für den Silphie-Anbau. Die durch das Institut für Landtechnik und Tierhaltung (ILT) der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) in Batchversuchen bestimmte Methanausbeute schwankt stark zwischen 220 und 300 Normlitern pro Kilogramm organische Trockenmasse (Nl/ kg oTM) in Abhängigkeit von der Untersuchungsmethode, dem Erntezeitpunkt und dem Versuchsstandort. Auch die Methanausbeute nach KTBL liegt für Silphie mit 280 Nl/kg oTM unterhalb von Silomais (nach KTBL 340 Nl/kg oTM). Insbesondere bei zu später Ernte steigt der Gehalt an schwer beziehungsweise nicht verdaulichen Inhaltstoffen wie Lignin deutlich an und die Methanausbeute sinkt dementsprechend.
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Geschlossener Bestand der Durchwachsenen Silphie im Herbst des Ansaatjahres.
denbearbeitung im Herbst. Die Saatbettbereitung im Frühjahr ist so zu gestalten, dass Bodenlockerung und Unkrautbekämpfung vor der Saat so flach wie möglich durchgeführt werden, da Silphiesamen eine geringe Triebkraft besitzen und verhältnismäßig viel Wasser zum Quellen und Keimen benötigen. Unter Umständen ist ein vorzeitiges Einebnen der Flächen bereits im Herbst oder im zeitigen Frühjahr zielführend. Im Anschluss wird die Silphie üblicherweise mit einer Saattiefe von 0,5 bis 1 Zentimeter (cm) abgelegt. Die Ablagetiefe kann jedoch in einem gewissen Maße an die Bodenverhältnisse Abbildung 2: Trockenmasseertrag und Trockensubstanzgehalt der Durchwachsenen Silphie und Witterungsbedingungen anim Vergleich zu Silomais und Roggen-GPS an drei Standorten im Erntejahr 2016 gepasst werden. Dennoch sollte die maximale Saattiefe von 2 cm Ernte 2016 auch bei drohender Trockenheit 45 300 nicht überschritten werden. dt/ha Nach bisherigen Versuchser% 250 kenntnissen des TFZ sind sowohl 35 225 Drill- als auch Einzelkornsägerä30 200 te generell zur Aussaat geeignet, 175 allerdings können gerätespezifi25 150 sche Eigenschaften Vorteile brin20 125 gen. Sägeräte mit einer in der 15 100 Särille nachlaufenden, schmalen 75 Andruckrolle bringen den bes10 50 ten Saaterfolg, da sie das Korn 5 TM-Ertrag Silphie Mais Roggen-GPS TS-Gehalt 25 zusätzlich im Boden andrücken 0 0 und einen intensiven FeuchDonau-Schotterebene Ochsenfurter Gäu Höhenlage Bayerwald tekontakt gewährleisten. Eine leichter Boden, trocken warm und trocken kalt und feucht den Säscharen vorauslaufende 8,6 °C, 757 mm 6,0 °C, 678 mm 6,7 °C, 852 mm Bodenart: lS Bodenart: tL Andruck- oder Packerrolle zeigt Bodenart: lS AZ: 45 AZ: 72-76 AZ: 35-45 ebenfalls gute Wirkung. Zustreicher und Saatstriegel sind so einzustellen, dass das Saatgut nicht verschüttet, sondern nur leicht Erfolgreiche Etablierung der dar. Für eine erfolgreiche Aussaat sollten mit Erde bedeckt wird. Auch ein Anwalzen Durchwachsenen Silphie jedoch einige grundlegende Anforderungen nach der Saat verbessert und beschleunigt Das Technologie- und Förderzentrum (TFZ) an das Verfahren beachtet werden. den Aufgang, insbesondere auf trockenen hat neben standortüblichen ErtragspotenBei der Auswahl möglicher Anbauflächen Böden und in Regionen mit geringen Niezialen auch die Möglichkeiten zur erfolgsollten Standorte mit einer starken Proderschlägen. reichen Etablierung der Durchwachsenen blemverunkrautung für den Silphieanbau Saatmengen von 2,3 bis 3,8 kg/ha bzw. Silphie untersucht. Dabei stellt das Saatausgeschlossen werden. Für die Vorbereieine Aussaatdichte von 15 bis 25 Körnern verfahren eine kostengünstige Alternative tung der Saat empfiehlt sich eine Herbstje Quadratmeter sind erforderlich, um eizu der aufwendigen und teuren Pflanzung furche beziehungsweise gründliche Bonen ausreichend dichten, gleichmäßigen
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Trockensubstanzgehalt
Trockenmasseertrag
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4 Stabilisieren die biologischen Prozesse 4 Sparen Substrat
Bestand von mindestens vier Pflanzen je Quadratmeter zu erzielen. Dabei gelten die empfohlenen höheren Angaben für normale Bedingungen, die niedrigeren für optimale Saatgegebenheiten und den Fall, dass bereits Erfahrungen mit der Silphiesaat vorhanden sind. Eine Unterschreitung der 2,3-kg- bzw. 15 Körner-Grenze sollte vermieden werden.
Unkräuter im Griff behalten Die Reihenweite richtet sich vor allem nach der vorhandenen Saat- bzw. Pflegetechnik und dem zu erwartenden Unkrautdruck auf der Fläche. Einerseits bringen engere Reihenweiten einen rascheren
Bestandsschluss und damit eine bessere Unkrautunterdrückung. Andererseits kann das begrenzte Spektrum einsetzbarer Herbizide in Verbindung mit der sehr langsamen Jugendentwicklung der Silphie dazu führen, dass mechanische Pflegemaßnahmen ergriffen werden müssen. Der Einsatz von Hackgeräten oder Reihenfräsen ist unter Umständen die einzige Möglichkeit, das aufkommende Unkraut zu bekämpfen. Vor diesem Hintergrund können Reihenweiten von 37,5 bis 50 cm empfohlen werden, da diese schnellstmöglichen Reihenschluss mit erfolgreichem Hackgeräteeinsatz vereinen. Zur chemischen Unkrautregulierung ist in Silphie derzeit (Stand: Februar 2018) als einziges Mittel Stomp Aqua zugelassen. Der Einsatz dieses Herbizids erfolgt mit einer Aufwandmenge von maximal 3,5 l/ha im Vorauflauf. Stomp Aqua gilt gewissermaßen als Standardmaßnahme im SilphieAnbau. Es wirkt hauptsächlich über den Boden, benötigt dazu entsprechend auch
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Gut entwickelte SilphiePflanzen nach der Ernte der Deckfrucht Mais im Herbst des Ansaatjahres.
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ausreichend Feuchtigkeit. Aufgrund der Wirkungsschwäche von Stomp Aqua bezüglich Kamillen, Klettenlabkraut und Windenknöterich sowie der Unwirksamkeit gegen alle Wurzelunkräuter wie beispielsweise Disteln und Windenarten ist eine zusätzliche mechanische Unkrautbekämpfung anzuraten. Beim Einsatz der Hacke in frühen Entwicklungsstadien ist die Silphie jedoch sehr empfindlich gegen Verschütten. Bei Pflegemaßnahmen in diesem Pflanzenstadium sollten daher Schutzbleche, Hohlscheiben und Winkelschare eingesetzt werden. Bei der Beurteilung und Planung möglicher Pflanzenschutzmaßnahmen ist zu berücksichtigen, dass die Silphie wesentlich mehr Unkraut als andere Pflanzen-
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arten toleriert. Nur wenn ein Überwuchern durch Unkraut droht, so dass die Silphie kaum Licht bekommt, ist wirklich eine Gegenmaßnahme erforderlich. Als letzte Maßnahme ist ein Mähen beziehungsweise Notbeernten des Bestands möglichst gegen Blühende der Unkräuter mit Abfuhr des Mähguts möglich. Dies dient auch dazu, ein Absamen der Unkräuter und eine Zunahme des Samenpotenzials im Boden zu minimieren. Die Silphie treibt nach den bisherigen Erfahrungen danach erneut aus, selbst wenn die Blätter bei der Noternte entfernt wurden. Für die Produktion einer Dezitonne Trockenmasse benötigt die Silphie etwa 0,8 bis 1,0 kg Stickstoff. Der N-Sollwert (N-Bedarf inklusive Nmin) der Silphie zu Beginn jeden Vegetationsjahres beträgt in Abhängigkeit von der Ertragserwartung 130 bis 160 kg N/ha. Im Anlagejahr ist eine Startgabe auf etwa 100 kg N/ha (Sollwert) ausreichend (Achtung: kein Entzug anrechenbar bei Etablierung in Reinsaat!). Überhöhte N-Gaben können sich negativ auf die Standfestigkeit und die Anfälligkeit der Pflanzen gegenüber abiotischen und biotischen Stressfaktoren auswirken. Eine organische Düngung mit Gärresten verwertet die Silphie sehr gut, allerdings sollte die Düngung relativ früh zum Austrieb erfolgen, um Beschädigungen an den Schoßtrieben gering zu halten. Bei einem Ertragsniveau von 150 dt TM/ha ist mit Entzügen von 60 bis 70 kg P2O5/ha, 240 bis 300 kg K2O/ha, 85 bis 115 kg MgO/ha sowie 280 bis 420 kg CaO/ha zu rechnen.
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Silphie unter Mais Die Ansaat der Silphie als Untersaat mit der Deckfrucht Mais, wie vom Energiepark Hahnennest GmbH & Co. KG entwickelt, hat sehr positive Ergebnisse hervorgebracht. Durch die Deckfrucht kann im sonst ertraglosen ersten Anbaujahr der Silphie ein Maisertrag von 50 bis 80 Prozent des standortüblichen Ertrags realisiert werden. Zudem wird die Unkrautunterdrückung mithilfe der Beschattung durch die Maispflanzen unterstützt (siehe Fotos 3+4). Bei einer Etablierung der Silphie als Untersaat wird in der Regel die Deckfrucht als Hauptkultur angerechnet. Somit stehen auch die für die Deckfrucht zugelassenen Pflanzenschutzmittel und Aufwandmengen zur Verfügung. Für die Untersaat unter Mais kann dementsprechend Stomp Aqua mit voller Aufwandmenge (4,4 l/ha) eingesetzt werden. Beim Einsatz Focus Ultra-resistenter Maissorten kann zudem eine Ungrasbekämpfung mit Focus Ultra (2,0 l/ha) durchgeführt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die Einsatzmöglichkeiten von Hackgeräten durch die Maispflanzen deutlich eingeschränkt werden. Bei der Etablierung der Silphie unter einer Deckfrucht sollte grundsätzlich die erfolgreiche Etablierung der Dauerkultur im Vordergrund stehen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Bestandsdichte der Deckfrucht Mais auf 5 bis 6 Pflanzen je Quadratmeter zu reduzieren und somit eine ausreichende Versorgung der Silphie mit Licht zu gewährleisten. Die sehr unterschiedlichen Saattiefen der beiden Kulturen erfordern entweder den Einsatz spezieller Sätechnik für die gleichzeitige Aussaat beider Kulturen oder ein abgesetztes Verfahren, bei dem zwei Arbeitsgänge vorgenommen werden. Dabei empfiehlt es sich, erst die Deckfrucht einzusäen, um zu vermeiden, dass bereits ausgebrachtes Silphiesaatgut in den Fahrspuren zu tief und zu stark in den Boden gedrückt wird.
Die Düngung richtet sich bezüglich der Nährstoffmengen nach den Vorgaben für die Deckfrucht. Zur abschließenden Ernte der Deckfrucht ist die Silphie in jedem Fall so weit entwickelt, dass sie das Überfahren toleriert (siehe Foto 5). Auch Abschlegeln der Maisstoppel als Hygienemaßnahme gegen den Maiszünsler ist ohne nennenswerte Einbußen bei der Silphie möglich. In den anschließenden Nutzungsjahren benötigt die Silphie in der Regel keine weiteren Pflanzenschutzmaßnahmen. Weitere, detaillierte Informationen zur Durchwachsenen Silphie, u. a. eine artspezifische BBCH-Skala, sind auf der Homepage des TFZ unter http://www.tfz. bayern.de/silphie zu finden. Hinweis: Literaturangaben sind bei den Autoren erhältlich
Autoren Ulrich Deuter Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ) Tel. 0 94 21/300-074 E-Mail: ulrich.deuter@tfz.bayern.de Dr. Maendy Fritz Leiterin Sachgebiet Rohstoffpflanzen und Stoffflüsse, TFZ Schulgasse 18, 94315 Straubing Tel. 0 94 21/300-012 E-Mail: maendy.fritz@tfz.bayern.de www.tfz.bayern.de
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Wasseraufbereitung und Nährstoffgewinnung aus Gärprodukten Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt hat ein Forschungsprojekt der Hochschule Osnabrück und der Firma A3 Water Solutions gefördert. Darin wurde die Leistungsfähigkeit des Gesamtverfahrens Gärproduktaufbereitung im Hinblick auf die erzielbaren Prozessströme bei Einsatz unterschiedlichster Gärdünger untersucht sowie eine Verfahrensoptimierung zur deutlichen Senkung der Betriebskosten entwickelt. Im Fokus stand dabei die Optimierung der Ultrafiltrationsstufe. Der Energiebedarf dieser Prozessstufe ließ sich auf 50 Prozent reduzieren. Von M.Sc. Tobias Gienau und Prof. Dr.-Ing. Sandra Rosenberger
D
eutschlandweit erzeugten Biogasanlagen im Jahr 2012 etwa 65,5 Millionen (Mio.) Kubikmeter (m³) Gärdünger (Gärrest beziehungsweise Gärprodukt genannt) mit 390.000 Tonnen (t) Stickstoff, 74.000 t Phosphor und 330.000 t Kalium (Möller und Müller 2012) – das entspricht ca. 20.000 t Gärrest pro Megawatt (MW) installierte elektrische Leistung. Bei einer installierten Arbeitsleistung der derzeit 9.350 in Deutschland betriebenen Biogasanlagen von 3.770 MWel (Fachverband Biogas 2016) lässt sich für das Jahr 2017 eine Gärproduktmenge von 73,6 Mio. m³ abschätzen. Die Novelle der Düngeverordnung (DüV 2017) hat Folgen für viele Biogasanlagenbetreiber – insbesondere in Regionen mit Nährstoffüberschüssen: Zum einen ergibt sich eine deutliche Flächenkonkurrenz zwischen Gärprodukten und Wirtschaftsdüngern, zum
anderen werden teils deutlich größere Lagerkapazitäten notwendig. Für viele Landwirte, vor allem aus Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen, ergeben sich zwei Möglichkeiten: Entweder werden Nährstoffe aus nährstoffreichen in nährstoffarme Regionen Deutschlands über Distanzen von mitunter 150 Kilometern verbracht. Bekannt sind beispielsweise Transporte aus der Veredelungsregion Cloppenburg/Vechta in die Region Hannover (Nährstoffbericht Niedersachsen 2015/2016). Oder es werden Gärdünger vor Ort aufbereitet und fraktioniert, wobei dem Gärprodukt Wasser entzogen wird, um die Transportwürdigkeit der Düngefraktionen zu steigern. Auf dem Markt existieren dafür verschiedene Teil- und Vollaufbereitungstechniken (Drosg et al. 2015). Das Vollaufbereitungsverfahren aus der Kombination Fest/Flüssig-Trennung und Membranverfahren stellt dabei eine besonders interessante Lösung dar.
Abbildung 1: Vollaufbereitungsverfahren von Gärresten durch Membrantechnik
Retentat UF
Separator
Dekanter
Um Os keh mo rse
Gärrest
U filt ltra rat ion
Biogas Anlage
Retentat UF
N/KFlüssigdünger
Wasser
N/PFeststoffdünger
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BIOGAS JOURNAL |
WISSENSCHAFT
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Abbildung 2: Fotos der Pilotanlage – Versuchscontainer am Standort 2, Dekanterzentrifuge, Ultrafiltration, Umkehrosmose
Dekanterzentrifuge
Vorlagetank
Zentrifugen: weitere Abtrennung von Organik und Nährstoffen
Umkehrosmose
Abbildung 3: Versuchsablauf zur Ermittlung der Ultrafiltrationsflüsse bei konstant eingestellten Betriebsbedingungen
Abbildung 1 zeigt eine mögliche Verfahrenskombination aus Schneckenpressenseparator, Dekanterzentrifuge, Ultrafiltration (UF) und Umkehrosmose (UO). Separatoren zur Abtrennung der organischen Feststofffraktion sind heute an vielen Biogasanlagen im Einsatz. Durch alternative oder nachgeschaltete Dekanterzentrifugen kann ein weiterer Anteil an Organik, Stickstoff und Phosphor in einen stichfesten N/P-Dünger überführt werden. Die gelösten Nährstoffe Kalium und Ammoniumstickstoff werden über ein mehrstufiges Membranverfahren, bestehend aus Ultrafiltration und Umkehrosmose, in einen hoch angereicherten flüssigen N/K-Dünger überführt. Das Retentat der Ultrafiltration kann entweder in den Prozess rezirkuliert oder als zusätzliches Flüssigdüngerprodukt ausgeschleust werden. Bei Bedarf kann die Anlage so dimensioniert werden, dass das gereinigte Wasser Einleitfähigkeit erreicht. Die Anlagentechnik ist technisch erprobt und seit etwa zehn Jahren erfolgreich im Einsatz (Brüß 2014). Allerdings führt der bislang hohe spezifische Energiebedarf des Gesamtprozesses von 20 bis 30 Kilowattstunden (kWh)/m³ zu Aufbereitungskosten von rund 8 Euro/m³ Gärrest. Im Forschungsprojekt sind 42 Gärproduktproben aus zwölf NawaRo- und sieben Abfall-Biogasanlagen analysiert und charakterisiert worden. Dadurch wurde ein breites Wissen über die Inhaltsstoffe der Gärprodukte sowie über die für die Leistung der Ultrafiltrationsanlage relevanten Gärproduktinhaltsstoffe erworben.
Filtratfluss in L/h
FOTOS: TOBIAS GIENAU, ULRICH BRÜSS
Ultrafiltration
Aufkonzentrieren
Betrieb bei 70 % Ausbeute
500 400 300 200 100 Betriebspausen über Nacht 0
0
5
10
15 20 25 Betriebzeit in h
30
35
40
Gärdünger lassen sich unterschiedlich gut filtrieren, beispielsweise waren die Gärprodukte aus Abfall-Biogasanlagen einfacher aufzubereiten als die Gärreste der NawaRo-Biogasanlagen. Als Ursache für die unterschiedliche Filtrierbarkeit wurde die Menge an organischen Makromolekülen im Presswasser beziehungsweise Dekanterzentrat und die damit einhergehende höhere Fluidviskosität identifiziert (Gienau und Rosenberger 2015). Diese lassen sich leicht analysieren. Außerdem lassen sich schnell Prognosen für die weitere Aufbereitung ableiten. In einem zweiten Untersuchungsschritt wurden Optimie-
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Abbildung 4: Mittlere prozentuale Aufteilung des Gärrestmassenstroms auf die Prozessströme Prozesswasser 36%
Gereinigtes Wasser 36 %
Gärrest 100 %
Konzentrat Umkehrosmose
oTS N ges P2 O5 K 2O
= n. m. = < 0,02 kg/t = < 0,001 kg/t = < 0,001 kg/t
Flüssigdünger 31%
Feststoffdünger 23% oTS = 65 - 87 % Nges = 6,0 - 12,0 kg/t P2 O5 = 4,7 - 11,0 kg/t K 2 O = 4,4 - 5,3 kg/t
Optimierungen in der Praxis getestet
15 %
26 %
11 %
12 %
Retentat Ultrafiltration Feststoff Dekanter Feststoff Separator
oTS = 71 - 72 % Nges = 3,4 - 4,8 kg/t P2 O5 = 0,6 - 0,9 kg/t K 2 O = 4,6 - 5,3 kg/t
oTS = 32 - 43 % Nges = 4,6 - 5,8 kg/t P2 O 5 = 0,3 - 0,5 kg/t K 2 O = 10,1 - 11,1 kg/t
Abbildung 5: Mittlere prozentuale Aufteilung der Nährstoffe auf die Prozessströme
60 %
Aufteilung der Nährstoffe auf die Massenströme in %
N total
P2 O 5
K 2O
50 % 40 %
30 % 20 %
10 % 0% Feststoff Separator
Feststoff Dekanter
UF Retentat
rungsansätze der Ultrafiltrationsstufe durch Vorbehandlung des Gärrestes entwickelt, die zum Teil deutliche Steigerungen des Ultrafiltrationsflusses ergaben.
Flüssigdünger
Einige vielversprechende Optimierungsansätze wurden anschließend in einer Pilotphase an zwei unterschiedlichen Biogasanlagen getestet. Abbildung 2 zeigt Komponenten der Pilotanlage und Tabelle 1 (S. 70) die Betriebsparameter der Biogasanlagen an den zwei Versuchsstandorten. Der Dekanter der Firma GEA Westfalia Separator erlaubt einen maximalen Durchsatz von 6 m³/Stunde und wird in Kombination mit einem polymeren Flockungsmittel betrieben, für das ein Nachweis über den 20-prozentigen Abbau innerhalb von zwei Jahren nach Düngemittelverordnung vorliegt. Die Ultrafiltrationseinheit ist mit keramischen Membranmodulen bestückt, die einen robusten Betrieb ermöglichen und sich gut reinigen lassen. Die dreistufige Umkehrosmoseeinheit ist mit Standard-Wickelmodulen ausgestattet. Zwischen Ultrafiltration und Umkehrosmose wird das UF-Permeat angesäuert. Die Aufbereitung der Gärprodukte erfolgte in Versuchsreihen von drei bis vier Tagen und zeigte an den beiden Standorten ähnliche und
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stabile Prozessergebnisse. In Abbildung 3 ist ein typischer Versuchsverlauf für einen konstanten Betriebsparameter dargestellt. Zunächst wurde das Retentat bis zu einer Permeatausbeute von 70 Prozent aufkonzentriert. Anschließend wurde über drei Versuchstage bei konstanten Bedingungen filtriert. Abbildungen 4 und 5 zeigen die während des Versuchsbetriebs gemessene Aufteilung der Gärrestmasse und der Nährstoffe nach den verschiedenen Prozessstufen. Die dazugehörigen Konzentrationen finden sich in Tabelle 2 auf Seite 71. Die Messung der Nährstoffkonzentrationen erfolgte mit Standardmethoden durch AGROLAB und das Labor für Verfahrenstechnik der Hochschule Osnabrück. Der Schneckenpressseparator scheidet etwa 10 bis 13 Prozent (%) des Massenstroms mit 18 bis 19 % der Stickstoff- und 27 bis 38 % der Phosphorfracht ab. In der nachgeschalteten Dekanterzentrifuge können weitere 10 bis 13 % des Massenstroms sowie 29 bis 38 % der Stickstoff- und 45 bis 61 % der Phosphorfracht abgeschieden werden. In Summe werden damit rund 20 bis 26 % der Gärstoffmasse als Feststoffdünger abgetrennt, der zirka 50 % der Stickstoff- und 85 % der Phosphorfracht enthält. Mit einem mittleren TR-Gehalt von 21 % sowie mittleren Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen von 8,5 Kilogramm (kg)/t beziehungsweise 7 kg/t handelt es sich dabei um einen guten organischen Feststoffdünger. Vom Gärprodukt können 14 bis 15 % nach der Umkehrosmose als partikelfreier Flüssigdünger aus dem Prozess gewonnen werden. Der Flüssigdünger enthält im Wesentlichen Ammoniumstickstoff und Kalium. Dabei ist anzumerken, dass die in technischen Anlagen enthaltene UOKonzentratstufe in der Pilotanlage nicht realisiert war. Im volltechnischen Maßstab wird der Flüssigdünger zusätzlich um den Faktor 5 bis 6 aufkonzentriert.
Ablaufwasser ist sehr rein Die Pilotversuche ergaben an beiden Standorten eine sehr hohe Qualität des gereinigten Wassers aus der letzten Umkehrosmosestufe (siehe Abb. 6). Die Ablaufwerte der vermessenen Stichproben erfüllten im Mittel die Anforderungen an die Ablaufqualität eines kommunalen Klärwerkes der Größenklasse 5 (CSB ≤ 75 mg/L, Nges ≤ 13 mg/L, NH4-N ≤ 10 mg/L, Pges ≤ 1 mg/L) (AbwV 2017).
Abbildung 6: Qualität des gereinigten Wassers am Standort 1
30 25
Konzentration in mg/L
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20
CSB < 15 mg/L 15 10
5 0
N total
NH4 -N
P2 O5
K2O
Als gereinigtes Wasser konnten 36 % des Gärrestes abgetrennt werden. In technischen Anlagen kann die Menge an aufbereitetem Wasser durch die zusätzliche Konzentratstufe auf über 50 % angehoben werden. Im Laufe des Projektes konnte der Energiebedarf der Ultrafiltrationsstufe durch Optimierung der Be-
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Abbildung 7: Auswirkung der Prozessoptimierung auf die Flussleistung der Ultrafiltrationsmembranen und auf den Energieverbrauch der gesamten Ultrafiltrationsstufe inklusive Peripherie
Standort 1 Standort 2
Membranleistung
120 %
100 % 80 %
60 % 40 % 20 %
0%
Referenz
+Wärme
140 %
Relativer Energieverbrauch UF
140 %
Standort 1 Standort 2
120 % 100 %
Prozessoptimierung
80 % 60 % 40 % 20 % 0%
Referenz
+Wärme
Prozessoptimierung
Tabelle 1: Prozessparameter der Biogasanlagen der Standorts 1+2 Prozessparameter
Standort 1
Standort 2
2,5 MWel
1,27 MWel
Elektrische Leistung
36 % Rindergülle, 36 % Maissilage, 28 % Zuckerrübe
Substrat
35.000 – 55.000 m³/a
Jährliche Gärrestmenge
triebsbedingungen deutlich reduziert werden. Das betriebswirtschaftliche Optimum ergab sich in der Kombination aus Erwärmung des Gärproduktes vor der Ultrafiltrationsstufe mit Änderungen verschiedener Betriebsparameter. Durch diese Kombination lässt sich der Volumenstrom durch die Ultrafiltrationsmem-
37 % Gülle/Mist 51 % Maissilage 12 % Hafer/GPS 30.000 – 35.000 m³/a
bran um etwa 45 % erhöhen und der Energieverbrauch auf unter 50 % reduzieren (siehe Abbildung 7). Für Standorte mit problematischer Nährstoffsituation bietet die membrangestützte Gärproduktaufbereitung eine interessante Perspektive. Die Feststoffabtrennung durch Schneckenpressseparator und Dekanter
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Tabelle 2: Nährstoffkonzentrationen der Prozessströme Feststoffdünger Standort 1 TR %
Gärrest 5,8
Separator
Dekanter
21,1
19,1
UF Retentat
Flüssigdünger (UO Retentat)
3,4
3,6
Ntotal kg/t
4,0
6,0
9,7
3,4
4,6
NH4-N kg/t
1,7
2,4
2,4
1,7
4,0
P2O5 kg/t
1,6
4,7
6,1
0,6
0,3
K2O kg/t
4,6
4,4
4,7
4,6
10,0
TR %
7,7
20,8
24,1
4,3
4,5
Ntotal kg/t
5,1
6,4
12,0
4,8
5,8
NH4-N kg/t
3,0
3,1
4,4
3,0
5,7
P2O5 kg/t
2,4
5,9
11,0
0,9
0,5
K2O kg/t
5,0
4,7
5,3
5,3
11,0
Standort 2
erzeugt ein transportwürdiges und lagerfähiges Düngeprodukt. Die Kombination aus Ultrafiltration und Umkehrosmose ermöglicht eine Abtrennung von 36 bis 50 % des Gärrestes als aufbereitetes Wasser, das entweder direkt oder indirekt in Vorfluter eingeleitet werden kann und somit nicht zur weiteren Anreicherung von Nitrat im Grundwasser beiträgt. Gleichzeitig werden Ammoniumstickstoff und Kalium in einem hochkonzentrierten Flüssigdüngerprodukt angereichert. Durch die entwickelte Prozessoptimierung lassen sich die spezifischen Aufbereitungskosten der gesamten Aufbereitungskette von 8 Euro/m³ Gärprodukt auf 5 bis 6 Euro/m³ Gärprodukt reduzieren. Die Kosten beinhalten die laufenden Betriebskosten für Strom, Chemikalien und Polymere, Rückstellung
für Wartung, Instandhaltung und Membranersatz sowie die Abschreibung auf die Investition der Anlage. Hinweis: Die Quellenangaben sind bei Bedarf bei den Autoren erhältlich.
Autoren Prof. Dr.-Ing. Sandra Rosenberger M.Sc. Tobias Gienau Hochschule Osnabrück Albrechtstr. 30 · 49076 Osnabrück E-Mail: s.rosenberger@hs-osnabrueck.de E-Mail: tobias.gienau@hs-osnabrueck.de
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VERBAND
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FOTOS: FACHVERBAND BIOGAS E.V.
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Wie der Hackl Schorsch zum Fachverband kam
M
arkus, hast du gehört? Der Hackl Schorsch sagt, dass Biogas ganz toll ist.“ Dieser Satz der Schwiegermutter von unserem Regionalreferenten Markus Bäuml war der Startschuss für unsere erfolgreiche Arbeit mit Georg Hackl. Dass Biogas ganz toll ist, das hat er in einer Talkshow beim Bayerischen Rundfunk gesagt. Zu dieser Zeit wusste der Hackl Schorsch noch nichts vom Fachverband Biogas – und wir wussten nicht, dass der Hackl Schorsch Biogas so gut findet. Und nachdem der Markus Bäuml über Jahre versucht hatte, seine Schwiegermutter von Biogas zu überzeugen und der Hackl das in einer halben Stunde geschafft hat – da hat sich der Markus gedacht: den brauchen wir, den Rodel-Olympiasieger. Er hat ihn angeschrieben, sie haben sich getroffen, sie haben über Biogas gesprochen und festgestellt, dass sie beide in die gleiche Richtung laufen, was ihre Vorstellung einer künftigen Energieversorgung angeht. Der erste Schritt war getan. Nicht gesucht, aber trotzdem gefunden. Es folgten offizielle Treffen mit Management und Geschäftsführung. Der Hackl wurde Mitglied im Fachverband Biogas und wir kamen dahingehend überein, es zunächst mal drei Jahre miteinander zu versuchen. Das war im Herbst 2014. Seitdem haben wir gemeinsam viel bewegt. Neun Videos zu den verschiedenen Aspekten der Biogasnutzung plus fünf Kurzfilme für Facebook, ein Interview mit MdB Artur Auernhammer, ein Statement zur Bundestagswahl im Rahmen der Sommertour, Grußworte während der Jahrestagungen und im Flyer, ein Pappaufsteller und der original Hackl-Rodel auf der Convention, diverse Beiträge im Biogas Journal, Teilnahme an Veranstaltungen wie dem ZLF, dem Streetlife in München,
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der Tarmstedter Ausstellung oder dem Rosenheimer Herbstfest. In Tarmstedt konnten wir dann auch mit eigenen Augen die These widerlegen, der Hackl sei im Norden nicht bekannt (man kam keine fünf Meter mit ihm voran, ohne dass nicht jemand mindestens „Das ist doch der Hackl Schorsch“ rief oder gar ein Selfie machen wollte). Darüber hinaus ist er auf eigene Initiative im BR zu den Sendungen „Mensch Otto“ und „Die blaue Couch“ eingeladen worden, hat in einer weiteren Talkshow explizit pro Biogas Stellung bezogen – und nicht zuletzt hat er im vergangenen Jahr in seinem Garten unsere neue Lieblingspflanze Durchwachsene Silphie ausgesät (Fotos davon folgen zu gegebener Zeit im Biogas Journal). Wer mit dem Hackl Schorsch unterwegs ist, der weiß, dass er keine Gelegenheit auslässt, um über die vielen Vorzüge von Biogas zu reden. Und mittlerweile ist er ein wahrer Experte, der nicht nur durch seine authentische Art überzeugt, sondern auch durch sein fundiertes Hintergrundwissen. Biogas liegt dem Hackl Schorsch am Herzen und es ist ihm ein wirkliches Bedürfnis, darüber zu sprechen. Und er ist ein gern gesehener Türöffner bei allen Projekten, die wir bislang mit ihm initiiert haben. In diesem Jahr wollen wir einen etwa 20-minütigen Schulfilm zum Thema Erneuerbare Energien mit ihm drehen. In dem Zusammenhang wird auch unser Unterrichtsmaterial überarbeitet. Im Biogas Journal wird er sich weiterhin regelmäßig zu Wort melden, seine Medienkontakte wollen wir nutzen, seine Online-Präsenz verbessern und ihn beim Aufbau seiner Homepage unterstützen – und sicherlich wird es auch in diesem Jahr wieder zwei bis drei Veranstaltungen geben, an denen der Hackl Schorsch für den Fachverband Biogas teilnehmen wird. Wir haben uns nicht gesucht, aber gefunden. Mit dem Hackl Schorsch haben wir einen bundesweit bekannten Fürsprecher gewonnen, um den uns die anderen EEVerbände beneiden. Autorin Dipl.-Ing. agr. Andrea Horbelt Pressesprecherin Fachverband Biogas e.V.