Charakterisierung und Optimierung von NawaRo-Biogasanlagen in typischen Ackerbauregionen in NRW

Abstract

Mit der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes im Jahr 2004 wird der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen in Biogasanlagen gefördert. Es ist davon auszugehen, dass die Anlagenbetreiber in viehlosen Ackerbauregionen auch weiterhin auf den Erwerbszweig „Energiewirtschaft“ umstellen und ihre Biogasanlage überwiegend mit pflanzlichen Materialien beschicken. Die Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen ohne Zugabe der prozessstabilisierend wirkenden Gülle stellt besonders hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnik und die biologische Stabilität der Biogasanlage. Ein Ausfall der Anlagen ist jeweils mit großen finanziellen Einbußen verbunden, da ein längerer Zeitraum erforderlich ist, bis die Anlagen wieder konstant den angestrebten Gasertrag liefern. Das Gesamtziel des Projekts ist die Charakterisierung und Optimierung von Biogasanlagen zur Nassvergärung ausgewählter nachwachsender Rohstoffe ohne Flüssigmisteinsatz in typischen Ackerbauregionen. Untersuchungen zur Bilanzierung der Stoffströme und Gaserträge sollen der Prozessoptimierung dienen. Die Ergebnisse sollen als Grundlage für Beratungsempfehlungen in der Praxis verwendbar sein. Folgende Teilziele lassen sich hieraus ableiten: - Nachweis der Wirtschaftlichkeit dieses Anlagentyps mit Hilfe von Langzeit- Begleituntersuchungen zur Erfassung aller relevanten Kenndaten; - Einschätzung der Prozessstabilität im Vergleich zu konventionellen Biogasanlagen; - Laborversuche und Analyse der Substrate zur Abschätzung der Potenzialreserven; - Erarbeitung einer Schwachstellenanalyse in der gesamten Prozesskette. Für die wissenschaftlichen Untersuchungen wurden nach einer ausführlichen Literaturrecherche und Methodenerarbeitung zwei Praxisanlagen ausgewählt. Anlage A wurde im Mai 2006 in Betrieb genommen, verfügt über eine installierte Leistung von 835 kWel und wird mit Silomais [40 t/d], CCM [1,4 t/d] und Hähnchenmist [1 t/d] beschickt. Anlage B ging im Dezember 2006 ans Netz und weist eine Leistung von 625 kWel auf. Die Substratgrundlage bilden Silomais [12 t/d], CCM [2 t/d], Grassilage [3 t/d] und Putenmist [2 t/d] bzw. ab dem Jahr 2009 Fetsmist aus der Rinderhaltung. Um eine Einschätzung für den gesamten Prozess geben zu können, wurden folgende Messparameter für jeden Fermenter der beiden Biogasanlagen festgelegt: Temperatur, pH, Gehalte an Trockensubstanz, organische Trockensubstanz, Fettsäuren sowie FOS/TAC, NH4 und Leitfähigkeit. Zusätzlich werden die Werte der Gasanalyse und der Gasdurchfluss am BHKW erfasst. Auch die Inputmaterialien (Weender-Analyse) und die Qualität der Silage (Gärtest) wurden untersucht. Die täglichen Fütterungsmengen der einzelnen Komponenten wurden detailliert festgehalten, um Aussagen über die Stoffströme treffen zu können. Eine Bestimmung des Gärrestpotenzials wurd regelmäßig aus dem Endlager durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die biologischen Prozesse nach einer Anlagenlaufzeit von ca. zwei Jahren als stabil einzuschätzen sind. Problematisch dagegen ist der erhöhte Trockensubstanzgehalt einer güllefreien Anlage. Um die Pumpfähigkeit des Gärsubstrates zu erhalten, müssen gezielte Gegenmaßnahmen getroffen werden, wie z.B. durch den Einsatz eines Separators zur Feststoffabtrennung. Optimierungspotenziale bestehen außerdem bei der Lagerung der Substrate. Hier sollten die konventionellen Methoden der Futterkonservierung beachtet werden. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass bei der Eintragstechnik häufig Probleme zu verzeichnen sind. Diese Problematik soll künftig näher untersucht werden. Bei Untersuchungsbetrieb A konnte eine Optimierung durch Spurenelementzugabe erzielt werden, indem die Maiszugabe bei gleich bleibender BHKW-Leistung reduziert werden konnte. Die Anwendung des DLG-Standards diente der Schwachstellenidentifizierung und Optimierung in den Bereichen Dokumentaion und Unternehmensführung. Abschließend bleibt festzuhalten, dass jede Biogasanlage individuell zu betrachten ist, was entscheidend für die Auswertung der Messparameter ist. Die menschliche Kompetenz sowie die Qualifikation der Mitarbeiter erweist sich als der wichtigste Einflussfaktor bei der Anlagenführung.