Biogasanlagen: Berechnung der Gasausbeute von Kosubstraten

Für viele Substrate gibt es entweder keine oder nur unbrauchbare Literaturangaben zu Gasausbeute und Methangehalt. Deshalb wird hier eine Methode vorgestellt, diese über bestimmte Bezugsgrößen näherungsweise zu berechnen. Die Ergebnisse stellen maximal mögliche Gasausbeuten und Methangehalte unter optimalen Gärbedingungen dar.

Keine oder nur unbrauchbare Daten zu Gasausbeute und Methangehalt

Für viele Substrate gibt es keine Literaturangaben zu Gasausbeuten und Methangehalten oder die genannten Werte weisen so große Spannen auf, dass fast jedes gewünschte Ergebnis einer Wirtschaftlichkeitsberechnung möglich und begründbar ist. Häufig sind die angegebenen Gasausbeuten nicht auf Normbedingungen korrigiert oder es wird nicht angegeben, dass sich die Angaben auf trockenes Gas bei 1013 hPa und 0 Grad Celsius Temperatur beziehen (Normvolumen). Obwohl eigentlich bekannt ist, dass ein Kubikmeter trockenes Gas, bei 0 Grad Celsius Gastemperatur gemessen, einen deutlich höheren (energetischen) Wert hat als ein Kubikmeter Gas, dessen Volumen bei 55 Grad Celsius Gastemperatur ermittelt wurde. Die Angaben sind damit häufig nicht vergleichbar und können zu erheblichen Fehlinterpretationen führen. Man ist deshalb gezwungen, Gärtests durchführen zu lassen, die sich allerdings nicht unbedingt auf Praxisanlagen übertragen lassen oder die Gasausbeuten über bestimmte Bezugsgrößen näherungsweise zu berechnen.

Ausgangspunkt der Berechnung sind folgende Annahmen:

  • Der Biogas-/Methanertrag eines Substrats wird durch den Gehalt an Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten sowie der Verdaulichkeit dieser Stoffgruppen bestimmt.
  • Die Umsetzungen in einem Gärbehälter verlaufen ähnlich wie im Rindermagen.
Wenn die Annahmen stimmen, können für "Futtermittel", die in einer Biogasanlage eingesetzt werden sollen, Rohnährstoffgehalte und Verdauungsqotienten (VQ) aus Futterwerttabellen näherungsweise angesetzt und die zu erwartenden Gasausbeuten berechnet werden. Untersuchungen zu Biogas-/Methanerträgen für die Stoffgruppen Proteine, Fette und Kohlenhydrate sind von verschiedenen Autoren veröffentlicht.

Berechnungsbeispiel für Substrat "Grassilage angewelkt, 1. Schnitt, Mitte der Blüte"

Als Datengrundlage für das Berechnungsbeispiel wurde das DV-Programm "Zielwert-Futteroptimierung" (ZIFO)1) verwendet. Die unten angebenen Rohnährstoffgehalte und Verdauungsqotienten (VQ) beziehen sich auf 1 kg Trockenmasse des Beispielsubstrats. NfE sind die stickstofffreien Extraktstoffe.
TS-Gehalt
%
Rohfaser
g
VQRfas
%
NfE
g
VQNfE
%
Rohprotein
g
VQRP Rohfett
g
VQRfett
%
40 293 74,30 436 69,97 132 65,09 37 67,51
Aus diesen Vorgaben lassen sich der Gehalt an organischer Trockensubstanz (oTS), die Masse der verdaulichen Kohlenhydrate, des verdaulichen Rohproteins und des verdaulichen Rohfetts pro kg TS errechnen:
oTS-Gehalt: (Rohfaser + NfE + Rohprotein + Rohfett) / 1000g = 89,80 %
Verdauliche Kohlenhydrate: (Rohfaser x VQRfas) + (NfE x VQNfE) = 522,77 g
Verdauliches Rohprotein: (Rohprotein x VQRP) = 85,92 g
Verdauliches Rohfett: (Rohfett x VQRfett) = 24,98 g
Pro kg oTS ergeben sich somit 582 g verdauliche Kohlenhydrate, 96 g verdauliches Rohprotein und 28 g verdauliches Rohfett.
Unterstellt man die von Baserga2) veröffentlichten Gasausbeuten für die Stoffgruppen Kohlenhydrate, Fette und Proteine, können bei der Vergärung von 1 kg oTS Grassilage (angewelkt, 1. Schnitt, Mitte der Blüte) rund 562 ln Biogas mit einem Methangehalt (CH4-Gehalt) von ca. 54 Prozent erwartet werden (siehe Tabelle). Dies entspricht einer Gasausbeute von 202 mn3 pro 1000 kg Frischmasse.
Stoffgruppe Gasausbeute
Baserga
l/kg OS
CH4-Anteil
Baserga
Vol %
Masse
Beispielssubstrat
kg/kg oTS
Gasausbeute
Beispielssubstrat
l/kg oTS
CH4-Anteil
Beispielssubstrat
Vol %
Kohlenhydrate 790 50 0,582 459,9 40,9
Rohprotein 700 71 0,096 67,0 8,5
Rohfett 1.250 68 0,028 34,8 4,2
Summe - - 0,706 561,7 53,6
Quellenangaben:
1) Dr. Rutzmoser K. und Dr. Spann B., Zielwert-Futteroptimierung , Bayer. Landesanstalt für Tierzucht, Grub, 2002
2) Baserga U.,1998, Landwirtschaftliche Co-Vergärungs-Biogasanlagen, FAT-Berichte Nr. 512

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