Biogasrüben Monitoring

Agrarökologische Probleme und gesellschaftliche Ablehnung haben dazu geführt, dass eine Ausweitung des Silomaisanbaus für die Biogasproduktion auch politisch nicht mehr gewollt ist. In diesem Zusammenhang hat die Zuckerrübe als Alternativkultur zum Silomais in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Zuckerrüben können sich an guten Ackerbaustandorten ertraglich neben Silomais behaupten und werden von der Bevölkerung in der Landschaft als im Allgemeinen nicht störend wahrgenommen.

Hintergrund

In Biogasanlagen, die große Mengen an Energiepflanzen oder Festmist ohne Zugabe nennenswerter Mengen an zusätzlicher Flüssigkeit verarbeiten, ist die Viskosität des Gärgemischs in der ersten Vergärungsstufe typischer Weise hoch. Nicht nur unter solchen Bedingungen kann der Einsatz von Zuckerrüben mit ihrem hohen Anteil an rasch vergärbaren Inhaltsstoffen zur Verringerung der Viskosität und Verbesserung der Rührfähigkeit des Gärgemisches beitragen. Anlagenbetreiber berichten zudem, dass durch eine selektive Beschickung des Gärprozesses mit Zuckerrüben eine Modulation der Biogasproduktion innerhalb relativ kurzer Ansprechzeiten realisiert werden kann.
Rübenmiete am FeldrandZoombild vorhanden

Rübenmiete am Feldrand

Die Vergärung von Zuckerrüben bringt neben den genannten Vorteilen aber auch gewisse verfahrenstechnische Schwierigkeiten bzw. Herausforderungen mit sich. So gelangen je nach Bodenart der Rübenanbaufläche, Ernteverfahren und Nachreinigung der Zuckerrüben Erd- bzw. Schmutzanhang mit in die Gärbehälter. In Abhängigkeit der Korngrößen der Schmutzpartikel kann es hierdurch zur Bildung von Sinkschichten/Sedimentkörpern in den Gärbehältern kommen, die das effektive Arbeitsvolumen deutlich reduzieren. Auch die Konservierung von ZR für den ganzjährigen Einsatz in Biogasanlagen stellt aufgrund der leichten Verderblichkeit der Rüben besondere Anforderungen an die Verfahrenstechnik, um Lagerungsverluste zu minimieren.

Herausforderung

Die hauptsächlichen technischen Herausforderungen bei der Biogasproduktion aus Zuckerrüben stellen sich zum einen im Vergärungsprozess selbst – bei überwiegendem oder stark wechselndem Einsatz –, mehr noch aber bei der Aufbereitung und Lagerung/Konservierung des Materials für die Vergärung. Ein Standardverfahren für die (Zwischen-)Lagerung und Konservierung der Rüben für die Biogasproduktion kann derzeit nicht benannt werden.

Projektziele

Das „Biogas-Monitoring“ zielt darauf ab, Messdaten und Erfahrungswerte aus der Praxis zum Betrieb landwirtschaftlicher Biogasanlagen mit unterschiedlichsten Einsatzstoffen und technischen Konfigurationen zu gewinnen. Ausgehend von den oben dargestellten Herausforderungen werden auf fünf bayerischen Biogas-Pilotbetrieben, welche schon seit längerer Zeit Erfahrungen im Umgang mit Zuckerrüben zur Biogaserzeugung sammeln, wesentliche Fragestellungen zu geeigneter Verfahrenstechnik und praxistauglichen Lagerungsverfahren von Zuckerrüben bewertet.

Methode

Zwei der im Vorgängerprojekt “Diversifizierung der Einsatzstoffe und Verfahrenstechnik “ untersuchten Pilotbetriebe setzten bereits saisonal ZR ein und werden deshalb im laufenden Projekt weitergeführt. Für die Aufnahme neuer Betriebe wurden aus einem Pool von zehn besichtigten Biogasbetrieben diejenigen drei ausgewählt, die hinsichtlich des Verfahrenskonzeptes für die Zuckerrübenlagerung und der Biogasanlagentechnik am interessantesten erschienen. Alle ausgewählten Anlagen setzen zudem den Großteil der anfallenden BHKW-Wärme an externe Nutzer ab.
Auf den Pilotbetrieben werden die zur Bewertung der Biogaskette erforderlichen Daten über einen zusammenhängenden Zeitraum von mindestens zwei Jahren erfasst. Der Fokus liegt hierbei auf den Kettengliedern der Biogasproduktion und der Biogasverwertung. Die Schnittstelle zum Forschungsvorhaben „Biogasrüben Lagerung“ bildet der Eintrag der ZR-Biomasse in die Biogasanlage. Die Datenerfassung und –fernübertragung erfolgt mittels des im Institut entwickelten elektronischen Betriebstagebuchs „BAMILT“ für Tablet-PC/Smartphone, Datenlogger und regelmäßige Kontaktaufnahme mit den Betreibern. Das Monitoring wird ergänzt durch die in der Arbeitsgruppe Technikfolgenabschätzung entwickelten Anwendungen zur Effizienzbewertung von Biogasanlagen und etablierte Methoden der Stoffstrommodellierung.
Nachfolgend werden vier der aktuellen „Biogasrüben-Pilotbetriebe“ vorgestellt. Die fünfte Anlage wird derzeit stark baulich verändert und daher erst nach Beendigung der Baumaßnahmen beschrieben.
Übersicht Pilotbetriebe
Betriebskennung22252728
Geografische LageMittelfrankenMittelfrankenNiederbayernNordschwaben
BHKW-Nennleistung elektrisch103 kW190 kW + 100 kW400 kW2 x 250 kW
AnlagenkonstellationF1 / F2 → GLGD → GLOHY → F → N → GLOHY1 → HY2 → F → FBR1 → FBR1 → GLOF → N → GLGD
Netto-Gärraum Gesamt220 m31.400 m31.650 m32.800 m3
Gärraumspez. installierte elektrische Leistung0,47 kW / m30,21 kW / m30,24 kW / m30,18 kW / m3
Gärrestlagervolumen
→ mit Gaserfass.
→ ohne Gaserfass
1.400 m3
700 m3
-
1.950 m3
-
1.500 m3
2.100 m3
-
Gärtemperaturen
→ Fermenter
→ Nachgärer
→ Festbettreaktor
53 °C
-
-
40 °C
40 °C
-
42 °C
-
42 °C
45 °C
45 °C
-
AnlagentypKompakte KleinbiogasanlageHofbiogasanlage (Gülle + NawaRo)Hofbiogasanlage (NawaRo)Hofbiogasanlage (Mist + NawaRo)
Art der RübenlagerungMiete, FrischverfütterungMiete – teils Frischverfüt-terung, teils Kosilierung mit Stroh und MaisBreisilierung RundbehälterMiete, Frischverfütterung
RübenzerkleinerungSilofräse am Futtermisch-wagen; RübenschnitzlerRübenschnitzlerBiomasse-GehölzschredderRübenschnitzler
Erläuterung der Abkürzungen:
HY = Hydrolyse; F = Fermenter; N = Nachgärer; FBR = Festbettreaktor; GLGD = Gärrestlager gasdicht; GLO = Gärrestlager offen
Projektinformation
Projektleiter: Dr. Mathias Effenberger
Projektbearbeiter: Gabriel Streicher, Robert Kliche
Kooperationspartner: ILT 2a, AQU 1c
Laufzeit: 2015 – 2019
Finanzierung: Bayerisches Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Förderkennzeichnen: N/15/06