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Dieses Dokument beinhaltet nur einen Auszug aus der Bachelorarbeit
„Effizienzsteigerung von Biogasanlagen durch eine mechanische
Zerkleinerung des Gärsubstrates“ von Sabrina Böyer
EFFIZIENZSTEIGERUNG VON
BIOGASANLAGEN DURCH EINE
MECHANISCHE ZERKLEINERUNG DES
GÄRSUBSTRATES
von
Sabrina Böyer Mat.-Nr.: 614825
Fachhochschule Münster Abteilung Steinfurt Fachbereich Maschinenbau
Erstprüfer: Prof. Dr.-Ing. Klaus Baalmann
Zweitprüfer: Prof. Dr.-Ing. Georg Spiegels
1 . 0 E i n l e i t u n g u n d Z i e l s e t z u n g S e i t e | 4
1.1 Einleitung
Erneuerbare Energien sind seit Jahren auf dem Vormarsch und werden mehr und
mehr zum festen Bestandteil der Energieversorgung. Nicht zuletzt das Erdbeben
in Japan und die daraus folgende Atomkatastrophe hat die Diskussion um den
Atomausstieg vorangetrieben. Innerhalb kurzer Zeit hat dies zum Umdenken in der
Energiepolitik geführt. Ein Atomausstieg bis 2022 ist geplant, der Ausbau der
erneuerbaren Energien wird weiter vorangetrieben.
Im April 2000 ist das erste Erneuerbare-
Energien-Gesetz der Bundesrepublik
Deutschland, kurz EEG, in Kraft getreten. Es
verspricht einem Anlagenbetreiber, der mit Hilfe
von erneuerbaren Energien Strom erzeugt, für
jede eingespeiste Kilowattstunde einen festen
Vergütungssatz über 20 Jahre. Alle vier Jahre
gab es bis dato eine EEG- Novelle mit neuen
Vergütungssätzen. Die nächste EEG-Novellierung tritt am 01.01.2012 in Kraft.
Strom aus Wind, Solar und Biogas deckt bis heute bereits 17 % unseres
Strombedarfs und bietet über 340.000 Menschen einen Arbeitsplatz. Die Tendenz
ist steigend [3]. Allein durch Biogas wurden 2009 10,7 % des Stroms aus
erneuerbaren Energien erzeugt (siehe Abbildung 1.01) [4].
Durch die attraktiven Vergütungssätze trafen viele Landwirte in den vergangenen
Jahren die Entscheidung, sich ein zweites Standbein im Bereich Biogas
aufzubauen. Aufgrund von steigenden Substratpreisen hat sich die Rentabilität
von diesen landwirtschaftlichen Biogasanlagen in den letzten Jahren reduziert.
Steigende Rohstoffpreise zwingen die Anlagenbetreiber, die erhöhten Kosten über
höhere Erlöse wieder auszugleichen [6]. Da die Vergütung pro eingespeister
Kilowattstundedurch das EEG festgesetzt ist, kann dies nur durch mehr
eingespeiste Kilowattstunden aufgehoben werden. Bestehende Anlagen sollen
durch einen geringen Investitionsaufwand in ihrer Effektivität noch gesteigert
werden. Neuanlagen sollen in ihrem Betriebsprozess so optimiert werden, dass
maximale Erlöse erzielt werden können. Die Betriebskosten in Form von
Abbildung1.01: Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien [4]
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Eigenstrombedarf, Verschleiß, Wartungskosten sowie Substratkosten müssen
minimiert werden.
Um die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen zu verbessern, werden immer wieder
neue Produkte zur Effizienzsteigerung und besseren Substratausnutzung auf den
Markt gebracht. Vor allem in der Substrataufbereitung durch Zerkleinerung liegt
ein immer größer werdendes Potential.
1.2 Zielsetzung
Die PlanET Biogastechnik GmbH möchte aufgrund der Marktentwicklung eine
mechanische Zerkleinerung mittels GORATOR® testen und bewerten. Im Rahmen
dieser Bachelorarbeit soll anhand von vier Beispielanlagen geprüft werden, ob der
Einsatz der Zerkleinerungstechnik GORATOR®wirtschaftlich sein kann.
Ziel ist es, den Bakteriendurch Zerkleinerung von langfaserigen Substraten,
optimale Lebensbedingungen zu bieten. Durch eine Zerkleinerung wird die
Substratoberfläche vergrößert, und die Bakterien sind schneller in der Lage das
Material abzubauen. Wichtig ist es deshalb, den Einfluss der Aufbereitungstechnik
auf die Biologie im Fermenter zu dokumentieren. Um den Prozess zu überwachen,
werden regelmäßig Substratproben aus den Anlagen biologisch beprobt. Den
Bakterien muss ein optimaler Lebensraum geboten werden, um effektiv arbeiten
zu können. Die einzelnen Parameter werden in Kapitel 2.3 näher erläutert.
Optimale Lebensbedingungen schlagen sich in der gebildeten Gasmenge und
-qualität nieder. Um die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu beurteilen, wird die
tatsächlich vom BHKW verbrauchte Gasmenge täglich oder wöchentlich notiert.
Einerseits ist zu prüfen, welche Voraussetzungen bezüglich TS-Gehalte und
Substrateinsatz gegeben sein müssen, damit die Einbindung der
Zerkleinerungstechnik rentabel wird. Aus diesem Grund wird die Substratvarianz
und -menge der verschiedenen Biogasanlagen bilanziert. Die Biogasanlage ist ein
komplexes, biologisches System, dass auf keinen Fall in seiner Funktionsweise
und seinem biologischen Prozess gestört werden darf. Dies würde die
Gasausbeute und somit den finanziellen Erlös der Anlage negativ beeinflussen,
deshalb ist eine ständige Überwachung der biologischen Prozesse unerlässlich.
Außerdem werden im biologischen Labor Gärversuche durchgeführt, bei der die
Gasmenge der Gärproben mit und ohne Aufbereitung gemessen werden kann.
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Näher betrachtet wird so, ob sich ein höherer Gasertrag durch die Zerkleinerung
einstellt, ob sich eine schnellere Ausgasung erkennen lässt oder eine Hemmung
der Gasproduktion zu beobachten ist. Die Resultate werden richtungsweisend für
die weitere Forschung der PlanET Biogastechnik GmbH im Bereich der
Zerkleinerungstechnik sein.
Weiterhin soll überprüft werden, ob der GORATOR® für den Biogasbereich
geeignet ist. Im Versuch wird sich herausstellen, ob geeignete Bauteile
ausgewählt worden sind oder ob noch bauliche Veränderungen an der Maschine
vorgenommen werden müssen, um sie langfristig in einer Biogasanlage einbinden
zu können. Bei dem zu behandelnden Medium handelt es sich um ein Gemisch
aus festen und flüssigen Bestandteilen. Daher stellt sich die Frage, in wieweit die
Zerkleinerungstechnik mit den gegebenen Bedingungen agieren kann.
Desweiteren müssen Erfahrungen gesammelt werden, zwecks bestmöglicher
Integration der Maschine in eine bestehende Anlage.
Oberstes Ziel ist es, zu überprüfen, ob sich die Betriebskosten minimieren und die
Gewinne optimieren lassen. Ein wichtiges Kriterium ist hierbei die Reduzierung
des Eigenstromanteils. Ohne eine Aufbereitungstechnologie ist der Betrieb von
zusätzlichen Pumpen oft unumgänglich. Ein weiterer Punkt ist eine Zunahme der
Gasproduktion, um somit eine Erhöhung des Stromerlöses zu erzielen. Eine
genauere Abschätzung dieser Kriterien ist nur in einem Vorort-Versuch möglich.
3.0 Mater ia l , Methoden und Ver fahren Se i te |8
3.0 Material, Methoden und Verfahren
3.1 Kenngrößen zur Beurteilung des Biogasprozesses
Der biologische Prozess in einer Biogasanlage bedarf einer regelmäßigen
Kontrolle, da viele kleine Parameter den ganzen Ablauf stark beeinflussen können.
Um die oben aufgeführten optimalen Lebensbedingungen der Bakterien auch
einhalten zu können, werden folgende Parameter zur Beurteilung herangezogen:
Trockensubstanz(TS-Gehalt):
Die Trockensubstanz setzt sich zusammen aus der organischen und
anorganischen Masse. Zur Bestimmung wird das Material bis zur
Gewichtskonstanz getrocknet. Der Trocknungsvorgang erfolgtbei 105 °C, in der
Regel für 24 Stunden. Die Trockensubstanz wird über den Gewichtsverlust
ermittelt. Der Wert ist in Prozent anzugeben.
Organische Trockensubstanz(oTS-Gehalt):
Die organische Trockensubstanz ist die Masse der Substanz, nachdem Wasser
und mineralische Stoffe entzogen wurden. Die bei der Bestimmung des TS-
Gehaltes übrig gebliebene organische und anorganische Masse wird in einem
Muffelofen bei 600°C für 3 Stunden verbrannt. Übrig bleibt nur noch anorganische
Asche, die aus Mineralien besteht. Über den Gewichtsverlust errechnet sich die
organische Trockensubstanz, die ebenfalls in Prozent angegeben wird. Dieser
Wert ist deshalb so wichtig, weil nur der Anteil der organischen Masse für die
Gasproduktion verwendet werden kann.
pH-Wert:
Wie wichtig der optimale pH-Wert ist, ist bereits im Kapitel 2.3 erläutert worden. Er
kann mit Hilfe eines pH-Meters gemessen werden und stellt ein wichtiges
Kriterium zur Beurteilung der Stabilität des Biogasprozesses dar.
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FOS/TAC:
Der FOS/TAC-Wert dokumentiert das Verhältnis der flüchtigen organischen
Säuren (FOS) zur Pufferkapazität (TAC= totaler anorganisch gebundener
Kohlenstoff). Anhand dieses Wertes lässt sich eine Aussage darüber treffen,
wiebiologisch stabil eine Biogasanlage gefahren wird. Liegt eine Versäuerung des
Gärsubtrates vor, steigt der FOS-Wert stark an. Die Substratzufuhr ist
einzuschränken. Der TAC-Wert beschreibt, in wie weit eine Versäuerung
abgepuffert werden kann, bevor eine Veränderung des pH-Wertes auftritt. Deshalb
wird dieser Wert auch als Pufferkapazität bezeichnet. Bis zu einem FOS/TAC-
Wert von 0,25 bis 0,4 befindet sich die Biogasanlage in einem guten biologischen
Prozesszustand. Zu 20 Milliliter einer zentrifugierten Fermenterprobe (verdünnt mit
80 Milliliter destilliertem Wasser) wird bis zum Erreichen des pH-Wertes von 5,0
Schwefelsäure (0,05 mol/g) zugegeben. Die zugegebene Menge an
Schwefelsäure wird als MTACgekennzeichnet. Als MFOS wird die Menge an
zugegebener Schwefelsäure von einem pH-Wert 5,0 bis 4,4 bezeichnet. Zur
Berechnung des FOS- und TAC-Wertes werden die zugegebenen Mengen
MTACund MFOS, in Milliliter in folgende empirisch ermittelte Formeln eingesetzt[10]:
��� � �� � ��� ���� 250 (1)
��� � ���� ���� ���� 1,66 ! 0,15" 500 (2)
Elektrische Leitfähigkeit (EC-Wert)
Der EC-Wert gibt Auskunft über die elektrische Leitfähigkeit des Gärsubstrates.
Die Menge an gelösten Ionen oder Salzen kann so bestimmt werden, da sie als
Leiter im Medium dienen. Ein zu hoher Salzgehalt würde die Aktivität der
Bakterien hemmen und muss somit beobachtet werden. Häufig wird vor allem in
der Vergärung von Schlachtabfällen oder industriellen Abfällen eine große Menge
an Salze mit in den Fermenter eingetragen. Aus diesem Grund gehört die
Messung der elektrischen Leitfähigkeit zur Standard-Analyse der PlanET
Biogastechnik GmbH. Ein EC-Messgerät misst den elektrischen Stromfluss
zwischen zwei Elektroden und gibt den Messwert inder Einheit mS/cm an[7].
3.0 Mater ia l , Methoden und Ver fahren Se i te |10
Gaszähler
Pumpe zur Beheizung des Wasserbades
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Faserlängen:
Um die vorhandenen Faserstrukturen genauer zu betrachten, wird die Probe
mittels Sieb unter laufendem Wasser von den flüssigen Partikeln befreit. Übrig
bleiben die festen Fasern. Die Methode ermöglicht eine Beurteilung der
Zerkleinerungstechnik visuell und haptisch. Um das ausgewaschene Substrat
länger haltbar zumachen, wird es im Trockenschrank getrocknet.
Gasertrag:
Anhand der erzeugten Gasmenge lässt sich die Funktion und Leistung der Anlage
beurteilen. Ein Vergleich zwischen tatsächlicher und theoretisch erwarteter
Gasmenge ermöglicht eine Abschätzung der Effektivität des biologischen
Prozesses im Fermenter.
Abbildung 3.01: Versuchsaufbau Gärtest [13]
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In einem Gärversuch, siehe Abbildung 3.01, wird die Gasausbeute aus Proben vor
und nach Aufschluss mittels GORATOR®gemessen. Im Batchtest wird einmalig 10
g oTS Probenmaterial zu einem bereits ausgegorenen Material zugegeben. Das
erzeugte Gas wird über einen Gaszähler gemessen und regelmäßig protokolliert.
Der Versuch findet in Glasbehältern statt, die in einem beheizten Wasserbad bei
ca. 39 °Cstehen und zweimal täglich gerührt werden. Die Abbildungen 3.02 und
3.03 zeigen den Rührstab mit 4-flügeligen Propeller und den Rührvorgang mit
Hilfe einer Bohrmaschine.
Abbildung 3.03: Der Ansatz 1 wird mit Hilfe einer Bohrmaschine gerührt [13]
Abbildung 3.02: Rühreinrichtung im Gärbehälter [13]
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Verweilzeit:
Über die Verweilzeit wird die theoretische Aufenthaltsdauer eines Substrates im
Fermenter beschrieben. Sie ergibt sich durch den Quotienten von
Gärbehältervolumen durch täglich eingebrachte Substratmenge. Bei einem
Gärraum von 1.800 m³ und einem Substratinput von 15t täglich beträgt die
Verweilzeit 120 Tage. [5]
Faulraumbelastung:
Als Faulraumbelastung wird jene Menge an organischer Trockensubstanz
bezeichnet, die täglich pro Kubikmeter Gärraum zugeführt wird. Sie wird in kg
organischer Trockensubstanz pro m³ Fermentervolumen und Tag (kg oTS/m³ d)
angegeben. Einem Fermenter (2.000 m³), der jeden Tag mit 20 t Maissilage (oTS-
Gehalt von 24 %) gefüttert wird, beträgt der tägliche Anteil an organischer
Trockensubstanz 4,8 t. Daraus ergibt sich für diesen Fermenter eine
Faulraumbelastung von 2,4 kg oTS/m³*d.[1]
3.2 Nachwachsende Rohstoffe als Ausgangssubstrat für den Gärprozess
Seit der EEG-Novellierung 2004
bekommen Anlagenbetreiber bei dem
Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen
zusätzlich zur Basisvergütung einen
NawaRo-Bonus. Vorher wurden die
meisten Anlagen mit kostengünstigen
Materialien wirtschaftlich betrieben.
Mittels der Novellierung des EEGs wurde
der NawaRo-Bonus 2009 an die
gestiegenen Substratpreise angepasst.
Der Anlagenbetreiber ist dazu verpflichtet,
nur Strom aus nachwachsenden
Rohstoffen unter anaeroben Bedingungen zu erzeugen, um diesen Bonus zu
erhalten [8].Alle hierzu einsetzbaren Rohstoffe werden unter der sogenannten
Positivliste aufgeführt. In Abbildung 3.04 sind einige häufig eingesetzte Substrate
Abbildung 3.04: Biogaserträge ausgewählter nachwachsender Rohstoffe [9]
3.0 Mater ia l , Methoden und Ver fahren Se i te |13
wiederzufinden. Die Eignung des Rohstoffes lässt sich zwar anhand der
Energieausbeute beurteilen. Kosten für Ernte und Lagerung, notwendige
Einbringtechnik und Flächenleistung sollten dennoch berücksichtigt werden. Vor
der EEG-Novellierung 2004 dienten die Flächen in Deutschland zur Nahrungs-
und Futtermittelproduktion oder wurden seit 1988/1989 aus Gründen der
Überproduktion als Stilllegungsflächen aus der Produktion genommen. Diese
Flächen durften seit 2003/2004ausschließlich zur Erzeugung von NawaRos wieder
kultiviert werden [21]. Oft werden Energiepflanzen, wie Maissilage,
Ganzpflanzensilage (GPS) aus Getreide und Grassilage, die speziell für die
Biogasproduktion optimiert wurden, angebaut. Die Methanausbeute, siehe
Abbildung 3.04, sollte ein Kriterium der Substratauswahl sein, dennoch müssen
der Hektarertrag und die Kosten für Saat, Ernte und Lagerungmit berücksichtigt
werden. Die beste Methanflächenleistung erzielen die Zuckerrüben sowie
ertragreiche Silomaissorten[1]. Da die Rüben jedoch einer aufwendigen
Bearbeitung - Waschen und Häckseln- unterzogen werden müssen, bleibt der
Silomais das bislang am besten geeignete Substrat. Aufgrund des immer stärker
konkurrierenden Flächenkampfes zwischen Energieerzeugung und Nahrungs- und
Futtermittelproduktion muss auf Zwischenfrüchte zurückgegriffen werden. Vor
allem Gras- und Getreidesorten, die dann als Ganzpflanzensilage in der
Biogasanlage zum Einsatz kommen, werden vermehrt angebaut. In der Regel
werden diese Substrate - genauso wie der Silomais-bei der Ernte kurz gehäckselt.
In der Praxis ist diese Substratlänge jedoch meist nicht ausreichend kurz genug.
Mit zunehmend kürzerer Substratlänge steigt der Kraftstoffverbrauch und die
Fahrgeschwindigkeit des Häckslers sinkt. Aufgrund der starken Nachfrage
während der Erntezeit wird die vom Anlagenbetreiber geforderte, kurze
Substrateinstellung von den meisten Lohnunternehmen nur unzureichend
umgesetzt.
Neben Gülle, welche aus Kot und Harn von Tieren besteht, wird vermehrt aus
Kostengründen auch Mist als Substrat in Biogasanlagen eingesetzt. Dieser
besteht je nach Tierart und Haltungsform zu unterschiedlichen Anteilen aus Kot,
Harn und Stroh als Einstreu. Bei Kälbern, Zuchtsauen oder Pferden beispielsweise
wird mit viel Einstreu gearbeitet. [1]
3.0 Mater ia l , Methoden und Ver fahren Se i te |14
Es empfiehlt sich, das Stroh vor dem Einstreuen zu häckseln, wenn der Mist als
Substrat auch in der Biogasanlage eingesetzt werden soll. Dies ist jedoch mit
einem finanziellen und arbeitstechnischen Mehraufwand verbunden.
Häufig beziehen Anlagenbetreiber aufgrund der kostengünstigen Preise auch Mist
aus anderen Betrieben. Hier wird das Stroh im Regelfall nicht vorher durch einen
Strohhäcksler gegeben. Diese langen Faseranteile im Mist erschweren den
biologischen Prozess. Anders als bei der Vergärung von industriellen Abfällen, wie
Speisereste, Öle oder Glycerin sind NawaRos häufig mit hohen Anteilen an nicht
vergärbaren Bestandteilen versehen, wie Lignin.
Das Gärsubstrat aus einer NawaRo-Anlage ist aufgrund des hohen Anteils an
Faserstoffen schwierig zu fördern. Es besteht nicht nur die Gefahr, dass sich eine
Sink- oder Schwimmschicht bildet, sondern auch, dass sich z.B. lange Grasfasern
um das Tauchmotorrührwerk wickeln. Um die Biogasanlage weiterhin effektiv und
in ihrer vollen Funktion betreiben zu können, muss auf eine Zerkleinerungstechnik
zurückgegriffen werden. Dadurch wird das Substrat dünnflüssiger gehalten und
wirkt sich somit positiv auf den Energieverbrauch und die Standzeiten der
Rührwerke und Pumpen aus. Ein gutfließfähiges Substrat minimiert die Störungen
innerhalb der Anlage insbesondere durch Verstopfungen in Überlaufrohren. Ein
Zusetzen des Überlaufes bedeutet Mehrkosten, da der Anlagenbetreiber das
Material aus dem Fermenter in den Nachgärer pumpen muss, um eine Überfüllung
des Fermenters zu verhindern.
Nicht zu vergessen ist der biologische Aspekt. Durch die vergrößerte
Stoffoberfläche haben die Bakterien mehr Angriffsfläche und sind in der Lage das
Substrat schneller abzubauen. Wie unter 2.2 erläutert, wird so den Bakterien auch
von Lignin eingeschlossenem Material in Form von Zellulose und Hemizellulose
verfügbar gemacht. Ohne einen mechanischen Aufschluss würden so
Gaspotentiale im Substrat verbleiben. Viele Substanzen wären von den
Mikroorganismen gar nicht angreifbar oder nur langsam und schwer abbaubar.
Durch die steigenden Rohstoffpreise ist aus wirtschaftlicher Sicht eine optimale
Substratausnutzung zwingend erforderlich. Weiterhin kann auch auf den Einsatz
von kostengünstigen, aber langfaserigen Substraten nicht verzichtet werden.
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3.4 Der GORATOR® als Aufschlussverfahren
Das Produkt GORATOR® wird schon seit 50 Jahren für unterschiedlichste
Anwendungen der Nassaufbereitung verwendet. Sein Einsatzgebiet erstreckt sich
von der Papierindustrie, über die Zementherstellung bis zur Lebensmittelindustrie.
Er wird überall dort eingesetzt, wo ein Medium homogenisiert, gemischt,
zerkleinert und gefördert werden muss. [16]
3.4.1 Mechanischer Aufbau und Wirkungsweise
Die Abbildung 3.05 zeigt die Arbeitsweise eines GORATOR®s.
Das Medium läuft horizontal in das Gehäuse des GORATOR®s hinein. Dort
befindet sich eine Rotorscheibe mit Verzahnung, die sich in axialer Richtung dreht.
Einen Blick ins Innere zeigen die Abbildung 3.06 und 3.07. In dem zylindrischen
Gehäuse befindet sich eine Gegenverzahnung mit axialen und radialen Nuten.
Diese setzt sich zusammen aus 4 einschiebbaren Segmenten. Das Segment,
welches vor dem Ausgangsstutzen montiert wird, besitzt zwischen der
Verzahnung einen Spalt von 12 mm Breite. Je nach Anwendungsfall ist dieses
Segment auch mit anderen Spaltmaßen -ab 1,6 mm- erhältlich. Im Praxistest hat
sich gezeigt, dass für den Einsatz in einer Biogasanlage jedoch nur Spaltmaße
von10mm bis 12 mm in Frage kommen, da sich die Öffnungen sonst zu schnell
Abbildung 3.05: Arbeitsweise des GORATOR® [15]
3.0 Mater ia l , Methoden und Ver fahren Se i te |16
Abbildung 3.06: Zylindrisches Gehäuse mit Rotorscheibe und 4 Segmenten [13]
Abbildung 3.07: Querschnitt durch das Gehäuse mit Blick auf das Spaltsegment [14]
zusetzen würden. Das eingebrachte Medium wird durch die Rotation der
Taumelscheibe in axialer und radialer Richtung beschleunigt. Diese überlagernden
Bewegungen erzeugen Schub- und Scherspannung des Produktes, die dazu
führen, dass das Medium intensiv durchmischt wird. Das Material wird in den
axialen und radialen Nuten der Verzahnungssegmente transportiert. Bei dieser
Rotation berühren sich die Taumelscheibe und die Segmente nicht, sodass das
Medium selbst als Gegenschneide genutzt wird. Erst wenn die Fasern, die durch
die Spaltbreite festgelegte Größe am Ausgangsstutzen erreicht haben, können sie
den GORATOR® mit Hilfe der Fliehkraft verlassen.[16]
Angetrieben wird der GORATOR® von einem 22 kWel Elektromotor mit einer
Drehzahl von 1450 1/min. Die Kraft des Motors wird durch eine drehelastische
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Klauenkupplung auf die Welle der Rotorscheibe übertragen. Die Kräfte der Welle
werden durch ein Axial- und ein Radiallager in einem Lagerbock aufgefangen. Die
Abdichtung zwischen Welle und zylindrischem Gehäuse erfolgt über eine
Gleitringdichtung [16]. Erste Versuche mit einer Stopfbuchse als Dichtung haben
sich im Praxistest nicht bewährt.
Zum Schmieren, Kühlen und Spülen der Gleitringdichtung wird eine Glykol-
Wasser-Mischung (Glykolanteil: 30-50%) verwendet. Das zylindrische Gehäuse
und der Lagerbock werden aus Grauguss gegossen. Der Werkstoff
X155CrVMo121 wird für die Rotorscheibe und die Verzahnungssegmente
eingesetzt. [16]
3.4.2 Einbindung des GORATOR®s an den verschiedenen Anlagen
Insgesamt wurde der GORATOR® in 7 verschiedene Anlagen eingebunden.
Aufgrund der großen Menge an anfallenden Daten wurden 4 repräsentative
Anlagen für die Auswertung herangezogen. Ziel aller Anlagenbetreiber ist die
Optimierung des biologischen Prozesses sowie die Wirtschaftlichkeit ihrer
Gesamtanlage. Die Einbindungsphase der Maschinen war sehr zeitintensiv,
sodass der eigentliche Testbeginn jeder Anlage zu einem unterschiedlichen
Zeitpunkt erfolgte. Die Versuchsanordnung ist prinzipiell an allen Anlagen gleich,
somit ist auch ein Vergleich der Anlagen miteinander möglich. Bei der Einbindung
des GORATOR®s sollte auf kurze Pumpwege geachtet werden. Aufgrund der
vorhandenen Gegebenheiten, bezüglich freier Anschlüsse, konnte dies aber nicht
immer optimal ausgeführt werden. Aus baulichen Gegebenheiten musste z.B. bei
einer Anlage unterirdisch eine bis zu 10 Meter lange Leitung zwischen
GORATOR® und Fermenter verlegt werden.
Als Stellfläche musste ein fester Untergrund vorhanden sein. Da es sich vorerst
aber an allen Anlagen um einen Versuch handelt, wurden bei nicht befestigten
Böden Betonspalten als Untergrund verwendet. Der GORATOR® selbst wurde
aufgrund der starken Vibrationen noch zusätzlich auf eine Gummimatte gestellt
und falls möglich mit Schwerlastanker befestigt.
3.0 Mater ia l , Methoden und Ver fahren Se i te |18
Durchflussmengenzähler
Gummimatte
Alle GORATOR®en wurden als Kreislauf - Fermenter �GORATOR®� Fermenter -
in die Anlage eingebunden. Das Gärsubstrat fließt aufgrund des Füllstanddruckes
aus dem Fermenter in den GORATOR®. Dieser pumpt das behandelte Substrat
wieder in den Fermenter zurück. Direkt vor und hinter dem GORATOR® wurden
Kompensatoren mit eingebunden, damit die Schwingungen des GORATOR®s
nicht auf andere Anlagenteile übertragen werden. Auf der Druckseite wurden nach
dem Kompensator ein Durchflussmengenzähler und ein Kugelhahn zur
Probeentnahme installiert. Durch den Durchflussmengenzähler kann kontrolliert
werden, wie viel Kubikmeter Substrat pro Stunde durch den GORATOR®fließt.
Über den Summenzähler wurde die täglich erforderliche Pumpmenge überwacht
werden. Diese richtet sich nach Behältergröße und ist deshalb anlagenspezifisch
festgelegt worden. Der GORATOR® ist in der Abbildung 3.08 mit Gummimatte,
Kompensatoren und Durchflussmengenzähler dargestellt.
Abbildung 3.08: Der GORATOR® [13]
Kompensatoren
3.0 Mater ia l , Methoden und Ver fahren Se i te |19
3.4.3 Durchsatzmengen des GORATOR®s
Die täglich durchgesetzte Substratmenge richtet sich nach der Größe des
Fermenters. Es wurde festgelegt, dass innerhalb von 30 Tagen der gesamte
Fermenterinhalt den GORATOR® passiert haben sollte. Da aus biologischer Sicht
nicht ausgeschlossen werden kann, dass auch Bakterien einem Aufschluss
unterliegen, sollte ihnen genug Zeit zur Regeneration zur Verfügung stehen. Die
Hydrolyse-Bakterien können den Verlust besser kompensieren, da ihre Zellteilung
innerhalb weniger Stunden möglich ist. Die Methanbakterien haben jedoch eine
Generationszeit von mehreren Tagen bis zu Wochen. Eine massive Abtötung
dieser Bakteriengruppe würde den biologischen Prozess negativ beeinflussen und
einen wirtschaftlichen Schaden hervorrufen. Es würde kein Biogas, und somit
auch kein Methan mehr produziert werden. Um dies zu vermeiden, wurden
regelmäßig Gärproben aus den Behältern und auch nach dem GORATOR®
genommen. Im Labor wurde aus diesen Proben der FOS/TAC, pH- und EC-Wert,
TS- und oTS-Gehalt ermittelt. Um visuell den Zerkleinerungseffekt beurteilen zu
können, wurde der Rest der Probe ausgewaschen.
4.0 Beschre ibung der Versuchsan lagen Se i te |20
4.0 Beschreibung der Versuchsanlagen
In diesem Kapitel werden die ausgewählten Biogasanlagen kurz mit ihren
wichtigsten Daten, bezüglich Anlagengröße, Leistung und auch Inputstoffen
beschrieben. Die in den Tabellen aufgeführten TS- und oTS-Werte der
Inputmaterialien wurden je nach Verfügbarkeit im Labor bestimmt. Den
Substraten, von denen keine Analysen durchgeführt werden konnten, wurden
nach Rücksprache mit dem Betreiber Werte zugeordnet. Als Gasertragswerte
wurden betriebseigene Erfahrungswerte gewählt. Diese Werte dienen als
Kalkulationsgrundlage für die weitere Wirtschaftlichkeitsberechnung.
4.2 Anlage B
Die Anlage B besitzt eine elektrische Leistung von 1,5 MWel. Um die Effizienz der
Anlage zu verbessern, wurde bereits ab Oktober 2010 die elektrokinetische
Desintegration in die Anlage integriert. Da diese erst effektiv arbeiten kann, wenn
die Fasern klein genug sind, wurde dem Anlagenbetreiber empfohlen, zusätzlich
eine mechanische Zerkleinerung einzusetzen.
Die Biogasanlage besteht aus zwei Fermenter, einem Nachgärer und mehreren
Endlager. Die Fütterung erfolgt über eine Feststoffeinspültechnik. Ein
schematischer Aufbau der Einbindung ist in Abbildung 4.03 dargestellt. Das
Fütterung GORATOR®
Fermenter
2
Fermenter
1
Pumpe 1 Pumpe 2
Schieber
Abbildung 4.03: Schematischer Aufbau der Einbindung an der Anlage B [13]
Nachgärer Endlager
Elektrokinetische Desintegration Schneidpumpe
4.0 Beschre ibung der Versuchsan lagen Se i te |21
Gärmaterial wird aus dem Fermenter erst durch elektrokinetische
Hochspannungssonden geleitet und dann zur Fütterung gepumpt, wo Feststoffe in
den Flüssigkeitsstrom zudosiert werden. Diese Mischung wird wieder über 2
weitere Pumpen zurück in den Fermenter geleitet. Der GORATOR® ist hinter der
Pumpe 1 installiert, läuft aber immer gleichzeitig mit der Pumpe 1. Es kann
wahlweise immer nur ein Fermenter gefüttert werden, sodass das Gärmaterial
immer in den gleichen Fermenter wieder zurückgepumpt wird und es somit keine
Vermischung der beiden Fermentermaterialien gibt. Auf diese Weise werden so
täglich 400 m³Gärmaterial pro Fermenter mit dem GORATOR®und der
elektrokinetischen Desintegration behandelt.
Da der GORATOR® zu Versuchszwecken nicht anders einbindbar war, werden
alle innerhalb der Anlage gepumpten Substratmengen durch den GORATOR®
zerkleinert. Ebenso das Material aus dem Nachgärer, welches in das Endlager
geleitet wird und die täglich eingebrachte Güllemenge.
Bei einer festen Einbindung sollten die Pumpwege so verlegt werden, dass ein
freies Zuschalten des GORATOR®s nach Belieben möglich ist und er nicht
zwangsweise immer mit der Pumpe mitlaufen muss. Die aktuelle Einbindung führt
zu einer täglichen Laufzeit von 23 Stunden. Davon werden ca. 16 Stunden dafür
benutzt den Fermenter eins und zwei zu füttern und somit das Gärmaterial aus
den Fermentern (Fer ) zu zerkleinern. Die restlichen7Stunden Laufzeit werden für
andere Umpumpvorgänge benutzt. Weitere wichtige Kenndaten über die Anlage
können aus der Tabelle 4.03 entnommen werden.
Tabelle 4.03: Daten der Anlage B
Name der Anlage: B
installierte elektrische Leistung: 1,5 MWel
Baujahr: 2007
Vergütung: 2004
Boni : NawaRo, KWK, Gülle
Anzahl Fermenter: 2
Größe Fermenter: je 3.000 m³
4.0 Beschre ibung der Versuchsan lagen Se i te |22
Größe Nachgärer: 3.000 m³
Anlagenart: Nassfermentation
Art der Rührwerke (Fer): 3 x TMR
Laufzeit der Rührwerke (Fer): 15 min/h
Pumpweg des GORATOR®s: Fer1�Fer1, Fer2�Fer2
Inbetriebnahme des GORATOR®s: 15.03.2011
Zerkleinerungsmenge mit GORATOR®: 400 m³/d pro Fer
Tabelle 404: Substrateigenschaften- Anlage B
Substratinput: TS [%] oTS von TS [%] Gasertrag [Nl/kg oTS]
4.0 Beschre ibung der Versuchsan lagen Se i te |23
Abbildung 4.04: Teile des Substratinputs der Anlage B während des Versuches
Als Substrate werden Mist, Maissilage, Grünroggensilage sowie auch Rinder-und
Schweinegülle eingesetzt Der Mist stammt von mehreren umliegenden Puten- und
Hähnchenmastbetrieben und wird immer frisch angeliefert. Diese Substrate sind in
Abbildung 4.04 und Tabelle 4.04 näher charakterisiert.
1) Maissilage 35,4 96,4 700
2) Hähnchenmist 64,0 86,0 460
3) Putenmist (Stroheinstreu) 65,9 83,6 370
4) Putenmist (Hobelspäneeinstreu) 65,9 83,6 330
5) Grünroggensilage 19,1 91,8 600
6) Rindergülle 10,0 80,0 320
7) Schweinegülle 6,0 80,0 580
4.0 Beschre ibung der Versuchsan lagen Se i te |24
4.4 Anlage D
Die Anlage D ist integriert in einen
Ackerbau- und Mastbetrieb. Diese
250 kWel-Anlage wird je nach
Verfügbarkeit mit einemMistanteil
von 30-75%betrieben. Der
eingesetzte Mist fällt vorwiegend im
eigenen Puten- und Bullenstall an
und kann somit kostengünstig in der
Biogasanlage verwertet werden.
Die Einbindung des GORATOR®s
ist in Abbildung 4.07 dargestellt.
Druckseitig musste eine 10 Meter lange Leitung verlegt werden.
Weitere wichtige Kenndaten der
Anlage sind in Tabelle 4.07
vermerkt.
Name der Anlage: D
installierte elektrische Leistung: 250 kWel
Baujahr: 2010
Vergütung: 2009
Boni : Gülle, NawaRo, KWK
Anzahl Fermenter: 1
Größe Fermenter: 2.000 m³
Größe Nachgärer: 2.000 m³
Anlagenart: Nassfermentation
Art der Rührwerke (Fer): 1x Paddel, 2x TMR
Laufzeit der Rührwerke(Fer): Paddel: 15 min/hTMR:34 min/h
Pumpweg desGORATOR®s: Fer �Fer
Inbetriebnahme desGORATOR®s:
16.05.2011
Zerkleinerungsmenge mitGORATOR®:
60 m³/d
Tabelle 4.07: Daten der Anlage D
Abbildung 4.07: Einbindung des GORATORs® an der Anlage D [13]
4.0 Beschre ibung der Versuchsan lagen Se i te |25
Zeitweise stieg der TS-Gehalt im Fermenter so stark an, dass die Rührwerke nicht
mehr in der Lage waren für eine gleichmäßige Durchmischung zu sorgen. Mittels
GORATOR® soll nun versucht werden, das Substrat dünnflüssig und rührfähig
zuhalten, damit ein hoher Anteil an Mist keine Beeinträchtigung des Gärprozesses
hervorrufen kann.
Bei hohem Einsatz von langfaserigem Material besteht die Gefahr, dass sich Sink-
und Schwimmschichten bilden. Mit Hilfe des GORATOR®swird versucht die
Faserlängen möglichst kurz zuhalten. Bakterien sollen die Chance erhalten, so
viele pflanzliche Zellen wie möglich abzubauen. Die eingesetzten Substrate und
deren Eigenschaften sind in Tabelle 4.08 und Abbildung 4.08 dargestellt.
Tabelle 4. 08: Substrateigenschaften- Anlage D
Substratinput: TS [%] oTS von TS [%]
Gasertrag [Nl/kg oTS]
1) Maissilage 33,0 96,1 700
2) Grünroggensilage 33,6 94,1 600
3) Rindermist 21,0 86,8 450
4) Putenmist 65,9 55,1 370
5) Gülle 10,5 84,9 320
Abbildung. 4.08: Teile des Substratinputs der Anlage D während des Versuches
5.0 Ergebn isse Se i te |26
5.0 Ergebnisse
Im Folgenden werden die Versuchsanlagen abschnittsweise ausgewertet und
einer wirtschaftlichen Betrachtung unterzogen.
5.2 Anlage B
Biologische Werte
In Tabelle 5.08sind die Werte der biologischen Untersuchungen von Fermenter 1
dargestellt. Es erfolgte eine Beprobung des Fermentermaterials vor und nach dem
GORATOR®.
Der pH-Wert des unbehandelten Materials weißt nur leichte Schwankungen im
Bereich von 7,9 bis 8,2 auf. Diese Werte entsprechen einer natürlichen
Schwankungsbreite. Ebenso sollten die geringen Unterschiede im EC-Wert, der
elektrischen Leitfähigkeit betrachtet werden. Erst wenn sich ein drastischer
Unterschied zu vorherigen Werten einstellt, wäre das ein Zeichen für eine
Beeinträchtigung des biologischen Prozesses. Zu Beginn des Versuches, am
24.02.2011 und 15.03.2011, liegen höhere EC-, FOS- und TAC- Werte vor. Der
Einsatz von Hähnchenmist, der einen hohen Anteil an Kalk mit sich bringt, führt zu
einem steigenden TAC-Wert, der eine Steigerung des FOS-Wertes nach sich
zieht, ohne dass der biologische Prozess negativ beeinflusst wird. Im Verlauf des
Versuches wurde der Hähnchenmist durch Putenmist ersetzt.
Es stellen sich ein FOS-Wert um 4 gHAceq/l und ein TAC-Wert um 18 gCaCO3/l
ein. Der FOS/TAC-Wert blieb über den gesamten Versuchsverlauf mit einem
Mittelwert von 0,226 relativ stabil. Dies deutet auf einen gut funktionierenden
biologischen Prozess hin. Der TS-Gehalt des Probenmaterials bewegt sich
während des Versuches in einem Rahmen von 7,9 bis 9,4 %. Dieser Wert steht in
Verbindung zur Fütterung, da während des Versuches die Einsatzstoffe teilweise
getauscht wurden. Von Versuchsbeginn bis zum 28.04.2011 nimmt der TS-Wert
stetig ab. Durch den Einsatz von Grünroggensilage(ab dem 28.04. 2011)steigt der
TS-Gehalt in den weiteren Proben wieder an. Ähnlich müssen die oTS-Werte
betrachtet werden. Auch diese bewegen sich in einem Rahmen von 6,4 bis 7,9
%.Der oTS-Gehalt vom TS weist jedoch eine sinkende Tendenz auf. Durch den
5.0 Ergebn isse Se i te |27
DatumpH-Wert
[-]EC-Wert [mS/cm]
FOS
[gHAceq/l]
TAC
[gCaCO3/l]
FOS/TAC [-]
TS [%]
oTS [%]
oTS von TS [%]
24.02.2011 8,20 26,1 5,181 20,207 0,249 9,4 7,9 83,8
15.03.2011 8,09 27,6 5,264 23,380 0,225 8,6 6,8 79,631.03.2011 8,06 22,8 3,523 17,310 0,204 8,9 7,2 80,6
14.04.2011 8,11 24,7 3,689 17,160 0,215 8,1 6,4 79,7
28.04.2011 8,01 25,4 4,186 18,809 0,223 7,9 6,2 78,6
03.05.2011 7,92 22,7 3,938 18,284 0,215 8,1 6,4 79,1
09.05.2011 8,04 23,6 4,103 17,310 0,237 8,4 6,9 81,4
19.05.2011 7,97 24,6 4,021 17,585 0,229 8,8 7,0 79,806.06.2011 7,92 22,2 4,103 18,809 0,218 8,7 6,8 78,5
21.06.2011 8,02 22,6 4,767 18,184 0,262 8,6 6,7 77,8
07.07.2011 7,89 22,0 4,021 18,884 0,213 9,0 7,0 77,6
31.03.2011 8,05 19,3 3,523 17,760 0,198 8,8 7,0 80,3
14.04.2011 8,12 24,6 3,938 17,285 0,228 8,2 6,6 80,1
28.04.2011 7,98 25,7 4,269 17,710 0,241 8,0 6,3 79,103.05.2011 7,88 24,0 4,850 17,610 0,275 8,4 6,7 79,4
09.05.2011 7,95 24,2 3,772 17,685 0,213 8,7 7,1 81,8
19.05.2011 7,96 22,1 4,850 17,685 0,274 9,0 7,1 79,4
06.06.2011 7,89 24,9 3,689 18,309 0,201 8,8 6,9 78,6
21.06.2011 7,97 19,5 4,269 17,535 0,243 8,8 6,9 78,607.07.2011 7,95 21,9 4,021 17,435 0,231 9,1 7,1 78,1
Ferm
ente
r 1
Ferm
ente
r 1- nach
Gora
tor
Einsatz des GORATOR®s soll das gesamte organische Material so
aufgeschlossen werden, dass es den Bakterien zum Abbau zur Verfügung steht.
Nach erfolgreichem Aufschluss sollte ein möglichst hoher Abbau der organischen
Masse erfolgen. Die ermittelten Werte deuten auf eine solche Tendenz, da der
Anteil der Asche während des Versuches zunahm. Die genommenen Proben nach
dem GORATOR® zeigen ähnliche Werte und es bestehen keine wesentlichen
Unterschiede.
Die Daten des zweiten Fermenters sind aufgrund der gleichen Fütterung, Rührung
und Größe vergleichbar mit denen von Fermenter 1. In der Auswertung zeigten
sich keine Unterschiede.
Festhalten lässt sich, dass sich kein Unterschied in den Proben vor und nach dem
GORATOR® zeigt (Tabelle 5.08). Der biologische Prozess wird durch den Einsatz
des GORATOR®s nicht negativ beeinflusst oder gar gehemmt.
Tabelle 5. 08 : Biologische Werte- Anlage B (Fermenter 1)
5.0 Ergebn isse Se i te |28
Parameter der Gesamtanlage
Wie bereits in der Anlagenbeschreibung, siehe Kapitel 4.2 erläutert, werden die
Fermenter durch eine Einspültechnik gefüttert. Im Gegensatz zu anderen Anlagen deren
Fütterung über eine Waage gesteuert wird, wird diese Anlage über ein Zeitintervall
kontrolliert. Im konkreten Fall bedeutet dies, dass
die
Schnecke der Fütterung eine vorgegebene Zeit pro Stunde läuft. Vor Beginn des
Versuches, hierzu siehe Tabelle 5.09, war die Schnecke zur Misteinfuhr auf 288 min/d
festgelegt, die für den Maissilage lag bei 700 min/d. Im Laufe des Versuches konnte die
Maiszufuhr auf eine Laufzeit von 672 min/d reduziert werden. Durch die Reduzierung
werden nur noch 52,8 t/d anstatt der 55 t/d in die Fermenter gefüttert. Diese
Fütterungseinstellung konnte in den letzten 6 Wochen des Versuches, bei
Volllastleistung der Motoren, beibehalten werden. Daraus ergibt sich eine
Substratkostenersparnis von 2,2 t/d. Auf das ganze Jahr bezogen bedeutet dies eine
Substratreduzierung von 803 t/a.
Die Abbildung 5.08 stellt den Gasertrag und die eingespeiste Strommenge pro Tag
gemittelt über eine Woche dar.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
01.01.11 10.02.11 22.03.11 01.05.11 10.06.11 20.07.11
eing
espe
iste
Str
omm
enge
[kW
h]
Gas
ertr
ag [
m³]
Datum
Anlage B: Gasertrag
(Tagesdurchschnitt pro Woche)
Inbetriebnahme Gorator 15.03.2011
tatsächlich verbrauchte Gasmenge
eingespeiste Strommenge
15.03.2011 Inbetriebnahme Gorator
Fütterungsdaten vor dem Versuch während des Versuches Eingesparte
Menge Zeit Menge Zeit Menge Mais 700 min/d 55 t 672 min/d 52,8 t 2,2 t Mist 288 min/d 11 t 288 min/d 11 t 0 t Gülle mengengesteuert 60 m³ mengengesteuert 60 m³ 0 m³
Tabelle 5.09 : Fütterungsdaten - Anlage B
Abbildung5.08 : Anlage B: Gasertrag (Tagesdurchschnitt pro Woche)
5.0 Ergebn isse Se i te |29
Tabelle 5.10: verbrauchte Gasmenge und eingespeiste Strommenge – Anlage B
Die in Tabelle 5.10 ermittelten Daten, entsprechen der Abbildung 5.08, wurden anhand
des Betriebstagebuches errechnet. Die erzeugte Strommenge ist bis auf geringe
Schwankungen konstant. Während dieser Zeit liefen die Motoren, mit Ausnahme von
Wartungs- und Reparaturzeiten, auf Volllast. In der durchschnittlichen von den BHKWs
genutzten Gasmenge, gemittelt über eine Woche, ist jedoch 3 Wochen nach Einbindung
Datum verbrauchte Gasmenge
eingespeiste Strommenge
von bis ø pro Tag [m³] ø pro Tag [kWhel]
08.01.2011 14.01.2011 17257 27851,42
15.01.2011 21.01.2011 17718 28144,22
22.01.2011 28.01.2011 17168 26683,40
29.01.2011 04.02.2011 17343 28074,65
05.02.2011 11.02.2011 17787 28180,00
12.02.2011 18.02.2011 18206 28177,02
19.02.2011 25.02.2011 17278 28085,77
26.02.2011 04.03.2011 17288 27992,61
05.03.2011 11.03.2011 16227 27942,55
12.03.2011 18.03.2011 17855 27959,31
19.03.2011 25.03.2011 17258 27946,53
26.03.2011 01.04.2011 17914 27569,52
02.04.2011 08.04.2011 18077 27980,16
09.04.2011 15.04.2011 16612 27349,61
16.04.2011 22.04.2011 16577 27772,17
23.04.2011 29.04.2011 16004 26641,79
30.04.2011 06.05.2011 14692 26844,99
07.05.2011 13.05.2011 16014 26672,68
14.05.2011 20.05.2011 16635 27116,32
21.05.2011 27.05.2011 16521 27322,56
28.05.2011 03.06.2011 16615 28088,74
04.06.2011 10.06.2011 16909 28021,01
11.06.2011 17.06.2011 16443 27017,51
18.06.2011 24.06.2011 17194 28131,72
25.06.2011 01.07.2011 16744 27183,11
02.07.2011 08.07.2011 16555 27014,37
5.0 Ergebn isse Se i te |30
des GORATOR®s eine sinkende Tendenz zu erkennen. Bei gleichbleibender Leistung
der Motoren deutet diese Entwicklung auf eine Steigerung der Methankonzentration hin.
Dies wiederum führt zur Wirkungsgraderhöhung des Motors. Dass dieser Effekt erst 3
Wochen nach Einbindung auftritt, lässt darauf schließen, dass der biologische Prozess
sich auf die veränderte Situation einstellen muss. Der Gasertrag und die Gasqualität
müssen immer im Zusammenhang mit der Fütterung gesehen werden. Nur langsam
konnte der Anlagenbetreiber die Fütterungsmenge während des Versuches anpassen.
Im Laufe des Versuches stellte sich eine Reduzierung der Fütterungsmenge von 2,2 t
Maissilage pro Tag ein. Trotz dieser Einsparung konnten die Motoren aber weiterhin auf
voller Leistung betrieben werden. Durch den GORATOR® muss vorhandenes
Gaspotential aufgeschlossen worden sein, an das die Bakterien ohne Behandlung nicht
herangekommen waren. Diese Vermutung wird durch die Analyse des Gärtestes
bestätigt, siehe unten.
5.0 Ergebn isse Se i te |31
Gärtest
Der Gärtest zu dieser Anlage wurde im eigenen Labor durchgeführt. In Tabelle
5.11 sind die täglich notierten Gasmengen der verschiedenen Ansätze notiert. Zu
den Ansätzen 2 und 3 wurden je 10 g oTS des Probenmaterials zugegeben.
• Ansatz 1 = Nullwert
• Ansatz 2 = Fermentermaterial
• Ansatz 3 = Fermentermaterial mit GORATOR® behandelt
Die Abbildung 5.09 zeigt die Gasbildung während des Versuches. Bereits nach
dem zweiten Tag konnte im Ansatz „mit GORATOR®“– eine höhere Gasproduktion
ermittelt werden. Anschließend verlaufen die Gasproduktionen der beiden Ansätze
– mit und ohne GORATOR®- relativ parallel zueinander (bis zum 18.Tag). Der
Ansatz ohne GORATOR® zeigt ab dem 18. Tag einen starken Abfall. Ursache
hierfür ist eine stärkere Gasproduktion des Null-Ansatzes.
In Abbildung 5.10 ist die tägliche Gasproduktion der Ansätze mit und ohne
GORATOR® dargestellt. Hierbei wird nur das zu untersuchende Probenmaterial
betrachtet.
Gärversuch Anlage B:Gasproduktion
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 5 10 15 20 25
Zeit [d]
Gas
pro
du
ktio
n
[ml]
Ansatz 2-ohne Gorator
Ansatz 3- mit Gorator
Abbildung5.09 : Gärversuch Anlage B: Gasproduktion der Ansätze ohne und mit GORATOR®
5.0 Ergebn isse Se i te |32
Der Ansatz mit GORATOR® erreicht am ersten Tag eine maximale Gasproduktion
von 294 ml. Das unbehandelte Material produzierte in dieser Zeit 250 ml. Danach
fiel der tägliche Gasertrag bei beiden Ansätzen stetig bis zum 7. Tag. Der Ansatz
2 produzierte am 7. Tag sogar 0 ml Gas. Bis zum 10. Tag stieg die Gasproduktion
dann wieder an und schwankte um einen Wert von ca. 30 ml. Am 18. Tag beträgt
die Gasproduktion wieder 0 ml. Ein kleines Restgaspotential war bis Versuchende
am 23. Tag noch vorhanden. Dies drückt sich in den Schwankungen um den Wert
Null aus. Beim Ansatz mit GORATOR® schwankte die tägliche Gasproduktion vom
7. bis zum 16. Tag um 45 ml. Bis zum 19. Tag war sie konstant bei einem Wert
von 17 ml Gaszunahme pro Tag, bis sie dann ab dem 21. Tag auf 0 abfällt.Die
starken Schwankungen in den Kurven deuten auf unterschiedlich gut abbaubares
Material hin. Leicht vergärbares Material wurde bereits in den ersten Tagen in
Biogas umgesetzt, wohingegen die Bakterien für komplexe Verbindungen mehr
Zeit beanspruchten. Beim Vergleich der beiden Kurven ist zuerkennen, dass das
behandelte Material gleichmäßiger verstoffwechselt werden konnte. Die Bakterien
im zweiten Ansatz (ohne GORATOR®) hatten mehr Probleme damit schwer
abbaubares Material abzubauen. Dies zeigt sich auch in der gesamten
produzierten Gasmenge. So entwickelten sich aus 10 g organische
Trockensubstanz (oTS) im Ansatz 2 1068 ml Gas und im Ansatz 3 (nach
Aufschluss) 1272 ml.Anhand der Gasgleichung wurden diese Werte in die Einheit
Nl/kg oTS umgerechnet. Daraus ergab sich für das unbehandelte Gärsubstrat eine
Gasausbeute von 101,06 Nl/kgoTS und für das behandelte Gärsubstrat 120 Nl/kg
0
50
100
150
200
250
300
350
0 5 10 15 20 25
Gas
ausb
eute
[ml]
Zeit [d]
Gärtest Anlage B:tägliche Gasproduktion (mit und ohne Gorator)
Ansatz ohne GoratorAnsatz mit Gorator Ansatz ohne Gorator
Abbildung5.10 :Gärversuch Anlage B: tägliche Gasproduktion der Ansätze ohne und mit GORATOR®
5.0 Ergebn isse Se i te |33 oTS. Dies entspricht einer Gassteigerung von 19 %, siehe Tabelle 5.12. Es kann
aber nicht davon ausgegangen werden, dass die Gesamtanlage auch eine
Steigerung von 19 % erreicht. Es muss berücksichtigt werden, dass die Proben
des Gärtestes durchschnittlich bereits 48 Tage im Fermenter verweilten, somit zur
Zeit der Probenahme bereits ein hoher Anteil an vergärbaren Substanzen zu
Biogas umgesetzt worden waren. Da dieser Anteil nicht ermittelt werden kann,
lässt sich eine konkrete Gaszunahme durch den Einsatz des GORATOR®s nur
schwer beziffern.
Dennoch zeigt der Gärtest, dass mit dem GORATOR® behandeltes Material
schneller und leichter für die Bakterien abbaubar ist als das unbehandelte
Material. Die Gasausbeute an dieser Anlage kann mit dem GORATOR®
verbessert werden. Die Bakterien in dem unbehandelten Material können die
Substanzen nicht in dem Maße abbauen, wie das beim behandelten Substrat der
Fall war.
5.0 Ergebn isse Se i te |34
Ansatz 1 Nullwert
Ansatz 2 ohne Gorator Ansatz 2-1
Differenz zum letzten Ablesepunkt Ansatz 2-1 (auf 24 Std. bezogen)
Ansatz 3 mit Gorator Ansatz 3 - 1
Differenz zum letzten Ablesepunkt Ansatz 3-1 (auf 24 Std. bezogen)
Datum h d ml ml ml ml ml ml ml25.5.11 15:00 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0026.5.11 11:30 20,50 1 1402,83 1617,04 214,21 250,78 1654,25 251,42 294,3527.5.11 9:30 42,50 2 2056,83 2489,52 432,69 238,34 2557,75 500,92 272,18
29.5.11 15:40 96,67 4 4025,37 4700,24 674,87 107,30 4787,25 761,88 115,6330.5.11 9:00 114,00 5 4784,01 5526,80 742,79 94,04 5586,75 802,74 56,5831.5.11 9:15 138,25 6 5869,65 6643,00 773,35 30,24 6714,50 844,85 41,681.6.11 9:00 162,00 7 6461,52 7235,68 774,16 0,82 7341,75 880,23 35,752.6.11 10:00 187,00 8 7210,35 8016,32 805,97 30,54 8115,25 904,90 23,683.6.11 10:40 211,67 9 8014,77 8859,28 844,51 37,50 8963,50 948,73 42,654.6.11 10:00 235,00 10 8842,08 9735,04 892,96 49,83 9850,75 1008,67 61,655.6.11 10:20 259,33 11 9643,23 10581,28 938,05 44,47 10686,00 1042,77 33,636.6.11 9:35 282,58 12 10362,63 11358,64 996,01 59,83 11440,00 1077,37 35,727.6.11 11:15 308,25 13 10951,11 12008,08 1056,97 57,00 12083,50 1132,39 51,458.6.11 8:00 329,00 14 11507,13 12585,36 1078,23 24,59 12649,00 1141,87 10,969.6.11 9:00 354,00 15 12017,25 13139,68 1122,43 42,43 13217,75 1200,50 56,28
10.6.11 10:30 379,50 16 12605,85 13766,16 1160,31 35,65 13822,25 1216,40 14,9611.6.11 14:30 407,50 17 13246,77 14435,28 1188,51 24,17 14482,00 1235,23 16,1412.6.11 21:00 438,00 18 13890,96 15045,36 1154,40 -26,84 15145,00 1254,04 14,8013.6.11 15:20 456,33 19 14302,98 15478,32 1175,34 27,41 15570,75 1267,77 17,9714.6.11 8:30 473,50 20 14548,23 15606,24 1058,01 0,00 15821,00 1272,77 6,9915.6.11 8:20 497,33 21 15006,03 16078,56 1072,53 14,62 16276,00 1269,97 0,0016.6.11 8:15 521,25 22 15577,24 16646,00 1068,76 -3,78 16822,00 1244,76 0,00
Zeit
Tabelle 5.11 : Daten des Gärversuches- Anlage B
5.0 Ergebn isse Se i te |35
Tabelle 5.12: Umrechnung der Gasmenge (ml in Nl siehe Formel (4) )
Luftdruck p
[mbar] Temperatur
[K]
tägliche Gasproduktion Ansatz
2-1 [ml]
tägliche Gasproduktion Ansatz 3-1 [ml]
tägliche Gasproduktion
Ansatz 2 [Nl/kg oTS]
tägliche Gasproduktion Ansatz
3 [Nl/kg oTS] 25.05.2011 1019 312 0,00 0,00 20,44 23,99 26.05.2011 1004 312 214,21 251,42 20,54 23,46 27.05.2011 1007 312 218,48 249,50 22,84 24,61 29.05.2011 1008 312 242,18 260,96 6,41 3,86 30.05.2011 1006 312 67,92 40,86 2,88 3,97 31.05.2011 1022 312 30,56 42,11 0,08 3,39 01.06.2011 1023 312 0,81 35,38 3,05 2,36 02.06.2011 1027 312 31,81 24,67 3,71 4,22 03.06.2011 1024 312 38,54 43,83 4,65 5,75 04.06.2011 1013 312 48,45 59,94 4,28 3,24 05.06.2011 1002 312 45,09 34,10 5,44 3,25 06.06.2011 997 312 57,96 34,60 5,69 5,14 07.06.2011 999 312 60,96 55,02 1,99 0,89 08.06.2011 1000 312 21,26 9,48 4,14 5,49 09.06.2011 1008 312 44,20 58,63 3,58 1,50 10.06.2011 1009 312 37,88 15,90 2,66 1,78 11.06.2011 1011 312 28,20 18,83 -3,23 1,78 12.06.2011 1012 312 -34,11 18,81 1,98 1,30 13.06.2011 1009 312 20,94 13,73 -11,09 0,47 14.06.2011 1012 312 -117,33 5,00 1,38 0,00 15.06.2011 1017 312 14,52 0,00 -0,36 0,00 16.06.2011 1017 312 -3,77 0,00
Summe 1068,76 1272,77 101,06 120,44
Steigerung 119,17%
5.0 Ergebn isse Se i te |36
Ausgewaschene Proben
Die Abbildungen 5.11 zeigen ausgewaschenes Probenmaterial aus dem
Fermenter und nach Passage durch den GORATOR®. Die unteren
Aufnahmenerfolgten unter einem Mikroskop und geben einen
Abbildung 5.11: Faserstrukturen Fermenter und nach Passage des GORATOR®s an der Anlage B
genaueren Hinweis auf die vorhandenen Faserlängen. Die unbehandelte
Fermenterprobe weist bereits größtenteils viele feinfaserige Strukturen auf. Es
sind aber auch noch „größere“ Stücke vorhanden. Durch die tägliche
Substratzufuhr kommt immer wieder neues Material in den Fermenter, sodass nie
das gesamte Fermentermaterial behandelt sein kann. Das Bild der behandelten
Proben zeigt, dass die Fasern durch den GORATOR® zerkleinert und deutlich
feiner sind. Auch in der Abbildung 5.12 ist die Entwicklung vom gröberen zum
feineren in den ersten 3 Monaten zuerkennen. Eine weitere Steigerung in den
nächsten Monaten konnte jedoch nicht erzielt werden. Der Wechsel zu einem
kleineren Spaltsegment Ende April (von 12 auf 8 mm) führte leider nicht zum
gewünschten Erfolg. Der Einsatz von Zwischenfrüchten und langfaserigem Mist
verursachte bereits nach 2 Tagen eine Verstopfung im Spaltsegment. Es ist aber
5.0 Ergebn isse Se i te |37 mit bloßem Auge erkennbar, dass das Fermentersubstrat feinfaseriger geworden
ist und nicht mehr so viele gröbere Fasern vorhanden sind.
Abbildung 5.12: Entwicklung der
Faserstrukturen im Fermenter 1
vor dem Versuch
5.0 Ergebn isse Se i te |38
Allgemeine Auswirkungen
Eine weitere Auffälligkeit an dieser Biogasanlage ist, dass alle Behälter leichter
aufzurühren sind. Das Endlager wird in der Regel nur in unregelmäßigen
Abständen gerührt. Bevor das ausgegorene Gärsubstrat auf das Feld gefahren
wird, muss der Inhalt intensiv aufgerührt werden um die vorhandenen Schwimm-
und Sinkschichten aufzulösen. In der Vergangenheit war dies sehr zeitintensiv und
es konnte meist nicht die ganze Schwimmschicht durch die Rührwerke zerstört
werden. Gegebenenfalls wurde dann ein externes Rührwerk zum Aufrühren
bestellt. Laut Anlagenbetreiber baut sich zurzeit eine deutlich geringere
Schwimmschicht auf. Erste Aufrührversuche des Gärrestematerials zeigten eine
deutlich bessere Fließfähigkeit, sodass das ganze Material mit den vorhandenen
Rührwerken vollständig durchmischt werden konnte.
Ein ähnlicher Effekt zeigt sich in den Fermentern selbst. Beide Fermenter sind mit
fünf feststehenden Tauchmotorrührwerken ausgestattet. Diese lassen sich weder
schwenken noch in der Höhe verstellen. Dies bedeutet für den Anlagenbetreiber,
dass er wenig Einfluss darauf nehmen kann, wenn sich Sink- und
Schwimmschichten bilden. Umso wichtiger ist es, dass das Fermentervolumen
fließfähig genug bleibt und sich gut rühren lässt. Wenn sich vor Einsatz des
GORATOR®s Schwimmschichten gebildet hatten, mussten alle Rührwerke
mindestens drei bis fünf Tage lang im Dauerbetrieb rühren. Aktuell kann eine
Schwimmschicht in weniger als einem Tag aufgelöst werden. Dies spricht für eine
deutlich gestiegene Fließfähigkeit, welche sich auch bei den Probenahmen des
Gärsubstrates zeigte. Das herausfließende Substrat sah viel homogener und
flüssiger aus.
Aus Gesprächen mit dem Anlagenbetreiber lässt sich entnehmen, dass alle
eingesetzten Pumpen einen geringeren Kolbenverschleiß aufweisen. An dieser
Anlage haben die Kolben eine Standzeit von etwa 6 Monaten. Um wie viele
Monate diese jedoch verlängert werden kann, wird sich erst im Langzeiteinsatz
des GORATOR®s herausstellen.
Zu Beginn des Versuches machte an dieser Anlage die Gleitringdichtung
Probleme. Diese wurde aufgrund austretender Flüssigkeit nach Außen
gewechselt. Die Ursache des Defektes konnte leider nicht geklärt werden.
5.0 Ergebn isse Se i te |39
5.4 Anlage D
Biologische Werte
Zur Bestimmung der biologischen Parameter wurden aus der Anlage D
Proben aus dem Fermenter sowie vor und nach Durchgang durch den
GORATOR® gezogen. Diese Werte sind in der Tabelle 5.25 aufgelistet.
Tabelle 5.25 : Biologische Werte- Anlage D
Datum pH-
Wert [-] EC-Wert [mS/cm]
FOS [gHAceq/l]
TAC [gCaCO3/l]
FOS/TAC [-] TS [%]
oTS [%]
oTS v. TS [%]
Fer
men
ter
04.04.2011 7,58 23,40 7,421 19,858 0,374 11,2 8,9 79,3
16.05.2011 7,71 18,47 3,274 14,063 0,233 8,7 6,9 79,1
24.05.2011 7,74 13,97 3,274 12,364 0,265 9,3 7,5 81,0
07.06.2011 7,49 10,94 4,684 11,115 0,421 8,5 6,9 81,5
14.06.2011 7,78 16,21 2,694 11,365 0,237 8,1 6,4 79,8
20.06.2011 7,68 15,40 2,777 11,515 0,241 8,4 6,7 80,3
11.07.2011 7,66 13,78 2,445 11,490 0,213 8,5 6,7 78,3
19.07.2011 7,68 14,90 3,274 12,989 0,252 8,9 7,0 78,7
26.07.2011 7,79 16,52 2,777 11,540 0,241 8,8 6,9 78,4
nac
h G
OR
AT
OR
®-a
us
Fer
men
ter
16.05.2011 7,72 19,12 3,523 14,063 0,251 9,0 7,2 80,1
24.05.2011 7,70 12,68 2,611 10,916 0,239 9,3 7,6 81,6
07.06.2011 7,50 13,18 4,684 10,416 0,450 8,2 6,7 80,9
14.06.2011 7,77 14,57 2,860 12,040 0,238 8,1 6,4 79,5
20.06.2011 7,68 14,45 2,860 11,290 0,253 8,7 6,9 79,9
11.07.2011 7,70 14,58 2,860 12,739 0,224 8,8 6,9 78,3
19.07.2011 7,67 14,90 3,440 13,338 0,258 8,6 6,7 77,9
26.07.2011 7,78 15,19 3,440 13,139 0,262 9,0 7,1 78,7
Bei genauerer Betrachtung der Fermenterproben fällt bereits der erste Wert auf.
Wie unter Kapitel 4.4 erläutert, hatte dieser Anlagenbetreiber starke biologische
und technische Probleme mit seiner Anlage. Mit einem hohen TS-Gehalt von 11,2
%, rückführbar auf den hohen Misteinsatz, hatten die Rührwerke Probleme den
Fermenterinhalt zu durchmischen. Eine so stark viskose Masse beeinträchtigt den
biologischen Prozess nachhaltig. Gebildete Säuren können von den
Methanbakterien nur noch unvollständig erreicht und abgebaut werden. Diese
Entwicklung zeigte sich noch nicht im pH-Wert, wohl aber bei der FOS/TAC-
Bestimmung. Ein deutliches Indiz für schlechter werdende biologische
Bedingungen. Daraufhin hat der Anlagenbetreiber seinen Fermenter mit mehreren
hundert Kubikmeter Gülle verdünnt und stellte so einen TS-Gehalt von 8,7 % ein.
5.0 Ergebn isse Se i te |40
Durch diese Maßnahme konnte zu Beginn des Versuches, dazu siehe
Fermenterprobe vom 16.05.2011, ein stabiler biologischer Prozess vorgefunden
werden. Während des Versuches schwankten alle Werte in einem natürlichen
Bereich. Dies gilt für den pH- und EC-Wert, genauso wie für das FOS/TAC-
Verhältnis. Nur am 07.06.11 war dieser Wert relativ hoch. Ursache könnte sein,
dass die Probenahme unmittelbar nach einem Fütterungsintervall durchgeführt
wurde. Da der nächste Wert wieder im normalen Bereich lag, ist die Situation als
unbedenklich einzustufen. Auch die Proben nach der Behandlung weisen keine
wesentlichen Unterschiede zu den unbehandelten auf. Zusammenfassend lässt
sich sagen, dass durch den Einsatz des GORATOR®s die Biologie der Anlage
nicht negativ beeinflusst wurde.
Parameter der Gesamtanlage
Die Erfassung der Daten an der Anlage D erfolgte zum einen über die
Visualisierung – automatische Datenerfassung-, bzw. nicht erfasste Werte wurden
vor Ort dokumentiert. Daraus ergeben sich die Werte in der Tabelle 5.26. Die dort
aufgeführten Zahlen wurden aufgrund eines technischen Defektes nicht an die
Datenbank übertragen und mussten am BHKW abgelesen werden.
Berücksichtigung finden so nur Mittelwerte über einen bestimmten Zeitraum. Diese
wiederum wurden noch einmal Wochenweise gemittelt, siehe Tabelle 5.27 und in
der Abbildung 5.21 dargestellt. Die tägliche Futtermenge wurde erst ab einer
Woche nach Versuchsstart dokumentiert. Daraus wurde ein wöchentlicher
Durchschnittswert für den theoretischen Gasertrag kalkuliert.
Tabelle 5. 26: Vor Ort notierte Zählerstände am BHKW – Anlage D
Datum
Zähler
Strommenge
[kWhel ] Zähler Gas
[m³]
zeitliche
Differenz
[d]
Strommenge
Differenz
[kWhel ]
Gas-
Differenz
[m³]
kWhel
/Tag [ kWhel
/d]
Gas/Tag
[m³/d]
04.02.2011 10:00 1671304 63,25 374196 5916
08.04.2011 16:00 2045500 750043 37,94 224452 105168 5916 2772
16.05.2011 14:30 2269952 855211 7,88 46213 18769 5868 2383
24.05.2011 11:30 2316165 873980 14,00 83974 35576 5998 2541
07.06.2011 11:30 2400139 909556 7,10 42512 16770 5984 2361
14.06.2011 14:00 2442651 926326 5,90 34739 13829 5892 2346
20.06.2011 11:30 2477390 940155 20,97 120613 48953 5753 2335
11.07.2011 10:42 2598003 989108 7,11 42571 17856 5991 2513
18.07.2011 13:15 2640574 1006964 2,95 17489 7205 5933 2444
21.07.2011 12:00 2658063 1014169 4,98 30178 12480 6064 2508
5.0 Ergebn isse Se i te |41
26.07.2011 11:26 2688241 1026649 5,94 35186 14492 5923 2440
01.08.2011 10:00 2723427 1041141 7,00
5.0 Ergebn isse Se i te |42
Tabelle 5.27 : Wochendurchschnittswerte der Gasausbeute und eingespeiste Strommenge- Anlage
Datum Substratinput Tagesdurchschnitt theoretische Gasausbeute
tatsächlich verbrauchte Gasmenge
eingespeiste Strommenge
benötigte Gasmenge für eine Killowattstunde
von bis Gülle [m³] Grünroggen [kg]
Rindermist [kg]
Putenmist [kg]
Maissilage [kg] [m³/d] [m³/d] [ kWhel/d] [m³/ kWhel]
04.02.2011 08.04.2011 5877
08.04.2011 12.04.2011 5916
12.04.2011 18.04.2011 2772 5916 0,469
19.04.2011 25.04.2011 2772 5916 0,469
26.04.2011 02.05.2011 2772 5916 0,469 0,467
03.05.2011 09.05.2011 2772 5916 0,469
10.05.2011 16.05.2011 Inbetriebnahme GORATOR® 2717 5910 0,460
17.05.2011 23.05.2011 2383 5868 0,406
24.05.2011 31.05.2011 18850 4100 7233 567 3533 2809 2451 5998 0,409
01.06.2011 07.06.2011 23286 4943 6200 0 4086 3017 2515 5996 0,419
08.06.2011 14.06.2011 27486 2229 4143 0 1529 1886 2358 5872 0,402
15.06.2011 21.06.2011 9614 3857 8500 0 5143 2845 2342 5852 0,400 0,410
22.06.2011 28.06.2011 10671 3957 6000 0 2400 2080 2335 5753 0,406
29.06.2011 05.07.2011 9957 3629 8500 1414 2357 2481 2335 5753 0,406
06.07.2011 12.07.2011 8571 3943 7857 543 4357 2715 2386 5821 0,410
13.07.2011 19.07.2011 11300 5657 8014 1814 4200 3355 2493 5974 0,417
20.07.2011 26.07.2011 12100 3771 6643 1700 4129 2869 2488 6025 0,413
27.07.2011 02.08.2011 12100 4914 4186 2293 2600 2665 2558 6136 0,417
5.0 Ergebn isse Se i te |43
Abbildung 5. 21: Gasmenge und eingespeiste Strommenge- Anlage D
In Abbildung 5.21 sind die wöchentlichen Durchschnittswerte der eingespeisten
Strommenge, der verbrauchten und der theoretisch erzeugten Gasmenge
dargestellt. Vor Versuchsbeginn ist die Strommengenkurve konstant. Dies beruht
auf der geringen Datenmenge vor dem Versuch. Die nach Versuchsbeginn
dokumentierten Werte schwanken ein wenig auf und ab.
Mit Versuchsbeginn sank die tatsächlich verbrauchte Gasmenge stark ab. Diese
blieb dann auf einem konstanten Wert. Gegensätzlich dazu steht die theoretisch
erzeugte Gasmenge, die über den täglichen Substratinput berechnet wird. Durch
eine ungleiche Fütterung, hierzu siehe Tabelle 5.27, werden solche
Schwankungen erzeugt. Dies ist für den gesamten biologischen Prozess nicht
optimal. Die Bakterien können sich nur durch eine gleichmäßige Fütterung auf ein
bestimmtes Nahrungsangebot einstellen. Ein ständig wechselndes
Nahrungsangebot bietet keine optimalen Lebensbedingungen. Die viel zu hohe
Zugabe an Substratinput Ende Juli lässt nicht ausschließen, dass sogar Gas durch
die Über- Unterdrucksicherung abgeblasen wurde und somit verloren ging.
Es ist aber deutlich zusehen, dass der Motor weniger Kubikmeter Gas für jede
eingespeiste kWhelverbraucht hat, hierzu siehe Tabelle 5.27. Ursächlich hierfür ist
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
26.03.11 15.05.11 04.07.11 23.08.11
ein
ges
pei
ste
Str
om
men
ge
[kW
hel
]
verb
rau
chte
Gas
men
ge
[m³]
Datum
Anlage D verbrauchte Gasmenge und eingespeiste Strommenge
verbrauchte Gasmenge
eingespeiste Strommenge
theoretisch erzeugte Gasmenge
Inbetriebnahme GORATOR
16.05.2011
5.0 Ergebn isse Se i te |44
die verbesserte Gasqualität. Die Auswirkungen des GORATOR®s auf die
Gasqualität wird in der Abbildung 5.22 und Tabelle 5.28 ausgedrückt. Von Januar
bis April konnte die Gasqualität auf einem Niveau von 50 % gehalten werden.
Zwei Wochen vor Versuchsbeginn stieg der Methangehalt an. Durch die
Verdünnung des Fermenters durch Gülle wurden bessere Bedingungen für die
Bakterien geschaffen.
Abbildung 5.22 : Methangehalt- Anlage D
Die Bakterien konnten besser an vorhandene Säuren gelangen und das Gas
konnte besser aus dem Substrat entweichen. Dadurch hat sich der Methangehalt
verbessert. Mit Einsatz des GORATOR®S konnte die Gasqualität erneut
verbessert werden. In den 2 letzten Wochen des Versuches zeigte das
Gasanalysegerät einen Methangehalt von über 60% an. Durch eine Überprüfung
mit einem mobilen Gasanalysegerät ergab sich ein Methanwert von 54 %. Dies
deutet auf einen Defekt des Analysegerätes hin und die dazu gehörigen Werte
wurden in der Abbildung 5.22 nicht berücksichtigt. Da sich dieses Phänomen von
ein auf den anderen Tag ergab, kann davon ausgegangen werden, dass die
vorherigen Werte korrekt sind. Durch eine Verstopfung war der GORATOR® vom
02.06. bis zum 07.06. 2011 nicht in Betrieb. Erstaunlicherweise spiegelt sich dies
sofort deutlich im Methangehalt wieder. Dieser ging bis auf einen Gehalt von 49 %
zurück, hierzu siehe Tabelle 5.28. Mit Behebung des Problems am GORATOR®
stieg der Methangehalt wieder an.
0
10
20
30
40
50
60
70
28.12.10 16.02.11 07.04.11 27.05.11 16.07.11
CH
4-G
ehal
t [%
]
Datum
Anlage D:
Methangehalt
Methangehalt
Inbetriebnahme
GORATOR 16.05.2011
5.0 Ergebn isse Se i te |45
Tabelle 5.28 : Methangehalt – Anlage D
Januar Februar März April Mai Juni Juli
Datum Methan-gehalt [%] Datum
Methan-gehalt [%] Datum
Methan-gehalt [%] Datum
Methan-gehalt [%] Datum
Methan-gehalt [%] Datum
Methan-gehalt [%] Datum
Methan-gehalt [%]
01.01.11 50,614 01.02.11 50,345 01.03.11 51,053 01.04.11 47,658 01.05.11 49,221 01.06.11 53,936 01.07.11 55,963
02.01.11 50,345 02.02.11 50,369 02.03.11 50,858 02.04.11 40,672 02.05.11 49,392 02.06.11 52,470 02.07.11 56,916
03.01.11 50,443 03.02.11 50,565 03.03.11 50,858 03.04.11 47,829 03.05.11 49,563 03.06.11 51,078 03.07.11 55,915
04.01.11 50,614 04.02.11 49,905 04.03.11 50,565 04.04.11 49,295 04.05.11 49,026 04.06.11 49,685 04.07.11 56,427
05.01.11 50,467 05.02.11 50,101 05.03.11 50,956 05.04.11 49,050 05.05.11 49,466 05.06.11 49,588 05.07.11 56,012
06.01.11 50,198 06.02.11 50,394 06.03.11 50,443 07.04.11 49,148 06.05.11 51,518 06.06.11 49,856 06.07.11 56,208
07.01.11 50,345 07.02.11 50,125 07.03.11 50,540 08.04.11 49,344 07.05.11 52,079 07.06.11 50,882 07.07.11 55,939
08.01.11 50,247 08.02.11 49,588 08.03.11 50,565 09.04.11 49,148 08.05.11 54,742 08.06.11 52,397 08.07.11 57,160
09.01.11 50,027 09.02.11 50,174 09.03.11 51,029 10.04.11 49,685 09.05.11 53,472 09.06.11 55,084 09.07.11 55,475
10.01.11 50,443 09.02.11 50,540 10.03.11 50,125 11.04.11 49,221 10.05.11 54,278 10.06.11 57,502 10.07.11 17,160
11.01.11 50,565 10.02.11 50,076 11.03.11 50,076 12.04.11 49,783 11.05.11 52,373 11.06.11 59,188 11.07.11 54,644
12.01.11 50,174 11.02.11 50,785 12.03.11 49,588 13.04.11 49,832 12.05.11 53,496 12.06.11 58,186 12.07.11 60,36
13.01.11 49,759 12.02.11 50,907 13.03.11 49,759 14.04.11 50,467 13.05.11 53,936 13.06.11 58,577 13.07.11 60,458
14.01.11 49,954 13.02.11 51,053 14.03.11 49,490 15.04.11 49,930 14.05.11 50,027 14.06.11 58,528 14.07.11 60,556
15.01.11 50,174 14.02.11 51,395 15.03.11 48,953 16.04.11 49,832 15.05.11 50,540 15.06.11 56,574 15.07.11 60,995
16.01.11 50,101 15.02.11 51,224 16.03.11 48,342 17.04.11 49,905 16.05.11 52,250 16.06.11 55,035 16.07.11 61,453
17.01.11 43,652 16.02.11 50,369 17.03.11 49,148 18.04.11 50,614 17.05.11 51,737 17.06.11 54,693 17.07.11 61,069
18.01.11 43,163 17.02.11 49,954 18.03.11 49,026 19.04.11 49,344 18.05.11 52,275 18.06.11 52,544 18.07.11 62,021
19.01.11 43,456 18.02.11 49,856 19.03.11 48,782 20.04.11 49,685 19.05.11 53,252 19.06.11 56,623 19.07.11 61,533
20.01.11 43,456 19.02.11 50,125 20.03.11 47,243 21.04.11 49,685 20.05.11 53,032 20.06.11 56,892 20.07.11 61,850
21.01.11 43,994 20.02.11 50,711 21.03.11 47,487 22.04.11 47,780 21.05.11 52,544 21.06.11 56,354 21.07.11 61,411
22.01.11 50,565 21.02.11 50,980 22.03.11 47,585 23.04.11 45,508 22.05.11 53,252 22.06.11 55,866 22.07.11 61,240
23.01.11 49,075 22.02.11 50,443 24.03.11 47,487 24.04.11 48,391 23.05.11 53,863 23.06.11 55,646 23.07.11 61,533
24.01.11 48,879 23.02.11 49,832 25.03.11 47,047 25.04.11 48,513 24.05.11 53,692 24.06.11 55,670 24.07.11 61,753
25.01.11 49,344 24.02.11 49,832 26.03.11 46,803 26.04.11 48,855 25.05.11 53,692 25.06.11 54,131 25.07.11 61,948
26.01.11 49,392 25.02.11 49,954 27.03.11 46,388 27.04.11 48,440 26.05.11 53,227 26.06.11 54,547 26.07.11 61,973
27.01.11 49,783 26.02.11 49,759 28.03.11 45,484 28.04.11 47,951 27.05.11 53,350 27.06.11 54,718 27.07.11 62,021
28.01.11 49,392 27.02.11 50,443 29.03.11 46,510 29.04.11 48,024 28.05.11 53,179 28.06.11 55,524 28.07.11 62,095
29.01.11 49,637 28.02.11 50,565 30.03.11 48,000 30.04.11 49,637 29.05.11 53,179 29.06.11 54,718 29.07.11 62,119
30.01.11 50,736 31.03.11 48,684 30.05.11 52,690 30.06.11 54,473 30.07.11 61,704
31.01.11 51,249 31.05.11 54,522 31.07.11 62,290
5.0 Ergebn isse Se i te |46
Im Mittelwert verbrauchte der Motor vor Einsatz des GORATOR®s 0,467 m³/kWhel.
Mit Einsatz des GORATOR®s fiel dieser Mittelwert auf 0,410 m³/ kWhel herab.
Daraus ergibt sich eine Ersparnis von 0,057 m³/ kWhel. Über den
Versuchszeitraum hat der Motor im Durchschnitt täglich 5891 kWhel eingespeist
(siehe Tabelle 5.27). Daraus ergibt sich eine tägliche Einsparung von 335,8 m³
Biogas. Die daraus resultierende eingesparte Substratmenge minputvon 1508,48
kgerrechnet sich mit Hilfe der Formel 3. Verwendet werden hierfür auch die Werte
der Substratanalysen aus Tabelle 4.08. Durch die ungleichmäßige Fütterung des
Anlagenbetreibers ist dies jedoch in der Praxis nicht bemerkbar geworden.
Abbildung 5. 23: Eigenstromverbrauch – Anlage D
Es wurde durch die automatische Datenerfassung der tägliche
Eigenstromverbrauch der Anlage dokumentiert, siehe Tabelle 5.29. Vor dem
Versuch schwankte der Eigenverbrauch stark um den Mittelwert vom 367 kWhel.
Kurz vor Versuchsbeginn stieg der Eigenstromverbrauch stark an. Dies ist darauf
zurück zuführen, dass der Fermenter zu dick war und nicht mehr vollständig
durchrührt werden konnte. Die Verdünnung des Fermenters forderte einen hohen
Energiebedarf der Rührwerke ein. Mit Einsatz des GORATOR®s zeigte sich eine
Reduzierung der benötigten Strommenge. Im Mittelwert benötigt die Anlage 339
kWhel, inklusive des Energieverbrauchs des GORATOR®s. Durch einen Stillstand
des GORATOR®s vom 02.06. bis 07.06.11 sank der Eigenverbrauch der Anlage.
Dies bedeutet daraufhin, dass das ganze Substrat viel rührfähiger geworden ist
367 367339 339
0
100
200
300
400
500
600
700
800
18.11.10 07.01.11 26.02.11 17.04.11 06.06.11 26.07.11 14.09.11
Eig
enst
rom
verb
rau
ch [
kWh
el]
Datum
Anlage D: Eigenstromverbrauch
Eigenstromverbrauch [kWh]
Mittelwert ohne GORATOR
InbetriebnahmeGORATOR 16.05.2011
5.0 Ergebn isse Se i te |47
und die Anlage selbst ohne GORATOR® deutlich weniger Strom verbraucht als
vor dem Versuch.
5.0 Ergebn isse Se i te |48
Tabelle 5.29: Eigenstromverbrauch – Anlage D
Januar Februar März April Mai Juni Juli
Datum
Eigenver-
brauch
[kWhel ] Datum
Eigenver-
brauch [ kWhel ] Datum
Eigenver-
brauch [ kWhel ] Datum
Eigenver-
brauch [ kWhel ] Datum
Eigenver-
brauch [ kWhel ] Datum
Eigenver-
brauch [ kWhel ] Datum
Eigenver-
brauch [ kWhel ]
01.01.11 381 01.02.11 326 01.03.11 464 01.04.11 352 01.05.11 298 01.06.11 293 01.07.11 358
02.01.11 373 02.02.11 322 02.03.11 416 02.04.11 349 02.05.11 313 02.06.11 261 02.07.11 278
03.01.11 367 03.02.11 317 03.03.11 347 03.04.11 371 03.05.11 322 03.06.11 269 03.07.11 274
04.01.11 370 04.02.11 335 04.03.11 379 04.04.11 345 04.05.11 365 04.06.11 264 04.07.11 283
05.01.11 344 05.02.11 304 05.03.11 303 05.04.11 369 05.05.11 434 05.06.11 267 05.07.11 254
06.01.11 371 06.02.11 326 06.03.11 358 07.04.11 352 06.05.11 470 06.06.11 272 06.07.11 376
07.01.11 338 07.02.11 332 07.03.11 327 08.04.11 364 07.05.11 351 07.06.11 262 07.07.11 352
08.01.11 340 08.02.11 314 08.03.11 306 09.04.11 415 08.05.11 377 08.06.11 236 08.07.11 404
09.01.11 316 09.02.11 330 09.03.11 335 10.04.11 399 09.05.11 407 09.06.11 333 09.07.11 387
10.01.11 299 09.02.11 363 10.03.11 316 11.04.11 414 10.05.11 388 10.06.11 239 10.07.11 368
11.01.11 295 10.02.11 370 11.03.11 344 12.04.11 443 11.05.11 392 11.06.11 251 11.07.11 406
12.01.11 305 11.02.11 365 12.03.11 334 13.04.11 462 12.05.11 405 12.06.11 263 12.07.11 355
13.01.11 302 12.02.11 346 13.03.11 304 14.04.11 505 13.05.11 340 13.06.11 299 13.07.11 381
14.01.11 284 13.02.11 340 14.03.11 346 15.04.11 443 14.05.11 355 14.06.11 316 14.07.11 384
15.01.11 296 14.02.11 341 15.03.11 353 16.04.11 480 15.05.11 352 15.06.11 366 15.07.11 359
16.01.11 289 15.02.11 346 16.03.11 329 17.04.11 625 16.05.11 468 16.06.11 318 16.07.11 330
17.01.11 289 16.02.11 371 17.03.11 314 18.04.11 748 17.05.11 387 17.06.11 396 17.07.11 318
18.01.11 291 17.02.11 407 18.03.11 312 19.04.11 706 18.05.11 416 18.06.11 329 18.07.11 371
19.01.11 333 18.02.11 397 19.03.11 318 20.04.11 554 19.05.11 416 19.06.11 320 19.07.11 402
20.01.11 419 19.02.11 347 20.03.11 341 21.04.11 453 20.05.11 426 20.06.11 311 20.07.11 370
21.01.11 458 20.02.11 369 21.03.11 335 22.04.11 487 21.05.11 357 21.06.11 345 21.07.11 358
22.01.11 422 21.02.11 334 22.03.11 329 23.04.11 445 22.05.11 435 22.06.11 315 22.07.11 316
23.01.11 322 22.02.11 347 24.03.11 383 24.04.11 429 23.05.11 461 23.06.11 394 23.07.11 333
24.01.11 319 23.02.11 404 25.03.11 404 25.04.11 383 24.05.11 376 24.06.11 361 24.07.11 339
25.01.11 313 24.02.11 393 26.03.11 404 26.04.11 383 25.05.11 385 25.06.11 296 25.07.11 318
26.01.11 350 25.02.11 395 27.03.11 400 27.04.11 363 26.05.11 344 26.06.11 356 26.07.11 338
27.01.11 322 26.02.11 396 28.03.11 359 28.04.11 365 27.05.11 371 27.06.11 344 27.07.11 403
28.01.11 319 27.02.11 353 29.03.11 380 29.04.11 347 28.05.11 373 28.06.11 290 28.07.11 325
29.01.11 354 28.02.11 360 30.03.11 349 30.04.11 339 29.05.11 316 29.06.11 367 29.07.11 395
30.01.11 336 30.03.11 376 30.05.11 364 30.06.11 361 30.07.11 425
31.01.11 322 31.03.11 345 31.05.11 355 31.07.11 312
5.0 Ergebn isse Se i te |49
Gärtest
Der Gärtest zu dieser Anlage wurde im eigenen Labor durchgeführt. In Tabelle
5.30 sind die täglich produzierten Gasmengen der verschiedenen Ansätze notiert.
Es wurde in Ansatz 2 und 3 10 g oTS des Probenmaterials zugegeben.
• Ansatz 1 = Nullwert
• Ansatz 2 = Fermentermaterial
• Ansatz 3 = Fermentermaterial mit GORATOR® behandelt
Die Abbildung 5.24 zeigt die gebildete Gasmenge, die nur aus demzugegebenen
Probematerial entstanden ist. Bereits nach dem 1. Tag konnte eine stark
reduzierte Gasproduktion registriert werden, die aber am 5. Tag wieder deutlich
anstieg. Eine ähnliche Entwicklung zeigte sich zwischen dem 11. und 13. Tag.
Dieser drastische Anstieg resultiert jedoch auf einer Fehljustierung der Meßeinheit
für den Gärtest 1 (Nullwert), welche zu einem Aufstau der Gasmenge im Gärtest
führte. Dadurch haben rechnerisch die Ansätze 2 und 3 im gleichen Zeitraum
deutlich mehr Gas produziert als der Ansatz 1. Danach stiegen beide Kurven mit
einer relativ konstanten Steigung weiter an. Es ist aber deutlich zu erkennen, dass
der Ansatz mit GORATOR® eine höhere Steigung besitzt. Ab dem 21. Tag
entweicht nur noch eine ganz geringe Menge an Gas, sodass an dieser Stelle der
Versuch abgebrochen werden konnte.
Abbildung 5. 24:
Gärversuch Anlage D: Gasproduktion
Gärversuch Anlage D:Gasproduktion
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 5 10 15 20 25
Zeit [d]
Gas
pro
du
ktio
n
[ml]
Ansatz 2-ohne Gorator
Ansatz 3- mit Gorator
5.0 Ergebn isse Se i te |50
Gärversuch Anlage D:Tägliche Gasproduktion
-150,00
-50,00
50,00
150,00
250,00
350,00
450,00
0 100 200 300 400 500 600
Zeit [h]
Gas
men
ge
[ml]
Ansatz 2-1 ohne Gorator
Ansatz 3-1 mit Gorator
Abbildung 5.25 : Gärversuch Anlage D: Tägliche Gasproduktion
Die Abbildung 5.25 zeigt die tägliche Gasproduktion des Materials ohne und mit
Aufbereitung des GORATOR®s. In den ersten 50 Stunden des Versuchsansatzes
mit GORATOR® wurden 334 ml Biogas produziert. Ohne den Einsatz des
GORATOR®s beträgt die Gasmenge nur 274 ml. Anschließend zeigten die
Ansätze eine „negative“ Gasproduktion, da für den Nullansatz eine höhere
Gasbildungsrate ermittelt wurde. Ab der 110. Stunde ist die Gasproduktion wieder
positiv. Größtenteils laufen diese Kurven dann parallel zueinander. Die
Gasproduktion des Ansatzes mit GORATOR® liegt dennoch immer etwas höher.
Während dieser Phase zeigten sich deutliche Unterschiede in der produzierten
Gasmenge. Ab der 305. Stunde setzte die Gasproduktion aus, um nach 329
Stunden wieder einzusetzen. Danach konnte in der aufgeschlossenen Gärprobe
eine stärkere Gasproduktion registriert werden. Aus diesem Diagramm ist deutlich
zuerkennen, dass das Substrat immer phasenweise abgebaut und nicht alles
sofort umgesetzt wurde. Die Bakterien brauchen eine gewisse Zeit um
vorhandene Strukturen aufzuknacken. Schnell abbaubares Material wird sofort
unmittelbar in Gas umgesetzt. Für andere Strukturen brauchen die
Mikroorganismen eine „Vorlaufzeit“ um das Material abbauen zu können.
Interessant ist, dass dies bei beiden Ansätzen genau zum gleichen Zeitpunkt
passiert.
5.0 Ergebn isse Se i te |51
Aus dem Probematerial in Ansatz 2 konnte 1254,24 ml Gas produziert werde, aus
dem 3. Ansatz 1774,35 ml. Diese täglich erzeugten Werte wurden in Tabelle 5.31
über die Formel 4 in Normliter umgerechnet. Für Ansatz 2 ergibt dies 119,15 Nl/kg
oTS, für Ansatz 3 168,42 Nl/kg oTS. Daraus errechnet sich eine Gassteigerung
von 41,35 %. Dies kann jedoch nicht auf die Gesamtanlage projiziert werden, da
das Material bereits zum Teil ausgegast ist. Entscheidend ist aber, dass das die
Gasproduktion beschleunigt und schwer abbaubares Material besser in Gas
umgesetzt werden kann.
5.0 Ergebn isse Se i te |52
Tabelle 5.30 : Daten des Gärversuches – Anlage D
Ansatz 1
Diff zum letzten
Ablesepunkt Ansatz 2
Diff zum letzten
Ablesepunkt Ansatz 2-1
Differenz zum letzten Ablesepunkt Ansatz 2-1
Differenz auf 24 Std
umgerechnet Ansatz 3
Diff zum letzten
Ablesepunkt Ansatz 3 - 1
Differenz zumletzten
Ablesepunkt Ansatz 3-1
Differenz auf 24 Std.
umgerechnetDatum h d ml ml ml ml ml ml ml ml ml ml ml ml
12.7.11 15:30 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0012.7.11 20:00 4,50 0 156,96 156,96 337,84 337,84 180,88 180,88 373,75 373,75 216,79 216,7913.7.11 7:15 15,75 1 402,21 245,25 672,40 334,56 270,19 89,31 734,50 360,75 332,29 115,5013.7.11 17:50 26,33 1 624,57 222,36 898,72 226,32 274,15 3,96 274,15 991,25 256,75 366,68 34,39 334,1914.7.11 8:00 40,50 2 935,22 310,65 1161,12 262,40 225,90 -48,25 1303,25 312,00 368,03 1,3514.7.11 19:15 51,75 2 1216,44 281,22 1390,72 229,60 174,28 -51,62 -94,30 1537,25 234,00 320,81 -47,22 -43,3115.7.11 8:00 64,50 3 1481,31 264,87 1603,92 213,20 122,61 -51,67 1768,00 230,75 286,69 -34,1216.7.11 12:50 93,33 4 2009,52 528,21 2440,32 836,40 430,80 308,19 2593,50 825,50 583,98 297,2916.7.11 17:20 97,83 4 2537,52 528,00 2663,36 223,04 125,84 -304,96 -25,23 2834,00 240,50 296,48 -287,50 -12,6717.7.11 10:15 114,75 5 2969,16 431,64 3116,00 452,64 146,84 21,00 3282,50 448,50 313,34 16,8618.7.11 8:15 136,75 6 3613,35 644,19 3824,48 708,48 211,13 64,29 4004,00 721,50 390,65 77,3118.7.11 18:15 146,75 6 3891,30 277,95 4103,28 278,80 211,98 0,85 42,26 4306,25 302,25 414,95 24,30 58,1219.7.11 8:15 160,75 7 4264,08 372,78 4493,60 390,32 229,52 17,54 4712,50 406,25 448,42 33,4719.7.11 18:30 171,00 7 4659,75 395,67 4910,16 416,56 250,41 20,89 38,03 5131,75 419,25 472,00 23,58 56,4620.7.11 8:00 184,50 8 5029,26 369,51 5316,88 406,72 287,62 37,21 5547,75 416,00 518,49 46,4920.7.11 19:20 195,83 8 5330,10 300,84 5694,08 377,20 363,98 76,36 129,95 5941,00 393,25 610,90 92,41 134,2421.7.11 8:00 208,50 9 5755,20 425,10 6087,68 393,60 332,48 -31,50 6350,50 409,50 595,30 -15,6021.7.11 18:50 219,33 9 6160,68 405,48 6510,80 423,12 350,12 17,64 -14,15 6789,25 438,75 628,57 33,27 18,0522.7.11 7:30 232,00 10 6477,81 317,13 6858,48 347,68 380,67 30,55 7150,00 360,75 672,19 43,6222.7.11 17:20 241,83 10 6834,30 356,49 7229,12 370,64 394,82 14,15 47,68 7536,75 386,75 702,45 30,26 78,8123.7.11 12:00 260,50 11 7429,44 595,14 7835,92 606,80 406,48 11,66 8154,25 617,50 724,81 22,3624.7.11 18:15 290,75 12 7901,72 472,28 8734,64 898,72 832,92 426,44 214,95 9061,00 906,75 1159,28 434,47 224,1325.7.11 9:00 305,50 13 8374,91 473,19 9138,08 403,44 763,17 -69,75 9457,50 396,50 1082,59 -76,6925.7.11 17:40 314,17 13 8829,00 454,09 9587,44 449,36 758,44 -4,73 -76,34 9912,50 455,00 1083,50 0,91 -77,6726.7.11 9:00 329,50 14 9296,61 467,61 10072,88 485,44 776,27 17,83 10396,75 484,25 1100,14 16,6426.7.11 18:45 339,25 14 9607,26 310,65 10394,32 321,44 787,06 10,79 27,38 10725,00 328,25 1117,74 17,60 32,7627.7.11 8:30 353,00 15 10002,93 395,67 10810,88 416,56 807,95 20,89 11163,75 438,75 1160,82 43,0827.7.11 18:00 362,50 15 10414,95 412,02 11234,00 423,12 819,05 11,10 33,02 11602,50 438,75 1187,55 26,73 72,0628.7.11 8:00 376,50 16 10774,65 359,70 11627,60 393,60 852,95 33,90 12025,00 422,50 1250,35 62,8029.7.11 6:15 398,75 17 11451,54 676,89 12355,76 728,16 904,22 51,27 56,39 12795,25 770,25 1343,71 93,36 103,39
29.7.11 16:20 408,83 17 11762,19 310,65 12683,76 328,00 921,57 17,35 13136,50 341,25 1374,31 30,6030.7.11 10:30 427,00 18 12262,50 500,31 13215,12 531,36 952,62 31,05 41,12 13685,75 549,25 1423,25 48,94 67,5731.7.11 11:25 451,92 19 12909,96 647,46 13923,60 708,48 1013,64 61,02 58,78 14407,25 721,50 1497,29 74,04 71,3231.7.11 21:45 462,25 19 13227,75 317,79 14268,00 344,40 1040,25 26,61 14761,50 354,25 1533,75 36,46
1.8.11 8:00 472,50 20 13426,62 198,87 14500,88 232,88 1074,26 34,01 70,68 14998,75 237,25 1572,13 38,38 89,871.8.11 18:15 482,75 20 13796,13 369,51 14956,80 455,92 1160,67 86,41 15457,00 458,25 1660,87 88,742.8.11 8:00 496,50 21 14139,48 343,35 15284,80 328,00 1145,32 -15,35 71,06 15791,75 334,75 1652,27 -8,60 80,14
2.8.11 18:20 506,83 21 14515,53 376,05 15734,16 449,36 1218,63 73,31 16237,00 445,25 1721,47 69,203.8.11 8:00 520,50 22 14855,61 340,08 16072,00 337,84 1216,39 -2,24 71,07 16578,25 341,25 1722,64 1,17 70,37
3.8.11 17:30 530,00 22 15107,40 251,79 16337,68 265,68 1230,28 13,89 16844,75 266,50 1737,35 14,714.8.11 8:00 544,50 23 15434,40 327,00 16688,64 350,96 1254,24 23,96 37,85 17208,75 364,00 1774,35 37,00 51,71
Zeit
5.0 Ergebn isse Se i te |53
Tabelle 5.31: Umrechnung der Gaserträge (ml in Nl , siehe Formel 4)
Normbedingungen pn= 1013 mbar Tn= 296 K
Datum Luftdruck p
[mbar] Temperatur
[K]
Differenz zum letzten
Ablesepunkt Ansatz 2-1
[ml]
Differenz zum letzten
Ablesepunkt Ansatz 3-1
[ml]
Differenz zum letzten Ablesepunkt Ansatz 2-1 [Nl/kg oTS]
Differenz zum letzten Ablesepunkt Ansatz 3-1 [Nl/kg oTS]
12.7.11 15:30 1015 312 0 0 17,19 20,61 12.7.11 20:00 1015 312 180,88 216,79 8,49 10,98
13.7.11 7:15 1008 312 89,31 115,5 0,37 3,25 13.7.11 17:50 1008 312 3,96 34,39 -4,55 0,13
14.7.11 8:00 1008 312 -48,25 1,35 -4,87 -4,46 14.7.11 19:15 1008 312 -51,62 -47,22 -4,88 -3,22
15.7.11 8:00 1015 312 -51,67 -34,12 29,30 28,26 16.7.11 12:50 1007 312 308,19 297,29 -28,76 -27,11 16.7.11 17:20 1007 312 -304,96 -287,5 1,98 1,59 17.7.11 10:15 998 312 21 16,86 6,01 7,23
18.7.11 8:15 999 312 64,29 77,31 0,08 2,27 18.7.11 18:15 999 312 0,85 24,3 1,64 3,13
19.7.11 8:15 1004 312 17,54 33,47 1,96 2,22 19.7.11 18:30 1004 312 20,89 23,58 3,50 4,37
20.7.11 8:00 1008 312 37,21 46,49 7,21 8,72 20.7.11 19:20 1008 312 76,36 92,41 -2,97 -1,47
21.7.11 8:00 1010 312 -31,5 -15,6 1,67 3,15 21.7.11 18:50 1010 312 17,64 33,27 2,89 4,13
22.7.11 7:30 1011 312 30,55 43,62 1,34 2,87 22.7.11 17:20 1011 312 14,15 30,26 1,10 2,12 23.7.11 12:00 1008 312 11,66 22,36 40,26 41,02 24.7.11 18:15 1006 312 426,44 434,47 -6,57 -7,23
25.7.11 9:00 1009 312 -69,75 -76,69 -0,45 0,09 25.7.11 17:40 1009 312 -4,73 0,91 1,68 1,57
26.7.11 9:00 1012 312 17,83 16,64 1,02 1,67 26.7.11 18:45 1012 312 10,79 17,6 1,98 4,08
27.7.11 8:30 1018 312 20,89 43,08 1,06 2,55 27.7.11 18:00 1018 312 11,1 26,73 3,23 5,99
28.7.11 8:00 1019 312 33,9 62,8 4,89 8,91 29.7.11 6:15 1020 312 51,27 93,36 1,66 2,92
29.7.11 16:20 1020 312 17,35 30,6 2,97 4,68 30.7.11 10:30 1018 312 31,05 48,94 5,82 7,06 31.7.11 11:25 1017 312 61,02 74,04 2,53 3,47 31.7.11 21:45 1017 312 26,61 36,46 3,24 3,66
1.8.11 8:00 1017 312 34,01 38,38 8,23 8,45 1.8.11 18:15 1017 312 86,41 88,74 -1,46 -0,82 2.8.11 8:00 1017 312 -15,35 -8,6 6,98 6,59
2.8.11 18:20 1017 312 73,31 69,2 -0,21 0,11 3.8.11 8:00 1014 312 -2,24 1,17 1,32 1,40
3.8.11 17:30 1014 312 13,89 14,71 2,28 3,51 4.8.11 8:00 1014 312 23,96 37
Summe 1254,24 1774,35 119,15 168,42
5.0 Ergebn isse Se i te |54
Ausgewaschene Proben
Die Abbildungen 5.26 zeigen die ausgewaschenen Proben. Nicht nur die
Darstellung unter dem Mikroskop zeigt einen deutlichen Unterschied. Visuell ist
sofort zuerkennen, dass die Fasern feiner sind und lange nicht mehr so in
einander hängen. Die mikroskopische Ansicht enthüllt, dass der
Zerkleinerungseffekt durch den GORATOR® bezüglich Faserlänge erzielt werden
konnte. Gleichmäßig lange und feinere Fasern sind Kennzeichen der behandelten
Proben.
Abbildung 5. 26: Faserstrukturen im Fermenter und nach Passage des GORATOR®s- Anlage D
5.0 Ergebn isse Se i te |55
In Abbildung 5.27sind die Faserstrukturen im Fermenter von Versuchsstart im Mai
bis zum Versuchende im Juli dargestellt. Im zeitlichen Verlauf wird deutlich, dass
die Fasern im Fermenter feiner geworden sind. Gröbere Stücke wie noch im Mai
sind nicht mehr enthalten. Das Substrat ist viel homogener und feinfaseriger
geworden.
Abbildung 5.27 : Entwicklung der Faserstrukturen im Fermenter -Anlage D
Allgemeine Auswirkungen
An dieser Anlage haben sich die Betriebsabläufe durch den Einsatz des
GORATOR®s nicht verändert.
Nennenswert ist jedoch, dass in der 8. Versuchswoche auch an dieser Anlage
Probleme mit der Gleitringdichtung auftraten. Nach einem Tausch der Flüssigkeit
wurde diese bereits nach 15 min erneut durch einlaufenden Gärrest trüb. Beim
Austausch der Gleitringdichtung war zu erkennen, dass sich lange Fasern um die
Dichtung gewickelt hatten. Mit der Zeit waren lange Fasern zwischen die
Dichtringe gezogen und verhinderten so, dass die Dichtflächen auf einander
gedrückt werden konnten, siehe Abbildung 5.28. Die Dichtungsflächen waren von
der Oberfläche her unbeschädigt. Da dieses Phänomen beim Hersteller jedoch
auch zum ersten Mal auftrat, wurde die Dichtung zur genaueren Analyse vom
Hersteller mit genommen. Es wurde nicht nur eine neue Dichtung eingebaut,
sondern auch der Vorratsbehälter für die Glykol-Wasser-Mischung wurde durch
einen Druckbehälter ersetzt. Dieser wurde dann mit Druckluft (2 bar)
beaufschlagt. So wurde für den weiteren Versuch verhindert, dass Flüssigkeit aus
5.0 Ergebn isse Se i te |56
dem Gärrest in die Flüssigkeit gelangt. Auf diese Weide würde eher Glykol-
Wasser-Mischung ins Gärsubstrat laufen als umgekehrt.
Abbildung 5. 28: lange Fasern
haben sich zwischen die Dichtringe
gezogen ; die auseinander gebaute
Dichtung (unten rechts und links)
Gleichzeitig konnte bei
diesem Ausbau auch ein Verschleiß der Segmente und der Rotorscheibe
betrachtet werden. Durch Fremdköper sind kleine Ecken an den Zähnen des
Spaltsegmentes abgebrochen. An den 3 weiteren Buchsensegmenten ist nur
stellenweise ein Materialabbruch zuerkennen, hierzu siehe Abbildung 5.30. Auch
die Rotorscheibe, Abbildung 5.31 weist eine Beschädigung am oberen linken Zahn
auf. Laut Hersteller befinden sich alle Segmente in einem guten Zustand und
können weiterhin eingesetzt werden.
Abbildung 5. 29: Buchsensegment neu (links ) und nach 8 Wochen Laufzeit (rechts)
5.0 Ergebn isse Se i te |57
Abbildung 5.30 : Spaltsegment nach 8 Wochen
Laufzeit
Abbildung 5. 31: Rotorscheibe nach 8 Wochen Laufzeit
6.0 D iskuss ion Se i te |58
6.0 Diskussion
6.1 Ergebnisdiskussion
Die vorangegangene Ergebnisdarstellung zeigte bereits deutlich, dass nicht bei
jeder Anlage eine gleichmäßige Tendenz bezüglich der Ergebnisse zu erkennen
ist. Jede Anlage und deren Prozessbiologie reagierte spezifisch auf die
Zerkleinerung der Substrate. Im Folgenden werden nun Vor-und Nachteile des
Einsatzes des GORATOR®s an den vier verschiedenen Biogasanlage diskutiert.
Anlage B
Die Anlage B war mit einer Leistung von 1,5 MW die größte der untersuchten
Anlagen. Die Integration des GORATOR®s in die bestehende Anlage erwies sich
aus biologischer und wirtschaftlicher Sicht als eine gute Ergänzung.
Die Installation des GORATOR®s in die Umpumpstation, hierzu siehe Kapitel 4.2
und Abbildung 4.03, führte zu einer täglichen Laufzeit von über 22 Stunden. Jeder
Fermenter hatte innerhalb von 7,5 Tagen einmal den GORATOR® passiert. Im
Vorfeld war angenommen worden, dass durch die Zerkleinerung die Biomasse
abgetötet wird und den Methanbakterien nicht genug Zeit zur Regeneration
verbleibt. Diese Annahme hat sich in der Praxis nicht bestätigt. Konstante
FOS/TAC Werte unterstützen diese Hypothese.
Die ausgewaschenen Proben zeigten bereits ohne GORATOR® schon relativ feine
Strukturen. Dies wurde verursacht durch den geringen Anteil an Mist (6 %). Der
Substratersatz von Mais gegen Grünroggen, einem deutlich grob faserigem
Substrat, führte nicht zu einer gröberen Faserstruktur in der Fermenterprobe.
Durch die Zerkleinerungstechnik gelang es sogar, das Fermentermaterial in noch
feinere Strukturen zu spalten. Dieser Effekt ist in den Abbildungen 5.11 und 5.12
deutlich zu erkennen.
Der im eigenen Labor durchgeführte Gärtest zeigte, dass die mit dem GORATOR®
aufgeschlossene Fasern nicht nur schneller ausgasten, sondern auch eine
Steigerung der Gasproduktion um 19 % möglich war.
6.0 D iskuss ion Se i te |59
Die Biogasanlage wurde während des gesamten Versuchszeitraumes auf Volllast
betrieben. Der dokumentierte Gasverbrauch der Motoren nahm 3 Wochen nach
Versuchsbeginn ab. Die Abbildung 5.08 zeigt die entsprechenden Kurven. Im
Laufe des Versuches konnte der Anlagenbetreiber 2,2 t/d an Maissilage
einsparen.
Nicht nur dieser finanzielle Mehrerlös, sondern auch vor allem die eingesparte
Laufzeit der Schnecke wird vom Anlagenbetreiber als sehr positiv bewertet. Das
vorhandene Anlagensystem ist äußerst systematisch und effizient aufgestellt. Vor
dem Versuch waren 700 min/d für die Fütterung oder sonstige Umpumpvorgänge
vorgesehen. Durch die Einsparung der Fütterungszeit konnte dieser Wert im Laufe
des Versuches auf 672 min /d reduziert werden.
Dieser positive Effekt veranlasste den Betreiber bereits eine Genehmigung für ein
weiteres BHKW einzureichen. Eine solche Erweiterung ist nur denkbar, wenn in
dem vorhandenen System Fütterungszeiten gewonnen werden können, um die
Futtermenge so stark zu erhöhen, dass sich die Anschaffung eines weiteren
BHKWs rentiert. Ansonsten wäre eine Erweiterung der Anlage nur durch eine
Änderung der Einbringtechnik, und damit zusätzlichen Kosten, denkbar. Der
finanzielle Mehrerlös, der sich durch den GORATOR® ergeben könnte, ist bis dato
an dieser Anlage also noch nicht ausgeschöpft.
Desweiteren könnten durch eine Änderung der Einbindung zusätzliche
Stromkosten des GORATOR® eingespart werden. Diese könnte sich so gestalten,
dass die Zerkleinerungstechnik nur dann zuschaltet, wenn reines
Fermentermaterial umgepumpt wird. So würden Kosten durch die Zerkleinerung
von wenig faserreichen Medien vermieden werden.
Die bislang gewonnenen Erfahrungen dokumentieren, dass der GORATOR® gut
in das vorhandene Anlagenkonzept passt. Die Substrat- und Stromeinsparungen,
wie das erleichterte Aufrühren aller Behälter sind nur die wichtigsten Vorteile, die
den Eigenstromverbrauch des GORATOR®s mehr als decken.
Der GORATOR® ließ sich wirtschaftlich in die bestehende Anlage integrieren und
schafft somit neue Möglichkeiten die Anlage noch weiter auszulasten.
6.0 D iskuss ion Se i te |60
Anlage D
Der hohe Mistanteil von über 60 % in dieser Anlage stellte eine Herausforderung
für den Einsatz des GORATOR®s dar. Da der Mist im eigenen Puten- und
Bullenmastbetrieb anfällt, möchten die Betreiber auf den Einsatz dieses für sie
kostengünstigeren Materials nicht verzichten. Vier Wochen vor Versuchsbeginn
war der TS- Gehalt (>11 %) und der Eigenstromverbrauch der Anlage durch den
Misteinsatz so hoch, dass die Betreiber beschlossen den Fermenter bis zu einem
TS-Gehalt von 8 % zu verdünnen. Dieses wurde durch die biologisch untersuchten
Parameter in Tabelle 5.25 bestätigt. So fand der GORATOR® zu Versuchsbeginn
ein relativ unviskoses Substrat vor, das selbstständig in den GORATOR® lief.
Die biologisch untersuchten Parameter zeigten, dass der Einsatz des
GORATOR®s keinen negativen Einfluss auf die Biologie ausübte, siehe Tabelle
5.25. Der Zerkleinerungseffekt des Fermentermaterials war deutlich zu erkennen,
siehe Abbildung 5.27. Der Anteil an gröberen Faserstücken, die mit dem Mist in
den Fermenter gelangen,sind am Ende des Versuches nahezu nicht mehr zu
erkennen.
Die Parameterauswertung der Gesamtanlage verzeichnete durch den Einsatz des
GORATOR® einen deutlichen Anstieg im Methangehalt, Abbildung 5.22, und somit
auch eine Reduzierung des Gasverbrauches( Abbildung 5.21). Die theoretisch
errechneten Substrateinsparungen an Mais belaufen sich auf 1,48 t /d. Die durch
den GORATOR® selbst verursachten Stromkosten können durch den Rückgang
des Eigenverbrauches der Anlage kompensiert werden, siehe Abbildung 5.23.
Der Einsatz des GORATOR®s erwies sich an der Anlage D als wirtschaftlich, denn
die bereits aufgezählten Erlöse, können die Erhaltungskosten des GORATOR®s
mehr als nur komplett tilgen. Aufgrund zurückliegender Erfahrungen wird in dieser
Anlage auch weiterhin ein hoher Anteil der Futtermenge aus kostengünstigem Mist
und Zwischenfrüchten bestehen.
Zukünftig ist eine Erweiterung der Anlage durch ein Satelliten-BHKW geplant. Das
zusätzlich benötigte Biogas soll nach Vorstellung der Anlagenbetreiber
vorwiegend aus Mist und Zwischenfrüchten erzeugt werden. Bei einer weiteren
6.0 D iskuss ion Se i te |61
Erhöhung der Faulraumbelastung und einer Verringerung der Verweilzeit im
Fermenter, können negative Effekte auf den biologischen Prozess nicht
ausgeschlossen werden. Ob daher dieser Wunsch ohne eine bauliche
Veränderung realisiert werden kann, wird sich erst in einem Langzeitversuch
zeigen lassen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der GORATOR®sich eignet, den
wirtschaftlichen Erfolg einer Anlage zu verbessern. Dies zeigen die Auswertungen
recht deutlich.
6.3 Ökonomische Perspektiven des GORATOR® Einsatzes
Der Zerkleinerungseffekt des GORATOR®s zeigte sich am deutlichsten, wenn ein
hoher Anteil an Mist und Zwischenfrüchten in der Biogasanlage eingesetzt wurde
(Anlage C und D). Im Versuch hat sich gezeigt, dass Anlagen mit einem TS-
Gehalt zwischen 6,2 und 11 % einen wirtschaftlichen Erfolg durch den Einsatz der
Zerkleinerungstechnik erzielen. Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass die
gewählten Durchflussmengen durch den GORATOR® sich nicht negativ auf den
biologischen Prozess ausgewirkt haben, sondern eher stabilisierend wirkten.
Die zusätzlich durchgeführten Gärtests haben nicht nur gezeigt, dass das Biogas
schneller und gleichmäßiger produziert wird, sondern auch mehr Gas erzeugt
werden konnte. Somit eignet sich der GORATOR® aus biologischer Sicht für alle
Anlagen, die eine ungleichmäßige Gasentwicklung und zu geringe Abbaugrade
haben.
Weiterhin würde sich der GORATOR® für alle Biogasanlagen bewähren, deren
Methananteil unter 51 % liegt. Besonders positiv würde sich dies auf Anlagen mit
einem Gasmotor auswirken, da nur mit einer guten Gasqualität optimale
Wirkungsgrade erzielbar sind.
Nicht zu vergessen sind Anlagen die bereits Probleme damit hatten ihren
Fermenter fließfähig genug zu halten. Durch den GORATOR® bessert sich diese
in jedem Fall.
7.0 Ausb l ick Se i te |62
7. 0 Ausblick
Durch die gestiegenen Substratpreise, aktuell 38 bis 50 €/t Maissilage [27],
erwägen viele Anlagenbetreiber Mais durch kostengünstigeren Mist zu ersetzen.
Um jedoch die Gasausbeute von 1 t Maissilage decken zu können, müssen etwa
2,5 t Mist eingesetzt werden. Nicht zu vernachlässigen ist, dass die
Faulraumbelastung durch den Austausch von Maissilage gegen Mist deutlich
erhöht wird. Die Faulraumbelastung, die die eine Tonne Maissilage einnehmen
würde, würde durch den Austausch von Mist um 50 % erhöht werden. Ein weiterer
wichtiger Aspekt ist, dass sich die Verweilzeit durch Austausch von Maissilage
gegen Mist verringert. Um diesen Nachteil auszugleichen, ist es sinnvoll, dass
sehr strukturreiches Material den Bakterien in einer aufgeschlossenen Form zur
Verfügung zustellen, damit der Abbau zügig vollzogen werden kann.
Die vorliegenden Ergebnisse haben gezeigt, dass die Erweiterung des PlanET
Biogastechnik Angebots mit der Auswahl des GORATOR®s als eine
Zerkleinerungstechnik durchaus sinnvoll ist und an der Forschung zu diesem
Thema weiterhin festgehalten werden sollte. Es wurden wichtige Erkenntnisse
durch die bereits durchgeführten Versuche gewonnen. Doch welches Potential
sich biologisch und wirtschaftlich in diesem Produkt steckt, werden die weiteren
Arbeiten der PlanET Biogastechnik zeigen. Gerade im Hinblick auf die steigenden
Substratpreise bietet die Zerkleinerungstechnik einen ausbaufähigen Markt.
8.0 Zusamm enfassung Se i te |63
8.0 Zusammenfassung
Ziel der Arbeit war es zu überprüfen, ob die Zerkleinerungstechnik, GORATOR®,
wirtschaftlich an einer Anlage betrieben werden kann.
Zu Beginn dieser Arbeit wurden Grundlagen zum Betrieb einer Biogasanlage
erläutert, sowie die ablaufenden biologischen Prozesse im Fermenter genauer
beschrieben. Außerdem wurde erläutert, welche Voraussetzungen für einen gut
funktionierenden Biogasprozess gegeben sein müssen. Somit sollte ein
Verständnis für die Vorgehensweise im weiteren Versuch erzeugt werden.
Im Material und Methoden Teil wurden zunächst alle Parameter dargelegt, die den
biologischen Prozess im Fermenter beurteilen. Weiterhin wurde herausgestellt,
warum gerade NawaRo-Anlagen, die mit einem hohen Anteil an Mist und
Zwischenfrüchten betrieben werden, auf eine Zerkleinerungstechnik angewiesen
sind.Danach wurden der GORATOR® selbst und die vorgenommene Einbindung
genauer beschrieben. Darüber hinaus wurden weitere alternative
Aufschlusssysteme kurz vorgestellt, um einen Überblick darüber zubekommen,
welche verschiedenen Konzepte zum Zellaufschluss führen können. Im Anschluss
wurden Kenngrößen und Verfahren beschrieben, die eine Beurteilung der
Wirtschaftlichkeit ermöglichen.
Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wurde jede einzelne Anlage und deren
Besonderheiten vorgestellt, sowie die aufgenommenen Ergebnisse
zusammengefasst und dargestellt.
Die Betrachtung der biologischen Parameter führte bei allen Anlagen zu dem
Schluss, dass die Biologie durch den Einsatz der Zerkleinerungstechnik nicht
negativ beeinflusst wird. Im Gegenteil, es stellten sich Werte ein, die einen
stabilen biologischen Prozess kennzeichneten.
Die gestiegene Biogasqualität führte zur Gaseinsparung und somit auch zu einer
theoretischen Reduzierung des Substratinputs.
8.0 Zusamm enfassung Se i te |64
Die durchgeführten Gärtests der Anlagen zeigten eine Steigerung der
Gasausbeute zwischen 19 und 40 %.
Die Betrachtung der Faserlängen im Fermenter über den gesamten
Versuchszeitraum präsentierte eine immer feiner werdende Struktur an allen
Anlagen. Auf diese Weise konnte der Zerkleinerungseffekt visuell beurteilt werden.
In der anschließenden Wirtschaftlichkeitsberechnung gelangten die Anlagen xxxx
zu einem positiven Ergebnis. Diese Anlagen optimieren durch die
Zerkleinerungstechnik nicht nur ihren wirtschaftlichen Erfolg, sondern auch die
biologischen Bedingungen in ihrem Fermenter.
.
Außerdem wurden technische Änderungen am GORATOR® und dessen
Einbindung genannt, um die Betriebssicherheit zu verbessern.
In einem weiteren Abschnitt wurde festgehalten, dass sich der Einsatz eines
GORATOR®s immer dann als wirtschaftlich erweisen wird, wenn Mist und
Zwischenfrüchte einen großen Teil des täglichen Substratinputs darstellen.
9.0 Verze ichn isse Se i te |65
9.3 Literaturverzeichnis
[1] Schulz, H.; Eder, B.: Biogas – Praxis, Ökobuch Verlag, 4. überarbeitete
Auflage, 2007, ISBN 978-3-936896-13-8
[2] Biogas, Grundlagen der Gärbiologie, KWS MAIS GMBH
[3] Hinrich Neumann;„Neue Energien brauchen mehr Akzeptanz!“; Energie
magazin, top agrar, Nr.1/2011
[4] Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR); „Biogas Basisdaten
Deutschland“, Stand: Juni 2010, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
e.V. (FNR)
[5] Dipl.-Ing. (FH) Rainer Kissel, Dipl.-Ing. agr. Andreas Lehner, Dipl.-Ing. M.Sc.
Mathias Effenberger, Dr. Andreas Gronauer; „Messprogramme auf
landwirtschaftlichenBiogasanlagen“;Bayerische Landesanstalt für
Landwirtschaft (LfL); 2007, 1. Auflage
http://www.lfl.bayern.de/publikationen/daten/informationen/p_27456.pdf
[6] Dr. Ing. Sarah Gehring, Dipl. Kfm. Matthias Bäcker und Dipl.-Ing. agr. Gustav
Wehner; BIOGAS Journal; 03_2011 ,S. 54
[7] Growguide - exotische Pflanzen züchten, Growing, Homegrow,
Pflanzenzucht;http://www.growguide.net/node/245
[8] Erneuerbare Energiegesetz,
http://bundesrecht.juris.de/bundesrecht/eeg_2009/index.html
[9] Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR); „Leitfaden Biogas; Von
der Gewinnung zur Nutzung“ ; Stand: 2010; 5. Auflage; ISBN 3-00-014333-5
[10] Christa Rieger und Prof. Dr. Peter Weiland, BIOGAS Journal; 4/06; S. 18
[11] Betriebsanleitung BioCrack der Firma Innovum
[12] Stefan Bandelin, Marina Herrmann, Rainer Jung, Roland Radandt;2006;
„Niederfrequenter Ultraschall“; Verlag Moderne Industrie; ISBN: 3-937889-
26-4
9.0 Verze ichn isse Se i te |66
[13] eigene Aufnahme
[14] Betriebsinternes Material
[15] Hersteller des GORATOR®s; http://www.hoelschertechnic.de
[16] hoelschertechnic gorator® GmbH & Co.KG ; „Der GORATOR®“ ; Technische
Dokumentation Typ ZZQQS 25.23/15; Stand 13.04.2011
[17] Robert Poth; „Zukunftsvisionen“ ; Stand: Mai 2007;
http://rpoth.at/pastwork/biokraftstoffe_zukunft.shtml
[18] Prof. Dr. Schwanitz, „Materialien zur Vorlesung Grundlagen der
Betriebswirtschaftslehre“, Fachhochschule Münster, ITB Steinfurt,
Technische Studiengänge Wintersemester 2009/2010
[19] Steven, Marion: BWL für Ingenieure 3.Auflage,2008,
ISBN 978-3-486-58613-8
[20] Prof. Dr. Ralf Dillerup, Dipl. Betriebsw. (FH) Tobias Albrecht, MBA,
“Amortisationsrechnung”, erschienen in Haufe Rechnungswesen Office,
Version 3.2 unter Haufeindex: 1288473; Rudolf Haufe Verlag GmbH & Co.
KG; Freiburg, 2005
[21] Naturschutzbund Deutschland (NABU) e.V., „Bedeutung der
Flächenstilllegungfür die biologische Vielfalt“; Januar 2008
http://www.bfn.de/fileadmin/MDB/documents/themen/landwirtschaft/flaechens
tilllegung_kurzfassung.pdf
9.0 Verze ichn isse Se i te |67
[22] Dr. Arne Dahlhoff, Dr. Joachim Matthias (2011): „Was darf der Bau kosten?“,
Landwirtschaftliches Wochenblatt Westfalen-Lippe, Ausgabe 29 vom 21.Juli
2011
[23] Frank Levin; „Invesition und Finanzierung“ erschienen in „Grundlagen der
Betriebswirtschaftslehre“,Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH; 2008;
ISBN 978-3-486-58356-4
[24] Dr. Stephan Laukenmann, Dr. Frank Keppler, Dr. Hauke Heuwinkel, Dr.
Andreas Gronauer; Vortrag: „ Stabile Kohlenstoffisotopie- ein Werkzeug/Toll
zur Prozessanalyse in der anaeroben Fermentation“, 18. Jahrestagung
Fachverband Biogas e.V. ; Hannover 2009
[25] Landwirtschaftliches WochenblattWestfalen-Lippe ; die Marktlage:
Pflanzliche Produkte; Grundfutter;Ausgabe 32 vom 11.08.2011
[26] persönliche Mitteilung per Email von hoelschertechnic-gorator
[27] Landwirtschaftliches Wochenblatt Westfalen-Lippe; die Marktlage:
Pflanzliche Produkte; Grundfutter; Ausgabe 33 vom 18.08.2011
9.0 Verze ichn isse Se i te |68
9.4 Kurzzeichen mit Einheit und Beschreibung
Parameter Einheit Beschreibung
ANFn,i - Annuitätenfaktor
EGesamt €/a Gesamterlöse
EStrom €/a Erlöse aus Strom-/Energieeinsparungen
ESubstrat €/a Erlöse aus Substrateinsparungen
FOS gHAceq/l Freie organische Säuren
FOS/TAC - Verhältnis FOS/TAC
G €/a Gewinn
Gtheor. Nl/kg*oTS Gasausbeute eines Substrates
I - Kalkulationszinssatz
KArbeit €/a Arbeitskosten
KGesamt €/a Gesamtkosten
KStrom €/a Stromkosten durch den GORATOR®
KVer.Gesamt €/a Verschleißkosten
Kverschleiß €/a Verschleißkosten der einzelnen Ersatzteile
Leingespart kWel Eingesparte Leistung durch Elektromotoren
LGORATOR® kWel Motorenleistung des GORATOR®s
MFOS - Menge an zugegebener Schwefelsäure (von pH 5,0-4,4)
minput kg Menge an Substratinput
MTAC - Menge an zugegebener Schwefelsäure (von pH 6,7-5,0)
n a Periodendauer
oTS % organische Trockensubstanz
oTS v. TS %
Anteil der organische Trockensubstanz von der
Trockensubstanz
p mbar Luftdruck
PArbeit €/h Stundenlohn für Arbeitskraft
pn mbar Normdruck (1013 mbar)
pStrom €/kWhel Energiepreis
pSubstrat €/t Substratpreis
R €/a Annuität
S0 € Investitionssumme
9.0 Verze ichn isse Se i te |69
T K Temperatur im Wasserbad
Parameter Einheit Beschreibung
T €/a Tilgung
TAC gCaCO3/l totaler organisch gebundener Kohlenstoff
TArbeit h/d Arbeitszeitbedarf
teingespart h/a eingesparte Laufzeit
tGORATOR® h/a Laufzeit des GORATOR®s
Tn K Normtemperatur (273 K)
TS % Trockensubstanz
V l gemessenes Volumen
VBiogas.tats. m³ Menge an tatsächlich verbrauchtem Biogas
VBiogas.theor. m³ Menge an theoretisch produziertem Biogas
Vn l Normvolumen
xeingespart t/a Menge eingespartes Substrat
ZK € Zinskosten
9.0 Verze ichn isse Se i te |70
9.5 Abkürzungen
Kürzel Beschreibung
BGA Biogasanlage
BHKW Blockheizkraftwerk
bzw. beziehungsweise
ca. circa
CCM Corn Cob Mix
CH4 chemische Abkürzung für Methan
CO2 chemische Abkürzung für Kohlendioxid
Diff. Differenz
EC Electrical Conductivity
EEG Erneuerbares-Energien Gesetz
Fer Fermenter
FOS Freie organische Säuren
FOS/TAC Verhältnis FOS/TAC
GmbH Gemeinschaft mit beschränkter Haftung
GPS Ganzpflanzensilage
H2 chemische Abkürzung für Wasserstoff
Hz Herz
kWel Kilowatt elektrische Leistung
kWhel Kilowattstunde elektrische Leistung
KWK Kraft-Wärme-Kopplung
Mat.-Nr. Matrikel-Nummer
ml Milliliter
mS/cm Millisiemens pro Zentimeter
NawaRo Nachwachsende Rohstoffe
NG Nachgärer
Nl Normliter
NRW Nordrhein-Westfalen
oTS organische Trockensubstanz
9.0 Verze ichn isse Se i te |71
Kürzel Beschreibung
s.u. siehe unten
SS Sommersemester
TAC totaler organisch gebundener Kohlenstoff
TMR Tauchmotorrührwerk
TS Trockensubstanz
X155CrVMo121 Werkstoff mit der Nr. 12379
z.B. zum Beispiel
ZK Zinskosten