Vergärung von Abfällen der Ethanol- und Zuckerindustrie in Brasilien
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Rostock (6/2015)
Im Rahmen des Brasilianisch-Deutschen Forschungsprojektes „Sustainable bioeconomy in Brazil: Bioenergy from biogas using various types of waste substrates from the Brazilian bioethanol industry“, welches über das I-Nopa- Programm von der GIZ über den DAAD sowie von brasilianischer Seite über CAPES finanziert wurden Möglichkeiten der Integration der Biogastechnologie in bestehende Zuckerindustrien untersucht. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der untersuchten Substrate wies eine große Spannweite auf. Der Trockenmassegehalt von Zuckerrohrstroh reichte von 46 bis 92 %, von Bagasse von 52 bis 60 %, vom Filterkuchen von 25 bis 32 % und von Vinasse von 1 bis 4 %. Ebenso der Gehalt an organischer Trockensubstanz (bezogen auf die Trockenmasse) und anderer Inhaltsstoffe schwankte stark. Im Labor konnten Methanerträge von 7 bis 182 Nm³/Mg FM ermittelt werden. Die optimierte Nutzung der Abfall- und Reststoffe Vinasse, Filterkuchen und Bagasse birgt enormes Potenzial zur Stabilisierung der Energieversorgung beizutragen sowie durch die Substitution fossiler Energieträger Treibhausgase einzusparen. Mit den aufgezeigten Abfallmengen könnten 76,4 % des Stromverbrauchs in Goias gedeckt werden. Würde man das Biogas aufbereitet als Biomethan im Verkehrssektor einsetzen, könnte theoretisch 87 % des verbrauchten Diesels ersetzt werden.

Bioabfall-Ist- und Potentialkarten für das Land Mecklenburg-Vorpommern
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Rostock (6/2015)
Die im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Bau und Tourismus Mecklenburg-Vorpommern durchgeführte Studie „Bioabfallbewirtschaftung in Mecklenburg-Vorpommern“ stellt den Stand der Bioabfallbewirtschaftung in Mecklenburg- Vorpommern im Jahr 2010 zusammen. Dargestellt werden Bioabfallarten wie Garten- und Parkabfälle, Landschaftspflegeabfälle, Nahrungs- und Küchenabfälle aus Haushaltungen und aus dem Gaststätten- und Cateringgewerbe sowie darüber hinausgehend organischer Abfall im Gewerbe. Die Ergebnisse der Studie sind Mengenangaben für das gesamte Bundesland Mecklenburg-Vorpommern bzw. in einzelnen Teilen auch Bioabfallmassen auf die alten Landkreise bezogen. Die Ergebnisse der Studie wurden für alle Landkreise mit Geo-Informationssystemen (GIS) aufbereitet, ausgewertet und visualisiert.

BioGas Maritim: Kooperationsnetzwerk zur Technologieentwicklung für die energetische Verwertung maritimer Abfälle
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Umweltschutz und Energieeffizienz sind zentrale Themen im maritimen Wirtschaftssektor. Neben hohen Schiffsemissionen, insbesondere während der Hafenliegezeiten, fallen enorme Abwasser- und Abfallmengen an. Das Ziel des Netzwerkes liegt in der Erschließung maritimer Abfallströme, deren energetischen Verwertung durch angepasste Biogastechnologien sowie deren klimafreundlichen Entsorgung unter Einhaltung rechtlicher Vorschriften. Auf diese Weise soll es gelingen Emissionen zu reduzieren, Entsorgungskosten zu verringern und einen Beitrag zur umweltfreundlichen Energieversorgung zu leisten.

Exergoökonomische Analyse der Biogaserzeugung aus Rest- und Abfallstoffen für den Einsatz in Energieumwandlungsanlagen
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Biogene Rest- und Abfallstoffe unterliegen anderen Rahmenbedingungen als sonstige nachwachsende Rohstoffe. Auch die Ziele für deren Einsatz in Umwandlungsanlagen sind andere. Während beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe die Energieumwandlung zur Strom-und Wärmeerzeugung fokussiert wird, geht es bei biogenen Rest- und Abfallstoffen vorrangig um deren Entsorgung. Unter Zuhilfenahme des Nachhaltigkeitsansatzes „cradle to cradle” („von der Wiege bis zur Wiege”) wird die Suche nach weiteren Nutzungsmöglichkeiten dieser Einsatzstoffe interessant.

Standortangepasste Energiefruchtfolgen
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Das bundesweite Verbundprojekt „Entwicklung und Vergleich von Anbausystemen für Energiepflanzen zur Biogasproduktion, kurz EVA“ hat sich zum Ziel gesetzt vielfältige und nachhaltige Energiepflanzenfruchtfolgen zu entwickeln. Nachhaltigkeit ist ein Handlungsprinzip zur Ressourcennutzung, welches die Bewahrung der wesentlichen Eigenschaften, der Stabilität und der natürlichen Regenerationsfähigkeit eines Systems zum Ziel hat. Für die Landwirtschaft und die Energiepflanzenerzeugung bedeutet dies die Entwicklung und die Optimierung ökonomisch existenzfähiger, ökologisch tragfähiger, sozial verantwortlicher und ressourcenschonender Anbausysteme.

Optimierter Gärresteinsatz in Energiepflanzenfruchtfolgen – Ergebnisse aus dem Verbundvorhaben EVA
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Im Rahmen des vom BMEL über die FNR geförderten Verbundvorhabens EVA wird der Einsatz von Biogasgärresten in zwei Versuchen untersucht. Diese Versuche werden bundesweit an sechs Standorten in Niedersachsen, Mecklenburg-Vorpommern, Sachsen (nur Kleiner Gärrest), Thüringen, Baden- Württemberg und Bayern durchgeführt. Im Kleinen Gärrest werden drei Varianten (mineralische Düngung, reine Gärrestdüngung und gemischte 50/50-Düngung) verglichen. Die Varianten werden über eine insgesamt vierjährige Energiepflanzen- Fruchtfolge (Mais – Winterroggen – Sorghum – Wintertriticale – einjähriges Weidelgras) ausgewertet. Im Abschlussjahr wird Winterweizen als Marktfrucht angebaut. Im Großen Gärrest ist die Bestimmung des optimalen Düngezeitpunktes einer Hauptfrucht (Mais, Sorghum und Triticale) das Ziel. Neben der Ertragsauswertung wird die angestrebte Risikominimierung von Nitratauswaschung über den Winter anhand einer Winterzwischenfrucht untersucht. Die Versuche zeigten, dass alle angebauten Pflanzen Gärreste gut verwerten können. Auch die gemischte Düngung wurde gut verwertet und wies Einsparpotenziale in der Energiebilanz aus. Das angesetzte Mineraldüngeräquivalent von 70 % des Gesamtstickstoffs ohne Anrechnung von Verlusten erwies sich für die Düngung einer Fruchtfolge als gut geeignet. Allerdings zeigte sich die Gärrestdüngung stärker witterungsabhängig als mineralische Düngung, bei widrigen Witterungsbedingungen besteht eine größere Wahrscheinlichkeit von Emissionen und Auswaschungen.

Klimaschutz und Energiepflanzenanbau – Potenziale zur Treibhausgasemissionsminderung durch Fruchtfolge- und Anbauplanung
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Das EVA-Projekt vergleicht bundesweit Energiepflanzenfruchtfolgen und Bewirtschaftungsregime auf standortbezogene Produktivität. Neben pflanzenbaulicher Anbaueignung werden ökonomische und ökologische Leistungen und Folgen analysiert und bewertet. Als Teil der Nachhaltigkeitsbewertung der geprüften Anbauoptionen werden Ökobilanzen aufgestellt. Das im Projekt entwickelte Modell MiLA verwendet empirische Versuchsdaten und Standortparameter zur Erstellung der Sachbilanzen. An ausgewählten Standorten werden vergleichend verschiedene Anbauregime, sowie Düngungsregime geprüft.

Wintertriticale-GPS – eine sinnvolle Ergänzung in Energiepflanzenfruchtfolgen
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Anhand mehrjähriger Feldversuche an der LFA MV konnte für Wintertriticale zur Ganzpflanzenernte (GPS) bei einer N-Düngung nach der Stickstoffdüngerbedarfsanalyse (SBA) ein hohes Ertragsniveau bei gleichzeitig hoher Ertragsstabilität nachgewiesen werden. Auswertungen von Produktionsfunktionen basierend auf Daten aus N-Steigerungsversuchen ergaben, dass das hohe Ertragspotential bei einer Düngung nach SBA jedoch noch nicht ausgeschöpft ist und höhere Erlöse auch noch bei höheren N-Gaben möglich sind. Negative Auswirkungen auf die Umwelt sind hierbei kaum zu erwarten, da sich WT-GPS durch niedrige Nmin-Werte nach der Ernte auszeichnet. WT-GPS kann mit geringem Pflanzenschutzaufwand geführt werden. Agrarvögel werden durch die im Vergleich zur Mähdruschfrucht frühere Ernte bei GPS-Nutzung nicht negativ beeinflusst. Ein weiterer positiver Beitrag zur Biodiversität ist die Fruchtfolgegestaltung, die die Integration von WT-GPS ermöglicht. So können nach der Ernte sowohl Zwischenfrüchten angebaut als auch Winterraps pünktlich ausgesät werden. WT-GPS stellt somit eine sinnvolle Möglichkeit dar, um Energiepflanzenfruchtfolgen aufzulockern.

Erweitertes Auswerteverfahren für Biogas-Batch- Versuche zur quantifizierbaren Darstellung zeitlicher Verläufe
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Derzeit ist eine erhebliche Ausweitung des Spektrums an Einsatzstoffen für Biogasanlagen zu verzeichnen. Für viele dieser Substrate ist der spezifische Biogasertrag als alleiniges Bewertungskriterium ohne quantitative Aussagen zum zeitlichen Verlauf der Biogas- und Methanbildung ungeeignet. Messmethoden, bei denen auch kinetische Parameter der Biogasbildung erfasst werden können, stehen bisher nur in kleinem Versuchsmaßstab zur Verfügung. Der experimentelle Ansatz für Batch-Versuche mit großen Gärgefäßen und Folienbeuteln hat den Vorteil großer Probeneinwaagen bei nur minimaler Probenaufbereitung, erlaubt jedoch durch vergleichsweise lange Messintervalle in der Regel keine Aussagen zum zeitlichen Verlauf. Durch das vorgestellte Versuchsdesign sowie die verbesserte Auswertungsmethode wird die Aussagefähigkeit dieser Versuche wesentlich erweitert. Das Verfahren wird am Beispiel zweier Partien Weizenstroh erläutert. Es konnten erhebliche Unterschiede sowohl im Biogasertrag als auch hinsichtlich der Abbaukinetik zwischen den beiden Strohpartien nachgewiesen werden.

Betriebsstrategien für Biogasanlagen – Zielkonflikt zwischen netzdienlichem und wirtschaftlich orientiertem Betrieb
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In einem intelligenten Energiesystem müssen „Smart Grid“ und „Smart Market“ Hand in Hand gehen (Aichele et. al, 2014). Änderungen am rechtlichen Rahmen, insbesondere im Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) haben zum Ziel, die Anforderungen zur Erhöhung der Erzeugung erneuerbarer Energien (EE) sowie zur Markt- und Systemintegration von EE in Einklang zu bringen (siehe hierzu Schwarz, 2014). Dies entscheidet, ob der Betrieb einer modernen EE-Anlage sowohl die Maximierung eigener Gewinne (Smart Market) als auch die Entlastung der übergeordneten Netze (Smart Grid) zum Ziel haben kann oder auf nur einen Aspekte ausgerichtet ist.

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