Erweitertes Auswerteverfahren fĂŒr Biogas-Batch- Versuche zur quantifizierbaren Darstellung zeitlicher VerlĂ€ufe
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
Derzeit ist eine erhebliche Ausweitung des Spektrums an Einsatzstoffen fĂŒr Biogasanlagen zu verzeichnen. FĂŒr 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 VerfĂŒgung. Der experimentelle Ansatz fĂŒr Batch-Versuche mit großen GĂ€rgefĂ€ĂŸen 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 AussagefĂ€higkeit dieser Versuche wesentlich erweitert. Das Verfahren wird am Beispiel zweier Partien Weizenstroh erlĂ€utert. Es konnten erhebliche Unterschiede sowohl im Biogasertrag als auch hinsichtlich der Abbaukinetik zwischen den beiden Strohpartien nachgewiesen werden.

Betriebsstrategien fĂŒr Biogasanlagen – Zielkonflikt zwischen netzdienlichem und wirtschaftlich orientiertem Betrieb
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
In einem intelligenten Energiesystem mĂŒssen „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 ĂŒbergeordneten Netze (Smart Grid) zum Ziel haben kann oder auf nur einen Aspekte ausgerichtet ist.

Biomass steam processing (BSP)
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
Die langfristig gesetzten Ziele zur Minderung der CO2-Emission haben in den letzten Jahren dazu gefĂŒhrt, dass vermehrt erneuerbare EnergietrĂ€ger zur Deckung des PrimĂ€renergiebedarfs eingesetzt werden. Mit ĂŒber 60 % stellt Biomasse den grĂ¶ĂŸten Anteil der regenerativen EnergietrĂ€ger dar, weswegen die effiziente und nachhaltige Nutzung vorhandener Biomassen hohe PrioritĂ€t hat. Vermehrt in den Fokus rĂŒcken dabei auch Abfallbiomassen, wie zum Beispiel pflanzliche Haushaltsreststoffe („Biotonne“), RĂŒckstĂ€nde aus Fermentationsverfahren oder KlĂ€rschlamm. Das BSP-Verfahren ist fĂŒr diese Stoffströme einsetzbar ebenso wie auch fĂŒr klassische Biomassen (Holz, Stroh etc.). Das BSP-Verfahren kombiniert vorteilhafte Elemente der langsamen Pyrolyse und der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) bei moderateren und verfahrenstechnisch einfach zu realisierenden Prozessparametern. Die Biomasse wird in ĂŒberhitzter DampfatmosphĂ€re drucklos bei Temperaturen von etwa 350 °C und kurzen Reaktionszeiten zwischen 30 und 150 min behandelt. Die daraus resultierenden trockenen Biokohlen haben im Vergleich zu durchschnittlichen HTC-Produkten Ă€hnliche elementare Zusammensetzungen und Brennwerte. In der vorliegenden Arbeit wurden Experimente in einem Technikumsreaktor mit maximalen Durchsatz von 0,5 kg/h durchgefĂŒhrt und diese Erkenntnisse zur Planung und Umsetzung einer vergrĂ¶ĂŸerten Pilotanlage mit bis zu 50 kg/h Durchsatz verwendet.

Langzeitstudie zum Wirkungsgrad von GĂ€rstrecken von 5 Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
In der vorliegenden Studie wurden die GĂ€rstrecken von 5 Biogasanlagen hinsichtlich ihres energetischen Umsatzgrades/Wirkungsgrades wöchentlich ĂŒber eine Dauer von 52 Wochen untersucht. Dabei wurde die Methode der „Theoretischen 100 %“ verwendet, bei der die Eingangs- und Ausgangsstoffe aufgrund Ihrer Brennwertes bewertet werden. Die Messwerte wurden mittels Zeitreihenanalyse ausgewertet. Die errechneten energetischen Wirkungsgrade der 5 Anlagen liegen durchschnittlich zwischen 67,0 und 77,4 %. Im Jahresverlauf schwankten diese Werte bei einer Anlage bis ±11%. Daraus geht die Notwendigkeit einer regelmĂ€ĂŸigen, wenigstens wiederholten Messung der Effizienz hervor, wenn solide ökonomische Entscheidungen getroffen werden sollen. Die Schwankungen im Wirkungsgrad waren vordergrĂŒndig durch die schwankende Energiezufuhr mit den Substraten zu begrĂŒnden. Die vor verdauten Reststoffe (tierische Exkremente) schwankten deutlich stĂ€rker in ihrem spezifischen Brennwert als die eingesetzten Energiepflanzen. Substratwechsel und erhöhte Futtermengen fĂŒhrten ebenfalls zu sichtbaren Schwankungen im Wirkungsgrad. Die Langzeituntersuchung des Wirkungsgrades von Biogasanlagen mittels Zeitreihenanalyse ermöglicht es, VerĂ€nderungen der Anlageneffizienz auf Ursachen in der Vergangenheit zurĂŒckzufĂŒhren.

Analytische Untersuchung der thermischen Optimierung von Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
Eine Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen ist mit den neuen gesetzlichen Rahmenbedingungen schwieriger darstellbar als mit den Bonussystemen der vorangegangen Novellierungen des EEG. Um diese zu steigern ergeben sich mehrere Varianten, die oftmals mit weiteren Investitionen verbunden sind. Direkte technische Verbesserungen, aus denen schnelle ökonomische Erfolge resultieren, bedĂŒrfen daher einer genaueren Analyse der Randbedingungen. Im Rahmen dieses Beitrages wird der WĂ€rmebereich landwirtschaftlicher Biogasanlagen untersucht, insbesondere die Optimierung des EigenwĂ€rmebedarfs, die in der Vergangenheit kaum berĂŒcksichtigt wurde und somit einiges an Potential erwarten lĂ€sst. Als Datengrundlage dienen 10-jĂ€hrige Dokumentationen von EigenwĂ€rmeverbrĂ€uchen, FĂŒtterungsprotokolle sowie Temperaturmessungen verschiedener WĂ€rmebilanzparameter wie Substrat, Biogas, Umgebung etc. Nach Auswertung der Messungen und erster Bilanzierungen wurde festgestellt, dass die Aufrechterhaltung der Fermentertemperatur die meiste WĂ€rmeenergie verbraucht und gleichzeitig auch das grĂ¶ĂŸte Optimierungspotenzial aufweist. Erste Optimierungsmöglichkeiten im Substratbereich wurden identifiziert, wie passive und aktive DĂ€mmung der Substrat-Einbringsysteme und WĂ€rmerĂŒckgewinnung aus dem NachgĂ€rablauf. Dabei wurden Einsparpotenziale von mehreren hundert Megawattstunden im Jahr kalkuliert, je nach Menge und Temperaturanhebung der eingesetzten Substrate.

Wirtschaftliche Bewertung von Anlagenkonzepten zur BioabfallvergÀrung
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
GegenwĂ€rtig spielt der Einsatz von Bio- und GrĂŒnabfĂ€llen aus getrennter Sammlung, gewerblichen organischen AbfĂ€llen (Lebensmittel; Speisereste aus Kantinen, GroßkĂŒchen und Gastronomie) sowie AbfĂ€llen aus der Nahrungsmittelindustrie bei der Biogaserzeugung in Deutschland nur eine untergeordnete Rolle. Die Zahl der AbfallvergĂ€rungsanlagen steigt jedoch kontinuierlich. Infolge der Novellierungen des Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) 2012 und 2014 rĂŒckt die VergĂ€rung von BioabfĂ€llen neben der Installation von landwirtschaftlichen GĂŒlle- Kleinanlagen stĂ€rker in den Fokus. Zum Stand 31.12.2014 sind in Deutschland knapp 140 AbfallvergĂ€rungsanlagen in Betrieb, die ausschließlich oder ĂŒberwiegend organische AbfĂ€lle vergĂ€ren. Dabei werden in 83 Anlagen Bio- und GrĂŒnabfĂ€lle aus der getrennten Sammlung (Biotonne) eingesetzt – mit sehr unterschiedlichen Anteilen am Gesamtinput der Anlage. Insgesamt handelt es sich nach Datenlage des DBFZ bei 68 Anlagen um BioabfallvergĂ€rungsanlagen, in denen ausschließlich oder ĂŒberwiegend BioabfĂ€lle gemĂ€ĂŸ § 27a EEG 2012 bzw. § 45 EEG 2014 Einsatz finden. Mit der im EEG 2012 eingefĂŒhrten Direktvermarktung und der FlexibilitĂ€tsprĂ€mie wurden weitere Anreize geschaffen, die auf eine stĂ€rker systemorientierte Stromeinspeisung von Biogasanlagen abzielen. Inwieweit diese Erwartungshaltung umgesetzt wird, entscheidet die Wirtschaftlichkeit ĂŒber die Gesamtbetriebslaufzeit. Eine Verdopplung der installierten elektrischen Leistung stellt fĂŒr eine durchschnittliche Modellanlage gegenwĂ€rtig die wirtschaftlich sinnvollste Variante dar.

Mykotoxine in Biogasanlagen
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In der letzten Zeit werden Mykotoxine als eine mögliche Ursache fĂŒr Hemmungen im Biogasprozess besprochen. Neben den möglichen Hemmungen im Prozess fĂŒhren Mykotoxine auch zu Lagerungsverlusten und bewirken somit in zweierlei Hinsicht wirtschaftliche Verluste. Als eines der wichtigsten Substrate kommt Maissilage eine besondere Bedeutung zu. Daher werden Mykotoxine, die in Maissilage vorkommen können besprochen und die derzeitigen Kenntnisse ĂŒber die Mykotoxine in Biogasanlagen kurz vorgestellt. Zum Schluss wird auf den Forschungsbedarf in dem Gebiet hingewiesen.

Technisch-ökonomisch-ökologische Analyse der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) von GrĂŒnschnitt und sich anschließender Nutzungsoptionen
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Die ökonomische Analyse der Konversion von biogenen Restsoffen zu hochwertigen EnergietrĂ€gern zeigt, dass die daraus erzielte Erweiterung des Nutzungsspektrums auch mit einer deutlichen Steigerung der Brennstoffkosten einhergeht – besonders bei Aufbereitungsverfahren mit hohem Neuigkeitscharakter und entsprechend hohem Investitionsbedarf und geringerer VerfĂŒgbarkeit. Zudem erhöht eine Kompaktierung der HTC-Kohle fĂŒr einen besseren Transport die Brennstoffkosten signifikant, weshalb eine Nutzung vor Ort mit wesentlichem Kostensenkungspotenzial verbunden ist.

Qualitative und Quantitative Betrachtung von Petro- und Biokraftstoffen mittels GCxGC-TOFMS: Neue Entwicklungen und Anwendungen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
Die umfassend zwei-dimensionale Gaschromatographie (GCxGC; engl.: comprehensive two-dimensional gas chromatography) und die Detektion mittels Flugzeit-Massenspektrometrie (TOFMS; engl.: time-of-flight mass spectrometry) ermöglicht es komplexe Stoffgemische wie petrochemische Proben in Einzelbestandteile bzw. Substanzklassen zu trennen. Die Kombination charakteristischer Elutionsprofile mit der Möglichkeit, Massenspektren mittels auf Visual Basic basierender Algorithmen zu analysieren ermöglicht eine automatisierte und sehr detaillierte qualitative und quantitative Auswertung auch großer Datenmengen. Die GCxGC-TOFMS Analytik bietet somit im Vergleich zur konventionellen Gaschromatographie eine enorm gesteigerte SelektivitĂ€t, die zur Analyse hochkomplexer Rohstoffe (z.B. Pyrolyseöl) notwendig ist. DarĂŒber hinaus ist es mögliche eine Quantifizierung, gegliedert nach Kohlenstoffanzahl durchzufĂŒhren.

Gemeinsame Hydrierung von Pflanzenölen mit Straight-run-Gasölfraktionen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche FakultĂ€t UniversitĂ€t Rostock (6/2015)
Hydriertes Pflanzenöl (HVO) besteht nahezu ausschließlich aus Alkanen. Es kann daher im Gegensatz zu Biodiesel (FAME) prinzipiell in beliebigen Anteilen zu Dieselkraftstoff gemischt werden. Die Zumischraten werden nur durch normative Parameter (z.B. Dichte, Siedeverhalten) begrenzt. Die industrielle HVO-Herstellung erfolgt gegenwĂ€rtig in sogenannten Stand-Alone-Anlagen. Eine vielversprechende Alternative besteht in der Mithydrierung von Pflanzenölen bei der Entschwefelung von Gasölfraktionen in Raffinerien. Beide Prozesse laufen unter vergleichbaren Reaktionsbedingungen ab. Dadurch kann bestehende Raffinerieinfrastruktur mitgenutzt werden.

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