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BMWi-03KB106A, 31.01.2019 I
Entwicklung eines Leitfadens zur
Auswahl von standortspezifisch
angepassten Rühr- und
Substrataufschlussverfahren für
Biogasanlagen – ELIRAS
Schlussbericht FKZ 03KB106A
Hofmann, Josephine;Pröter, Jürgen;Weinrich, Sören;Kornatz,
Peter;Daniel-Gromke, Jaqueline;Schumacher Britt;Rostalski,
Kay;Merkel, Wolfgang
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
gemeinnützige GmbH
Torgauer Straße 116
04347 Leipzig
Tel.: +49 (0)341 2434-112
Fax: +49 (0)341 2434-133
www.dbfz.de
Datum: 31.01.2019
http://www.dbfz.de/ mailto:[email protected]
BMWi-03KB106A, 31.01.2019 II
Projektträger: Projektträger Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Lena Panning
Zimmerstraße 26-27
10923 Berlin
Projektkoordinator: DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH
Torgauer Straße 116
04347 Leipzig
Dr.-Ing. Jürgen Pröter Dr.-Ing. Jan Liebetrau
Tel.: +49 (0)341 2434-517 +49 (0)341 2434-716
Fax: +49 (0)341 2434-133
E-Mail: [email protected] [email protected]
Verbundpartner Lifetec –Systems GmbH
Schulenbrooksweg 37
21029 Hamburg
Wolfgang Merkel
Tel.: +49 (0)345/5801770 Mobil: +49 (0)172/6337903
Fax: +49 (0)345/5801771
E-Mail: [email protected]
Maier Energie und Umwelt GmbH
Bergerhausen 5
87719 Mindelheim
Alois Maier
Tel.: +49(0)8261738 945 Fax: +49 (0)8261738 947
E-Mail: [email protected]
Erstelldatum: 31.01.2019
Projektnummer DBFZ: 3230038
Projektnummer PTJ: 03KB106A
Gesamtseitenzahl 141
Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.
Für alle Abbildungen, die nicht anderweitig gekennzeichnet sind, liegt das Copyright bei der
DBFZ gGmbH.
An dieser Stelle sei den wissenschaftlichen Hilfskräften Josephine Hörner, Christof Zeeb und Mia
Samantha ein großer Dank für die geleistete Arbeit ausgesprochen.
mailto:[email protected] mailto:[email protected]
Inhaltsverzeichnis
BMWi-03KB106A, 31.01.2019 III
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungs- und Symbolverzeichnis ................................................................................................................................ V
1 Kurzdarstellung .................................................................................................................................................... 8
1.1 Aufgabenstellung ....................................................................................................................................................... 8
1.2 Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt wurde ................................................................... 8
1.3 Planung und Ablauf des Vorhabens ...................................................................................................................... 10
1.4 Anknüpfung an den wissenschaftlichen und technischen Stand .................................................................... 11
1.5 Zusammenarbeit mit anderen Stellen ................................................................................................................. 14
2 Ausführliche Darstellung .................................................................................................................................. 14
2.1 Verwendung der Zuwendung.................................................................................................................................. 14
2.2 Zusammenfassung .................................................................................................................................................. 14
2.3 Ergebnisse und Gegenüberstellung der vorgegebenen Ziele ........................................................................... 15
2.3.1 Bestandsaufnahme (AP1)..................................................................................................................... 15
2.3.1.1 Stand der Rührtechnik in Biogasanlagen ....................................................................................... 15
2.3.1.2 Substrataufschluss im Biogasanlagenbestand (2014) ................................................................. 16
2.3.1.3 Literatur- und Herstellerangaben zu Substrataufschlussverfahren .............................................. 17
2.3.1.4 Weiterentwicklung experimenteller Untersuchungen zum Substrataufschluss (DBFZ) .............. 21
2.3.1.5 Literaturrecherche ........................................................................................................................... 25
2.3.2 Fragekatalog (AP2) ................................................................................................................................ 27
2.3.3 Effekte des Substrataufschlusses (AP3) ............................................................................................ 27
2.3.3.1 Einteilung der Effekte von Substrataufschluss .............................................................................. 27
2.3.3.2 Einfluss durchmischtes Fermentervolumen auf Biogasbildung .................................................... 30
2.3.3.3 Statistische Signifikanz .................................................................................................................... 33
2.3.3.4 Charakterisierung von Substrat und Fermenterinhalt (AP3) ......................................................... 38
2.3.4 Gärversuche (AP3 und AP7) ................................................................................................................. 51
2.3.4.1 Gärversuche im Labormaßstab (AP3) ............................................................................................. 53
2.3.4.2 Gärversuche im großtechnischen Maßstab (AP7) ......................................................................... 71
2.3.5 Energetische und ökonomische Bewertung (AP5) ........................................................................... 78
2.3.5.1 Methodik der betriebswirtschaftlichen Bewertung ........................................................................ 79
2.3.5.2 Ergebnisse ........................................................................................................................................ 85
2.3.6 Ökologische Bewertung (AP5).............................................................................................................. 90
2.3.6.1 Methodik der THG-Bilanzierung ...................................................................................................... 90
2.3.6.2 Ergebnisse ........................................................................................................................................ 93
2.3.7 ELIRAS Leitfaden (AP6) ......................................................................................................................... 95
2.3.7.1 Aufbau des ELIRAS-Leitfadens ........................................................................................................ 95
2.3.7.2 ELIRAS Modell .................................................................................................................................. 98
2.4 Wichtigste Positionen des zahlenmäßigen Nachweises .................................................................................113
2.5 Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit ..........................................................................113
2.6 Darstellung des voraussichtlichen Nutzens .......................................................................................................114
Inhaltsverzeichnis
BMWi-03KB106A, 31.01.2019 IV
3 Kurzfassung – Berichtsblatt .......................................................................................................................... 115
4 Document Control Sheet ................................................................................................................................ 117
Abbildungsverzeichnis .................................................................................................................................................. 118
Tabellenverzeichnis ...................................................................................................................................................... 122
Literatur- und Referenzverzeichnis ............................................................................................................................. 124
5 Anhang ............................................................................................................................................................ 129
A 1 Fragekatalog ................................................................................................................................................... 129
A 2 Veränderung der einzelnen Siebfraktionen im diskontinuierlichen Gärversuch ....................................... 133
A 3 Diskontinuierlicher Gärversuch zum Vergleich der mechanischen und mechanisch-chemisch
