Entwicklung eines Leitfadens zur Auswahl von ... · PDF file BMWi-03KB106A, 31.01.2019 I...

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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

    [email protected]

    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