Dissertation
Examining European semi-natural grassland silages and urban green cut as input sources for the integrated generation of solid fuel and biogas from biomass



Details zur Publikation
Autor(inn)en:
Hensgen, F.
Verlag:
Kassel Univ. Press
Verlagsort / Veröffentlichungsort:
Kassel
Publikationsjahr:
2014
Seitenbereich:
TBD
Titel der Buchreihe:
Interdisciplinary Research on Climate Change Mitigation and Adaptation
ISBN:
978-3-86219-748-4

Zusammenfassung, Abstract
Diese Dissertation beschreibt die Nutzung von zwei unterschiedlichen Eingangsmaterialien entlang der IFBB Nutzungskette. Der erste Teil der Arbeit (Kapitel 3) untersuchte die Nutzung von städtischem Grünschnitt, welcher heutzutage zumeist für die Kompostbereitung genutzt wird. Dieser besteht aus einer krautigen und einer holzigen Fraktion. Die Nutzung für das IFBB Verfahren und die direkte Verbrennung dieser Fraktionen sowie dreier Mischungsstufen wurden untersucht. Die Proben wurden im August und Oktober entnommen und einer hydrothermalen Konditionierung bei zwei Temperaturstufen ausgesetzt und anschließend mittels Schneckenpresse entwässert. Sowohl die Massenflüsse von Inhaltsstoffen der Biomasse wurden untersucht als auch die Konzentration dieser Inhaltsstoffe im Presskuchen des IFBB Verfahrens. Die Ascheerweichungstemperatur und der Heizwert wurden berechnet, für den Presssaft wurden Vergärungstests im Labor durchgeführt um dessen Biogasbildungspotenzial zu untersuchen. Eine vollständige Energiebilanz wurde für das IFBB Verfahren und als Vergleich die direkte Verbrennung des Grünschnitts durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Presssaft hohe Gaserträge aufweist, mit 254 (holziges Material, 40°C) bis 359 (krautiges Material, 40°C) LN CH4 kg-1 oTS und Abbaugraden zwischen 59% (holziges Material, 40°C) und 81% (krautiges Material, 40°C). Es gab keinen statistisch nachweisbaren Effekt der Temperatur der Maischung oder der Art des Inputmaterials auf den Methanertrag. Bedingt durch die hohen Massenflüsse der für die Verbrennung schädlichen Mineralstoffe (K, Cl, Mg, S) konnte die Brennstoffqualität des Presskuchens gegenüber dem Ausgangsmaterial signifikant gesteigert werden. Keine signifikanten Änderungen ergaben sich für Ca und N. Das IFBB System mit 40° Maisch-Temperatur zeigte eine bessere Energiebilanz als die direkte Verbrennung. Der zweite Teil der Studie untersuchte die Nutzung von Silage von extensivem Grünland von 18 Flächen in Deutschland, Wales und Estland für das IFBB Verfahren im Vergleich zu Ganzpflanzenvergärung und Heuverbrennung. Kapitel 4 zeigt die Ergebnisse der Massenflüsse der Mineralstoffe innerhalb des IFBB Systems sowie die Brennstoffqualität und Ergebnisse linearer multipler Regressionsmodelle für die Brennstoffqualität und beeinflussender Parameter wie chemische und botanische Zusammensetzung der Ausgangssilagen. Kapitel 5 behandelt die Massenflüsse der organischen Inhaltsstoffe und deren Konzentrationen im Presskuchen des IFBB Verfahrens, ebenso die Ergebnisse der anaeroben Vergärung der Presssäfte und abschließend die Bruttoenergieerträge des IFBB Verfahrens im Vergleich zu Ganzpflanzenvergärung und Heuverbrennung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Silagen von extensivem Grünland als Inputmaterial für das IFBB Verfahren geeignet waren. Die Konzentrationen der untersuchten Elemente (N, S, K, Ca, Mg, Cl und P) wurden sämtlich signifikant reduziert. Korrelationen zwischen botanischen (Deckungsgrade Gräser, Kräuter und Leguminosen) und chemischen Parametern (NDF) der Silage und den Massenflüssen der Inhaltsstoffe (R²: 0.21-0.63) und der Brennstoffqualität des Presskuchens (R2: 0.34-0.79) konnten nachgewiesen werden. Hohe NDF Konzentrationen und hohe Deckungsgrade der Gräser führten zu einer besseren Brennstoffqualität, wohingegen Leguminosenanteile die Brennstoffqualität verschlechterten. Das IFBB Verfahren erhöhte die organische Trockenmasse und Faserkonzentrationen im Presskuchen und reduzierte die CP und NFC Konzentrationen. Außerdem entstand mit dem Presssaft ein hoch verdauliches Biogasssubstrat mit Methanerträgen zwischen 312 und 405 LN CH4 kg-1 oTS, statistisch unabhängig von dem Ausgangshabitattypen der Silagen. Die flächenspezifischen Methanerträge lagen zwischen 55 und 330 mN³ CH4 ha-1 und waren signifikant abhängig vom Habitattyp. Die Regressionsanalysen zeigten keine signifikanten Zusammenhänge zwischen substratspezifischen Methanerträgen und den Inhaltsstoffen der Silage oder der botanischen Parameter. Bezüglich der Energieerträge zeigte das IFBB Verfahren Werte im Bereich der Heuverbrennung und beide Verfahren waren der Ganzpflanzenvergärung deutlich überlegen. Die Energieerträge zeigten Abhängigkeiten von botanischen und chemischen Parametern, sowie technischen Parametern und deren Wechselwirkungen. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das IFBB Verfahren die Möglichkeit bietet, heterogene, faser- und mineralstoffreiche Biomassen effizient in Energie umzuwandeln, insbesondere solche Biomassen, die heutzutage noch nicht für die Energieproduktion genutzt werden.


Autor(inn)en / Herausgeber(innen)

Zuletzt aktualisiert 2019-25-07 um 17:04