Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Mensch-und-Buch-Verl., mbv
2008
|
| Schriftenreihe: | Science
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Volltext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Übers. des Hauptsacht.: Investigations of the pre-treatment and the conversion of energy crops into biogas and bioethanol Zsfassung in engl. Sprache |
| Beschreibung: | XIV, 204 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 9783866644922 |
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|---|---|
| adam_text | Titel: Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol
Autor: Schumacher, Britt
Jahr: 2008
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis...........................................................................................III
Tabellenverzeichnis.................................................................................................X
Abkürzungsverzeichnis........................................................................................XIII
1 Einleitung................................................................................................1
2 Problemstellung und Ziel der Arbeit.....................................................3
3 Stand des Wissens - Biogas- und Bioethanolgewinnung aus
Energiepflanzen......................................................................................4
3.1 Aufbau von Pflanzen.................................................................................4
3.2 Allgemeine Konversionsverfahren für nachwachsende Rohstoffe............6
3.3 Substrataufbereitungsverfahren für die Biogas- und Ethanolgewinnung.. 6
3.4 Biogaserzeugung......................................................................................9
3.4.1 Rohstoffe..................................................................................................9
3.4.2 Grundlagen der Biogaserzeugung..........................................................10
3.4.3 Spezifische Biogaserträge ausgewählter Substrate................................12
3.4.4 Abschätzung des Biogas- bzw. Methanertrags.......................................15
3.5 Bioethanolerzeugung..............................................................................17
3.5.1 Zucker- und stärkehaltige Rohstoffe.......................................................17
3.5.2 Lignozellulosehaltige Rohstoffe..............................................................19
3.5.3 Grundlagen der Ethanolerzeugung.........................................................20
3.5.4 Spezifische Ethanolausbeuten ausgewählter Substrate.........................21
3.5.5 Schlempe als Nebenprodukt...................................................................22
3.6 Energie- und ökobilanzierung................................................................26
3.7 Optimierungspotenziale der Aufbereitung und der Konversion von
Energiepflanzen zu Biogas und Bioethanol............................................33
3.8 Folgerungen für die Arbeit......................................................................35
4 Material und Methoden.........................................................................36
4.1 Methoden des Pflanzenbaus..................................................................36
4.2 Methoden der Biogasuntersuchungen....................................................38
4.2.1 Aufbereitungsmethoden zur Biogasgewinnung......................................38
4.2.2 Verfahren zur Biogas-/Methanertragsbestimmung.................................41
4.2.3 Berechnung der Kenngrößen der Biogasuntersuchungen......................47
I
Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol
4.3 Methoden der Bioethanolgewinnung......................................................52
4.3.1 Bioethanoltest.........................................................................................52
4.3.2 Säureiösliche Kohlenhydrate..................................................................54
4.3.3 Schlempe................................................................................................55
4.3.4 Berechnung der Kenngrößen der Ethanoluntersuchungen.....................56
4.4 Inhaltsstoffbestimmung...........................................................................57
4.5 Statistische Methoden............................................................................58
4.6 Energie- und ökobilanzierung................................................................58
5 Ergebnisse der eigenen Untersuchungen..........................................65
5.1 Biogasgewinnung...................................................................................65
5.1.1 Ergebnisse der Substrataufbereitung für Biogas....................................65
5.1.2 Biogas-/Methanerträge von Energiepflanzen und deren Schlempen......90
5.1.3 Korrelation Inhaltsstoffe / gemessene Methanerträge..........................120
5.2 Bioethanolausbeuten............................................................................129
5.3 Energie- und Ökobilanzierung..............................................................136
6 Diskussion und Folgerungen............................................................143
6.1 Biogasgewinnung.................................................................................143
6.1.1 Aufbereitungsuntersuchungen für Biogas.............................................143
6.1.2 Biogas-/Methanerträge von Energiepflanzen und deren Schlempen.... 147
6.1.3 Korrelation Inhaltsstoffe /gemessene Methanerträge..........................149
6.2 Bioethanolgewinnung...........................................................................152
6.3 Energie- und Ökobilanzierung..............................................................154
7 Zusammenfassung und Ausblick......................................................155
8 Literaturverzeichnis............................................................................158
9 Anhang................................................................................................171
9.1 Spezifische Methanerträge verschiedener Autoren..............................171
9.2 Spezifische Methanerträge eigener Untersuchungen...........................175
9.3 Ethanolausbeuten eigener Untersuchungen.........................................187
9.4 Fließschemata zur Bilanzierung............................................................189
Abstract: Investigations of the pre-treatment and the conversion of energy
crops into biogas and bioethanol.......................................................................202
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abb. 3.1.1: Trockenmasseanteile der Stoffgruppen an einer typischen Silomaisprobe
(KWS, o.J.) verändert..........................................................................................5
Abb. 4.2.2.1.1: Aufbau der 30-Liter-Fermenter im Hohenheimer Biogaslabor
(Oechsner, 2005)..............................................................................................42
Abb. 4.2.2.2.1: Schema des Kolbenprobers des Hohenheimer Biogasertragstests
nach Helffrich und Oechsner (2003) (Patent-Nr. 10227685).............................46
Abb. 4.6.1: Szenarien 1-3 und 6-8, optional: Mais/Triticale, Steam Explosion ja/nein,
Gärrestrückführung ja/nein................................................................................61
Abb. 4.6.2: Szenario 4: Getreidekorn in Bioethanol und Mais/Getreidestroh/Schlempe
in Biogas mit Gärrestverwertung.......................................................................62
Abb. 4.6.3: Szenario 5: Maisganzpflanze in Bioethanol und Maisschlempe in Biogas
mit Gärrestverwertung.......................................................................................63
Abb. 5.1.1.1: Zusammensetzung der unvorbehandelten und vorbehandelten
Biomasse (organ. Rest - organischer Rest, NDF - neutrale Detergentien-Faser,
Rohfett, Rohprotein, Rohasche)........................................................................68
Abb. 5.1.1.2: Zusammensetzung der unvorbehandelten und der vorbehandelten
Biomasse (NDF - neutrale Detergentien-Faser, ADF - saure Detergentien-
Faser, ADL - Lignin)..........................................................................................69
Abb. 5.1.1.1.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der vier
Vorbehandlungsvarianten des teigreifen Maises (30-L-Batch-Versuch 42 Tage)
..........................................................................................................................71
Abb. 5.1.1.1.2: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der vier
Vorbehandlungsvarianten des teigreifen Maises bzw. der Maissilage (HBT 35
Tage) (MW=Mikrowelle)....................................................................................73
Abb. 5.1.1.1.3: Methangehalte im Biogas (%) der vier Vorbehandlungsvarianten von
teigreifem Mais (30-L-Batch-Versuch 42 Tage).................................................74
Abb. 5.1.1.1.4: Essigsäurekonzentration (ppm) in den Biogasfermentern der vier
Vorbehandlungsvarianten des teigreifen Maises in den 30-L-Fermentern........75
Abb. 5.1.1.1.5: Propionsäurekonzentration (ppm) in den Biogasfermentern der vier
Vorbehandlungsvarianten des teigreifen Maises in den 30-L-Fermentern........76
Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol
Abb. 5.1.1.1.6: Summe der Säuren (Essigsäureäquivalent) in den Biogasfermentern
der vier Vorbehandlungsvarianten des teigreifen Maises in den 30-L-Fermentern
..........................................................................................................................77
Abb. 5.1.1.2.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der vier
Vorbehandlungsvarianten teigreifer Triticale (30-L-Batch-Versuch 42 Tage).... 78
Abb. 5.1.1.2.2: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der vier
Vorbehandlungsvarianten der teigreifen Triticale bzw. der Triticalesilage (HBT 35
Tage).................................................................................................................80
Abb. 5.1.1.2.3: Methangehalte im Biogas (%) der vier Vorbehandlungsvarianten von
teigreifer Triticale (30-L-Batch-Versuch 42 Tage)..............................................81
Abb. 5.1.1.2.4: Essigsäurekonzentration (ppm) in den Biogasfermentern der vier
Vorbehandlungsvarianten der teigreifen Triticale (Batch-Versuch 42 Tage).....82
Abb. 5.1.1.2.5: Propionsäurekonzentration (ppm) in den Biogasfermentern der vier
Vorbehandlungsvarianten der teigreifen Triticale in den Fermentern (Batch-
Versuch 42 Tage)..............................................................................................83
Abb. 5.1.1.3.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 CHU kg/oTS) der drei
Vorbehandlungsvarianten von reifer Triticale (Korn + Stroh) (30-L-Batch-Versuch
42 Tage) (Schumacher et al., 2007 b)...............................................................84
Abb. 5.1.1.3.2: Spezifische Methanerträge der drei Vorbehandlungsvarianten von
TriticalekornAstroh - Untersuchung im Hohenheimer Biogasertragstest (HBT) 86
Abb. 5.1.1.3.3: Änderung des spezifischen Methanertrags in Prozent bezogen auf
Korn gequetscht / Stroh gehäckselt für zwei Biogastestverfahren (Schumacher
et al., 2006 a)....................................................................................................87
Abb. 5.1.1.3.4: Methangehalte im Biogas (%) der drei Vorbehandlungsvarianten von
reifer Triticale (Korn + Stroh) (30-L-Batch-Versuch 42 Tage) (Schumacher et al.,
2007 b)..............................................................................................................87
Abb. 5.1.1.3.5: Essigsäurekonzentration (ppm) in den Biogasfermentern der drei
Aufbereitungsvarianten der reifen Triticale in den 30-L-Fermentern (Batch-
Versuch 42 Tage)..............................................................................................88
Abb. 5.1.1.3.6: Propionsäurekonzentration (ppm) in den Biogasfermentern der vier
Vorbehandlungsvarianten der reifen Triticale in den 30-L-Fermentern (Batch-
Versuch 42 Tage)..............................................................................................89
Abb. 5.1.2.1.1: Trockensubstanzgehalt der neun Maisganzpflanzen zu den vier
Erntezeitpunkten 2004 (Böhmel, 2007).............................................................91
Abbildungsverzeichnis
Abb. 5.1.2.1.2: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der neun
Maisganzpflanzen zu den vier Erntezeitpunkten 2004......................................92
Abb. 5.1.2.1.3: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der Fraktion Korn
der neun Maissorten zu den vier Erntezeitpunkten 2004..................................93
Abb. 5.1.2.1.4: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der Fraktion Rest
(Lieschen, Spindel, Restpflanze) der neun Maissorten zu den vier
Erntezeitpunkten 2004.......................................................................................94
Abb. 5.1.2.1.5: Box-Plots der spezifischen Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der
Ganzpflanze, der Fraktionen Rest und Korn der neun Maissorten zu den vier
Erntezeitpunkten 2004.......................................................................................95
Abb. 5.1.2.1.6: Methanhektarerträge (Nm3 Methan/(ha a)) und Energieerträge
(GJ/(ha a)) der neun Maisganzpflanzen zu den vier Erntezeitpunkten 2004
(errechnet auf Basis der Trockenmasseerträge nach Böhmel, 2007)...............96
Abb. 5.1.2.1.7: Korrelation zwischen Trockenmasseertrag und Energieertrag pro
Hektar über die neun Maissorten als Ganzpflanzen zu den vier Erntezeitpunkten
2004 (Trockenmasseerträge nach Böhmel, 2007)............................................97
Abb. 5.1.2.1.8: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der neun
Maisganzpflanzen zu den vier Erntezeitpunkten 2004 (Liniendiagramm).........98
Abb. 5.1.2.1.9: Trockensubstanzgehalt der sechs Maisganzpflanzen zu den fünf
Erntezeitpunkten 2005 (Böhmel, 2007).............................................................99
Abb. 5.1.2.1.10: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der sechs
Maisganzpflanzen zu den fünf Erntezeitpunkten 2005....................................100
Abb. 5.1.2.1.11: Methanhektarerträge (Nm3 Methan/(ha a)) und Energieerträge
(GJ/(ha a)) der sechs Maisganzpflanzen zu den fünf Erntezeitpunkten 2005
(errechnet auf Basis der Trockenmasseerträge nach Böhmel, 2007).............101
Abb. 5.1.2.1.12: Korrelation zwischen Trockenmasseertrag und Energieertrag pro
Hektar über die sechs Maissorten als Ganzpflanzen zu den fünf
Erntezeitpunkten 2005 (Trockenmasseerträge nach Böhmel, 2007)...............102
Abb. 5.1.2.1.13: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der sechs
Maisganzpflanzen zu den fünf Erntezeitpunkten 2005 (Liniendiagramm).......103
Abb. 5.1.2.1.14: Trockensubstanzgehalt der drei Maisganzpflanzen zu den vier
Erntezeitpunkten 2006 (Böhmel, 2007)...........................................................104
Abb. 5.1.2.1.15: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der drei
Maisganzpflanzen zu den vier Erntezeitpunkten 2006....................................105
V
Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol
Abb. 5.1.2.1.16: Methanhektarerträge (Nm3 Methan/(ha a)) und Energieerträge
(GJ/(ha a)) der drei Maisganzpflanzen zu den vier Erntezeitpunkten 2006
(errechnet auf Basis der Trockenmasseerträge nach Böhmel, 2007).............106
Abb. 5.1.2.1.17: Korrelation zwischen Trockenmasseertrag und Energieertrag pro
Hektar sowie Trendlinie mit Bestimmtheitsmaß über die drei Maisganzpflanzen
zu den vier Erntezeitpunkten 2006 (Trockenmasseerträge nach Böhmel, 2007)
........................................................................................................................106
Abb. 5.1.2.1.18: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der drei
Maisganzpflanzen zu den vier Erntezeitpunkten 2006 (Liniendiagramm).......107
Abb. 5.1.2.1.19: Trockensubstanzgehalte (%) der Maissorte Gavott der Jahre 2004,
2005 und 2006 über je vier Erntetermine (Böhmel, 2007)...............................108
Abb. 5.1.2.1.20: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der Maissorte
Gavott der Jahre 2004, 2005 und 2006 über je vier Erntetermine...................109
Abb. 5.1.2.1.21: Spezifische Methanerträge von Gavott 2005 (Korn, Spindel,
Lieschen, Rest)...............................................................................................109
Abb. 5.1.2.1.22: Spezifische Methanerträge von KXA5243 2005 (Korn, Spindel,
Lieschen, Rest)...............................................................................................110
Abb. 5.1.2.1.23: Entwicklung der Anteile der Maisfraktionen am Methanhektarertrag
2005 bei Gavott (Berechnungsbasis Trockenmasseerträge Böhmel, 2007).... 111
Abb. 5.1.2.1.24: Entwicklung der Anteile der Maisfraktionen am Methanhektarertrag
2005 bei KXA5243 (Berechnungsbasis Trockenmasseerträge Böhmel, 2007)
........................................................................................................................111
Abb. 5.1.2.2.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der vier
Maisganzpflanzen und drei Zwischenfrüchte zu den zwei Erntezeitpunkten
2004/2005.......................................................................................................112
Abb. 5.1.2.2.2: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) Weizen (Stroh,
Korn) zu den zwei Erntezeitpunkten 2004/2005..............................................113
Abb. 5.1.2.2.3: Methanhektarerträge (Nm3 Methan/(ha 2a)) der vier Maissorten als
Ganzpflanzen und der drei Zwischenfrüchte sowie Weizen zu den zwei
Erntestrategien 2004/2005 (auf Basis der Trockenmasseerträge nach Böhmel
2007 errechnet)...............................................................................................113
Abb. 5.1.2.3.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) von Mais und
Rutenhirse zu drei Düngestufen (N1, N2, N3)2005........................................115
Abbildungsverzeichnis
Abb. 5.1.2.3.2: Methanhektarerträge (Nm3 Methan/(ha a)) und Energiehektarerträge
(GJ/(haa)) von Mais und Rutenhirse zu drei Düngestufen (N1, N2, N3) 2005
(errechnet auf Basis der Trockenmasseerträge nach Böhmel, 2007).............115
Abb. 5.1.2.3.4: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) von Schlempen von
Maisund Rutenhirse zu drei Düngestufen (N1, N2, N3) 2005.........................116
Abb. 5.1.2.4.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der
Triticaleganzpflanzensilage(drei Erntezeitpunkte) 2005.................................117
Abb. 5.1.2.4.2: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) von Triticale
(Ganzpflanze, Korn bzw. Stroh (fünf Erntezeitpunkte) 2005............................118
Abb. 5.1.2.4.3: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der Schlempen von
Triticale (Ganzpflanze, Korn bzw. Stroh (fünf Erntezeitpunkte) 2005..............119
Abb. 5.1.3.1: Anteile der Inhaltsstoffe in % TS der Maissorte Gavott (S250) über vier
Erntezeitpunkte 2004 (T1-T4) und je drei Feldwiederholungen nach NIRS-
Untersuchung..................................................................................................121
Abb. 5.1.3.2: Gemessene und errechnete spezifische Methanerträge der Maissorte
Gavott (S250) über vier Emtezeitpunkte 2004 (T1-T4) und je drei
Feldwiederholungen........................................................................................123
Abb. 5.1.3.3: Anteile der Inhaltsstoffe in % TS der Maissorte Mikado (S500) über vier
Erntezeitpunkte 2004 (T1-T4) und je drei Feldwiederholungen nach NIRS-
Untersuchung..................................................................................................125
Abb. 5.1.3.4: Gemessene und errechnete spezifische Methanerträge der Maissorte
Mikado (S500) über vier Erntezeitpunkte 2004 (T1-T4) und je drei
Feldwiederholungen........................................................................................127
Abb. 5.1.3.5: Gemessene und errechnete spezifische Methanerträge der neun
Maissorten über vier Erntezeitpunkte 2004 und je drei Feldwiederholungen .. 128
Abb. 5.2.1: Ethanolausbeute (L A/Mg TS) von Rutenhirse und Mais als Ganzpflanze
(drei N-Düngungsstufen) 2004........................................................................129
Abb. 5.2.2: Ethanolausbeute (L A/Mg TS) von Rutenhirse und Mais als Ganzpflanze
(drei N-Düngungsstufen) 2005........................................................................130
Abb. 5.2.3: Ethanolausbeute (L A/Mg TS) der drei Maissorten zu den vier
Erntezeitpunkten 2006.....................................................................................131
Abb. 5.2.4: Energieertrag aus Ethanol (GJ/(ha a)) der drei Maisganzpflanzen zu den
vier Emtezeitpunkten 2006..............................................................................132
VII
Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol
Abb. 5.2.5: Ethanolausbeute (L A/Mg TS) von Triticale (Ganzpflanze, Korn bzw.
Stroh) (fünf Erntezeitpunkte) 2005.................................................................134
Abb. 5.2.6: Ethanolausbeute (L A/Mg TS) von Triticaleganzpflanzensilage (drei
Erntezeitpunkte) und Maisganzpflanzensilage 2005.......................................134
Abb. 5.2.7: Ethanolausbeute (L A/Mg TS) Grünroggen (zwei Ernten), Welsches
Weidelgras und Winterrübsen 2006................................................................135
Abb. 5.3.1: Energie-Input (GJ ha 1 a 1) der acht Szenarien.....................................138
Abb. 5.3.2: Energie-Output (GJ ha 1 a 1) der acht Szenarien..................................138
Abb. 5.3.3: Verhältnis Energie-Output zu Energie-Input der acht Szenarien..........139
Abb. 5.3.4: CML2001, Treibhauspotenzial (GWP 100 Jahre) [kg COMqv.] der acht
Szenarien........................................................................................................141
Abb. 5.3.5: CML2001, Versauerungspotenzial (AP) [kg SO2-Äqv.] der acht Szenarien
........................................................................................................................141
Abb. 5.3.6: CML2001, Eutrophierungspotenzial (EP) [kg Phosphat-Äqv.] der acht
Szenarien........................................................................................................142
Abb. 9.4.1: Szenario 1: Mais in Biogas ohne Gärrestverwertung...........................189
Abb. 9.4.2: Szenario 2: Mais in Biogas mit Gärrestverwertung...............................189
Abb. 9.4.3: Szenario 3: Mais in Biogas mit Gärrestverwertung und Steam Explosion
........................................................................................................................189
Abb. 9.4.4: Szenario 4: Getreidekom in Bioethanol und Mais/Getreidestroh/Schlempe
in Biogas mit Gärrestverwertung.....................................................................189
Abb. 9.4.5: Szenario 5: Maisganzpflanze in Bioethanol und Maisschlempe in Biogas
mit Gärrestverwertung.....................................................................................190
Abb. 9.4.6: Szenario 6: Getreide in Biogas ohne Gärrestverwertung.....................190
Abb. 9.4.8: Szenario 8: Getreide in Biogas mit Gärrestverwertung und Steam
Explosion.........................................................................................................190
Abb. 9.4.9: Maisanbau ohne Gärrestverwertung (zu 1) (Böhmel)...........................191
Abb. 9.4.10: Maisanbau mit Gärrestverwertung (zu 2 bis 5) (Böhmel)...................192
Abb. 9.4.11: Getreideanbau ohne Gärrestverwertung (zu 6) (Böhmel)..................193
Abb. 9.4.12: Getreideanbau mit Gärrestverwertung (zu 4, 7, 8) (Böhmel)..............194
Abb. 9.4.13: Mais in Biogas (zu 1 und 2)................................................................195
Abb. 9.4.14: Mais in Biogas mit Steam Explosion (zu 3)........................................196
Abb. 9.4.15: Getreidekorn in Bioethanol und Mais/Getreidestroh/Schlempe in Biogas
(zu 4)...............................................................................................................197
Abbildungsverzeichnis
Abb. 9.4.16: Maisganzpflanze in Bioethanol und Maisschlempe in Biogas (zu 5).. 198
Abb. 9.4.17: Getreide in Biogas (zu 6 und 7)..........................................................199
Abb. 9.4.18: Getreide in Biogas (zu 8)....................................................................200
Abb. 9.4.19: Getreide in Ethanol (zu 4) (Fleischer).................................................201
Abb. 9.4.20: Mais in Ethanol (zu 4 und 5) (Fleischer).............................................201
IX
Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol
Tabellenverzeichnis
Tab. 3.3.1: Verfahren zum Aufschluss und zur Verzuckerung von Lignocellulose
(Prechtl etal., 2005 a, nach: Igelspacher 2006)..................................................7
Tab. 3.4.3.1: Spezifische Biogas- und Methanausbeute der behandelten und
unbehandelten Energiepflanzen (Amon et al., 2006 b).....................................13
Tab. 3.4.4.1: Parameter der Regressionsgleichung zur Berechnung des
Methanenergiewerts von Mais anhand der Rohnährstoffe (Amon, 2006 b).......16
Tab. 3.5.1.1: Stärken und Schwächen traditioneller Rohstoffe hinsichtlich der
Bioethanolerzeugung (Schmitz, 2005) (Auswahl)..............................................18
Tab. 3.5.4.1: Alkoholausbeute ausgewählter Pflanzen.............................................21
Tab. 3.5.4.2: Eigene Kalkulation zur Ethanolausbeute in Massenprozent des Inputs
nach Daten von Igelspacher (2006)..................................................................22
Tab. 4.2.1: Übersicht Material und Methoden der Biogas-Aufbereitungsversuche... 38
Tab. 4.2.2.2.1: Übersicht HBT, Messgrößen, eingesetztes Material.........................44
Tab. 4.3.1.1: Übersicht Material und Methoden der Bioethanolertragsuntersuchungen
..........................................................................................................................52
Tab. 4.4.1: Durch NIRS bestimmte Merkmale von Silomaisganzpflanzen (VDLUFA,
2002).................................................................................................................57
Tab. 4.6.1: Szenarien der Bilanzierung....................................................................60
Tab. 4.6.2: Spezifische Methanerträge von Mais und Triticale, deren Schlempen und
des mit Steam Explosion behandelten Materials...............................................63
Tab. 5.1.1.1: Varianten der Vorbehandlung des TriticalekornsAstrohs (vollreif).......65
Tab. 5.1.1.2: Varianten der Vorbehandlung der teigreifen Triticale und von siloreifem
Mais...................................................................................................................66
Tab. 5.1.1.3: Überblick über die im HBT untersuchten Aufbereitungsverfahren von
Mais und Triticale..............................................................................................66
Tab. 5.1.1.4: Trockensubstanzgehalte (TS) und organische Trockensubstanzgehalte
(oTS) der Vollreifen Triticale in Prozent für drei Aufbereitungsvarianten...........67
Tab. 5.1.1.5: Trockensubstanzgehalte (TS), organische Trockensubstanzgehalte
(oTS) und der auf flüchtige Stoffe korrigierte organische Trockensubstanzgehalt
(oTS k) der teigreifen Triticale und des teigreifen Maises in Prozent................67
Tab. 5.1.1.6: Prozentuale Zusammensetzung der Gerüstsubstanzen von Mais und
Triticale..............................................................................................................70
Tabellenverzeichnis
Tab. 5.1.1.7: Prozentuale Zusammensetzung der Zeilinhaltsstoffe von Mais und
Triticale..............................................................................................................70
Tab. 5.1.1.1.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS),
Standardabweichung, relative Standardabweichung und prozentuale
Unterschiede der Vorbehandlungsvarianten des teigreifen Maises (30-L-Batch-
Versuch 42 Tage und HBT 35 Tage).................................................................72
Tab. 5.1.1.2.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS),
Standardabweichung, relative Standardabweichung und prozentuale
Unterschiede der vier Vorbehandlungsvarianten teigreifer Triticale (30-L-Batch-
Versuch 42 Tage und HBT 35 Tage).................................................................79
Tab. 5.1.1.3.1: Spezifische Methanerträge (Nm3 CH4 kg/oTS), Standardabweichung,
relative Standardabweichung und prozentuale Unterschiede der drei
Vorbehandlungsvarianten vollreifer Triticale (30-L-Batch-Versuch 42 Tage und
HBT 35 Tage)....................................................................................................85
Tab. 5.1.2.1.1: Untersuchte Maissorten mit ihren Siloreifezahlen (mittelfrüh,
mittelspät bis spätreif) der Ernte 2004...............................................................91
Tab. 5.1.2.1.2: Statistik - Spezifische Methanerträge (Nm3 Methan/kg oTS) der
Ganzpflanze, der Fraktionen Rest und Korn der neun Maissorten zu den vier
Erntezeitpunkten 2004.......................................................................................95
Tab. 5.1.2.1.3: Korrelation zwischen dem Trockenmasseertrag und dem
Methanertrag pro Hektar Mais 2004..................................................................97
Tab. 5.1.2.1.4: Untersuchte Maissorten mit ihren Siloreifezahlen (mittelfrüh,
mittelspät bis spätreif) der Ernte 2005...............................................................99
Tab. 5.1.2.1.5: Korrelation zwischen dem Trockenmasseertrag und dem
Methanertrag pro Hektar Mais 2005 (vier Ernten und ein Biomasseschnitt =
BMS)...............................................................................................................103
Tab. 5.1.2.1.6: Untersuchte Maissorten mit ihren Siloreifezahlen (mittelfrüh,
mittelspät bis spätreif) der Ernte 2006.............................................................104
Tab. 5.1.2.1.7: Korrelation zwischen dem Trockenmasseertrag und dem
Methanertrag pro Hektar Mais 2006................................................................107
Tab. 5.1.3.1: Anteile der Inhaltsstoffe in % TS der Maissorte Gavott (S250) über vier
Erntezeitpunkte 2004 (T1-T4) und je drei Feldwiederholungen nach NIRS-
Untersuchung..................................................................................................122
XI
Untersuchungen zur Aufbereitung und Umwandlung von Energiepflanzen in Biogas und Bioethanol
Tab. 5.1.3.2: Gemessene und errechnete spezifische Methanerträge der Maissorte
Gavott (S250) über vier Erntezeitpunkte 2004 (T1-T4) und je drei
Feldwiederholungen sowie Abweichung zwischen den Methanerträgen bezogen
aufTS..............................................................................................................124
Tab. 5.1.3.3: Anteile der Inhaltsstoffe in % TS der Maissorte Mikado (S500) über vier
Emtezeitpunkte 2004 (T1-T4) und je drei Feldwiederholungen nach NIRS-
Untersuchung..................................................................................................126
Tab. 5.1.3.4: Gemessene und errechnete spezifische Methanerträge der Maissorte
Mikado (S500) über vier Erntezeitpunkte (T1-T4) und je drei Feldwiederholungen
........................................................................................................................127
Tab. 5.2.4: Vergleich der theoretischen (errechnet aus den säurelöslichen Zuckern)
mit den gemessenen Ethanolausbeuten.........................................................132
Tab. 5.3.1: Energiebilanz der Szenarien 1 bis4.....................................................136
Tab. 5.3.2: Energiebilanz der Szenarien 5 bis 8.....................................................137
Tab. 5.3.3: CML2001, Treibhauspotenzial (GWP 100 Jahre) [kg CO2-Äqv.],
CML2001, Versauerungspotenzial (AP) [kg SO2-Äqv.], CML2001,
Eutrophierungspotenzial (EP) [kg Phosphat-Äqv.] der acht Szenarien...........140
Tab. 6.1.3.1: Wiederholbarkeit der NIRS-Inhaltsstoffbestimmung; Auszug
(Degenhardt, 1996).........................................................................................150
Tab. 9.1.1: Übersicht zu spezifischen Biogas-/Methanerträgen ausgewählter Nawaro
und ausgewählter organischer Reste (verschiedene Autoren)........................172
Tab. 9.2.1: Methanerträge eigener Untersuchungen..............................................176
Tab. 9.3.1: Ethanolausbeuten eigener Untersuchungen........................................187
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