Faustzahlen Biogas:
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Darmstadt
KTBL
2009
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| adam_text | Titel: Faustzahlen Biogas
Autor: Döhler, Helmut
Jahr: 2009
Inhalt
I Landwirtschaftliche Biogasanlagen in Deutschland...........9
II Anlagentechnik......................................14
1 Nassvergärung...............................................15
1.1 Substrataufbereitung, -förderung und -einbringung................15
1.1.1 Feststoffeintragsysteme........................................18
1.1.2 Eintragssysteme für pumpfähige Substrate .......................24
1.2 Fermenterbauarten............................................26
1.3 Substrathomogenisierung......................................32
1.4 Fermenterheizungssysteme.....................................37
1.5 Sedimentaustrag..............................................39
2 Trockenvergärung.............................................40
2.1 Diskontinuierliche Verfahren....................................41
2.2 Kontinuierliche Verfahren......................................43
3 Vergärung im Festbettfermenter.................................45
4 Biogasspeicherung............................................47
5 Verfahrens- und prozesstechnische Auslegungsgrößen..............49
6 Messtechnik für Biogasanlagen.................................56
7 Sicherheitstechnik............................................58
8 Betriebsstörungen an Biogasanlagen ............................61
III Substrate.........................................65
1 Einordnung und Anfallmengen von Substraten.....................65
2 Substrate aus Wirtschaftsdüngern und tierischen Nebenprodukten___68
3 Energiepflanzen..............................................71
3.1 Sorteneigenschaften, Standortansprüche und Nachernteverfahren
von Energiepflanzen...........................................71
3.2 Kennwerte zur Produktion und Kosten von Energiepflanzen..........73
3.3 Substratlagerung.............................................78
IV Gasausbeute aus Substraten...........................89
1 Methoden zur Ermittlung der Gasausbeute........................89
1.1 Batchversuche...............................................89
1.2 Kontinuierliche Versuche.......................................89
1.3 Rechenmodelle...............................................90
1.4 Richtwerte für die Gasausbeute.................................94
2 Einflussfaktoren auf die Gasausbeute.............................95
2.1 Erntezeitpunkte von Energiepflanzen.............................95
2.2 Technische Faktoren...........................................95
V Biologie und Steuerung des Vergärungsprozesses............99
1 Ablauf der Biogasbildung.......................................99
2 Stabilität des Gärprozesses....................................102
3 Erkennen von Prozessstörungen................................1°6
4 Inbetriebnahme und Anfahrphase einer Biogasanlage..............111
VI Biogasverwertung..................................113
1. Stromerzeugung.............................................113
1.1 Blockheizkraftwerke (BHKW)...................................113
1.2 Mikrogasturbine.............................................I18
1.3 Brennstoffzelle..............................................120
2 Auskoppelung und Nutzung der BHKW-Wärme...................122
2.1 Nutzung der Wärme zur Beheizung von Gebäuden
und Gewerbebetrieben........................................ 22
2.1.1 Kennwerte für Nahwärmenetze, Gebäude
und nichtlandwirtschaftliche Gewerbebetriebe....................122
2.1.2 Kosten für die Wärmeverteilung im Nahwärmenetz ...............124
2.2 Nutzung der Wärme im Gartenbau sowie in der Land- und
Forstwirtschaft..............................................126
2.2.1 Beheizung von Unterglaskulturen...............................127
2.2.2 Druschfruchttrocknung.......................................128
2.2.3 Trocknung von Brennholz.....................................130
2.2.4 Heizwärmebereitstellung für die Ferkelaufzucht...................133
2.3 Antrieb von Organic-Rankine-Cycle-Anlagen (ORC)................134
2.4 Nutzung der Wärme zur Kühlung...............................135
2.4.1 Kältemaschinen.............................................135
2.4.2 Milchkühlung...............................................136
2.4.3 Kühlung von Obst und Gemüse.................................138
3 Biogasaufbereitung zur Einspeisung ins Erdgasnetz................139
3.1 Anforderungen an das einzuspeisende Biogas.....................139
3.2 Verfahren zur Aufbereitung von Biogas..........................142
3.2.1 Druckwasserwäsche (DWW)...................................143
3.2.2 Druckwechseladsorption (PSA).................................144
3.2.3 Selexolverfahren.............................................145
3.2.4 Aminwäsche................................................145
3.2.5 Membrantrennverfahren......................................145
3.2.6 Tieftemperaturverfahren (Kryogene Verfahren)....................146
4 Nutzung von Biogas als Kraftstoff..............................149
4.1 Gasförmige und flüssige Kraftstoffe im Vergleich..................149
4.2 Tankstellen und Betankungssysteme............................I51
VII Gärreste.........................................154
1 Lagerung von Gärresten.......................................154
1.1 Lagerung von flüssigen Gärresten...............................154
1.2 Homogenisieren und Fördern von Gärresten......................156
1.3 Minderung von Ammoniakemissionen
bei der Lagerung von Gärresten................................158
1.4 Lagerung von stapelbaren Gärresten
(separierte Feststoffe und Gärreste aus der Trockenfermentation)___160
1.5 Investitionsbedarf Gärrestlager.................................161
2 Behandlung und Aufbereitung von Gärresten.....................162
2.1 Ziele der Behandlung und Aufbereitung von Gärresten.............162
2.2 Verfahren der Behandlung und Aufbereitung von Gärresten.........162
2.3 Investitionen und Kosten......................................167
3 Düngung mit Gärresten.......................................170
3.1 Ableitung und Berechnung von Gärresteigenschaften..............170
3.2 Nährstoffwirkung und Nährstoffbilanz..........................171
3.2.1 Ammoniakverluste, Emissionsminderung und Stickstoffwirkung......171
3.2.2 Nährstoffbilanz .............................................174
3.3 Humusbilanz ...............................................177
4 Minderung von Methanemissionen bei der Lagerung
von flüssigen Gärresten durch Gärrestlagerabdeckung..............178
5 Hygiene und Schadstoffe......................................181
VIII Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen...................184
1 Erträge aus dem Stromverkauf nach EEG
(Erneuerbare-Energien-Gesetz).................................184
2 Modellanlagen..............................................187
2.1 Annahmen für die Modellanlagen...............................188
2.2 Leistungs-Kostenrechnung und Gewinnermittlung
für die Modellanlagen........................................191
2.3 Biomassebereitstellungs- und Gärrestausbringungskosten..........199
2.4 Auswirkung von Mechanisierung, Schlaggrößen und
Wegstrecken auf die Feldflächenleistung und
die Kosten der Substraternte und der Gärrestausbringung...........201
IX Ökologische Bewertung der Biogaserzeugung..............204
1 Energieaufwand und Energieertrag beim Energiepflanzenanbau.....204
2 Treibhausgasbilanzen.........................................205
2.1 Quellen für Treibhausgase bei der Biogaserzeugung................205
2.2 Einflussfaktoren auf die Treibhausgasbilanz von Biogasaniagen......206
2.2.1 Wirtschaftsdünger und Energiepflanzen als Substrat...............206
2.2.2 Auskoppelung von Wärme.....................................208
2.2.3 Abdeckung des Gärrestlagers..................................209
2.3 Treibhausgasbilanzen von Praxis-Biogasanlagen
und Minderungskosten.......................................209
2.4 Einfluss von Substratart und Grad der Wärmeauskoppelung
auf die Kosten für die Minderung von Treibhausgasen..............212
3 Ökologische Bilanzierung der Biogaserzeugung...................213
4 Zusammenfassung der Emissionsquellen und
der ökologischen Effekte......................................215
X Biogas in Kürze....................................218
Anhang..............................................228
Datenherkünfte und Quellenangaben..................................228
Institutionen......................................................22S
Einheiten.........................................................230
Elemente und chemische Verbindungen................................231
Abkürzungen......................................................232
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