TY - THES T1 - Optimierung der Konservierung und der anaeroben Konversion von Zuckerrüben zur Nutzung in flexiblen Biogassystemen A1 - Kumanowska,Elzbieta Joanna Y1 - 2020/01/28 N2 - Die Biogasproduktion ist gut geeignet, um die fluktuierende Stromproduktion aus den erneuerbaren Energieträgern Sonne und Wind auszugleichen. Zeitgleich werden, aufgrund der zurzeit ungünstigen Förderbedingungen des EEG, Alternativen für die Stromproduktion aus Biogas gesucht. Die Aufbereitung auf Erdgasqualität zur Treibstoffproduktion oder zur Einspeisung ins Erdgasnetz wäre eine solche Alternative, benötigt aber verfahrenstechnische Verbesserungen zur Kostenreduktion. Ein Ansatz wäre die Nutzung der zweistufigen Biogasproduktion, da diese es ermöglicht, ein Biogas mit einem hohen Methangehalt zu produzieren und damit der Aufwand zur Aufbereitung auf Erdgasqualität sinkt. Ein geeignetes Substrat für beide Anwendungen wäre die Zuckerrübe aufgrund ihrer schnellen Abbaubarkeit und guten Methanerträge. Die Konservierung der Zuckerrübe zur ganzjährigen Bereitstellung ist bisher aber problematisch, da dabei hohe Verluste auftreten können. Zudem kann sie, in hohen Anteilen eingesetzt, prozessbiologische Probleme verursachen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einsatz von Zuckerrüben zur Biogasproduktion in diesen zukunftsträchtigen Verfahren getestet. Dazu wurden Lagerungsversuche durchgeführt und neue Lagerungsmethoden für die Praxis erprobt, die primär auf die Verwendung des Zuckerrübensickersaftes abzielen. Dieser wurde in Stoßfütterungsversuchen im Praxismaßstab auf seine Eignung zur bedarfsorientierten Biogasproduktion untersucht. Außerdem erfolgte die Optimierung der zweistufigen Biogasproduktion aus Zuckerrüben. Hierzu wurde ein Versuch im Biogastechnikum zum optimalen Hydrolyse-pH-Wert bei der Vergärung von Zuckerrübensilage durchgeführt. Um ein für die Lagerung von Zuckerrüben optimiertes Verfahren zu entwickeln, waren vertiefte Kenntnisse über den Verlauf der Silierung von Zuckerrüben, die gebildeten Sickersaftmengen und deren beeinflussende Parameter erforderlich. Deswegen wurden in dem Säulenversuch im Labor der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie Massenbilanzen erstellt, um den Einfluss der Parameter Stapelhöhe und Schnitzelgröße auf die Sickersaft-bildung während des Silierungsprozesses von den gehäckselten Zuckerrüben zu bestimmen. Als Sickersaft fielen etwa 50% der eingelagerten Masse an. Etwa die Hälfte der Sickersaftproduktion fand in den ersten drei Lagerungswochen statt. Der produzierte Sickersaft zeichnete sich während der gesamten Lagerungszeit durch sehr hohe CSB-Werte von etwa 250 g l-1 aus. Die untersuchten Parameter Stapelhöhe und Partikelgröße hatten keinen signifikanten Einfluss auf die Massenbilanz. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Säulenversuche wurden zwei Varianten der Lagerung im technischen Maßstab entwickelt und untersucht: eine ortsgebundene und eine mobile Variante. In der ortsgebundenen Variante, den Hohenheimer Grubensilos, wurden ungewaschene, ganze Zuckerrüben eingesetzt. In der mobilen Variante, den flexiblen Tanks, wurden gewaschene und gehäckselte Zuckerrüben einsiliert. In Anbetracht des Zieles, den Sickersaftertrag zu maximieren, war die Silierung gehäckselter Zuckerrüben der Silierung ganzer Rüben überlegen. Auch das Entfernen des Erdanhangs war für die Sickersaftproduktion wie auch für die Qualität der Silage von Vorteil. Die Lagerung in den ortsgebundenen Grubensilos erwies sich als verfahrenstechnisch vorteilhaft und verspricht in Kombination mit gewaschenen und gehäckselten Rüben eine gute Eignung für die beabsichtigten Anwendungen. Die Verwendung des produzierten Sickersaftes für die bedarfsorientierte Biogas-produktion wurde an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim durchgeführt. Die Reaktion des Systems in Form erhöhter Biogasproduktion erfolgte wenige Minuten nach der Stoßfütterung mit dem Sickersaft. Infolge der Stoßfütterung wurde die produzierte Biogasmenge, ohne Anzeichen prozessbiologischer Probleme, verdoppelt. Das Maximum der Gasproduktion wurde nach etwa 1:45 h erreicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Konzept für den Einsatz von Zuckerrüben zur Herstellung von hochkalorischem Biogas – basierend auf der zweistufigen Biogasproduktion – getestet. Die Versuchsanlagen bestanden aus einem horizontalen Rührkesselreaktor als Hydrolyse und zwei kombinierten Festbettreaktoren als Methanreaktor. Es wurde der Einfluss des pH-Werts in der Hydrolyse auf die zweistufige Vergärung von Zuckerrübensilage geprüft. Gute Abbaugrade und Methanerträge zeigten die generelle Eignung dieses Systems für die Vergärung von Zuckerrübensilage. Der beste Kompromiss der Prozessparameter Gesamtabbaugrad und Methanertrag wurde beim pH-Wert 6 erreicht. Die für diese Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass das Konzept der neuen Zuckerrübenkonservierungsmethode, mit Fokus auf die Sickersaftproduktion, sowohl für die bedarfsorientierte Biogasproduktion als auch zur Produktion eines hochkalorischen Biogases mittels des zweistufigen Biogasverfahrens gut geeignet ist. KW - Biogas KW - Erneuerbare Energien KW - Zuckerrübe KW - Biomasse KW - Silierung KW - Silage KW - Silo KW - Sickersaft CY - Hohenheim PB - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim AD - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart UR - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2020/1689 ER -