Area C-II-2 Biogas
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Energieautarke Lebensmittelindustrie Realisierung eines innovativen Abfall- und Energie Konzepts Markus Ortner Institut für Umweltbiotechnologie (BOKU) & Bioenergy 2020+ GmbH email: [email protected] email: [email protected] Inhalt ■ Überblick Schlachthof ■ Energie ■ Abfall ■ Kosten ■ Abfall-/Energiekonzept ■ Alt/neu ■ Technische Herausforderungen ■ Ausgewählte Aspekte ■ Einsparungspotential 4.12.2013 St.Pölten Überblick I Schlachthof • Energie intensive Prozesse • 2 Kostenfaktoren • Energieversorgung und Entsorgung (BSE-Krise) Kosten I • Erdgas 12,5 25,0 €/MWh (2004 – 2010) • Strom 29,0 73,0 €/MWh (2003 – 2010) (source: e-control Austria) www.energis.de Kosten II • 15 – 50 €/t Entsorgung www.flickriver.com 4.12.2013 St.Pölten Fakten I 65.000 m2 Fläche 450 Angestellte 200 Mio € Jahresumsatz Schlachtung • 550.000 heads/year (Schwein) • 50.000 heads/year (Rind) Größter Schlacht-/Zerlegebetrieb in Österreich Forschungspartner seit 7 Jahren 4.12.2013 St.Pölten Fakten II Wärme 250,000.- € / Jahr (~6.000 MWh) Strom 500,000.- € / Jahr (~7.000 MWh) Entsorgung 450,000.- € / Jahr (~15,000 t) 4.12.2013 St.Pölten Optimierungpotentiale Nutzung fossiler Energieträger Effizienz des Schlachtbetriebs Umwelt: Treibhausgasemissionen 4.12.2013 St.Pölten Konzept: Eckpunkte Biogasanlage Kraft-Wärme Kopplung Intelligentes Wärme-Netzwerk 4.12.2013 St.Pölten Fakten III Schlachtabfälle 4.12.2013 St.Pölten 1. Biogasanlage weltweit (2003) mit ausschließlich Schlachtabfällen Biogasanlage AD-PLANT 4.12.2013 St.Pölten Slaughter capacity [heads(pigs)/week] 10,000 – 13,000 Waste material [t/week] 170 – 230 Fermenter size [m3] 2400 (1x600, 2x900) Fermentation type MONOFermentation Input [m3/day] 50-55 OLR [kg oTS/m3*day-1] 2.5 - 3 NH4-N [g/kg] 8.5 - 10 CHP [kW el] 525 Sulphur total [mg/kg TS] 5500 - 6500 H2S Biogas [ppmv] 1500 - 2300 Methane [%v] 67-69% 4.12.2013 St.Pölten Anaerobe Verwertung von Schlachtabfällen Herausforderungen • Substrate • Protein • Monofermentation Prozess Technologie • Pasteurization • Schaumbildung • Geruch • Wärmetauscher (Wärmeübergang, fouling) Mikrobiologie - Inhibierung • (bio-) chemische Reaktionen • NH4, H2S, VFA • Unzureichende Mikroelementversorgung 4.12.2013 St.Pölten Ausgewählte Schlüssel-Aspekte ■ Wärme Nutzung ■ Spurenelement Versorgung 4.12.2013 St.Pölten Wärmebedarf thermal load profile per week Thermal power CHP 4% >1000kW 20% > 800kW 30% > 600kW 35% > 200kW 4.12.2013 St.Pölten Abwärme Nutzung / Speicherung GasStorage Desulphurisation Pasteurisation 70°C / 60min CHP 95°C Max. 500 kW Geothermal Power 85°C Hot Water Storage Tank Slaughterhouse 200m³ 70°C Slaughterhouse-wastes 4.12.2013 St.Pölten Spurenelemente ■ Verbesserter Metabolismus ■ Geringere Konzentrationen an Zwischenprodukten (Fettsäuren) ■ Höhere spezifische Gasausbeuten ■ Entscheidend: ■ Qualität und Quantität 4.12.2013 St.Pölten Bioverfügbarkeit von Mikro- & Makroelementen Mikro-elemente • Kobalt, Nickel, Molybdän, Kupfer • Essentielle Rolle während der Methanbildung (Enzyme) Ausreichende Versorgung ? Messbarkeit ? 4.12.2013 St.Pölten Spurenelemente: großer Bereich ■ Der Einsatz von Spurenelementen ist sehr beliebt, aber wie messe ich die richtige Einsatzkonzentration? Bischofsberger et al. (2005) Weiland (2006) Kloss (1986) Seyfried et al. (1990) Mundrack und Kunst (2003) Takashima und Speece (1990) Sahm (1981) Probeheim et al (2010) [mg/L] B 0,001-11 Ca >0,54-40 Co 0,06 Cu 0,005-50 Fe 0,003-0,06 0,5-20 0,003-0,06 0,003-0,06 >0,00059-0,12 0,06 0,024-10 0,005-52 1-10 10-200 1-10 1-10 Mg >0,28-50,4 0,06-64 360-4800 Mn 0,005-50 Mo 0,05 0,005-0,05 0,1-0,35 0,005-0,05 0,005-0,05 >0,00096-0,048 0,05 0,16-50 Ni 0,006 0,005-0,5 0,5-30 0,005-0,5 0,005-0,5 0,0059-5 0,006 0,024-0,62 S 4.12.2013 St.Pölten 0,005-55 0,079-0,79 Neue Bestimmungsmethode am IFA Tulln Standard Methode: keine ausreichenden Informationen sampling pretreatment 1 fraction analysis results Neue Methode: Detail-Information sampling 4.12.2013 St.Pölten pretreatment sequential extraction 5 fractions analysis results Neue Methode erlaubt ■ Aussagen über Bioverfügbarkeit einzelner Elemente ■ Maßgeschneiderte Dosierung ■ Geringere Schwermetallbelastung im Gärrest ■ Senkung der Bereitstellungskosten 4.12.2013 St.Pölten Weitere optimierte Kernpunkte ■ Rührtechnik ■ Vorbehandlung ■ Entschwefelung ■ Fermenterbeschickung ■ Prozesswasser ■ Temperatur ■ Prozesskontrolle 4.12.2013 St.Pölten Kostenübersicht 4.12.2013 St.Pölten Treibhausgas-Emissionen 4.12.2013 St.Pölten Zusammenfassung ■ Erfolgreiche Umsetzung eines Abfall- und Energiekonzept auf Basis Biogas in einem der größten Schlachthöfe Österreichs ■ Stabiler Biogasprozess bei cNH4 > 8,5 g/kg ■ Maßgeschneiderte Spurenelementdosierung ■ Geringe Fettsäurebelastung ■ Komplette Wärmeauskopplung ■ Selbstversorgung Betrieb zum großen Teil möglich ■ Wärme 70-100% ■ Strom 50-60% ■ Jährliche Kostenreduktion Im Bereich Energiebereitstellung und Entsorgung 75% ■ Treibhausgaseinsparung ca. 3,2 Millionen kg CO2 eq. 4.12.2013 St.Pölten Danke an … ■ Rudolf Grossfurtner ■ Alexander Schumergruber ■ Tobias Pröll ■ TU Wien ■ IFA Tulln ■ BE2020+ ■ FFG (project funding) 4.12.2013 St.Pölten Danke für Ihre Aufmerksamkeit ! 4.12.2013 St.Pölten Kontakt Markus Ortner - Institute of Environmental Biotechnology / University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna - Bioenergy 2020+ K1-Centre tel: +43-2272-66280-536 email: [email protected] email: [email protected] 4.12.2013 St.Pölten
