Die Bewertung von nachwachsenden Rohstoffen für die Biogasgewinnung. Teil I: Das Gasbildungspotenzial der fermentierbaren Nährstoffe
Die Biogasausbeute hängt vom Gasbildungspotenzial der eingesetzten Substrate und vom Ausschöpfungsgrad dieses Potenzials im Fermentationsprozess ab. Gegenstand der Bewertung der Substrate kann deshalb nur das von der Gestaltung und der Effizienz des Fermentationsprozesses unabhängige Gasbildungspotenzial sein. Für die Bewertung des Gasbildungspotenzials von pflanzlichen Ernteprodukten und von daraus hergestellten Silagen ist ein neuer Parameter vorgeschlagen worden, nämlich der Gehalt an „fermentierbarer organischer Trockensubstanz“ (FoTS). Ziel der vorliegenden Studie war es, das Gasbildungspotenzial je kg FoTS aus pflanzlicher Biomasse durch stöchiometrische Berechnungen abzuleiten. Zu diesem Zweck wurden die beim anaeroben Abbau der einzelnen chemischen Verbindungen entstehenden Mengen an Methan und Kohlendioxid berechnet. Diese Gasmengen sind dann um 5% vermindert worden, um den Substratverbrauch für die bakterielle Biomasseneubildung auszugleichen. Unter Nutzung dieser „effektiven Gasbildungswerte“ der einzelnen Verbindungen und des vorhandenen Wissensstandes über die chemische Zusammensetzung sowie die biologische Abbaubarkeit von Futtermitteln ließ sich das Gasbildungspotenzial des fermentierbaren Anteils der Nährstofffraktionen und schließlich der gesamten FoTS berechnen. Diese Berechnungen erfolgten separat für Maissilage, Getreideganzpflanzensilage, Grassilage, Getreidekorn sowie frische und silierte Zuckerrüben. Die Berechnungen führten zu dem Ergebnis, dass bei allen bisher zur Biogasgewinnung genutzten Halm- und Körnerfrüchten mit der gleichen potenziellen Gasausbeute von 420 l Methan in 800 l Biogas je kg FoTS zu rechnen ist. Dieses Gasbildungspotenzial konnte durch Fermenterbilanzen unter Praxisbedingungen mit Maissilage und Getreide bestätigt werden. Frische und silierte Zuckerrüben erfordern eine gesonderte Bewertung wegen ihres variablen Gasbildungspotenzials je kg FoTS. Dieses hängt vom Anteil der Saccharose ab, die während der Silierung zu Ethanol vergoren wurde.
Biogas yield depends on the gas production potential of the used substrates and on the degree of exploiting this potential by the fermentation process. Therefore, evaluating substrates can only be done based on the gas production potential, regardless of the technology and efficiency of the fermentation process. For evaluating this gas production potential of crops and the silages prepared from them, a new parameter is proposed, which is the content of „fermentable organic matter” (FOM).The present study aims at establishing the potential biogas production per kg FOM from herbage by means of stoichiometric calculations. For this purpose, the volumes of methane and carbon dioxide were calculated which result from the anaerobic decomposition of the individual chemical compounds. These gas volumes were reduced by 5% in order to compensate the amount of substrate that is used by the bacteria for producing new biomass. On the basis of these “effective gas forming values” of individual chemical compounds and by using the available knowledge on chemical composition and biodegradability of feeds, it was possible to calculate the resulting potential gas yields from the nutrient fractions and, finally, from the total FOM. These calculations were done separately for maize silage, whole-crop cereal silage, grass silage, grain as well as fresh and ensiled sugar beet. The calculations resulted in the general conclusion that a potential yield of 420 litres methane contained in 800 litres biogas per kg FOM can be assumed for all forage and cereal crops used for biogas production. This gas production potential could be confirmed by results obtained under large-scale practical conditions from the fermentation of substrate mixtures consisting of maize silage and grain. Fresh and ensiled sugar beet require special evaluation because of their variable gas production potential per kg FOM depending on the proportion of sucrose converted into ethanol during silage fermentation.
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