Ernte und Silierung pflanzlicher Substrate für die Biomethanisierung - Prozessgrundlagen und Bewertung

Die Biogasproduktion hat in den vergangenen Jahren als Verfahren zur nachhaltigen Erzeugung erneuerbarer Energien aus Biomasse stark an Bedeutung gewonnen. Dabei hat sich neben organischen Reststoffen die Nutzung von Energiepflanzen mit hohen Methanbildungspotenzialen als Substrate für die Biogaserzeugung etabliert. Für eine effektive Ausschöpfung des hohen energetischen Potenzials dieser Substrate ist eine optimale Gestaltung der gesamten Bereitstellungskette der Energiepflanzen anzustre- ben. Dies umfasst insbesondere die Ernte und Konservierung des Pflanzenmaterials. Das Ziel der Dissertation ist die Erarbeitung grundlegender Kenntnisse zum Einfluss verschiedener Parameter bei der Ernte und Silierung von Ganzpflanzen auf die Biomethanisierung. Dabei sollen Optimierungspotenziale erkannt und Hinweise für eine optimale Gestaltung der Bereitstellungskette gegeben werden. Im Fokus eines zweiten Teils der vorliegenden Arbeit steht der Parameter Häcksellänge. Der zusätzliche Auf- wand und Nutzen einer sehr kurzen Häcksellängeneinstellung am Feldhäcksler soll einer praxisüblichen Längeneinstellung gegenübergestellt werden. Zur Bearbeitung des Themas wurden systematische Untersuchungen im Labormaßstab durchgeführt. Hierbei kamen als etablierte Methoden Modellsilierversuche und Batch-Gärtests zur An- wendung. Die Bewertung sehr kurzer Längeneinstellungen am Feldhäcksler erfolgte über eine vergleichende Berechnung von Energie- und Treibhausgasbilanzen sowie der Kosten und Erlöse auf der Grundlage von Datenerhebungen bei Praxisernten und einer Modellberechnung zur Kapazitätsbewertung. Die Ergebnisse der Laborversuche zeigen, dass sich vor allem die Bildung von Essigsäure und Alkoholen bei der Silierung sowie der Zusatz biologischer Siliermittel und eine längere Lagerdauer positiv auf die Methanausbeute mit Bezug auf die zugeführte organische Trockenmasse auswirken. Unter Berücksichtigung der Masseverluste, die bei der Silierung durch Fermentationsprozesse entstehen, ist jedoch keine signifikante Erhöhung der Methanbildung durch diese Silierparameter zu erwarten. Höhere Methan- ausbeuten bei Berücksichtigung der Silierverluste können hingegen durch die Einstellung einer kürzeren Häcksellänge zur Ernte erzielt werden. Im Bereich mittlerer Partikel- längen zwischen 33 und 6 mm ist eine maximale Erhöhung der Methanausbeute um 10 bis 13 % erreichbar. Für die Praxis empfehlen sich kurze theoretische Häcksellängen von 7 bis 8 mm. Eine weitere Verringerung der theoretischen Häcksellänge kann zu einer geringeren Netto-Energieproduktion und zu ökonomischen Verlusten führen, wobei dies bei gegenwärtigem Kenntnisstand vorab nicht gesichert abgeschätzt werden kann. Hierfür besteht weiterer Forschungsbedarf.