Dipl. Ing. Ingo Helmer, M.Sc.
Masterprüfung: 11/2007
Diese Masterarbeit befasst sich mit einem speziellen Verfahren der Biogaserzeugung - der Trockenfermentation. Der überwiegende Anteil der in Deutschland gebauten Anlagen zur Biogaserzeugung sind Nassfermentationsanlagen. Der Unterschied zu der in dieser Arbeit betrachteten Trockenfermentation liegt im Trockensubstanzgehalt in den Fermentern der Anlagen. Nassfermentationsanlagen werden mit Trockensubstanzgehalten von ca. 8 % betrieben, während bei der Trockenfermentation Trockensubstanzgehalte von über 30 % üblich sind.
Bei der Haltung von Pferden fallen in nicht geringer Menge - ca. 9 t pro Pferd im Jahr - Reststoffe in Form von Mist an. Dieser Mist weist einen Trockensubstanzgehalt von deutlich über 8 % Prozent auf und ist daher nur nach aufwendiger und energieintensiver Zerkleinerung und Verflüssigung in der Nassfermentation einsetzbar. Daher stellt er ein ideales Substrat für den Einsatz in der Trockenfermentation dar.
In 2006 konnte die Biogasbranche noch Rekordumsätze und ein zweistelliges Wachstum vermelden. Zudem zeigte man sich sehr zuversichtlich bezüglich der folgenden Jahre. In 2007 konnte jedoch ein deutlicher Rückgang bei Anlagenneubauten beobachtet werden. Experten führen dies auf die deutlich gestiegenen Kosten für das Rohmaterial - in den meisten Fällen Silomais - zurück, da es in Deutschland inzwischen zu einer Verknappung von Anbauflächen gekommen ist. Hierdurch sind bereits viele existierende Biogasanlagen in ihrer Wirtschaftlichkeit eingeschränkt.
Pferdemist ist inzwischen in einigen Teilen Deutschlands zu einem Entsorgungsproblem geworden. Der in NRW anfallende Pferdemist z.B. wurde bisher gerne von den direkt hinter der Niederländischen Grenze ansässigen Zuchtbetrieben für Champignons als Dünger verwendet. Da diese Betriebe ihre Produktion inzwischen jedoch größtenteils nach Polen und Tschechien verlagert haben - und hier Pferdemist aus Bayern eingesetzt wird - ergibt sich für die in NRW liegenden Reithallen ein Entsorgungsproblem für ihren Pferdemist.
Aus den oben genannten Gründen stellt die Verwertung von Pferdemist in einer Trockenfermentationsanlage eine sehr interessante Möglichkeit dar.
In dieser Masterarbeit wurde daher zunächst das durch die Verwertung von Pferdemist in Biogasanlagen mögliche technische Potential ermittelt, welches mit 609 GWh/a elektrischer Energie immerhin ausreichend wäre für die Stromversorgung von ca. 137.500 4-Personen-Haushalten.
Mittels einer entsprechenden Literatur- und Internetrecherche wurden die bereits auf dem Markt verfügbaren Anlagen nach dem Prinzip der Trockenfermentation ermittelt, in die verschiedenen Anlagentypen eingeteilt und die wesentlichen Komponenten im einzelnen dargestellt.
Diese Recherche ergab auch, dass die auf dem Markt verfügbaren Anbieter hauptsächlich diskontinuierlich betreibbare Anlagen für die Trockenfermentation anbieten. Daher wurde auch für ein Praxisbeispiel, für das eine technische Planung und eine wirtschaftliche Betrachtung durchgeführt wurde, eine diskontinuierliche Anlage als Grundlage verwendet.
Die Anlage wurde für die Verwertung des Mistes von insgesamt 240 Pferden ausgelegt, und die Kosten wurden für eine BHKW-Leistung von 37 kW und ein Gesamtfermentervolumen von ca. 600 m³ bestimmt.
Die für die Anlage ermittelten Investitions- und Betriebskosten sind in die anschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eingeflossen. Diese ergab Einnahmen von ca. 49.000,- EUR/a für den eingespeisten Strom sowie weitere ca. 4.800,- EUR/a für die Nutzung eines Teils der anfallenden Abwärme. Diesem gegenüber stehen Unterhalts- und Betriebskosten von ca. 49.000,- EUR/a. Die genannten Zahlen machen die Wirtschaftlichkeit der Anlage deutlich.
Da in dieser Arbeit die kontinuierliche Trockenfermentation betrachtet werden sollte, wurden Möglichkeiten aufgezeigt, wie die geplante Anlage mittels automatischer Ein- und Austragssysteme auf einen kontinuierlichen Betrieb umgestellt werden könnte. Die durchgeführte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung machte jedoch auch deutlich, dass die durch automatische Systeme eventuell eingesparten Betriebskosten durch die höheren Aufwendungen für die Installation dieser Systeme wahrscheinlich nicht kompensiert werden.