Thesis (doctoral)--Universität Hohenheim, 2003.

Die folgende Arbeit beschreibt Potentiale und Risiken der Nutzung industrieller Abprodukte am Beispiel des Apfeltrester – einem Pressrückstand der Apfelsaftgewinnung. Dieser spielt aus finanzieller und ökologischer Sicht als Abprodukt eine steigende Rolle bei der Biogassynthese. Dabei werden die Ergebnisse des vorangegangenen Fachpraktikums vorgestellt und diskutiert. Darauf aufbauend wurden Thesen erstellt und anhand ermittelter Messwerte sowie der Literatur verifiziert. Schlussendlich werden in einer Wirtschaftlichkeitsrechnung Kosten von Bezug, Lagerung und Beschickung den Gewinnen aus der Einspeisevergütung gegenüber gestellt. Es konnte gezeigt werden, dass Apfeltrester unter Laborbedingungen nicht die befürchtete Übersäuerung des anaeroben Abbauprozesses zur Folge hatte, sondern unter vergleichbaren Erträgen mit leicht höherer Sicherheit zur Maissilage bis zu einem gewissen Anteil zu Maissilage und Stallgülle zugesetzt werden kann. / Due to the increasing ecological and financial importance of industrial waste products in the recovery of biogas the following thesis describes potentials and risks of the usage of one of these products using apple pomace – the filter cake of the apple juice production. Thereby the issues of the three-month practical course in the LHL Eichhof, a laboratory in middle Germany, are shown and discussed. As conclusion several theses are given and verified with help of the taken measurements and scientific literature. At the end an economical calculation compares the present costs of purchase, storage and processing with the proceeds of the reimbursement by the german renewable energy sources act (EEG). Against the misgiving that apple pomace could decrease the pH-value to an unacceptable level for the anaerobic decomposition process the fermentation of this product gets a comparable output even with a little more reliability compared to corn silage when added up to a defined level to corn silage and slurry.

Die folgende Arbeit beschreibt Potentiale und Risiken der Nutzung industrieller Abprodukte am Beispiel des Apfeltrester – einem Pressrückstand der Apfelsaftgewinnung. Dieser spielt aus finanzieller und ökologischer Sicht als Abprodukt eine steigende Rolle bei der Biogassynthese. Dabei werden die Ergebnisse des vorangegangenen Fachpraktikums vorgestellt und diskutiert. Darauf aufbauend wurden Thesen erstellt und anhand ermittelter Messwerte sowie der Literatur verifiziert. Schlussendlich werden in einer Wirtschaftlichkeitsrechnung Kosten von Bezug, Lagerung und Beschickung den Gewinnen aus der Einspeisevergütung gegenüber gestellt. Es konnte gezeigt werden, dass Apfeltrester unter Laborbedingungen nicht die befürchtete Übersäuerung des anaeroben Abbauprozesses zur Folge hatte, sondern unter vergleichbaren Erträgen mit leicht höherer Sicherheit zur Maissilage bis zu einem gewissen Anteil zu Maissilage und Stallgülle zugesetzt werden kann.:Abstract 4 Zusammenfassung 4 Abkürzungsverzeichnis 5 1 Literaturrecherche 6 1.1 Grundlagen zur Biogassynthese 6 1.1.1. Übersicht des anaeroben Abbaus organischer Substanzen 6 1.1.1 Abgrenzung zum aeroben Abbau 6 1.1.2 Ausgangsprodukte 7 1.2 Phasen der Biogasbildung 11 1.2.1 Hydrolyse 11 1.2.2 Acidogenese 12 1.2.3 Acedogenese 12 1.2.4 Methanogenese 13 1.3 Einflussfaktoren des Biogasprozesses 14 1.3.1 Temperatur 14 1.3.2 pH-Wert und Gehalt an Fettsäuren 15 1.3.3 Nährstoffversorgung und Hemmstoffe 16 1.4 Verfahrenstechnische Betriebsparameter 18 1.4.1 Faulraumbelastung 18 1.4.2 Hydraulische Verweilzeit 18 2 Material und Methoden 20 2.1 Ausgangsmaterialien 20 2.1.1 Apfeltrester der Kelterei „Sachsenobst“ 20 2.1.2 Maissilage des „LLH Eichhof“ 24 2.1.3 Stallgülle des „LLH Eichhof“ 25 2.1.4 Fermentergülle des „LLH Eichhof“ 26 2.2 Diskontinuierlicher Gärtest (Batch-Versuch) 27 2.2.1 Apparativer Aufbau 27 2.2.2 Versuchsdurchführung 29 2.3 Kontinuierlicher Gärversuch 30 2.3.1 Apparativer Aufbau 30 2.3.2 Versuchsdurchführung 31 3 Ergebnisse 38 3.1 Biogasertragsermittlung 38 3.1.1 Variante „Null“ 39 3.1.2 Cellulose als Referenz 39 3.1.3 Apfeltrester 40 3.1.4 Maissilage 41 3.2 Kontinuierlicher Versuch 42 3.2.1 Erläuterung der dargestellten Diagramme 42 3.2.2 Variante „Null“ 45 3.2.3 Variante „Mais“ 48 3.2.4 Variante „Mix“ 53 3.2.5 Variante „Trester“ 57 4 Diskussion 62 4.1 Fehlerrechnung und -diskussion 62 4.1.1 Systematische Fehler der Laborversuche 62 4.1.2 Zufällige Fehler der Laborversuche 64 4.1.3 Fehlerrahmen und Vergleichbarkeit der Ergebnisse 65 4.2 Thesen 67 4.2.1 Die Vergärung von Apfeltrester als Co-Fermentat hat nur wenig Einfluss auf Ertrag und Stabilität des Gärprozesses unter Einsatzbedingungen 67 4.2.2 Die Zugabe von Apfeltrester verdünnt das Fermentat 72 4.2.3 Weder Lagerdauer noch Konservierung des Apfeltresters beeinflussen messbar den Methanertrag 75 5 Einsatz von Apfeltrester als Co-Fermentat in BGA 76 5.1 Politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen 76 5.2 Technische und wirtschaftliche Annahmen 81 5.3 Vorstellung der Vergleichsfälle 86 5.3.1 Optimierung hinsichtlich diskreter Parameter des Transports 86 5.3.2 Optimierung hinsichtlich der Verteilung des Tresters 87 5.3.3 Verwertung des Gärrestes 90 6 Fazit 93 Literaturverzeichnis 95 Abbildungsverzeichnis 100 Tabellenverzeichnis 103 Eidesstattliche Erklärung 105 Anhang 106 / Due to the increasing ecological and financial importance of industrial waste products in the recovery of biogas the following thesis describes potentials and risks of the usage of one of these products using apple pomace – the filter cake of the apple juice production. Thereby the issues of the three-month practical course in the LHL Eichhof, a laboratory in middle Germany, are shown and discussed. As conclusion several theses are given and verified with help of the taken measurements and scientific literature. At the end an economical calculation compares the present costs of purchase, storage and processing with the proceeds of the reimbursement by the german renewable energy sources act (EEG). Against the misgiving that apple pomace could decrease the pH-value to an unacceptable level for the anaerobic decomposition process the fermentation of this product gets a comparable output even with a little more reliability compared to corn silage when added up to a defined level to corn silage and slurry.:Abstract 4 Zusammenfassung 4 Abkürzungsverzeichnis 5 1 Literaturrecherche 6 1.1 Grundlagen zur Biogassynthese 6 1.1.1. Übersicht des anaeroben Abbaus organischer Substanzen 6 1.1.1 Abgrenzung zum aeroben Abbau 6 1.1.2 Ausgangsprodukte 7 1.2 Phasen der Biogasbildung 11 1.2.1 Hydrolyse 11 1.2.2 Acidogenese 12 1.2.3 Acedogenese 12 1.2.4 Methanogenese 13 1.3 Einflussfaktoren des Biogasprozesses 14 1.3.1 Temperatur 14 1.3.2 pH-Wert und Gehalt an Fettsäuren 15 1.3.3 Nährstoffversorgung und Hemmstoffe 16 1.4 Verfahrenstechnische Betriebsparameter 18 1.4.1 Faulraumbelastung 18 1.4.2 Hydraulische Verweilzeit 18 2 Material und Methoden 20 2.1 Ausgangsmaterialien 20 2.1.1 Apfeltrester der Kelterei „Sachsenobst“ 20 2.1.2 Maissilage des „LLH Eichhof“ 24 2.1.3 Stallgülle des „LLH Eichhof“ 25 2.1.4 Fermentergülle des „LLH Eichhof“ 26 2.2 Diskontinuierlicher Gärtest (Batch-Versuch) 27 2.2.1 Apparativer Aufbau 27 2.2.2 Versuchsdurchführung 29 2.3 Kontinuierlicher Gärversuch 30 2.3.1 Apparativer Aufbau 30 2.3.2 Versuchsdurchführung 31 3 Ergebnisse 38 3.1 Biogasertragsermittlung 38 3.1.1 Variante „Null“ 39 3.1.2 Cellulose als Referenz 39 3.1.3 Apfeltrester 40 3.1.4 Maissilage 41 3.2 Kontinuierlicher Versuch 42 3.2.1 Erläuterung der dargestellten Diagramme 42 3.2.2 Variante „Null“ 45 3.2.3 Variante „Mais“ 48 3.2.4 Variante „Mix“ 53 3.2.5 Variante „Trester“ 57 4 Diskussion 62 4.1 Fehlerrechnung und -diskussion 62 4.1.1 Systematische Fehler der Laborversuche 62 4.1.2 Zufällige Fehler der Laborversuche 64 4.1.3 Fehlerrahmen und Vergleichbarkeit der Ergebnisse 65 4.2 Thesen 67 4.2.1 Die Vergärung von Apfeltrester als Co-Fermentat hat nur wenig Einfluss auf Ertrag und Stabilität des Gärprozesses unter Einsatzbedingungen 67 4.2.2 Die Zugabe von Apfeltrester verdünnt das Fermentat 72 4.2.3 Weder Lagerdauer noch Konservierung des Apfeltresters beeinflussen messbar den Methanertrag 75 5 Einsatz von Apfeltrester als Co-Fermentat in BGA 76 5.1 Politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen 76 5.2 Technische und wirtschaftliche Annahmen 81 5.3 Vorstellung der Vergleichsfälle 86 5.3.1 Optimierung hinsichtlich diskreter Parameter des Transports 86 5.3.2 Optimierung hinsichtlich der Verteilung des Tresters 87 5.3.3 Verwertung des Gärrestes 90 6 Fazit 93 Literaturverzeichnis 95 Abbildungsverzeichnis 100 Tabellenverzeichnis 103 Eidesstattliche Erklärung 105 Anhang 106