Sachgerechte Verwertung von Gärresten aus der Vergärung von ...

Sachgerechte Verwertung von Gärresten aus der Vergärung
von nachwachsenden Rohstoffen und Wirtschaftsdüngern
tierischer Herkunft
Tim Eiler, FB 3.1.11
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Inhaltsstoffe der Ausgangs- und Biogasgülle
(Mittelwerte aus jeweils vier Untersuchungen)
TS-Gehalt [%]
org. Substanz [%]
pH-Wert
N [kg/m 3 ]
NH 4-N [kg/m 3 ]
P 2O 5 [kg/m 3 ]
K 2O [kg/m 3 ]
Ausgangsgülle
(Gemisch aus
Rinder- und Schweinegülle)
6,5
4,8
7,3
3,9
2,2
1,7
4,6
Biogasgülle
4,0
2,4
1,6
4,8
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Geruchsintensität von Biogasgüllen im Vergleich zu
unfermentierten Güllen (PÖTSCH, E. M. et al., 2004)
5,1
3,5
8,0
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Pflanzenbauliche Verwertung von Gärresten aus
Biogasanlagen
Bislang liegen kaum Untersuchungen
zu der stofflichen Zusammensetzung
zu den Ausbringungseigenschaften
zu dem Hygienestatus
zu der Ertragswirkung
zu der Umweltwirkung
von Gärresten aus Biogasanlagen vor.
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Ablaufverhalten von Biogasgülle in Abhängigkeit vom
Trockenmassegehalt (PÖTSCH, E. M. et al., 2004)
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Entwicklung der Keimfähigkeit von Samen des Stumpfblättrigen
Ampfers in unterschiedlichen Wirtschaftsdüngern
(SONNLEITNER u. SONNLEITNER, 2004)
Geschäftsbereich Landwirtschaft
1

Einfluss einer Gülle- bzw. Biogasgülledüngung auf den
Körnermaisertrag (drei Versuche, 1993-1995)
Kontrolle
Gülle
Biogasgülle
Kornertrag
[dt/ha]
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
mineralische N-Düngung
[kg N/ha]
Gülle/ Biogasgülle
[kg N/ha]
100 GD 5% (Student-Newman-Keuls)
a
68
a a
76 75
a a
85 84
a a
79
77
0 0 60 0 60
- 60 120
a
a
87
83
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Betrieb Muster Mustermann plant den Bau einer 250 kW Biogasanlage.
Hinsichtlich der Nährstoffverwertung sind folgende Fragen zu klären:
1. Welchen Substrat-Input benötigt die Biogasanlage des Betriebes Mustermann,
um einen Energieertrag von etwa 250 KW zu erzielen?
2. Wie hoch ist der Nährstoffinput und -output der geplanten Biogasanlage?
3. Wieviel Gärrest kann der Betrieb Mustermann pflanzenbaulich verwerten?
4. Wie erstellt der Betrieb Mustermann nach Inbetriebnahme der Biogasanlage
den Nährstoffvergleich?
5. Wie erstellt der Betrieb Mustermann nach Inbetriebnahme der Biogasanlage
die Berechnungen zu § 4 (3) Düngeverordnung?
Schweinegülle
Wehnen
Inhalte
3,1 % TS
4,4 % Gesamt-N
2,8 % NH4-N
1,7 % P 2 O 5
2,7 % K 2 O
ausgebrachte Menge:
27 m³
= 119 kg Ges.-N/ha
Gärsubstrat 1
Werlte
jährlich:
• 46370 m³ Gülle
• 25212 m³ Fette
Inhalte
4,8 % TS
6,0 % Gesamt-N
3,5 % NH 4 -N
2,4 % P 2 O 5
3,4 % K 2 O
ausgebrachte Menge:
22 m³
= 132 kg Ges.-N/ha
Gärsubstrat 2
Grabstederfeld
täglich:
20 t Maissilage
5-6 m³ Rinder- und
Schweinegülle
Inhalte
8,4 % TS
5,2 % Gesamt-N
2,3 % NH4-N
2,4 % P 2 O 5
5,3 % K 2 O
ausgebrachte Menge:
25 m³
= 130 kg Ges.-N/ha
Gärsubstrat 3
Emstek
täglich:
30 t Maissilage
15 m³ Sauen- und
Mastschweinegülle
Inhalte
3,9 % TS
4,5 % Gesamt-N
2,6 % NH4-N
1,3 % P 2 O 5
4,2 % K 2 O
ausgebrachte Menge:
25 m³
= 113 kg Ges-N/ha
Gärsubstrat 4
Edewecht
jährlich:
¼ Sauenmist
¾ Maissilage
zu Beginn 200 m³
Rindergülle zum Start
Inhalte
9,0 % TS
5,4 % Gesamt-N
2,7 % NH4-N
2,8 % P 2 O 5
5,4 % K 2 O
ausgebrachte Menge:
23 m³
= 124 kg Ges-N/ha
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Vorgaben der Düngeverordnung hinsichtlich der
Verwertung von Gärresten aus Biogasanlagen
• Ermittlung des Düngebedarfs vor der Aufbringung (§ 3, Abs. 1)
• Ermittlung der verfügbaren Nährstoffmengen im Boden (§ 3, Abs. 3)
• Ausbringung nur auf aufnahmefähige Böden (§ 3, Abs. 5)
• Kein Eintrag oder Abschwemmung in Oberflächengewässer (§ 3, Abs. 6)
• Nährstoffgehaltsermittlung vor der Aufbringung (4, Abs. 1)
• Unverzügliche Einarbeitung auf unbestelltem Ackerland (§ 4, Abs. 2)
• Einhaltung der N-Obergrenzen bei der Herbstausbringung (§ 4, Abs. 5)
• Einhaltung der N-Obergrenze im Betriebsdurchschnitt (§ 4, Abs. 3)
• Einhaltung der Kernsperrfrist (§ 4, Abs. 4)
• Berücksichtigung der Gärreste im betrieblichen Nährstoffvergleich (§ 5)
Geschäftsbereich Landwirtschaft Geschäftsbereich Landwirtschaft
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Grundsätze bei der Verwertung von Gärresten
1. Die Biogasanlage wird als eigene Einheit betrachtet.
2. Der Nährstoffinput wird auf der Grundlage der Angaben des
Biogasanlagenbetreibers berechnet.
3. Der Nährstoffoutput entspricht dem Nährstoffinput.
4. Die Nährstoffgehalte der Biogasgülle lassen sich näherungsweise unter
Berücksichtigung der Fugat-Faktoren der Sächsischen Landesanstalt für
Landwirtschaft errechnen.
5. Die Verwertung des Gärrestes erfolgt nach den Vorgaben der
Düngeverordnung bzw. des QFN.
6. Bei der Berechnung der N-Obergrenze nach § 4 (3) Düngeverordnung wird
nach dem derzeitigen Stand der Düngeverordnung lediglich der
Wirtschaftsdünger tierischer Herkunft berücksichtigt.
Geschäftsbereich Landwirtschaft
2

Substrat
Summe
Frage: Welchen Substratinput benötigt die Biogasanlage des Betriebes
Mustermann, um einen Energieertrag von etwa 250 KW zu erzielen?
Putenmist
(7000 Plätze)
eigener Silomais
(57 ha x 47 t/ha)
Zukauf Silomais
(80 ha x 47 t/ha)
Zukauf Bullengülle
Energieertrag bei
einem Wirkungsgrad
von 35 %
bei 8.000
Betriebsstunden
Menge
[t]
350
2.680
3.760
1.500
Biogas-
Ertrag
[m³/t]
80
180
180
25
ges.
Biogas-
Ertrag [m³]
28.000
482.400
676.800
37.500
Energiegehalt
[kWh/m³]
6,0
5,2
5,2
5,0
Energiegehalt
ges.
[kWh]
168.000
2.508.480
3.519.360
187.500
6.382.340
elektrische
Leistung
[kWh]
2.234.169
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Nährstoffströme zwischen ldw. Betrieben und Biogasanlage Mustermann
landw. Betrieb
Mustermann
Tierhaltung:
7000 Putenmastplätze
Pflanzenbau:
3,7 ha Grünland
22,5 ha Stärkekartoffeln
18 ha Winterroggen
57 ha Silomais ≅ 2680 t
2774 m³
279 KW
Biogasanlage
Mustermann
350 t Putenmist
1500 m³ Bullengülle
3760 t Silomais
2680 t Silomais
Gärrest: 6720 m 3
3946 m³
andere landw.
Betriebe
1500 m³ Bullengülle
Geschäftsbereich Landwirtschaft
BHKW-
Leistung
[kW]
279
3760 t Silomais (80 ha)
Anbauverhältnis des Betriebes Mustermann
(Bodenart: leichte Böden, P- u. K-Gehalt im Boden: Vers. C)
Vor Inbetriebnahme der Biogasanlage
Grünland: 3,7 ha
Stärkekartoffeln: 22,5 ha
Winterroggen: 18 ha
Wintergerste: 18 ha
Winterraps: 8 ha (Stilllegung)
Körnermais: 31 ha
Nach Inbetriebnahme der Biogasanlage
Grünland: 3,7 ha (75 dt/ha)
Stärkekartoffeln: 22,5 ha (400 dt/ha)
Winterroggen: 18 ha (60 dt/ha)
Silomais: 57 ha (inkl. Stilllegung) (470 dt/ha)
Geschäftsbereich Landwirtschaft
3. Wie hoch ist der Nährstoffinput der geplanten Biogasanlage?
Substrat
Putenmist
Silomais
Silomais
Bullengülle
Herkunft
eigen
eigen
fremd
fremd
Menge
[t]
350
2.680
3.780
1.500
23
4,3
4,3
4,7
Fugatfaktoren für die Volumenberechnung
(Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft)
Gärsubstrat
Festmist frisch
Trockenkot (Geflügel)
Maissilage
Grassilage
Ganzpflanzensilage
(Getreide)
Lieschkolbensilage
LKS
Rübenblattsilage
Getreide (Körner),
Rapssaat
CornCobMix
Zuckerrüben
Futterrüben
Kartoffeln
Grünmais
Kleegras
Rotklee Pflanze
Einheit
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
N
Leinenextraktionsschrot
Nährstoffgehalte
P2O5 [kg/t]
17
1,8
1,8
2,4
K 2 O
15
5,1
5,1
5,6
N
8.050
11.524
16.168
7.050
Nährstoffanfall
P2O5 [kg]
5.950
4.824
6.768
3.600
K 2 O
5.250
13.668
19.176
8.400
Geschäftsbereich Landwirtschaft
ZR-trockenschnitzel
Geschäftsbereich Landwirtschaft Geschäftsbereich Landwirtschaft
Fugatfaktor
0,93
0,76
0,76
0,75
0,75
0,63
0,90
0,25
0,45
0,80
0,90
0,90
0,80
0,90
0,88
Gärsubstrat
Wiesengras
Raps Ganzpflanze
Stroh
Stroh aufgeschl.
(NaOH, NH 3)
Wiesenheu
Kartoffelschlempe
frisch
Backabfälle
Bierhefe gekocht
Biertreber
Biertreber trocken
Kartoffelflocken, -
schrot
Kartoffelpreßpülpe
Kartoffelpülpe
trocken
Kartoffelschälabfall
Einheit
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Fugatfaktor
0,87
0,90
0,60
0,52
0,48
1,00
0,15
0,93
0,85
0,45
0,26
0,84
0,32
0,91
0,36
Gärsubstrat
Magermilch
Malzkeime
Melasse
Milchzuckermelasse
Molke teilentzu.
Trocken
Molke
Obsttrester Apfel
Rapsextraktionsschrot
Rapskuchen
kaltpress. 15 % Fett
Rapsöl
Weizenkleie
Weizennachmehl
ZR-naßschnitzel
ZR-preßschnitzel
Einheit
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Fugatfaktor
1,00
0,42
0,39
0,79
0,33
1,00
0,86
0,43
0,35
0,00
0,45
0,25
0,91
0,83
0,19
3

3. Wie hoch ist der Nährstoffoutput der geplanten Biogasanlage?
Substrat
Putenmist
Silomais
Bullengülle
Summe
Nährstoffgehalte Gärrest
[kg/m 3 ]
N-Gehalt aus Wirtschaftsdüngern
tierischer Herkunft [kg/m 3 ]
Menge
[t]
350
6.440
1.500
8.290
Fugatfaktor
0,93
0,76
1,00
Menge
[m³]
326
4.894
1.500
6.720
N
8.050
27.692
7.050
42.792
Nährstoffanfall
6,4
2,2
P2O5 [kg]
5.950
11.592
3.600
21.142
3,1
K 2 O
5.250
32.844
8.400
46.494
6,9
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Wie erstellt der Betrieb Mustermann nach Inbetriebnahme der Biogasanlage
den Nährstoffvergleich?
Wirtschaftsdünger
Putenmastplätze
Gärrest
Mustermann
6.300
14.203
5.950
Aufnahme von Wirtschaftsdüngern
Aufnahme von Handelsdüngern
70 dt KAS
57 dt NP 20+20
Summe:
N
1.890
1.140
23.533
Nährstoffzufuhr
[kg/Betrieb]
P2O5
8.599
1.140
15.689
Zusammenfassung
-
K 2O
5.110
19.141
-
-
24.251
Haupternteprodukte/Grünland
Grünland, mittel
Silomais
Stärkekartoffeln
Winterroggen
Abgabe von Wirtschaftsdüngern
3500 dt
Putenmist
Summe:
666
11.514
3.150
1.494
6.300
23.124
• Bislang liegen nur wenige Untersuchungen zur Ertrags- und
Umweltwirkung von Gärresten aus Biogasanlagen vor.
N
Nährstoffabfuhr
[kg/Betrieb]
P 2 O 5
4.845
1.260
864
5.950
13.141
13.680
5.390
25.784
Geschäftsbereich Landwirtschaft
• Erste Ergebnisse aus Feldversuchen deuten darauf hin, dass bei den
geprüften Gärresten ein Zusammenhang zwischen dem TS-Gehalt und der
N-Anrechenbarkeit besteht.
• Es ist davon auszugehen, dass bei der Biogaserzeugung der
Nährstoffinput dem Nährstoffoutput entspricht.
• Ausgehend von diesem Grundsatz lassen sich über die jeweiligen
Fugatfaktoren die Gärrestmengen und die Nährstoffgehalte der Gärreste
berechnen bzw. abschätzen.
• Bei der Berechnung der N-Obergrenzen im Rahmen der Düngeverordnung
wird lediglich der Wirtschaftsdünger tierischer Herkunft berücksichtigt.
222
K 2 O
666
5.400
648
Geschäftsbereich Landwirtschaft
4. Wieviel Gärrest kann der Betrieb Mustermann pflanzenbaulich
verwerten? (Berechnung über QFN)
1. Überschlägiger Stickstoffdüngebedarf
sowie Phosphat- und Kalientzug
2. Abzüglich anrechenbare Nährstoffe aus
verbleibenden Ernterückständen
verwertbare Nährstoffmenge
13.100 kg N
13.550
450
13.100
≅ 2.911 m³ Gärrest (N-Anrech. 70 %)
8.598 kg P2O5 ≅ 2.774 m³ Gärrest
25.594 kg K2O ≅ 3.709 m³ Gärrest
N
P2O5 [kg/Betrieb]
9.440
842
8.598
K 2O
27.560
1.966
25.594
Geschäftsbereich Landwirtschaft
Wie erstellt der Betrieb Mustermann nach Inbetriebnahme der Biogasanlage
die Berechnung zu § 4 (3) Düngeverordnung?
Berechnung 1: Im Betriebsdurchschnitt maximal zulässige Stickstoffmenge aus
Wirtschaftsdüngern tierischer Herkunft
Grünland
Ackerland
Summe
3,70
97,50
101,20
ha LF x 170 kg N/ha
Im Betriebsdurchschnitt maximal zulässige Stickstoffmenge
aus Wirtschaftsdüngern tierischer Herkunft
[:]
=
ha LF ohne Brache
ha LF x 170 kg N/ha
ha
Im Betriebsdurchschnitt je ha ausgebrachte Menge an Gesamt-N
=
=
=
629
16.575
17.204
170
kg N/ha
kg N/ha
kg N/ha
kg N/ha
Berechnung 2: Im Betriebsdurchschnitt je ha ausgebrachte Menge an Gesamtstickstoff
aus Wirtschaftsdüngern tierischer Herkunft
+
-
=
Stickstoff aus Wirtschaftsdüngern (Putenmast)
Stickstoff aus Aufnahme von Gärresten (2.774 m³ x 2,2 kg N/m³)
Stickstoff aus Abgabe von Wirtschaftsdüngern (Putenmist)
Gesamtstickstoff aus Wirtschaftsdüngern je Jahr
7.875
6.103
7.875
6.103
101,2
60
kg N
kg N
kg N
kg N
ha LF
kg N/ha
Geschäftsbereich Landwirtschaft
4