Sonderheft der Zeitschrift Landtechnik zum Tod von Prof. Dr ... - TUM

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408 44. Jahrg. Landt echnik Sonderheft Anbau Miihdr usch Ernte - Bergung_ KornerraRs als Energietrager chem.Extraktion (Gronanlagen ) I-i-':::::=:::,,+===-j mech.Abpress g. I Kleinanlagen I (loses Stroh/Ballen) Br i kettierung, LogerunglBriketls) Kraftstoff 8rennstoff Futtermittel Brennstoff Dungemittel Verarbeitung -Aufbereitung_ IVerwertUDQ A bb. 1: Verfahrensschritte zur Produktion von Energietriigern aus der Rap sp[lan ze Rapsojgewinnung .. Im Rapskorn sind 38 bis 45 % 01 enthalten . Ein im Bundesgebiet durchschnittlich erntbarer Samenertrag von rund 3 t/ha fuhrt zu 1,2 t 01. in grol3technischem Mafistab wird aus der Rapssaat die Halfte des Ols mechanisch abgeprel3t und das Restol aus dem zerkleinerten Prel3kuchen mit Hilfe von Losungsbenzin (n-Hexan) extrahiert. Im Extraktionsschrot verbleibt ein Restolgehalt von 0,5 bis 2 %. Die Verarbeitungskapazitat in bundesdeutschen Olmuhlen liegt zwischen 1000 und 3000 t pro Tag. Die lahresverarbeitungskapazitat betragt 3,7 Mio. t und nimmt einen Anteil von 40 % der EG-Verarbeitung ein. Ohne Neu anlagen konnte damit theoretisch der Rapskornertrag einer Anbauflache von 1,2 Mio . ha entolt werden. Diese Flache wiirde ein erVerdreifachung des derzeitigen Anbaues gleichkommen und mit rund 18 % der Ackerflache aus Fruchtfolgegriinden auch bereits die maximal mogliche Flachenausdehnung darstellen [2]. Fiir die Trennung von Rapsol und Schrot aus dem Korn ist ein Energieaufwand von 820 bis 1160 MJ/t Saat notwendig [6]. Bezogen auf den Energiegehalt des gewonnenen Rapsols miissen die Abtrennung vom Korn rund 6,3 bis 8,2 % der darin enthaltenen Energie aufgewendet werden. Der Anteil der elektischen Energie liegt bei nur 1 bis 1,5 % des Energiegehaltes des gewonnenen Ols. Die Extraktionskosten werden mit 70 bis 90 DM/t Saat angegeben [6]. Die Olgewinnung ist auch mit kleinen mechanischen Pressen (0,12 bis 2,4 tid) moglich. Der Abprel3grad betragt 60 bis 85 % und der spezifische elektrische Energieverbrauchschwanktzwischen 50 und 110 kWhit Saat (180 bis 396 MJ/t) [10]. Bezogen auf den Energiegehalt des gewonnenen Rapsols miiBten fur die mechanische Abtren nung vom Korn in Kleinanlagen rund 1,6 bis 4,6 % der darin enthaltenen Energie aufgewendet werden. Durch Schwerkraftsedimentation ist eine Olreinigung von festen Partikeln kleiner als 311mzu erreichen [10]. Als Futtermittel kann bei bestehender Absatzstruktur ein Marktpreis von 300 bis 400 DM/t fur Rapsextraktionsschrot erzielt werden. Das Rapsextraktionsschrot konnte in geeigneten Fe ststoffeuerungsanlagen unter Einhaltung der gesetzlich vorgeschrie- benen Emissionsgrenzwerte en ergetisch verwertet werden. Es weist einen Heizwert von 15,5 MJ/kg aufund bei einer rnonetaren Bewertung der Energiegehalte ist im Vergleich zu einem Heizolpreis von 0,40 DM/I ein Substitutionswert von etwa 170 DM/t zu ver anschlagen. Beim Einsatz als Diingemittel und vollstandiger Verwertung der enthaltenen Nahrstoffe errechnet sich ein Wert von rund 110 DM/t Rapsschrot [2]. Som it fiihrt die Verfiitterung zur hochsten Wertschopfung. Rapsstrobmengen - Rapsstrobbergung Autbereitung Fiir die Verwertungvon Rapsstroh alsEnergietrager sind die Rapsstrohmengen und deren Heizwert sowie das Trocknungsverhalt en und der Ernteertrag von Bedeutung. Aus Sortenvergleichsversuchen in Bayern ergab sich bei acht Rapssorten im dreijahrigen Durchschnitt ein Strohertrag von 7,5 t TS/ha. Die drei besten Sorten wiesen 10 bis 15 % hohere Ertrage auf. Der mittlere Kornertrag betrug 2,89 t TS/ha, wobei die vier ertragsstarksten Sorten diesen Wert urn 10 bis 18 % iibertrafen. Bei alleiniger Kornernte betragt der "Harvesting Index" 0,28 (Kornertrag zu oberirdischem Biomasseertrag) . Sorten- und Jahreseinfliisse aufKornund Strohertrag waren statistisch signifikant abzusichern. Ein hoher Kornertrag war stets auch mit einem hohen Strohertrag korreliert [1]. Zum Zeitpunkt des Komdruschs weist Rapsstroh einen Feuchtegehalt von 50 bis 65 % auf. Urn die Brockelverluste moglichst gering zu halten, muf das durch die Druschaggregate stark zerkleinerte Stroh im Schwad getrocknet werden. Ein Feuchtegleichgewicht von 17 bis 19 % wird bei giinstigen Witterungsbedingungen nach zwei Tagen Tr ocknungsdauer erreicht. Mit Ladewagen und Ballenpressen sind ohne erntegutbedingte Storungen 70 bis 85 % der vom Mahdrescher erfaBten Rapsstrohmengen erntbar. Die Brikettierung von Strohbrennstoffen reduziert den Lagerraumbedarfund errnoglicht die Verwendung in absatzig beschickten Feuerungsanlagen kleinerer Leistung (< 100 kW). Im Vergleich zu Getreidestroh konnte bei der Br ikettierung von Rapsol eine Steigerung der Durchsatzleistung von 50 bis 70 % verzeichnet werden und je nach Anlagenart eine Reduzierung des spezifischen Stromverbrauchs urn 20 bis 40 % auf 60 bis 70 kWh/t. Energieeinsatz - Energieertrag Fiir die Gegeniiberstellung der Energieaufwendungen und Enrage werden die vorgenannten Durchschnittsertrage angenommen (Korn 2,9 t/ha; Stroh 7,5 t/ha; Strohbergequote 0,75). Fiir den Energieaufwand wurden Werte von [9] und eigene Ergebnisse verwendet (Ubersicht 1). Ubersicht 1: Gegenuberstellung der Energieauj wendungen und Ertrage En ergieertrag: Korn 2,9 t TS /ha 72,0 GJ /ha Stroh 6,3 t TS/h a 95,0 GJ/ha En ergieaufwand: Produktion (nur Korn) ]7 ,4 GJ /ha (+ Stroh) ]9,9 GJ /ha Transport 0,3 GJ /ha Extraktion 4,2 GJ /ha Brikettierung 1,7GJ/ha Energiegewinn: nurKornernte (72,0 - 21,9) = 50,1 GJ/ha Ertrag : Aufwand = 3,3 : ] Energiegewinn: + Strohernte (167,6 - 24,4) = 143,2GJ/ha Ertrag : Aufwand = 6,9 : 1 Energiegewinn: Strohbrik. (167,6-26,1) = 141,5GJ/ha Ertrag : Aufwand = 6,4 : 1 1 G1 ~ 27.7 I Olaquivalent (OE) Durch die Bergung von Rapsstroh laBt sich der Energieertrag gegeniiber alleiniger Nutzung von Rapskom von 72 GJ/ha (2000 I OE /ha) auf 167,5 GJ/ha (4650 I OE/ha) mehr als verdoppeln. Auch eine Brikettierung des gesamten Rapsstrohs verringert den Netto-Energieertrag nur urn weniger als 2 %. Der geringe Energieaufwand fur die Gewinnung des Rapsols sowie die Moglichkeit, samtliche Produkte verwerten und ohne grofsere Umweltbeeintrachtigungen einsetzen zu konnen, sind als Hauptvorteile dieses Energietragerproduktionsverfahrens anzusehen. Tab. 1:Normanforderungen an Dieselolundentsprechende Kennwerte von RapsolundRapsolmethylester RME (ails [1]) Kennwert Einh. DIN-Norm' Diesel Rapsol RME Spalte ] 2 3 4 5 6 Dichte ® (15 °C) Kin. Visko sitat (20°C) Flammpunkt Filtricrgrenze Cet anzahl CZ Koksruckstand Schwefelgehalt g/rnl rnrnvs °C °C % % ') nach DI N 51 601; 2) Sommer; 3) Winte r 0,815 bis 0,855 2 bis 8 > 55 0 2/-123 > 45 < 0,1 < 0,20 0,82 4,5 bis 5,0 - - 15/ - 24 ::: 50 - 0,18 0,914 bis 0,922 66 bis 72 240 bis 250 -4 bis -9 37 bis 38 0,20 bis 0,30 0,0 0,876 bis 0,886 6,3 bis 8,1 130 bis ]88 - 3 bis -7 49 bis 55 0,03 bis 0,50 0,0
44.Jahrg. Landtechnik Sond erheft 409 Tab. 2: Versuche mit Rapsol und Dieselolals Kraftstoffmit indirekteinspritzenden Dieselmotoren und dem Energetische Verwertung von Rapsol Elsbett-Dieselm otor (aus [IJ) - als Brennstoff Die DIN-Anford erungen fur Heizol EL He rsteller/ max. Mot orleistung .. min. spezifischer Verbra uch erfullt Rapsol in vier Punkten nicht. Mit Zylinderzahl R.-OI 0 .-01 Pm., I R.-Ol 0 .-01 bernin i in % kW kW % glkWh glkWh (Gcw. (Vol.) eincr Dichte von 0,92 kg/I iibertrifft das Pflanzenol den Norm-Hochstwert urn etwa SpaJte 1 2 3 4 5 6 7 8 7 % und weist mit 35,8 bis 37,4 MJ/kg einen 11 bis 15 % zu geringen Hei zwert auf. Die Hatz/l " 3,2 3,2 0 365 290 + 25,8 + 12,2 Hatzl}"6 Viskositat und der Koksriickstand ube r 3,2 3,2 0 374 290 + 29,0 + 14,9 Yanma r/P" - - - 4,5 - - + 16,5 - schreiten bei Rapsol als Brenn stoff die Hatzl1 4 8,7 8,9 - 2,3 · 295 253 + 16,6 + 3,9 vorgegebenen Gr enzwerte urn das Zw61fund das Dreifache . H atz/l ' 9,3 9,4 -1,1 295 220 + 34,0 + 19,5 KHD /3 4 - - - 256 234 + 9,4 - 2,5 Tr otz der Abweichungen von den Normwerten laBt sich ein Gemisch von Rapsol KH D/3 5 - - - 255 234 + 9,0 - 2,8 Elko/3/T/LLK _ 7 - 249 7 210 + 18,3 + 8,2 und Heizol E L bis zu einem Mischun gsverhaltnis von 1:1in Zerstaubungsbrennern fur I) Pr ~.lent u.a l e Ver ander un g gegeniibe.r D ieselbetrteb; 2) D j ~. Werte gelt en fi.i~ cine M~)l?rb el a st u n g von rund 70 % de r Ncnnlei srung: 3) He izol EL gut ver brennen. Urn Ablagerungen im Kesselraum zu vermeiden , kann je Rap so l : D iese l 0:= 7 : 3; 4.5, ) Aufber eitungsstufen des Rapso ls: roh, entschleimt, raffiniert; 7) Sonnenblumenol ; T = A bgasturbolader ; LLK = Ladeluftkiihlung. nach Kesselkonstruktion eine Reduzierung des Rapsolanteils bis auf 20 % notw end ig Energetische Verwertung von Rapsol den de rzeit durchgefiihrt. Mef3ergebnisse werd en . Ein Gemisch aus Rapsol und Die - als Kraftstoff eines umgebauten Motors sind in Tabelle 3 sel- oder Heizol bleibt homogen . In reiner Rapsol erfiillt in fiinf Punkten die Anforde angefiihrt. Die maximale Motorleistung Form konnte Rap sol mit einem Brenner fur rungen der DIN-Norm fur Dieselkraftstoffe (DB OM 352 ATL) betragt sowohl im .mittelschweres'' Heizol M und Brenn stoffnicht , wie der Vergleich in Tabelle 1 ver Or iginalzustand mit Dieselol als auch nach vorwarmung auf 90 bis 100 °C verbrannt deutl icht. der Umriistung mit Rapsol 92,7 kW bei werd en . Bei allen Versuchen konnten mit Die um den Faktor 10 hohere Visko sitat 2310 min -I. Der Motorumbau erfolgte aus 12 bis 13 Vol.-% COz-Gehalt gleichhohe (schlechtere Kraftstoffzerstaubung), die Forschungmitteln des Bayerischen Staats Werte wie bei Heizol und etwas geringere fiinf bis zehn Punkte unter dem Mindest ministeriums fur Ernahrung, Land wirt Abgasemissionen gemesse n werde n. wert von 45 liegende Cetanzahl (Ziindwil schaft und Forsten . ligkeit) und der zwei- bis dreifach hoh ere Energetische Verwertung von Rapsstroh Aufgrund der Motoroptimierung auf den Koksriickstand (0,2 bis 0,3 %) sind vermutals Brennstoff Kraftstoff Rapsol ist je nach Drehzahlbelich fur die Bildung von Abl agerungen im Aufgrund seiner grolien Oberflache brennt reich und Motorbelastung teilweise mit vo Bereich der Zylinderbuchse, der Kolben Rap sstroh schnell er ab als Stiickholz- oder lumetrisch geringerem Kraftstoffverbrauch und der Vent ile in konventionellen direktin ballengepreBte Getreidestrohbrennstof als bei Dieselbetrieb zu rechnen. einspritzenden Dieselm otoren verantwor t fe [5]. Durch die etwa 20 % hohere Ab Umgeestertes Rapsol kann in Dieselmotolich. Die teer- und koksarti gen Verbrenbrandgeschwindi gkeit bei Ballen ergab sich ren auch derzeit schon verwend et werd en . nungsruckstande fuhren bei fast allen Verbrennungsversuchen ein Zll Funktionssto And erungen der maximalen Motorleistung rungen der Motoren und zu ubermabigem hoherer CO-Gehalt und eine hohere Staub bewegen sich 5 bis 10 % iiber und unter den VerschleiB. Die Dichte und der Gr enzwert emission als bei den vorn Hersteller vorge Vergleichswerten mit Dieselbetrieb . Trotz der Filtrierbark eit iiberschreiten ebenfalls schriebenen Brennstoffen. Um bei der Ver der Erhohung des minimalen spezifischen die Normwerte fur Dieselol, Wahrend die feuerung von Rapsstroh die gesetzlichen Kraftstoffverbrauchs urn bis zu 17 % bleibt Dichte aufgrund der molekularen Zusamder maximale Motorwirkungsgrad unver Bestimmungen einh alten zu konn en , miiBte mensetzung unveranderbar ist, laBtsich die bei den Feuerungsanla gen ein besserer ande rt oder erhoht sich geringfugig Wintertauglichkeit durch Additive verbes Schwelgasausbrand und eine wirksam ere (Tab. 4). sern. Staub abscheidung angestrebt werden. Die Schrnierolverdunnungen und Schmierolre Durch eine Umesterung von Rapsol mit Versuchsergebnisse deuten darauf hin, daf aktionen mit dem Esterkraftsto ff erweisen einwertigen Alk oholen (Met hanol, Ath a diese Vorgaben bei Anlagen mit unterem sich derzeit noch als ungelo ste Probleme, noI) konn en mit Ausnahme der Dichte die Brenn stoffabbrand und Heizleistungen die weitere Forschung saktivitaten notwen iiber 20 kW ohne grofseren konstruktiven Normanforderungen erfiillt werden (Tab. 1, Sp. 6). Der Grenzwert der Filtrierbarkeit wird jeweils nur fiir die Sommermonate eingehalten, kann jed och durch Zu satz von Additiven er hoht werden. Die Geruchsneutralitat des Kraftstoffs, die hohen Flammtemperaturen, die gute biologische Abbaubarkeit und der geringe Schwefelgehalt (10 bis 500 ppm) sprechen fur den Einsatz der Pflanzenolkraftstoffe. Mit Vork amm er-Dieselmotoren gro beren Hubvolumens ist ein problemloser Betrieb mit nicht umgee stertem Pflanzenol iiber mehrere tausend Betriebsstunden nachgewiesen [3]. Leistun gs- und Verbrauchsmessungen sind in Tabelle 2 zusammengestellt. lin Vergleich zu Dieselbetrieb bleibt die maximale Motorleistung nahezu konstant, der spezifische Kraftstoffverbr auch steigt aufgrund des geringeren Energiegehaltes von Rapsol (gewichtsbezogen etwa 15 %) urn 10 bis 30 %. Mit dem direkteinspritzenden Elsbett-Dieselmotor und der Moglichkeit einer entsprechend en Umriistung von Serienm otoren konnten Vorteile wie Pflanzenoltauglichkeit und gerin gerer Kraftstoffverbrauch gegeniiber Vorkamrner Dieselmotoren genutzt werd en ; Praxiserpro bungen mit mehreren Mot oren wer- dig erscheinen lassen. Aufwand zu verwirklichen sind [7,8]. Tab. 3: Mo torleistung und Kraftstoffv erbrauch eines Dieselm otors (DB OM 352 ATL) vor und nach der Umriistung durch die Fa. Elsbett, Hilpoltstein Dieselol (vor U.) Rapsol (nach U.) Kraftstoff stoff Drehzahl min - I 2600 1600 2600 1600 Leist ung kW 91,8 70 91,8 70 spez. V rbr auch Ver brauch glkWh mVkWh Vh 235 285 26,1 218 264 18,5 270 293 26,9 218 237 16,6 Tab . 4: Versuche mit Rapsolmethylester und Dieselol als Kraftstoff in Dieselmotoren (aus [IJ) Hersteller/ max. Motorleistung min. spezifischer Verbrauch Zylinder zahl R.-OI 0.-01 Pm,,1 R.-Ol 0.-01 berni ni in % Einspritzung kW kW % glkWh glkWh (Gew. (Vol.) Spalte 1 2 3 4 5 6 7 8 HatzillOI'-' 2,4 2,4 0 355 311 + 14,1 + 6,4 Pell er/21DI 8,0 8,1 - 1 366 336 + 8,9 + 1,5 Steyr/4/DI 44,3 42,2 - 5,0 254 234 8,5 + 1,1 VW/4/ID I 37,9 38,4 - 1,4 322 281 + 14,6 + 6,8 VW/4/ID IIT 47,3 49,5 - 4,5 308 288 + 7,0 - 0,4 V W /4/01 32,7 35,8 - 8,7 270 235 + 14,9 + 7,1 MWMl4IDI' 42,7 42,7 0 291 249 +17 + 8,9 - /-/01 18,6 18,6 0 302 262 + 15,3 + 7,4 I) Proze ntuale vcrander ung gegen uber D iese lbetrieb; 2) Krafts toff Rapsethyleste r ; 3) We rle bel CtW3 75 % de r max . Motor leistun g; 4) Werle bez iehe n sich auf gemessene Za pfwe llcn leistung; T ~ Abg asturbolader
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