Anbau von Energiepflanzen - Ganzpflanzengewinnung mit ...

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Luftstickstoff in das Analysensystem wird durch Spülzyklen und ständige Beaufschlagung des Gerätes mit Helium unterbunden. Somit stammt der in den Analysator gelangende Stickstoff ausschließlich aus der Verbrennung der Probe. Die Rauchgase werden anschließend aufgefangen und mittels eines Adsorptionssäulensystems in die Einzelkomponenten CO 2, H 2O, SO 2 und elementarer Stickstoff aufgetrennt. Diese Komponenten haben unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten. Sie werden einzeln einer Wärmeleitfähigkeitszelle zugeführt und die Massenanteile integrativ bestimmt. Aufgrund des bekannten Probengewichtes ist eine Rückrechnung auf die Gehalte an C, H, N und S des Brennstoffes möglich. Die in den Proben befindliche Chlormenge wird über eine naßchemische Analyse bestimmt. Da die Hauptbestandteile von Brennstoffen in ihrem Rohzustand Wasser (Feuchtigkeit), Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Chlor, Mineralstoffe (Asche) sowie der bereits gebundene Sauerstoff sind und erstere durch Analysen bestimmt werden, läßt sich der Sauerstoffgehalt als Rest errechnen. Aus der Kohleanalytik sind empirische Formeln zur Bestimmung des unteren Heizwertes aus der Elementaranalyse bekannt. Unterschieden wird dabei zwischen älteren Brennstoffen wie Steinkohle und jüngeren Brennstoffen wie Braunkohlen. Für Biomassen, die in die Kategorie jüngste Brennstoffe einzuordnen wären, ergeben diese Berechnungsformeln jedoch keine hinreichend genauen Ergebnisse. Der Heizwert muß also über den Brennwert experimentell-rechnerisch ermittelt werden. Der Brennwert wird im Labor mittels eines Bomben-Kalorimeters bestimmt. Der untere Heizwert H u wird mit folgender Formel, in die noch der Brennstoffwassergehalt und der Wasserstoffgehalt einfließen, errechnet: H u = H o - 24,41 x Wassergehalt (%) - 218,1 x H 2-Gehalt (%) Der Brennwert H o (oberer Heizwert) unterscheidet sich vom unteren Heizwert H u durch die Verdampfungsenthalpie: a.) des Wassers, das durch die Brennstoffeuchtigkeit in das Rauchgas gelangt, b.) des Wassers, das durch die Oxidation des im Brennstoff enthaltenen Wasserstoffes im Rauchgas enthalten ist. Der Brennwert H o unterscheidet sich somit umso weniger vom Heizwert H u, je trockener ein Brennstoff ist und je niedriger der Wasserstoffgehalt des Brennstoffes ist. Bei der Verbrennung von reinem Kohlenstoff ist der Brennwert gleich dem Heizwert. Hierbei ist zu bemerken, daß beim Einsatz von modernen Brennwertkesseln, wie sie schon vielfach bei Gasheizungen anzutreffen sind (für die Holzverbrennung befinden sie sich momentan noch in der Entwicklungsphase), der im Rauchgas vorhandene Wasserdampf auskondensiert und die freiwerdende Wärme genutzt wird. Somit kann bei dieser Technik der "obere Heizwert" als zur Verfügung stehende Wärmemenge angesehen werden. In der landwirtschaftlichen Terminologie wird der Anteil an Wasser im Rohstoff in der Regel als Feuchte oder Feuchtigkeit angegeben. Dies ist der Wasseranteil bezogen auf die Trockensubstanz. In der Verfahrenstechnik wird üblicherweise mit dem Wassergehalt gerechnet. Dies ist der Anteil an Wasser auf die Rohprobe bezogen. Die Feuchtigkeit (u) bzw. der Wassergehalt (w) berechnen sich nach folgenden Formeln: Feuchtigkeit u = m Wasser / m Probe atro Wassergehalt w = m Wasser / m Probe roh m Wasser m Probe roh m Probe atro Gewicht des Wassers in der Probe Gewicht der Probe im Rohzustand Gewicht der Probe absolut trocken Der Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt und der Feuchte verläuft nicht linear (s. Abb. 1). Für Werte kleiner 5 % unterscheiden sich Wassergehalt und Feuchte praktisch nicht. Dem Wassergehalt von 50 % entsprechen dagegen 100 % Feuchte. Alle in dieser Arbeit angegebenen Analysenwerte stellen den Wassergehalt w dar. 6
60 w = 100 * u / (100 + u) 50 Wassergehalt w (%) 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Feuchtigkeit u (%) Abb. 1: Zusammenhang zwischen Feuchtigkeit (u) und Wassergehalt (w) 4.4.2 Sonstige Untersuchungen Die Energiepflanzen aus den Anbauversuchen wurden bei der Staatlichen Landwirtschaftlichen Untersuchungs- und Forschungsanstalt (LUFA) Augustenberg zusätzlich auf den Rohproteingehalt der Ganzpflanze (oberirdisch) sowie des Korns untersucht. Das angewandte Verfahren entspricht den dort üblichen, anerkannten Analysenmethoden. Dasselbe gilt für die durchgeführten Bodenuntersuchungen (Bodenstickstoffvorrat N min, Grundnährstoffe und Parameter wie pH, Humus usw.). Die Untersuchungen der Biomassepflanzen auf Lignin-, Holocellulose-, Cellulose-, Rohcellulose- und den Hemicellulose(Pentosan-)gehalt wurden vom Wilhelm-Klauditz-Institut der Fraunhofer-Arbeitsgruppe für Holzforschung in Braunschweig nach genau definierten Analysemethoden durchgeführt. Die Kornverluste beim Ernteverfahren Schwadmäher und Quaderballenpresse für Getreideganzpflanzen wurde folgendermaßen bestimmt: Im Jahr 1994 wurden die Körner nach der Ernte mit der Ballenpresse in der beernteten Großparzellen auf vier zufällig verteilten Teilstücken à 1 m² gezählt. Dabei wurden die ‘Ballenabwurfstellen’ jedoch vermieden. Die Zahl der Körner wurde mit dem ermittelten Tausendkorngewicht (TKG) auf Trockenmasse pro Hektar (dt TM/ha.) umgerechnet. Im Jahr 1995 und 1996 wurden die Körner durch Absaugen mittels Staubsauger auf 4x1m² erfaßt und durch Auswiegen der gesiebten und gereinigten Körner die Kornverluste errechnet. 4.5 Verbrennungsversuche Die Versuche zur Mitverbrennung von Kohle und Biomasse wurden in der 500 kW-Kohlestaubverbrennungsanlage (KVSA) des IVD Stuttgart durchgeführt. 7
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