Area C-II-2 Biogas · Überblick I Schlachthof •Energie intensive Prozesse •2 Kostenfaktoren...

Energieautarke Lebensmittelindustrie Realisierung eines innovativen Abfall- und Energie Konzepts

Markus Ortner Institut für Umweltbiotechnologie (BOKU) &

Bioenergy 2020+ GmbH

email: markus.ortner@bioenergy2020.eu

email: markus.ortner@boku.ac.at

Inhalt

■ Überblick Schlachthof

■ Energie

■ Abfall

■ Kosten

■ Abfall-/Energiekonzept

■ Alt/neu

■ Technische Herausforderungen

■ Ausgewählte Aspekte

■ Einsparungspotential

4.12.2013 St.Pölten

Überblick I

Schlachthof

• Energie intensive Prozesse

• 2 Kostenfaktoren

• Energieversorgung und Entsorgung (BSE-Krise)

Kosten I

• Erdgas 12,5 25,0 €/MWh (2004 – 2010)

• Strom 29,0 73,0 €/MWh (2003 – 2010)

Kosten II

• 15 – 50 €/t Entsorgung

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(source: e-control Austria)

www.energis.de

www.flickriver.com

Fakten I

65.000 m2 Fläche

450 Angestellte

200 Mio € Jahresumsatz

Schlachtung

• 550.000 heads/year (Schwein)

• 50.000 heads/year (Rind)

Größter Schlacht-/Zerlegebetrieb in Österreich

Forschungspartner seit 7 Jahren

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Fakten II

Wärme

250,000.- € / Jahr (~6.000 MWh)

Strom

500,000.- € / Jahr (~7.000 MWh)

Entsorgung

450,000.- € / Jahr (~15,000 t)

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Optimierungpotentiale

Nutzung fossiler Energie-träger

Effizienz des Schlachtbetriebs

Umwelt: Treibhausgasemissionen

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Konzept: Eckpunkte

Biogasanlage

Kraft-Wärme Kopplung

Intelligentes Wärme-Netzwerk

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Fakten III

Schlachtabfälle

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Biogasanlage

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AD-PLANT

Slaughter capacity

[heads(pigs)/week] 10,000 – 13,000

Waste material

[t/week] 170 – 230

Fermenter size [m3] 2400

(1x600, 2x900)

Fermentation type MONO-

Fermentation

Input [m3/day] 50-55

OLR [kg oTS/m3*day-1] 2.5 - 3

NH4-N [g/kg] 8.5 - 10

CHP [kW el] 525

Sulphur total [mg/kg

TS] 5500 - 6500

H2S Biogas [ppmv] 1500 - 2300

Methane [%v] 67-69%

1. Biogasanlage

weltweit (2003) mit

ausschließlich

Schlachtabfällen

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Anaerobe Verwertung von Schlachtabfällen

Herausforderungen

• Substrate

• Protein

• Monofermentation

Prozess Technologie

• Pasteurization

• Schaumbildung

• Geruch

• Wärmetauscher (Wärmeübergang, fouling)

Mikrobiologie - Inhibierung

• (bio-) chemische Reaktionen

• NH4, H2S, VFA

• Unzureichende Mikroelementversorgung

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Ausgewählte Schlüssel-Aspekte

■ Wärme Nutzung

■ Spurenelement Versorgung

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Wärmebedarf

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thermal load profile per week

4% >1000kW

20% > 800kW

30% > 600kW

35% > 200kW

Thermal

power CHP

Abwärme Nutzung / Speicherung

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Gas-Storage

GeothermalPower

Slaughterhouse-wastes

De-sulphuri-

sation

Slaughter-house

95°C

70°C

85°CPasteuri-

sation70°C / 60min

CHPMax. 500 kW

HotWater

StorageTank

200m³

Spurenelemente

■ Verbesserter Metabolismus

■ Geringere Konzentrationen an Zwischenprodukten

(Fettsäuren)

■ Höhere spezifische Gasausbeuten

■ Entscheidend:

■ Qualität und Quantität

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Bioverfügbarkeit von Mikro- & Makroelementen

Mikro-elemente

• Kobalt, Nickel, Molybdän, Kupfer

• Essentielle Rolle während der Methanbildung (Enzyme)

Ausreichende Versorgung ?

Messbarkeit ?

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Spurenelemente: großer Bereich

■ Der Einsatz von Spurenelementen ist sehr beliebt, aber

wie messe ich die richtige Einsatzkonzentration?

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Bischofsberger et al.

(2005)

Weiland (2006) Kloss (1986) Seyfried et al.

(1990)

Mundrack und Kunst

(2003)

Takashima und

Speece (1990)

Sahm

(1981)

Probeheim et al

(2010)

[mg/L]

B 0,001-11

Ca >0,54-40

Co 0,06 0,003-0,06 0,5-20 0,003-0,06 0,003-0,06 >0,00059-0,12 0,06 0,024-10

Cu 0,005-50 0,005-52

Fe 1-10 10-200 1-10 1-10 >0,28-50,4 0,06-64

Mg 360-4800

Mn 0,005-50 0,005-55

Mo 0,05 0,005-0,05 0,1-0,35 0,005-0,05 0,005-0,05 >0,00096-0,048 0,05 0,16-50

Ni 0,006 0,005-0,5 0,5-30 0,005-0,5 0,005-0,5 0,0059-5 0,006 0,024-0,62

S 0,079-0,79

Neue Bestimmungsmethode am IFA Tulln

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sampling pretreatment 1 fraction analysis results

sampling pretreatment sequential extraction

5 fractions analysis results

Standard Methode: keine ausreichenden Informationen

Neue Methode: Detail-Information

Neue Methode erlaubt

■ Aussagen über Bioverfügbarkeit einzelner Elemente

■ Maßgeschneiderte Dosierung

■ Geringere Schwermetallbelastung im Gärrest

■ Senkung der Bereitstellungskosten

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Weitere optimierte Kernpunkte

■ Rührtechnik

■ Vorbehandlung

■ Entschwefelung

■ Fermenterbeschickung

■ Prozesswasser

■ Temperatur

■ Prozesskontrolle

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Kostenübersicht

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Treibhausgas-Emissionen

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Zusammenfassung

■ Erfolgreiche Umsetzung eines Abfall- und Energiekonzept auf Basis Biogas in einem der größten Schlachthöfe Österreichs

■ Stabiler Biogasprozess bei cNH4 > 8,5 g/kg

■ Maßgeschneiderte Spurenelementdosierung

■ Geringe Fettsäurebelastung

■ Komplette Wärmeauskopplung

■ Selbstversorgung Betrieb zum großen Teil möglich

■ Wärme 70-100%

■ Strom 50-60%

■ Jährliche Kostenreduktion Im Bereich Energiebereitstellung und Entsorgung 75%

■ Treibhausgaseinsparung ca. 3,2 Millionen kg CO2 eq.

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Danke an …

■ Rudolf Grossfurtner

■ Alexander Schumergruber

■ Tobias Pröll

■ TU Wien

■ IFA Tulln

■ BE2020+

■ FFG (project funding)

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4.12.2013 St.Pölten

Danke für Ihre

Aufmerksamkeit !

Kontakt

4.12.2013 St.Pölten

Markus Ortner

- Institute of Environmental Biotechnology /

University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna

- Bioenergy 2020+ K1-Centre

tel: +43-2272-66280-536

email: markus.ortner@bioenergy2020.eu

email: markus.ortner@boku.ac.at