Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Ziel dieses abgeschlossenen Projekts war, die Umweltfreundlichkeit der Stromgewinnung aus landwirtschaftlicher Biogasproduktion zu bestimmen, um beurteilen zu können, ob dieser Strom als Ökostrom unter dem Label "naturemade star" verkauft werden kann. Es wurden verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Substratzusammensetzungen (verschiedene Güllen mit Cosubstraten), Baumaterialien (Stahl und Beton) und unterschiedlichen BHKW zur Energiefreisetzung gerechnet. Als Standardvariante wurde eine Mischgülle (Rind/Schwein = 50/50) ohne bzw. mit 2 m3 Cosubstrat in einem Betonfermenter à 300 m3 Inhalt vorgegeben.Die Gewichtung der Folgen, welche durch die Emissionen bei Bau, Betrieb und Abbruch der Anlagen in verschiedenen Wirkungskategorien bewirkt werden, erfolgte mit EcoIndicator 2000. Die Resultate mehrerer Rechengänge, bei welchen auch Sensitivitäten getestet wurden, zeigen einerseits die Vorteile der Gewinnung erneuerbarer Energie. Andererseits jedoch schlagen vor allem die Ammoniak-Mehremissionen der Biogasgülle sehr stark zu Buche. Diese entstehen hauptsächlich beim und unmittelbar nach dem Austragen.Es zeigte sich, dass die Stromgewinnung aus landwirtschaftlichem Biogas den Grenzwert von 3'875 EI'99-Punkten überschreitet, sofern keine flankierenden Massnahmen ergriffen werden: Durch die Abdeckung des/eines Nachgärbehälters werden einerseits Lachgasemissionen aus der sonst aeroben Schwimmdecke wie auch Ammoniakemissionen verhindert. Andererseits wird das stark treibhausaktive Methan aufgefangen und gleichzeitig einer zusätzlichen energetischen Nutzung zugeführt. Diese Massnahmen bewirken, dass der Grenzwert i.d.R. unterschritten werden kann. Stärker zu Buche schlägt die Umstellung der Güllenbewirtschaftung von Ausspritzen ab Rohr oder Druckfass auf ein umweltverträglicheres Verfahren, wie z.B. Schleppschlauchverfahren. Bei Umstellung der Güllenbewirtschaftung werden die Einsparungen der Umweltbelastung deutlich grösser als die durch die Anlage bewirkten Mehrbelastungen.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
arbi GmbH
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Edelmann,Werner
Schleiss,Konrad
Engeli,Hans
Baier,Urs
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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In der Studie "Ökobilanz der Stromgewinnung aus landwirtschaftlichem Biogas" wird die Umweltfreundlichkeit der Stromgewinnung aus landwirtschaftlichem Biogas mit der Bilanzierungsmethode Ecoindicator'99 untersucht. Ziel der Arbeit war, abzuklären, ob für Strom aus landwirtschaftlichem Biogas prinzipiell die Möglichkeit der Vergabe des Labels "naturemade star" für besonders umweltfreundlichen Ökostrom besteht.Das methodische Vorgehen wird im Detail beschrieben. Es wurden zwei Bauweisen der Anlage (Stahl und Beton) verglichen unter Variierung von Substraten (Güllen von Schwein, Milchvieh, bzw. Mischgülle mit und ohne Zugabe von Cosubstrat) sowie unter Variierung von Emissionen (Reduktion der Ammoniakemissionen, Nutzung der Nachgärung unter Reduktion der Methan- und Lachgasemissionen, erhöhte Methanemissionen aus der Lagerung unvergorener Gülle sowie unter Einsatz von verschiedenen Aggregaten zur Stromgewinnung). Verschiedene Sensitivitäten wurden gerechnet und anschliessend diskutiert, um die Beeinflussung des Resultats durch einzelne Parameter abzuklären.Es kann festgehalten werden, dass die Stromgewinnung aus landwirtschaftlichem Biogas auch ohne Optimierungsmassnahmen umweltfreundlicher ist als die konventionelle Energiegewinnung aus fossilen Energieträgern. Für das Unterschreiten der stark einschränkenden Bedingungen des Labels "naturemade star" von aktuell 3'875 EI'99-Punkten/TJ Strom (Optik: Hierarchist) ist jedoch mindestens die Abdeckung des Güllenlagers zwecks Nutzung der Nachgärung bei gleichzeitiger Reduktion der Methan- und Lachgasemissionen erforderlich.Als Referenzwert wurde die Bewirtschaftung von nicht vergorener Gülle herangezogen, d.h. es wurden nur die durch die Biogasgewinnung hervorgerufenen Mehrbelastungen betrachtet. Die Ökobilanz zeichnet sich durch Unsicherheiten aus bei den gasförmigen Emissionen (Ammoniak, Lachgas, Methan), welche einen starken Einfluss auf das Resultat ausüben. (Ammoniak ist für mehr als die Hälfte der Umweltbelastung des Prozesses verantwortlich). Die gasförmigen Emissionen werden durch eine sehr grosse Anzahl von Parametern beeinflusst, welche von Betrieb zu Betrieb sehr unterschiedlich sein können (Betriebstyp, Fütterung, Aufstallung, Art der Lagerung, Bodenbeschaffenheit, Bewirtschaftung von Gülle und Wasser etc.). Gleichzeitig werden die gasförmigen Emissionen durch Bakteriengemeinschaften bewirkt, welche ihrerseits wieder von verschiedensten abiotischen Umweltfaktoren beeinflusst werden. Unter diesen Prämissen können trotzdem die folgenden Aussagen als gesichert gelten:- Die heutige Landwirtschaft, insbesondere die Bewirtschaftung der Hofdünger, ist stark umweltbelastend und trägt massgebend zu den schweizerischen Emissionen von Ammoniak, Methan und Lachgas bei. Dadurch, dass die Hofdünger während des Abbaus im Lager nicht in Kontakt mit Boden und Pflanzen sind, kann der mineralische Stickstoff nicht gebunden werden; er verflüchtigt sich teilweise bereits im Lager und speziell beim und unmittelbar nach dem Ausbringen als Ammoniak und auch als Lachgas.- Die landwirtschaftliche Biogasgewinnung verstärkt die Emissionen insbesondere beim sehr stark umweltschädlichen Ammoniak: Durch den optimierten anaeroben Abbau werden mehr Kohlenstoffverbindungen abgebaut und daher mehr Stickstoff mineralisiert. Mehr Ammonium bei gleichzeitig höherem pH führt zu mehr Emissionen, welche in der Bilanz stark zu Buche schlagen. Ohne flankierende Massnahmen ist die landwirtschaftliche Biogasverstromung daher unter dem Label "naturemade star" nicht ökostromtauglich- Gesichert ist, dass die Nutzung der Nachgärung (durch Abdeckung zumindest des ersten Lagerbehälters) die Methan- und auch Lachgasemissionen stark reduziert. Diese Verbesserung hat im Vergleich zum Referenzsystem (Lagerung und Ausbringen unbehandelter Gülle) zur Folge, dass ein bedeutender Teil der durch die Biogasgewinnung hervorgerufenen Mehrbelastung verhindert, bzw. kompensiert werden kann.- Gesichert ist ebenfalls, dass die Ammoniakemissionen ganz beträchtlich reduziert werden können, indem für die Gülle schonende Ausbringmethoden zu günstigen Zeiten angewendet werden. Sofern der Bauer seine Güllenbewirtschaftung von Versprühen auf Schleppschlauchverfahren umstellt, ist die Reduktion der Umweltbelastung mehrfach grösser als die durch die Biogasgewinnung bewirkte Mehrbelastung.Für die in Haus und Hof genutzte Abwärme wurde eine Gutschrift im Umfang der Belastung bei Bereitstellung derselben Wärmemenge mit Erdgas in einem LowNOx-Gaskessel erteilt. Tabelle A zeigt die Performances von Rechenvarianten unter Gutschrift für genutzte Wärme.Verschiedene Überlegungen, welche jedoch kaum exakt quantifizierbar sind, sprechen für ein besseres Abschneiden der Biogasgülle. Im Diskussionsteil werden diese Überlegungen ausführlich besprochen. Unter Berücksichtigung dieser Argumente kann auch das Zündstrahl-BHKW, welches infolge des Einsatzes von Zündöl eine leicht schlechtere Performance aufweist als ein Magermotor oder ein Motor mit Katalysator, bei Nutzung der Nachgärung prinzipiell Ökostromtauglichkeit erreichen.Es wird empfohlen, für die Erteilung des Labels ?naturemade star? für Strom aus der landwirtschaftlichen Biogasgewinnung folgende Minimalbedingungen zu fordern:_ Der Güllelagertank muss als Nachgärbehälter ausgestattet werden, _ Der Landwirt verpflichtet sich, die Gülle immer möglichst umweltschonend auszubringen,_ Der Landwirt verpflichtet sich, den Wärmebedarf seines Hofs so weit als möglich mit der Abwärme des BHKW zu decken und_ die Betriebsdaten der Anlage regelmässig zur Kontrolle zu erfassen._ Sofern der Landwirt ein Zündstrahl-BHKW betreibt, verpflichtet er sich, den Zündölverbrauch nach neuestem technischen Stand weitestmöglich zu senken. Die erhobenen Betriebsdaten erlauben zusammen mit bei der Zertifizierung erhobenen Anlagedaten (Bauweise, Isolation der Komponenten, Grösse, BHKW-Typ etc.) die Bilanzierung der jeweiligen Anlage in einem Kenngrössenmodell.Auf die zwingende Forderung nach der Nutzung der Nachgärung könnte bei der Zertifizierung eines Betriebs u.U. dann verzichtet werden, wenn der Betreiber gleichzeitig mit dem Bau der Biogasanlage sein Güllenmanagement auf Schleppschlauchverfahren umstellt, da dann die Einsparungen durch schonendes Güllenmanagement auf jeden Fall deutlich grösser als die gesamten Mehrbelastungen durch die Biogasanlage sind.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
arbi GmbH
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Edelmann,Werner
Schleiss,Konrad
Engeli,Hans
Baier,Urs
Zugehörige Dokumente
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