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Energie

Weiteres Engagement für die Rübe

von , am
18.09.2014

Die Vergärung von Zuckerrüben bietet noch Potenzial für Verbesserungen. Deshalb werden jetzt neue Silos und Fermenter erprobt. Nachfolgend weitere Informationen dazu.

Betrieb Vering: Um die Biogasanlage ganzjährig mit Rüben versorgen zu können, werden die Rüben mit einem Schredder zerkleinert und flüssig in einem mit Folie ausgekleideten Rübensilo-Doppeltank einsiliert. © Gaul

Als Alternativkultur zum Mais hat die Zuckerrübe in den letzten Jahren an Bedeutung für die Biogasproduktion gewonnen. Dies gilt gerade auch für Niedersachsen, wo der Zuckerrübenanbau für Biogasanlagen auch in Gebieten Einzug gehalten hat, in denen er für die Zuckerproduktion bislang nicht üblich war. Das trifft etwa auf das Emsland zu.

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung hat die Zuckerrübe ein hohes Methanbildungspotenzial. In den herkömmlichen Rührkesselfermentern kann dieses Potenzial jedoch nicht vollständig genutzt werden. Während des Silierprozesses bilden sich große Mengen organischer Säuren und Alkohol, die zu einer beschleunigten Abbaudynamik im Fermenter führen. Ihr Anteil am Substrat-Input ist begrenzt, weil mit Rübensilage allein auf Grund ihrer geringen Pufferkapazität kein stabiler Gärprozess möglich ist.

An der Universität Rostock wird nun ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich das hohe Leistungspotenzial von Zuckerrübensilage ausschöpfen lässt. Mit einem neuartigen Fermentertyp und der Zugabe von prozessstabilisierenden Additiven sollen hohe Raumbelastungen bei gleichzeitig kürzeren Verweilzeiten realisiert werden.

Empfindliche Bakterien

Die methanbildenden Bakterien benötigen für ihr mikrobielles Wachstum zum Teil länger als zehn Tage. Durch diese lange Zeit ist es ihnen nicht möglich, sich schnell an neue Bedingungen im Fermenter anzupassen oder ihren Bestand zu regenerieren. Kürzere Verweilzeiten der Zuckerrübensilage stehen dem entgegen. Außerdem besteht die Gefahr, dass wertvolle methanbildende Bakterien aus der Biogasanlage gespült werden und ein Versäuerungsprozess im Fermenter stattfindet. Für einen stabilen Gas-ertrag muss also der Biogasprozess verändert werden, um auch mit höheren Anteilen von Zuckerrübensilage am Sub-stratmix arbeiten zu können.

Bei den Voruntersuchungen im kontinuierlichen Betrieb wurde geprüft, welche maximalen Raumbelastungen bei stabilen Prozessbedingungen möglich sind und wie sich der Einsatz von puffernden Additiven, besonders etwa von Natriumhydrogencarbonat, auf die Stabilität des Biogasprozesses auswirkt. Grundsätzlich weist die organische Substanz der Zuckerrübensilage eine gute Fermentierbarkeit auf.

Durch die organischen Säuren und Alkohole, die während der Silierung entstehen, hat die Zuckerrübe beim anschließenden Einsatz als Biogassubstrat einen hohen Anteil leicht flüchtiger Substanzen. Die hohen Säuregehalte führen zur Instabilität des Gärprozesses und zu einer Reduzierung der Pufferkapazität. Diese Schwankungen im bakteriellen Milieu verhindern, dass sich die Mikroorganismen über einen längeren Zeitraum an das Substrat anpassen können.

Fermenter anpassen

Wie kann nun ein Fermenter an die bessere Vergärung von Zuckerrüben angepasst werden? Durch die geringere Verweilzeit sollte den Mikroorganismen eine größere Ansiedlungsfläche geboten werden. Bei den sogenannten Festbettreaktoren besteht das Fermentervolumen zu einem großen Teil aus Trägermaterialien, die als Aufwuchsfläche für Mikroorganismen dienen.

Für den Versuch an der Uni Rostock ist daher der Einsatz eines solchen Festbettregisters geplant. Das Festbett, das aus Kunststoffmaterial besteht und in seiner Struktur an Lockenwickler erinnert, soll in das Substrat eingetaucht und gedreht werden können. Um die Rührfähigkeit zu gewährleisten, müssen auch die Rührwerke verändert werden.
Durch den Einsatz von Natriumhydrogencarbonat als Hilfsstoff kann der pH-Wert angehoben und so einer Versäuerung entgegengewirkt werden. Damit stabilisiert sich der Biogasprozess. Dieser Hilfsstoff hat sich bereits bei kontinuierlicher Anwendung bewährt und steht kostengünstig zur Verfügung.

Die Wissenschaftler der Uni Rostock erwarten vom Versuch eine Steigerung der Biogasausbeuten und einen stabileren Prozessverlauf. Damit ließe sich der Einsatz von Zuckerrüben als Substrat in Biogasanlagen optimieren, so dass künftig ein größerer Anteil von Mais durch Zuckerrüben ersetzt werden könnte.

Das hat auch Vorteile für den Schutz des Grundwassers, weil sich mit Zuckerrüben die Nitratbelastungen reduzieren ließen. Denn ab dem Zeitpunkt der Abreife von Mais sind in der Praxis häufig Mineralisierungsschübe durch Nährstofffreisetzung zu beobachten. Die Folge ist eine Nitratbelastung des Grundwassers im Herbst und in den Wintermonaten.
Die Photosynthese der Rüben wird dagegen erst durch die Ernte unterbrochen, die für die Biogasproduktion am besten erst im Spätherbst, unter günstigen Boden- und Witterungsverhältnissen sogar erst ausgangs des Winters erfolgt.

Neuartiges Silo


Im letzten milden Winter sind die Rüben auch bei Hans-Georg Vering auf dem Feld stehen geblieben und wurden erst im Frühjahr gerodet. Der Landwirt und Biogasanlagenbetreiber baut im westlichen Münsterland Zuckerrüben in einem Wasserschutzgebiet an. Von seiner Anbaufläche von 30 ha sind nur 2 bis 3 ha für die Zuckerfabrik bestimmt. Ernte und Abreinigung erfolgen mit alter, eigener Technik.

Um die Biogasanlage ganzjährig mit Rüben versorgen zu können, werden die Rüben mit einem Schredder zerkleinert und flüssig in einem Rübensilo-Doppeltank einsiliert. Dabei handelt es sich um einen verzinkten Stahlsilo mit Fundament, der innen komplett mit Lagunenfolie ausgekleidet ist. So sollen die Vorteile einer Lagune mit denen eines Hochsilos kombiniert werden.
Im Vergleich zur Lagune ist die Oberfläche reduziert, damit können die Verluste durch Atmung eingeschränkt werden. Die Silage wird auch nicht mit Niederschlägen verdünnt. Durch die Bauform wird auch weniger Fläche auf der Biogasanlage in Anspruch genommen. Außerdem braucht kein Sickersaft oder Oberflächenwasser aufgenommen, gelagert oder behandelt werden.

Der verzinkte Hochsilo wird im Wickelfalzverfahren hergestellt, die Innenauskleidung mit der Lagunenfolie kommt von einer niederländischen Firma. Sie schützt Fundamentplatte und Silowand gegen die aggressiven Silosäfte. Das ist vorteilhafter als die Schutzbeschichtungen von Beton-Hochsilos, wo es in der Vergangenheit bereits Haltbarkeitsprobleme bei der aggressiven Flüssigsilage gegeben hat.

Durch die zweischalige Bauweise ist die von den Behörden geforderte "Leckerkennung" möglich. Die ansonsten unter dem Fundament vorgeschriebene Erkennung kann entfallen, was Baukosten sparen kann. Im Vergleich zu anderen Varianten der Silolagerung ist der Rübensilo-Doppeltank, der unter dem Namen "Rüsidop" vermarktet wird, preisgünstig.

Fazit
  • Zuckerrüben können den Maisanteil in der Biogasanlage  zum Teil ersetzen
  • Die Vergärung von Zuckerrüben kann durch neuartige Fermenter stabilisiert werden
  • Die Lagerung von Zuckerrübenbrei kann auch im Hochsilo bei geringerem Platzbedarf verlustfrei erfolgen.
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