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Energieautarke Lebensmittelindustrie Realisierung eines innovativen Abfall- und Energie Konzepts
Markus Ortner Institut für Umweltbiotechnologie (BOKU) &
Bioenergy 2020+ GmbH
email: [email protected]
email: [email protected]
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
4.12.2013 St.Pölten
(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
4.12.2013 St.Pölten
Fakten II
Wärme
250,000.- € / Jahr (~6.000 MWh)
Strom
500,000.- € / Jahr (~7.000 MWh)
Entsorgung
450,000.- € / Jahr (~15,000 t)
4.12.2013 St.Pölten
Optimierungpotentiale
Nutzung fossiler Energie-träger
Effizienz des Schlachtbetriebs
Umwelt: Treibhausgasemissionen
4.12.2013 St.Pölten
Konzept: Eckpunkte
Biogasanlage
Kraft-Wärme Kopplung
Intelligentes Wärme-Netzwerk
4.12.2013 St.Pölten
Fakten III
Schlachtabfälle
4.12.2013 St.Pölten
Biogasanlage
4.12.2013 St.Pölten
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
4.12.2013 St.Pölten
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
4.12.2013 St.Pölten
Ausgewählte Schlüssel-Aspekte
■ Wärme Nutzung
■ Spurenelement Versorgung
4.12.2013 St.Pölten
Wärmebedarf
4.12.2013 St.Pölten
thermal load profile per week
4% >1000kW
20% > 800kW
30% > 600kW
35% > 200kW
Thermal
power CHP
Abwärme Nutzung / Speicherung
4.12.2013 St.Pölten
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
4.12.2013 St.Pölten
Bioverfügbarkeit von Mikro- & Makroelementen
Mikro-elemente
• Kobalt, Nickel, Molybdän, Kupfer
• Essentielle Rolle während der Methanbildung (Enzyme)
Ausreichende Versorgung ?
Messbarkeit ?
4.12.2013 St.Pölten
Spurenelemente: großer Bereich
■ Der Einsatz von Spurenelementen ist sehr beliebt, aber
wie messe ich die richtige Einsatzkonzentration?
4.12.2013 St.Pölten
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
4.12.2013 St.Pölten
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
4.12.2013 St.Pölten
Weitere optimierte Kernpunkte
■ Rührtechnik
■ Vorbehandlung
■ Entschwefelung
■ Fermenterbeschickung
■ Prozesswasser
■ Temperatur
■ Prozesskontrolle
4.12.2013 St.Pölten
Kostenübersicht
4.12.2013 St.Pölten
Treibhausgas-Emissionen
4.12.2013 St.Pölten
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.
4.12.2013 St.Pölten
Danke an …
■ Rudolf Grossfurtner
■ Alexander Schumergruber
■ Tobias Pröll
■ TU Wien
■ IFA Tulln
■ BE2020+
■ FFG (project funding)
4.12.2013 St.Pölten
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: [email protected]
email: [email protected]