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Energieautarke Lebensmittelindustrie Realisierung eines innovativen Abfall- und Energie Konzepts

Markus Ortner Institut für Umweltbiotechnologie (BOKU) &

Bioenergy 2020+ GmbH

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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


(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


Fakten II

Wärme

250,000.- € / Jahr (~6.000 MWh)

Strom

500,000.- € / Jahr (~7.000 MWh)

Entsorgung

450,000.- € / Jahr (~15,000 t)


Optimierungpotentiale

Nutzung fossiler Energie-träger

Effizienz des Schlachtbetriebs

Umwelt: Treibhausgasemissionen


Konzept: Eckpunkte

Biogasanlage

Kraft-Wärme Kopplung

Intelligentes Wärme-Netzwerk


Fakten III

Schlachtabfälle


Biogasanlage


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

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


Ausgewählte Schlüssel-Aspekte

■ Wärme Nutzung

■ Spurenelement Versorgung


Wärmebedarf


thermal load profile per week

4% >1000kW

20% > 800kW

30% > 600kW

35% > 200kW

Thermal

power CHP

Abwärme Nutzung / Speicherung


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


Bioverfügbarkeit von Mikro- & Makroelementen

Mikro-elemente

• Kobalt, Nickel, Molybdän, Kupfer

• Essentielle Rolle während der Methanbildung (Enzyme)

Ausreichende Versorgung ?

Messbarkeit ?


Spurenelemente: großer Bereich

■ Der Einsatz von Spurenelementen ist sehr beliebt, aber

wie messe ich die richtige Einsatzkonzentration?


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


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


Weitere optimierte Kernpunkte

■ Rührtechnik

■ Vorbehandlung

■ Entschwefelung

■ Fermenterbeschickung

■ Prozesswasser

■ Temperatur

■ Prozesskontrolle


Kostenübersicht


Treibhausgas-Emissionen


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.


Danke an …

■ Rudolf Grossfurtner

■ Alexander Schumergruber

■ Tobias Pröll

■ TU Wien

■ IFA Tulln

■ BE2020+

■ FFG (project funding)



Danke für Ihre

Aufmerksamkeit !

Kontakt


Markus Ortner

- Institute of Environmental Biotechnology /

University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna

- Bioenergy 2020+ K1-Centre

tel: +43-2272-66280-536




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