Optimierung der Beschaffungs- und Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen

Technische und ökonomische Analyse sowie Darstellung von Verbesserungsmöglichkeiten für verschiedene Systeme der Bereitstellungs- und Entsorgungslogistik bei Biogasanlagen.

Kurzbeschreibung

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Im Rahmen dieses Projektes wurden die der Biogastechnologie vorgelagerten Bereiche Rohstoffbeschaffung und Rohstofflagerung sowie die nachgelagerten Bereiche Gärrest-aufbereitung und Gärrestausbringung erfasst, bewertet und Optimierungspotentiale aufgezeigt. Ziel war es, die Wertschöpfung der Biogasproduktion aus agrarischen Rohstoffen durch logistische Maßnahmen sowohl auf der Eingangs- als auch auf der Ausgangsseite der Biogasanlage zu erhöhen und Möglichkeiten zur Systemoptimierung entlang der logistischen Kette aufzuzeigen. Die Datengrundlage wurde auf insgesamt 16 österreichischen Biogasanlagen mittels detaillierter Erhebungen, Messungen und Datenaufzeichnungen erfasst. Die Ergebnisse der Analysen im Bereich der Substratbereitstellung, Separierung und Biogasgülleausbringung flossen in ein Optimierungsmodell mit dem Programm GAMS ein. Das Modell ermöglicht die simultane Optimierung des Anbaus, der Ernteverfahren und der Erntelogistik sowie der Biogasgülleausbringung unter unterschiedlichen betrieblichen Rahmenbedingungen. Die Ergebnisse des Projektes liefern Lösungsansätze zur Optimierung von Transportvorgängen in der Peripherie der Biogasproduktion. Die Anzahl der Transportfahrten wird verringert, was zu einer Entlastung der Anrainer führt und die Akzeptanz von Biogasanlagen in der Bevölkerung erhöht.

Die Ergebnisse im Bereich der Beschaffungslogistik zeigen, dass eine optimale Abstimmung von Motorleistung und Arbeitsbreite der Erntemaschine die Voraussetzung für deren optimale Auslastung ist. Bei Kulturen, die vor dem Häckseln gemäht werden, ist die Schwadgröße mit ausschlaggebend für die mögliche Auslastung des Häckslers. Neben der Feld-Hofentfernung haben das Ladevolumen, die Ladedichte, die erzielbare Fahrgeschwindigkeit und die Anzahl der Transportfahrzeuge wesentlichen Einfluss auf den durch die Transportkette erzielten Massenstrom. Besonderes Augenmerk ist auf die Optimierung der Übernahme des Erntegutes beim Lager zu legen, um eine fehlerfreie Erfassung der Herkunft, des Gewichtes und der Trockensubstanz sicherzustellen und um Wartezeiten der Transportfahrzeuge zu vermeiden.

Durch die Separierung des Gärrückstandes wird der Gärrückstand in eine transportwürdige, lagerfähige und gut handhabbare Form gebracht, mit der ein Nährstoffexport preiswürdig realisiert werden kann. Die Untersuchungen mit zwei verschiedenen Separatortypen zeigen, dass der Pressschneckenseparator für Biogasgülle eindeutig besser geeignet ist als der Siebtrommelseparator. Besonders die hohen Durchsatzleistungen und die guten Abscheidegrade sprechen für den Pressschneckenseparator. Weitere Vorteile sind der geringe Arbeitszeitbedarf während des Betriebs und die Wartungsfreundlichkeit. Um mit dem Siebtrommelseparator ähnliche Ergebnisse zu erreichen, müssten vor allem die Kunststoffdruckwalze und das Trommelsieb an die in modernen Biogasanlagen vorherrschenden substratspezifischen Gegebenheiten, vor allem Temperaturen und TS-Gehalt angepasst werden.

Bei der Gärrestausbringung mit Güllefässern hat die Fassgröße neben der Transportentfernung den entscheidenden Einfluss auf die Schlagkraft und den Energiebedarf. Die Bedeutung der Fassgröße wird umso höher, je größer die Transportentfernung wird. Bezogen auf 10 m³ ausgebrachten Gärrest ist der Einfluss der Ausbringmenge pro Hektar gering, solange die Ausbringmenge über die Fahrgeschwindigkeit variiert wird. Auf Grund von Leerfahrten am Feld beginnt der Arbeitszeitbedarf pro 10 m³ ausgebrachtem Gärrest ab rund 3 ha zu steigen. Mit Schleppschlauchverteilern und mit Breitverteilern wurden vergleichbare Ausbringleistungen erzielt. Aus Gründen der Emissionsvermeidung muss dem Schleppschlauchverteiler der Vorzug gegeben werden. Die Gärrestverschlauchung kann vom Gärrestlager bzw. Feldrandcontainer aus erfolgen. Wegen der Rüst- und Nachbereitungsarbeiten ist die Gülleverschlauchung erst ab einer zusammenhängenden Schlaggröße von 3 ha interessant.

In den Ergebnissen der ökonomischen Kalkulationen zeigt sich deutlich, dass Silomais als Substrat in den Substratbereitstellungskosten (im Verhältnis zum Methanertrag), bei der Einbringung und bei der auszubringenden Güllemenge Vorteile aufweist. Werden mehrere Kulturen eingesetzt, so besteht durch mehrere Erntezeitpunkte ein geringerer Bedarf an Siloraum. Der Einsatz von Rinder- und/oder Schweinegülle bzw. die Abdeckung des Gül-leendlagers machen sich bezahlt. Entsprechend der innerbetrieblich gewählten Kultur bzw. Kulturkombination ergeben sich beträchtliche Unterschiede in den Substratbereitstellungs- und Gülleausbringungskosten. In den Substratbereitstellungskosten wurden die Anbau- und Kulturführungskosten, die Erntekosten vom Feld bis in den Silo und Opportunitätskosten für die Fläche berücksichtigt. Auf Basis von Zeiterhebungen bei der Ernte von Rohstoffen wurden die Erntekosten in Abhängigkeit des Ertrages und der Hof-Feld-Entfernung für unterschiedliche Feldhäckslerleistungen und Transportkapazitäten von Transporteinheiten bzw. über das notwendige Walzgewicht der Walzfahrzeuge errechnet. Die Gülleausbringungskosten wurden für die Güllefassausbringung, Verschlauchung und für absetzige Verfahren berechnet. Aufgrund der Ergebnisse der Modellierung wurde eine Rangreihung von der kosteneffizientesten zur kostenineffizientesten Kultur (Kulturkombination) erstellt. Dabei zählen Silomais, Hirse und Körnermais zu den effizienteren Kulturen und Grünroggen, Sonnenblumen bzw. deren Kombination zu den ineffizientesten. Bis auf Getreideganzpflanzen sollten alle Kulturen entfernungsunabhängig mit großen Feldhäckslern geerntet werden.

Projektbeteiligte

Projektleiter

Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Thomas Amon
BOKU Wien, Department für Nachhaltige Agrarsysteme, Institut für Landtechnik

Projektpartner

  • HBLuFA Francisco Josephinum
  • Institut für Agrar- und Forstökonomie (BOKU Wien)
  • ARGE Kompost und Biogas

Kontaktadresse

BOKU Wien, Department für Nachhaltige Agrarsysteme, Institut für Landtechnik
Peter-Jordan-Strasse 82, A-1190 Wien
Tel: +43 (1) 47654-3502
Fax: +43 (1) 47654-3527
E-Mail: amon@boku.ac.at
Internet: http://www.nas.boku.ac.at/476.html

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