Kofermentationsrechner
Schätzen Sie die Produktion von Methan, Biogas und Energie sowie die BHKW-Leistung aus einer Substratmischung ab. Das Methanpotenzial (BMP) stammt aus einer Datenbank mit 270 Substraten und 1.866 Datensätzen aus Publikationen; Trockensubstanz und Anlagenparameter sind ausdrückliche Annahmen, die Sie ändern können.
Das Modell ist additiv: Es berücksichtigt weder Synergien oder Hemmungen bei der Kofermentation (z. B. durch Ammoniak) noch Verweilzeit oder Prozesstemperatur. Das Ergebnis ist eine Vorabschätzung, keine Anlagenplanung.
Rechner
AnlagenparameterDie Standardwerte sind Annahmen — ändern Sie sie für Ihr Projekt
Annahme: 85 %. Der Anteil des Potenzials aus dem Labortest, der im kontinuierlich betriebenen Fermenter erreicht wird (Verweilzeit, unvollständiger Abbau).
Annahme: 53 %. Typischerweise etwa 50–60 % je nach Zusammensetzung der Einsatzstoffe; dient nur der Umrechnung von Methan in Biogas.
Annahme: 40 %. Prüfen Sie das Datenblatt des Aggregats.
Annahme: 43 %. Nutzwärme aus der Motorkühlung und dem Abgas.
Annahme: 8000 h. Dient der Berechnung der elektrischen Leistung und der Kapazität einer Biomethananlage.
Alle Fermenter, ohne Gärrestlager. Erforderlich für OLR und HRT; wir nehmen eine Dichte der Einsatzstoffe von 1 t/m³ an.
Beeinflusst die C/N-Schwellen und die Bewertung des Ammoniakrisikos.
Beeinflusst die Bewertung der Trockensubstanz der Einsatzstoffe.
Fügen Sie ein Substrat hinzu und geben Sie die Masse ein, um das Ergebnis zu sehen. Sie können auch .
So rechnen wir
Für jede Komponente bestimmt der Rechner die Fracht an organischer Trockensubstanz (oTS): Masse × Trockensubstanz × oTS-Anteil an der Trockensubstanz. Die Fracht, multipliziert mit dem BMP, ergibt die theoretische Methanmenge: Der BMP wird in m³ CH₄ pro Tonne oTS angegeben (numerisch identisch mit NmL CH₄/g oTS in den Publikationen). Die Summe über alle Komponenten wird mit dem Anteil des realisierten Potenzials multipliziert.
- CH₄ [Nm³/Jahr] = Σ Masse × TS × oTS × BMP × Anteil des realisierten Potenzials
- Biogas [Nm³/Jahr] = CH₄ ÷ CH₄-Anteil im Biogas; Stundenströme sind Mittelwerte über 8760 h
- Energie im Methan [MWh/Jahr] = CH₄ × 9,97 kWh/Nm³ (unterer Heizwert von Methan unter Normbedingungen) ÷ 1000
- elektrische Leistung [kWₑ] = Energie × elektrischer Wirkungsgrad ÷ Betriebszeit; Wärme = Energie × thermischer Wirkungsgrad
- Biomethanäquivalent [Nm³/h] = CH₄ ÷ 0,97 ÷ Betriebszeit — Biomethan mit 97 % CH₄, ohne Methanverluste bei der Aufbereitung
- OLR [kg oTS/(m³·d)] = tägliche oTS-Fracht ÷ aktives Volumen; HRT [d] = aktives Volumen ÷ tägliches Zufuhrvolumen (Dichte 1 t/m³)
- C/N der Mischung = Σ oTS ÷ Σ (oTS ÷ C/N) — das oTS-gewichtete harmonische Mittel (das arithmetische Mittel überschätzt C/N); berechnet, wenn die Komponenten mit einem C/N in der Datenbank mindestens 90 % der oTS ausmachen
Der Unsicherheitsbereich neben dem typischen Ergebnis ist dieselbe Berechnung für den niedrigsten und den höchsten veröffentlichten BMP jeder Komponente (unverändert bei einer Komponente mit eigenem BMP-Wert). Die Streuung ergibt sich aus Unterschieden bei Sorten, Erntetermin, Probenvorbereitung und Testmethodik; wir beschreiben sie auf den Substratseiten und in der BMP-Methodik.
Trockensubstanz und organische Trockensubstanz verändern das Ergebnis erheblich und unterscheiden sich zwischen Betrieben und Rohstoffchargen. Enthält die Datenbank eine typische Zusammensetzung des Substrats, trägt der Rechner sie mit einem Hinweis (Spanne und Quelle) ein; andernfalls sind die Felder leer und müssen ausgefüllt werden — am besten mit den Ergebnissen einer Laboranalyse Ihres eigenen Materials.
Was das Modell nicht berücksichtigt
- Synergien und Antagonismen bei der Kofermentation — eine Mischung kann besser oder schlechter abschneiden als die Summe ihrer Komponenten;
- Prozesshemmung, auch durch Ammoniak (proteinreiche Substrate, Geflügelmist), Schwefelwasserstoff und Fettsäuren;
- Abbaukinetik bei gegebener Verweilzeit, Temperatur, Durchmischung sowie Verluste bei der Silagelagerung;
- den Eigenverbrauch der Anlage an Strom und Wärme sowie die Verfügbarkeit des BHKW.
Prozessbewertung
Unabhängig vom Ertrag bewertet der Rechner das Prozessrisiko: Er prüft die Anteile von Substraten mit besonderen Eigenschaften (z. B. fettreich, leicht abbaubar, ohne Pufferung), Dosisgrenzen aus den Substratbeschreibungen, OLR, HRT, die Trockensubstanz der Einsatzstoffe und das C/N-Verhältnis nach Regeln mit Schwellenwerten aus der Literatur (u. a. FNR-Leitfaden, IEA Bioenergy Task 37, Studien zur Kofermentation von Fetten und Glycerin). Das Ergebnis ist ein Status: stabile Mischung, erfordert Überwachung oder hohes Risiko eines Prozessversagens — mit Erläuterung, Quellen und einem Vorschlag zur Reduzierung der Dosen („Dosen an Grenzwerte anpassen“). Die Bewertung ändert den berechneten Ertrag nicht: Wir addieren weder „Synergieboni“ noch Abschläge.
Investitionsentscheidungen erfordern eigene BMP-Tests repräsentativer Proben, eine Analyse der Zusammensetzung und eine Prozessplanung.
Rechenbeispiel
Eine Mischung aus 10.000 t/Jahr Maissilage und 20.000 t/Jahr Rindergülle, BMP = gewichtete Mittelwerte aus unserer Datenbank. Trockensubstanz und organische Trockensubstanz sind Beispielwerte, keine Daten einer bestimmten Anlage. Standardparameter: 85 % des BMP-Potenzials realisiert, 53 % CH₄ im Biogas, BHKW-Wirkungsgrad 40 % elektrisch / 43 % thermisch, 8000 Betriebsstunden.
| Substrat | Masse t/Jahr | TS % | oTS % TS | BMP m³ CH₄/t oTS | oTS-Fracht t/Jahr | CH₄ Nm³/Jahr |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Maize silage (whole crop) | 10.000 | 33 | 95 | 341,0 | 3.135 | 908.680 |
| Cattle slurry | 20.000 | 8 | 80 | 236,3 | 1.280 | 257.094 |
Insgesamt 1.165.774 Nm³ CH₄ pro Jahr (im Mittel 133,1 Nm³/h), d. h. 251,1 Nm³/h Biogas mit 53 % CH₄. Die chemische Energie des Methans beträgt 11.623 MWh/Jahr, was bei einem Wirkungsgrad von 40 % und 8000 Betriebsstunden einem Blockheizkraftwerk von etwa 581 kWₑ (4.649 MWh Strom und 4.998 MWh Wärme pro Jahr) oder etwa 150 Nm³/h Biomethan entspricht. Die Silage liefert 78 % des Methans, obwohl sie nur ein Drittel der Einsatzmasse ausmacht.
Die Trockensubstanz der Einsatzstoffe beträgt 16,3 % — unter den 30 %, die der FNR-Leitfaden „Leitfaden Biogas“ als Höchstwert für eine Mischung der Nassvergärung ansetzt. Der Fermenterinhalt hat weniger Trockensubstanz als die Einsatzstoffe, weil ein Teil der organischen Substanz in Biogas umgewandelt wird.
Fragen zum Rechner
Wie berechne ich die Biogasproduktion aus einer Substratmischung?
Für jedes Substrat wird die Einsatzmasse mit seinem Trockensubstanzgehalt (TS), dem Anteil der organischen Trockensubstanz (oTS) und dem Methanpotenzial BMP multipliziert. Die Summe über alle Komponenten wird um den in der Anlage realisierten Anteil des Potenzials korrigiert, und die Biogasproduktion ergibt sich, indem die Methanmenge durch den CH₄-Anteil im Biogas geteilt wird.
Woher stammen die BMP-Werte im Rechner?
Aus der Datenbank von FeedstockData: Für jedes Substrat stellen wir BMP-Testergebnisse aus begutachteten Publikationen und Datenbanken zusammen. Standardmäßig verwendet der Rechner den gewichteten Mittelwert und zur Beurteilung der Unsicherheit das niedrigste und das höchste veröffentlichte Ergebnis. Jedes Substrat hat eine Seite mit einer Tabelle der Datensätze und einem Literaturverzeichnis.
Warum weicht das Ergebnis des Rechners vom Ertrag meiner Biogasanlage ab?
Der Rechner ist ein additives Modell: Er geht davon aus, dass jede Komponente unabhängig von den anderen so viel Methan liefert, wie sich aus ihrem BMP ergibt. Er berücksichtigt weder Synergie- oder Hemmeffekte (z. B. durch Ammoniak oder Fettsäuren) noch Verweilzeit, Temperatur, Durchmischung oder Lagerverluste. Er liefert eine Vorabschätzung, keine Anlagenplanung.
Was bedeutet der Anteil des realisierten BMP-Potenzials?
BMP ist der maximale Methanertrag aus einem Labortest, der in der Regel mehrere Dutzend Tage dauert. In einer kontinuierlich betriebenen Anlage verlässt ein Teil der organischen Substanz den Fermenter unabgebaut, daher nehmen wir an, dass nur ein Teil des Potenzials erreicht wird. Die voreingestellten 85 % sind eine zu ändernde Annahme, kein Messwert.
Wie berechnet der Rechner die elektrische Leistung des BHKW?
Er multipliziert die chemische Energie des Methans (9,97 kWh je 1 Nm³ CH₄) mit dem elektrischen Wirkungsgrad des Aggregats und teilt das Ergebnis durch die jährliche Betriebszeit. Mit den voreingestellten 40 % und 8000 h entspricht 1 Million Nm³ CH₄ pro Jahr einer Leistung von etwa 500 kWₑ.
Was sind OLR und HRT?
OLR (organische Raumbelastung) ist die Menge an organischer Trockensubstanz, die pro Tag je 1 m³ aktivem Volumen zugeführt wird, in kg oTS/(m³·d). HRT (hydraulische Verweilzeit) ist die mittlere Zeit, die die Einsatzstoffe im Fermenter verbleiben, in Tagen. Der Rechner berechnet beide, sobald das aktive Volumen angegeben ist, bei einer angenommenen Dichte der Einsatzstoffe von 1 t/m³.