Konservierung, Lagerung und Förderung Flashcards
In welchem Bereich der Bioenergieproduktion wird Silierung verwendet?
Biogas Produktion
Was ist Silierung?
Konservierende Wirkung bei Silierung (ebenfalls) durch pH-Wert- Absenkung infolge eines Gärprozesses → Milchsäuregärung
◼ Anaerobe Mikroorganismen (v.a. Milch- und Essigsäurebakterien) bilden organische Säuren → pH Wert-Absenkung auf 4 bis 4,5
◼ Zellatmung und Eiweißspaltung wird auf ein Minimum reduziert
◼ Bakterien, Hefen, Schimmelpilze werden am Wachstum gehindert
◼ Überschaubare Trockenmasseverlust durch Milchsäuregärung
Welche Effekt hat Silierung auf dem Methanertrag?
Methanertrag bei anschließender Vergärung aber dennoch höher → vermutlich Aufschlusseffekt durch Silierung
Was ist Milchsäuregärung?
◼ Abbau von Zuckern zu Milchsäure und anderen Endprodukten
◼ → Energiebereitstellung
◼ Bei Sauerstoffmangel auch bei manchen Pilzen, Pflanzen, Tieren sowie beim Menschen
Was sind die Ziele von Milchsäuregärung?
◼ Milchsäureanteil hoch
◼ Buttersäureanteil gering
Was sind die unterschiedlichen Typen von Milchsäuregärung?
◼ homofermentative Milchsäuregärung: Hauptendprodukt Milchsäure (besonders erwünscht)
◼ heterofermentative Milchsäuregärung (Bakterien ohne Aldolasen): Hauptendprodukte Milchsäure + Ethanol + CO2 bei Hexosen-Abbau / + Essigsäure bei Pentosen-Abbau
◼ Milchsäuregärung durch Bifidobacterium: Hauptendprodukte Milchsäure und Essigsäure
Was macht Lactobacillus (Milchsäurebakterien) genau bei
Milchsäuregärung (homofermentativ)
Was sind die Bedingungen für die Silierung?
◼ Wassergehalt bei Einlagerung 55 bis 70 %
- Anwelkung auf dem Feld
- Richtiger Erntezeitpunkt
◼ Hoher Zerkleinerungsgrad der Biomasse
- Höherer Verdichtungsgrad erreichbar
- Größere spez. Oberfläche → schnellere Reaktion
◼ Verdichtung im Lager (Silo)
- Verdrängung von Luftsauerstoff
- Verhindert nachträglichen Sauerstoff zutritt bei Siloöffnung
- Höhere Lagerraumausnutzung durch Volumenreduzierung
◼ Vermeidung von Luftzutritt während der Lagerung
◼ Vermeidung von Verschmutzungen
- Verhindert Eintrag von Buttersäurebakterien, die zu Fehlgärungen führen
- Niedrigen Mähschnitt unter 6 cm vermeiden
◼ Ausreichender Nährstoffgehalt (vor allem wasserlösliche Kohlenhydrate)
Was sind die Vorteile von Silierung?
◼ Geringe Substanzverluste bis 1 % Trockenmasse pro Monat
◼ Keine Selbsterwärmung im Gutstock,
◼ Vernachlässigbarer Pilzbefall
Was ist die Phase 1 von Verlauf der Silierung?
Phase 1 (aerobe Phase)
▪ Verbrauch Restsauerstoff durch aerobe Mikroorganismen, Restatmung von Pflanzenzellen
▪ Absterben aerobe Mikroorganismen und Pflanzenzellen
▪ Zellsaft tritt aus, Materialstock sackt dichter zusammen
▪ Dauer in gut verdichtetem, luftdicht zugedeckten Silo wenige Stunden
▪ Verlängerung durch mangelhaften Luftabschluss; im Extremfall endet aerobe Phase gar nicht
Was ist die Phase 2 von Verlauf der Silierung?
▪ Rasche Vermehrung von anaeroben Mikroorganismen im frei gewordenen Zellsaft
▪ Zunächst dominieren Enterobakterien; auch Hefen können aktiv werden
▪ Stoffwechselprodukte: Essigsäure, Kohlendioxid und geringe Mengen an Alkohol
▪ Sinkender pH-Wert verschlechtert Lebensbedingungen für Enterobakterien → Milchsäurebakterien können sich stark vermehren
▪ Dauer unter Normalbedingungen 1 bis 3 Tage
Was ist die Phase 3 von Verlauf der Silierung?
Phase 3 (Hauptgärung)
▪ Maximal Entwicklung Milchsäurebakterien → Bildung großer Mengen Milchsäure
▪ Bildung geringer Mengen Essigsäure und Kohlendioxid
▪ pH-Wert sinkt weiter ab → säuretolerante Milchsäurebakterien dominieren
▪ Dauer: 1 bis 2 Wochen
Was ist die Phase 4 von Verlauf der Silierung?
▪ Milchsäuregärung klingt aufgrund pH-Wert oder Zuckermangel ab
▪ Bei hohen Restzuckergehalten Möglichkeit alkoholischer Gärung durch Hefen
▪ pH-Wert entscheidet über weiteren Verlauf der Umsetzungen
Wie entscheidet pH-Wert über weiteren Verlauf der Umsetzungen?
▪ pH-Wert ausreichend niedrig: Mikroorganismen (insbesondere Clostridien*) können nicht überleben → Silage ist anaerob stabilisiert
▪ Keine wesentlichen Stoffumsetzungen bis zur Auslagerung
▪ Kann pH-Wert nicht ausreichend tief abgesenkt werden (z.B. bei zu niedrigem Zuckergehalt) ist Silage nicht lagerstabil
▪ Gärung „kippt“ und wird als labil bezeichnet. ▪ Weitere Gärphase (Phase 5) folgt
Was ist die Phase 5 von Verlauf der Silierung?
Phase 5
▪ Ist Silage nicht lagerstabil, wird bereits gebildete Milchsäure durch Clostridien wieder abgebaut
▪ pH-Wert steigt wieder an
▪ Typische Fehlgärung setzt ein: hoher Verlust an Nährstoffen und Energie
▪ Bei nitrathaltigem Material → hohe Essigsäuregehalte
Bei nitratfreiem Material → hohe Buttersäurekonzentrationen
▪ In der Folge auch andere unerwünschte Stoffumsetzungen, z.B. Abbau Proteine
▪ Bei Fäulnisprozessen → kompletter Verlust Silage
Was sind die unterschiedlichen Siloarten?
◼ Flach-/Fahrsilo
Häufigste Bauform
Auch ohne Wände möglich
◼ Hochsilo
Zylindrische Beton- oder Metallkonstruktionen
Hoher Investitionsbedarf → kaum Einsatz für Biogasanlagen
◼ Ballen-/Schlauchsilo
Angewelktes Erntegut wird in Folien gasdicht eingewickelt
Schlauch: loses Material wird mit einer speziellen Presse in einen langen Schlauch gepresst → geringerer Platz- und Folienbedarf
→ Transport, Dosierung aufwändiger
Was sind die Risiken bei Lagerung?
◼ Substanzverlust durch biologische Prozesse (Verlustrisiko)
◼ Selbstentzündung (Gefährdungsrisiko)
◼ Pilzwachstum und Pilzsporenbildung (Gesundheitsrisiko)
◼ Geruchsbelästigung (Umweltrisiko)
◼ Austretendes Wasser bzw. Sickersaft (Umweltrisiko)
◼ Agglomerationen durch Frostwirkung (technisches Risiko)
◼ Wiederbefeuchtung bzw. Umverteilung des Wassergehaltes (Qualitätsrisiko)
◼ Entmischung und Feinabrieb (Qualitätsrisiko)
Wie läuft der Substanzabbau bei Lagerung?
◼ Durch Pilze und Bakterien
◼ Frisches, feines Waldhackgut (50 bis 55 % Wassergehalt): Bei 7 – 9 Monaten Lagerung im Freien
→ 20 bis 23 % TM-Verlust
→ grobstückige Lagerung mit guter Durchlüftung: Reduktion auf 1/10
◼ Abgedecktes, getrocknetes Hackgut (15 % Wassergehalt) →nur ca. 2 % Verlust
◼ Trockenmasseverlust bei der Lagerung von Stangenholz im Freien: kann bis fast 10% im dritten Lagerungsjahr
Wie läuft die Selbsterhitzung bei Lagerung?
◼ Wärmeentwicklung wird auf den Metabolismus von Pilzen und Bakterien zurückgeführt → 70 – 80 °C
◼ Weitere Temperaturerhöhung auf über 100 °C: Wasserdampfadsorptions-, und Hydrolysevorgänge, katalytische Effekte bestimmter Metalle
◼ Oberhalb 100 °C Einsetzen chemischer Oxidationsvorgänge → Selbstentzündung
◼ Typischer Verlauf des Temperaturanstiegs bei der Hackgutlagerung in Abhängigkeit der Feuchte: wenig Feuchte heißt wenig Selbstentzündung
