Ernte und Lagerung von KUP-Holz...27.02.2014 4 Ziel Anbau und Ernte Lagerung, Trocknung und Logistik...
Transcript of Ernte und Lagerung von KUP-Holz...27.02.2014 4 Ziel Anbau und Ernte Lagerung, Trocknung und Logistik...
ERNTE UND LAGERUNG VON KUP-HOLZ
R. Pecenka, H. Lenz, C. Idler, D. Ehlert
Überblick
Einleitung Erntetechnik Lagertechnik und
Verluste Versuche Ausblick
27.02.2014 3
Energieholz aus der Landwirtschaft Kurzumtriebsplantagen
Stabiler hoher Ertrag bei geringem Aufwand • Pappel 10 tTM/ha a • 1 x Pflanzen • > 20 a Nutzen
Minimale Düngung und Pflanzenschutz • Pappel 0 kg/ha a N • Weide 20 kg/ha a N
Umweltvorteile: • geringe N2O-Emissions • C-Sequestrierung
0.8 … 1.1 t Corg /ha a
Günstige Erntetermine und wählbare Intervalle • Dezember ... März • alle 2 bis 20 Jahre
• EU-Flächenbeihilfe • Langfristige
Einkommensicherung • Geeignet für kleine /
benachteilige Flächen
Pappeln Weiden
27.02.2014 4
Ziel
Anbau und Ernte
Lagerung, Trocknung und Logistik
Umweltwirkungen und Kosten
Arbeitsschwerpunkte
Entwicklung von ressourceneffizienten Verfahren zur Bereitstellung von Holz aus KUP und AFS für die stoffliche und energetische Nutzung
Lagerung
27.02.2014 5
Agrarholz - Verfahrenskette
Pflanzen Ernte
Gegenwärtige Hauptprobleme:
• Hohe Investitionskosten • Regionale Verfügbarkeit • Geringe Flexibilität
Ernte
• Verluste • Sporenbelastung
Lagerung
Erntetechnik
Stemster, Nordic Biomass
Reihenhacker RH 25, Fa. Jensen
Foto: Fa. Jensen
Feldhäcksler FR9000 mit KUP 130, New Holland
Foto: ATB
Foto: ATB
Mähhacker GMHT 140, Fa. Jenz
Feldgröße < 5 ha Kleinteilige Ernteflächen
Ertragsschwächere Standorte
Kleinere, flexible Erntetechnik gefragt
Anbau-Mähhacker für Traktoren
Foto: ATB
Anbau-Mähhacker
Hackschnitzellinie:
• Ungünstige Lagereigenschaften • Transport bei hohem Wassergehalt --
• Einphasige Ernte • Direktes Beladen der Transportfahrzeuge • Kostengünstiger Hackschnitzelumschlag • Geringe Erntekosten (7 … 15 €/t TM)
+
+
+
+
Anbau-Mähhacker
1234
5
6
7 8 9
Aufbau der Mäh- und Hackeinheit
1
1 – Werkzeugträger2 – Mähscheibe3 – Hackmesser4 – Distanzblock5 – Gegenhalter6 – Gehäuse7 – Kegelradgetriebe8 – Auswurföffnung9 – Auswurfrohr234
5
6
7 8 9
Anbau-Mähhacker
Gewicht: ca. 1 t Einzelreihe: Weide, Pappel, Robinie Geringer Anschaffungspreis Passend für Standardtraktoren
(150 … 200 kW) Geeignet für kleine und große
Ernteflächen Stammdurchmesser max. 15 cm Fein- und Grobhackschnitzel
(Hacklänge bis 100 mm)
Anbau-Mähhacker
• 2013: ca. 30 ha • Fahrgeschwindigkeit: 3 – 5 km/h • Ernteleistung: 0.3 … 0.6 ha/h • Hackschnitzel: P45/G50
ATB Jan. 2013 JENZ Nov. 2012
11
Hackschnitzelgrößen
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Cum
mul
ativ
e fr
eque
ncy
(wt%
)
Screen width resp. wood chip lentgh (mm)
Forage harvester New Holland FR 9000
ATB mower-chipper
UG G50 Ö-Norm 7133
OG G50 Ö-Norm 7133
UG P45-63 CEN/TC 14961
OG P45 CEN/TC 14961
OG P63 CEN/TC 14961
Max
MinN = 6
Sum
men
häuf
igke
it [m
-%]
Feldhäcksler (New Holland FR 9000)
ATB-Mähhacker
Siebweite bzw. Hackschnitzellänge [mm]
12
KUP-Erntetechnik
Fahrgeschwindigkeit km/h 3 - 5 3 - 5 3 - 5 Ernteleistung (HZ) t FM/h 25 … 45 35 … 65 23 … 35 Flächenleistung (HZ) ha/h (30 t TM/ha)
0,3 …0,6
0,5 … 1 0,4 … 0,8
Kosten (€/t TM) (mit Nachhacken)
7 … 15 7 … 20 23 … 35 (43 … 55)
HZ / GAZ (%) 40 … 50 40 … 60 30 … 35 Investition T€ 45 … 55 +
Schlepper Ca. 120 + Häcksler +
Modifikationen
Ca. 215 + Schlepper +
Modifikationen Weitere Anforderungen 150… 250 kW
Schlepper Optimierte
Transportkette Rückezug und Nachhacken
Vergleich: Forsttechnik 30 … 50 €/t FM
Quellen: Scholz et al. 2007, Schweier & Becker 2012, Spinelli et al. 2011, Ehlert & Pecenka 2013
27.02.2014 13
Lagerung
Probleme und Lösungsansätze
Lagerversuche - Untersuche Aufbereitungsformen Feinhackschnitzel < 30 mm
(Grob-) Hackstücke 101 – 200 mm
Grobhackschnitzel 51 - 100 mm
Stücke 50 cm
Scheibenradhacker Farmi CH 150
Schneckenhacker, Fa. Laimet Steigung: 110 mm (65 mm)
Kurzholzscherhacker Fa. Diemer
Manuelle Ernte mit Freischneider
Ganze Bäume 4,5 - 6 m
Bündel 4,5 - 6 m
27.02.2014 15
Einfluss der Partikelgröße auf das Lagerverhalten in Haufen ohne Zwangsbelüftung
-10
0
10
20
30
40
50
Fine chips Middle chips Coarse chips Chunks Bundles
Was
serg
ehal
t u
nd
Ver
lust
e, %
Final water contentDry matter lossEnergy lossThermophylic mould
n piles and silos / 1.5 to 45 m³ 120 to 360 days
Sch
imm
elp
ilze,
cfu
/g
FM
16-22 mm 36-46 mm 56-63 mm 120-156 mm ganze Ruten
- 1.0E+07
- 1.0E+06
- 1.0E+05
- 1.0E+04
- 1.0E+03
- 1.0E+02 n = 10 n = 5 n = 4 n = 5 n = 3
n Lagerhaufen mit 1,5 … 45 m³ Lagerdauer 120 … 360 Tage
Fein Mittel Grob Hackschnitzel Hackstücke Bündel
EndwassergehaltTrockenmasseverlusteEnergieverlustethermophile Schimmelpilze
27.02.2014 16
Lagerversuche
Vliesabgedeckte Lagerhaufen/Silo ~ 500 m³, 150 t FM
G50 G30
G30
• Temperatursensoren • Bilanzbeutel
(Masseverluste, Feuchte) • Gasmessungen(O2, CO2) • Probem für Mikrobiologie
27.02.2014 17
Ergebnisse
Feinhackschnitzel (Köllitsch 2012)
Vliesabdeckung Dom-Belüftung
Kondensatschicht (Auslagerung nach 12 Monaten)
G30 G30
27.02.2014 18
Ergebnisse Vliesabdeckung
G30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-5
-2.5
0
2.5
5
7.5
10
12.5
15
17.5
20
22.5
25
01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07
Wat
er c
onte
nt (%
wb)
Pile
and
am
bien
t tem
pera
ture
(C
°)
Mas
s lo
ss (
% d
m)
Net
cal
orifi
c va
lue
(MJ/
kgw
b)
Year 2012
Mass loss calorific valuepile temperature water contentambient temperature
TrockenmasseverlustSilotemperaturAußentemperatur
HeizwertWassergehalt
Max
Min
Mas
seve
rlust
[m-%
]H
eizw
ert [
MJ/
kgFM
]
Was
serg
ehal
t [%
]Si
lo- u
nd A
ußen
tem
pera
tur [
°C]
Jahr 2012
27.02.2014 19
Ergebnisse Dom-Belüftung
G30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-5
-2.5
0
2.5
5
7.5
10
12.5
15
17.5
20
22.5
25
01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07
Was
serg
ehal
t [%
]Si
lo-u
nd A
ußen
tem
pera
tur [
°C]
Mas
seve
rlust
[m-%
]He
izw
ert [
MJ/
kg FM
]
Jahr 2012
Mass loss calorific valuepile temperature water contentambient temperature
31,6
28,2Max
Min
TrockenmasseverlustSilotemperaturAußentemperatur
HeizwertWassergehalt
27.02.2014 20
Lagerergebnisse nach 6 Monaten
G30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-5
-2.5
0
2.5
5
7.5
10
12.5
15
17.5
20
22.5
25
01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07
Was
serg
ehal
t [%
]Si
lo-u
nd A
ußen
tem
pera
tur [
°C]
Mas
seve
rlust
[m-%
]He
izw
ert [
MJ/
kg FM
]
Jahr 2012
Mass loss calorific valuepile temperature water contentambient temperature
31,6
28,2Max
Min
TrockenmasseverlustSilotemperaturAußentemperatur
HeizwertWassergehalt
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-5
-2.5
0
2.5
5
7.5
10
12.5
15
17.5
20
22.5
25
01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07
Wat
er c
onte
nt (%
wb)
Pile
and
am
bien
t tem
pera
ture
(C
°)
Mas
s lo
ss (
% d
m)
Net
cal
orifi
c va
lue
(MJ/
kgw
b)
Year 2012
Mass loss calorific valuepile temperature water contentambient temperature
TrockenmasseverlustSilotemperaturAußentemperatur
HeizwertWassergehalt
Max
Min
Mas
seve
rlust
[m-%
]H
eizw
ert [
MJ/
kgFM
]
Was
serg
ehal
t [%
]Si
lo- u
nd A
ußen
tem
pera
tur [
°C]
Jahr 2012
G30
Vliesabdeckung
Dom-Belüftung
Masseverlust 15 %
Wassergehalt 29,4 %
Masseverlust 22 %
Wassergehalt 29,0 %
27.02.2014 21
Einfluss der Hackschnitzelgröße Praxismaßstab
G50 / P45 G30 / P45
Optimale Hackschnitzelgröße für Trocknung und Lagerung?
27.02.2014 22
Ergebnisse Fein- und Grobhackschnitzel
G50 G30
Feinhackschnitzel (Feldhäcksler) Grobhackschnitzel (Mähhacker)
29,0
Year 2013
Mas
seve
rlust
[m-%
]
Jahr 2013
Trockenmasseverlust
Lagertemperatur
AußentemperaturWassergehalt
Was
serg
ehal
t [%
]La
ger-
und
Auß
ente
mpe
ratu
r [°C
]
Max
Min
26,0 25,6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
18.1. 14.3. 27.3. 15.4. 29.4. 30.5. 27.6. 31.7.
Feinhackschnitzel (Feldhäcksler)Grobhackschnitzel (Mähhacker)
Anza
hl th
erm
ophi
ler
Schi
mm
elpi
lze
(log
KbE/
g FM
)
G50
G30
27.02.2014 23
Ergebnisse
G50 G30
Mähhacker Feldhäcksler
0
3
6
9
12
15
18
21
24
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
28.2 15.3 30.3 14.4 29.4 14.5 29.5 13.6 28.6 13.7 28.7
CO2-
Konz
entr
atio
n [p
pm]
O2-
Konz
entr
atio
n [%
]
G50 CO2_m
G30 CO2_m
G50 O2_m
G30 O2_m
Masseverlust [%]
20,3 22,8
Wassergehalt [%]
40,6 42,6
27.02.2014 24
Wie Lagern?
G50 G30
VP
U
Feinhackschnitzel
Grobhackschnitzel
27.02.2014 25
Wie Lagern?
G30G50
€ € € € € € € € €
€ € € € € € € + €
100 … 300 m³
500 … 1000 m³
27.02.2014 26
Zusammenfassung
• Energieholz aus Kurzumtriebsplantagen ermöglicht die besonders effiziente und umweltfreundliche Bereitstellung erneuerbarer Energie.
• Verbesserte Technologien insbesondere im Bereich Ernte und Lagerung von Agrarholz sind Grundvoraussetzung für eine Etablierung von KUP in der Landwirtschaft.
• Die Lagerung von Hackschnitzeln in unbelüfteten Haufen ist unweigerlich mit Schimmelpilzbefall und TM-Verlusten von bis zu 25 % p.a. verbunden.
• Ein neuer Anbau-Mähhacker wurde gemeinsam mit Fa. JENZ entwickelt, mit dem sowohl Fein- als auch Grobhackschnitzel kostengünstig geerntet werden können.
• Grobhackschnitzel zeigen leicht verbesserte Lagereigenschaften. • Weitere Untersuchungen zu günstigen Hackschnitzelgrößen im
Zusammenhang mit der Lagergestaltung sind zur Reduzierung von Verlusten und Schimmelpilzbefall erforderlich.
27.02.2014 27
Vielen Dank! [email protected]