Agrartechnische Forschung, Band 13 (2007)

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Supplement
(2007)
Vorwort zur letzten Ausgabe der Zeitschrift Agrartechnische Forschung von Reiner Brunsch (ATB) und Jürgen Kern (Vorsitzender des Redaktionsbeirats)
Optimaler Verwendungszweck von Biogas unter dem Gesichtspunkt des Klimaschutzes in Deutschland
(2007) Wegener, Jens; Lücke, Wolfgang; Heinzemann, Jörg
Die Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität zur Direkteinspeisung in das Erdgasnetz wird als Alternative zur dezentralen Energieerzeugung mit Kraft-Wärme-Kopplung im Motor-BHKW vielfach diskutiert. Obwohl die Direkteinspeisung mit 71,3 % im Vergleich zur dezentralen Energieerzeugung mit Werten zwischen 45,7-57,8 % höhere Energieausbeuten bei der Umsetzung von Primär- in Sekundärenergie liefert, ist das CO2-Vermeidungspotenzial bei der Direkteinspeisung mit 187-228 g CO2/kWhBiogas im Vergleich zu dezentralen Varianten mit 245-350 g CO2/kWhBiogas wesentlich geringer. Grund dafür ist, dass Erdgas, welches bei der Direkteinspeisung von Biogas substituiert wird, in Deutschland vornehmlich zur Wärmeerzeugung herangezogen wird. Da der CO2-Emissionsfaktor zur Nutzwärmeerzeugung auf Basis von Erdgas erheblich geringer ist als der zur Substitution von Strom aus dem öffentlichen Netz, ist die dezentrale Energieerzeugung mit ihrem deutlich höheren Stromerzeugungsgrad gegenüber der Direkteinspeisung weit im Vorteil. Im Gegensatz zur Direkteinspeisung von Biogas kann der Einsatz neuer Technologien in Form von Brennstoffzellen-Systemen wesentliche Verbesserungen bei den potenziellen CO2-Emissionseinsparungen durch Biogasanlagen generieren. Aufgrund höherer elektrischer Wirkungsgrade machen sich die CO2-Minderungseffekte auf Grundlage der Substitution von Strom aus dem öffentlichen Netz noch wesentlich positiver bemerkbar, als es beim Motor-BHKW der Fall ist. Unter derzeitigen Rahmenbedingungen ist der Einsatz solcher Systeme im Hinblick auf den Klimaschutz selbst im Extremfall, bei dem die gesamte Abwärme am Standort der Biogasanlage ungenutzt bleibt, noch vorteilhaft. Der Einsatz von Brennstoffzellen-Systemen an Biogasanlagen sollte aus diesem Grund verstärkt vorangetrieben werden, da das Emissionsminderungspotenzial deutlich größer ist, als bei allen anderen untersuchten Systemen, insbesondere im Vergleich zur Direkteinspeisung von Biogas auf Erdgas-qualität.
Anforderungen an die Logistik zur Sicherung hoher Silagequalitäten
(2007) Fürll, Christian; Schemel, Hartmut; Idler, Christine; Scholz, Volkhard
Die Silagequalität besitzt bei der Planung der logistischen Kette für die Silierung absolute Priorität. Das hat zur Folge, dass vor allem beim Einlagern in Horizontalsilos die erforderlichen Aufwendungen für das Erzeugen der notwendigen Siliergutdichte zu berücksichtigen sind. Dies kann bei der derzeitig vorhandenen leistungsfähigen Erntetechnik besonders bei geringen Silobreiten zu Problemen führen. Beim Befüllen von Hochsilos und bei der Silierung in Schläuchen sind die Abstimmungen in der Regel ohne große Schwierigkeiten möglich. Im Verfahren der Ballensilierung gibt es keine direkte Abhängigkeit zur Erntetechnik.
Messeigenschaften von Laser-Abstandssensoren
(2007) Ehlert, Detlef; Adamek, Rolf
Im Rahmen von wissenschaftlichen Untersuchungen wird gegenwärtig in der agrartechnischen Forschung das Einsatzpotenzial von Laser-Abstandssensoren für das Messen von physikalischen Parametern in Pflanzenbeständen erschlossen. Dabei kommen Sensoren zum Ein-satz, die den Messprinzipien Laser-Triangulation und Laser-Licht-Laufzeit-Messung zuzuordnen sind. Da nahezu keine detaillierten Erkenntnisse zum Messverhalten der-artiger Sensoren in Pflanzenbeständen vorliegen, wurden unter definierten Laborbedingungen Untersuchungen durchgeführt, die die spezifischen Einsatzbedingungen in Pflanzenbeständen berücksichtigen. In die Untersuchungen wurden zwei ausgewählte Laser-Abstandssensoren der beiden genannten Messprinzipien einbezogen. Bei den untersuchten pflanzlichen Reflexionsmedien (Birkenfeige, Süßgras und Raps) sind die mittleren Abstandsmessfehler zu ruhenden Oberflächen bei beiden Sensoren mit 2,8 und 2,9 mm als sehr gering zu bewerten, wenn der Neigungswinkel zwischen dem Strahl und der Senkrechten zur Blattoberfläche von 60° nicht über-schritten werden. Größere Neigungswinkel bewirken er-höhte Abweichungen. Um Relativbewegungen zwischen Sensor und Reflexionsmedien wie bei Messfahrten in realen Pflanzenbeständen zu simulieren, wurde eine Zahnscheibe mit Umfangsgeschwindigkeiten von 2,56; 3,77 und 4,90 m s-1 bewegt, die realen Fahrgeschwindigkeiten auf Landmaschinen entsprechen. Es konnte nach-gewiesen werden, dass bei sehr schnell sich ändernden Messentfernungen, ungünstigen Sensoranordnungen zu den Reflexionsflächen und kurzen Messzeiten im Bereich von Millisekunden erhebliche Messfehler auftreten, die insbesondere beim Triangulationssensor Werte annehmen können, die den Einsatz in Frage stellen.
Verbesserung der Aufzuchtleistung von Ferkeln durch eine Modifizierung des Haltungssystems während der Säugephase
(2007) Hessel, Engel F.; Reiners, Kerstin; Van den Weghe, Herman
Gruppenhaltungssysteme für ferkelführende Sauen, in denen wurffremde Ferkel bereits vor dem Absetzen miteinander konfrontiert werden und eine Rangordnung etablieren können, konnten sich in der Praxis bisher wegen vermehrter Erdrückungsverluste, verminderter Leistungen und relativ hohem Arbeitsaufwand nicht durchsetzen. Auf dem Versuchsgut Relliehausen wurde der Einfluss des ?-ffnens der Buchtentrennwände bei der Haltung von ferkelführenden Sauen im Kastenstand im Vergleich zu einem konventionellen System untersucht. Ziel der Untersuchungen war es, den Absetzstress der Ferkel durch eine vorzeitige Gruppierung im Abferkelstall zu minimieren und so höhere Gewichtszunahmen nach dem Absetzen zu realisieren.
Die Merkmale Na+, K+, Cl-, Leitf[undef]higkeit und pH-Wert im Vorgemelk gesunder und kranker Euterviertel von Milchkühen
(2007) Krehl, Ines; Strabel, Dirk; Brunsch, Reiner
Ausgewählte Merkmale der Milch mit Aussagefähigkeit zur Eutergesundheit (Na+-, K+-, Cl--Konzentration, elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert) werden auf Veränderungen im Vorgemelk geprüft. Dafür sind die Vorgemelkproben in diagnostische Kategorien der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft (DVG) zur Euter-gesundheit und in 4 Zellzahlkategorien eingestuft. Die Kategorie ?EURzkrank?EURoe unterscheidet sich von ?EURzgesund?EURoe durch deutlich höhere Konzentrationen für die Parameter Natrium, Chlorid sowie höhere pH-Werte und geringere Kaliumkonzentration. Die Kategorie ?EURzunspezifisch?EURoe und ?EURzkrank?EURoe zeigen eine Erhöhung der Parameter Na+, Cl- sowie elektrische Leitfähigkeit und pH-Wert. Die Gesundheitskategorie ?EURzlatent?EURoe unterscheidet sich zur Kategorie ?EURzgesund?EURoe im Median der Konzentration nicht nachweisbar. Ein Vergleich der Gesundheitskategorie und der Zellzahlgruppen stellt ähnliche Konzentrationen der untersuchten Parameter zwischen der DVG-Gruppe ?EURzgesund?EURoe und der Zellzahlgruppe 1 und 2, sowie zwischen der DVG-Gruppe ?EURzunspezifisch?EURoe und der Zellzahlgruppe 3 fest.
Der Einsatz von Mikrowellen zur Maistrocknung - Anwendungen im Technikumsmaßstab
(2007) Böckelmann, Markus; Lücke, Wolfgang; Weimar, Reinald-Jörg; von Hörsten, Dieter
Konventionelle Warmlufttrocknungssysteme für die Körnermaistrocknung sind technisch weitgehend ausgereift, wobei aus der Praxis möglichst hohe Trocknungsleistungen bei geringen Trocknungskosten gefordert werden. Im Hinblick darauf wird untersucht, wie sich durch eine Verfahrenskombination aus Warmlufttrocknung und Mikrowellenapplikation Prozesse der Körnermaistrocknung optimieren lassen. Hierzu sind Versuche im Technikums-maßstab durchgeführt worden. Mit Infrarotaufnahmen wird mikrowellenbedingte Kornerwärmung verdeutlicht. Die Ergebnisse zeigen auf, dass im Vergleich zur reinen Warmlufttrocknung eine kombinierte Trocknung zu einer Verringerung der Trocknungsdauer von 35 % führt, wobei sich der spezifische Trocknungsenergiebedarf um 22 % reduziert.
Vorschläge zu einem effizienten Wissenstransfer in der land- und bautechnischen Beratung in Bayern
(2007) Quendler, Elisabeth; Boxberger, Josef
Landwirte benötigen bewährtes und neues Wissen zum Lösen von technischen Problemen sowie zum Treffen guter Investitionsentscheidungen. Staatliche Budgetprobleme, die gegenwärtige Informationsflut und die Verlängerung des Arbeitslebens unterstreichen die Wichtigkeit eines effizienten, bedarfsorientierten Wissenstransfers über Bildungs- und Beratungsplattformen. Die anstehenden Budgetkürzungen im bayerischen Staatshaushalt bedingen, dass künftig von der ?-ffentlichkeit nur noch jene Serviceleistungen finanziert werden, welche die Privat-wirtschaft nicht zufrieden stellend anbieten kann und welche für die Volkswirtschaft von besonderer Bedeutung sind. Es sind dies beispielsweise technische Belange im Sinne eines nachhaltigen Ressourcenschutzes sowie Verzögerungen im Wissenstransfer und technischen Fort-schritt. Zur Vermeidung von nachteiligen Effekten sind kompensierende Maßnahmen erforderlich, die nach effektiven Kriterien festzulegen sind. Zur Bestimmung solcher Kriterien hat das Bayerische Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten eine Differenzierung für Wissenstransferaktivitäten nach gemeinwohlorientierten und einzelbetrieblichen wirtschaftlichen Anliegen vorgesehen. Aufgrund von fehlenden privatwirtschaftlichen Beratungsangeboten in der landwirtschaftlichen Land- und Bautechnik müssen weitere Differenzierungskriterien eingeführt werden, um einen effektiven Wissens-transfer zwischen Produzenten, Beratern und Landwirten zu gewährleisten. Hierzu zählen das verfügbare Beraterpotential, das Ausmaß und die Notwendigkeit von Investitionsmaßnahmen, Kernkompetenzen der bayerischen Landwirtschaft und der Beratungsbedarf von Massenbetrieben sowie die Möglichkeit einer arbeitsteilenden Ko-operation mit staatlichen und privaten Marktbegleitern. Die öffentlichen Berater müssen bereits derzeit als über-regionale Multiplikatoren agieren und können künftig öffentliche und private Berater anderer Disziplinen, die regionsspezifisch tätig sind, im land- und bautechnischen Komplementärwissen schulen und Hilfestellung beim Beschaffen von Spezialwissen sowie Lösen von land- und bautechnischen Spezialproblemen unterstützen. Das übergeordnete Ziel, das im Zuge einer Reorganisation des Wissenstransfers sowie der Beratung durch staatliche Einflussnahme sicherzustellen ist, besteht im effizienten Bereitstellen von objektivem Wissen - bedarfsorientiert und zeitgerecht ?EUR? für die Ratsuchenden im ländlichen Raum. Damit soll vor allem deren Existenzfähigkeit und Wirtschaftlichkeit im Sinne der Volkswirtschaft gestärkt werden.
Der Einsatz von Mikrowellen zur Maistrocknung - Grundlagen und Laborversuche
(2007) Böckelmann, Markus; Weimar, Reinald-Jörg; Lücke, Wolfgang; von Hörsten, Dieter
Der Trend bei Trocknern geht zu immer größeren Einheiten. Dabei stoßen konventionelle mit Warmluft betriebe-ne Systeme, insbesondere solche für Körnermais, an ihre Leistungsgrenzen. Eine Unterstützung der konventionellen Trocknungssysteme durch Mikrowellenenergie ist ei-ne Möglichkeit zur Trocknungsbeschleunigung. In dieser Arbeit werden die trocknungstechnischen Grundlagen, energetische Vergleiche mit bestehenden Systemen der Körnermaistrocknung sowie die verfahrenstechnischen Möglichkeiten einer kombinierten Warmluft-Mikrowellentrocknung aufgezeigt. In Laborversuchen wird die Anwendbarkeit von Mikrowellenenergie zur Körnermais-trocknung untersucht. Die Ergebnisse bilden die Basis zur verfahrenstechnischen Dimensionierung einer kombinierten Warmluft-Mikrowellentrocknung von Körner-mais im Technikumsmaßstab.
Treibhausgas-Minderungspotenziale durch die energetische Nutzung von vorhandener landwirtschaftlicher Biomasse
(2007) Wegener, Jens; Lücke, Wolfgang; Heinzemann, Jörg
Die Nutzung von vorhandenen landwirtschaftlichen Biomassen zur Erzeugung von Energie kann erhebliche Beiträge zur Minderung von Treibhausgasemissionen liefern. Die Höhe der realisierbaren Reduktionen hängt da-bei allerdings maßgeblich von den verwendeten Nutzungspfaden der Biomasse ab. Grundsätzlich gibt es eine Vielzahl verschiedener Verfahren, um aus Biomasse Energie zu erzeugen. Diese kann sowohl in Form von Primärenergieträgern (gasförmiger, fester oder flüssiger Art) oder als Sekundärenergieträger in Form von Strom und Wärme zur Verfügung gestellt werden. Kombiniert man die zur Verfügung stehenden Biomassepotenziale mit den Nutzungspfaden, die dafür technisch geeignet sind und unter dem Gesichtspunkt des Klimaschutzes maximale Treibhausgasminderungen erzielen, dann lässt sich auf Grundlage der in dieser Arbeit aufgezeigten vereinfachten Berechnungen ein Minderungspotenzial von bis zu 50.560 Gg CO2-ûquivalent a-1 ableiten. Damit könnten 44,7 % der primären landwirtschaftlichen Treib-hausgas-Emissionen kompensiert werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Schwerpunkte zur Förderung von Biomassekonversionsverfahren an ihrem Beitrag zum Klimaschutz ausgerichtet werden.
Kostenvergleich der Wasserbereitstellung für ein Bewässerungsgebiet im Lake Nasser-Siedlungsprojekt in Oberägypten
(2007) Gaese, Hartmut; Grauvogl, Helmut
In diesem Artikel werden die verschiedenen technischen Möglichkeiten wirtschaftlich abgewogen, die vorstellbar sind, um einer Bewässerungsfläche am Lake Nasser ganzjährig zuverlässig Wasser aus dem See bereit zu stellen. Als besondere technische Herausforderung wirkt die Berücksichtigung der starken Fluktuation des Seepegels, die in dem flachen Gelände des Khor Kalabshas dazu führt, dass die Entfernung des Seeufers zum Entnahme-punkt des Wassers um bis zu 23 Kilometer alterniert. Nachdem die möglichen Lösungen zur Herbeiführung des Wassers zum Entnahmepunkt identifiziert sind, wer-den deren technische Daten erhoben, die Bestandteile vordimensioniert und deren Kosten ermittelt. Die Kosten der verschiedenen Lösungen werden bei einer Laufzeit von 20 Jahren verglichen. Es zeigt sich, dass die Herbei-führung des Wassers in einem System mit offenem Kanal wesentlich günstiger ist, als eine Lösung mit Druckrohren.
Energieumsetzung in Biogasanlagen : Ergebnisse messtechnischer Untersuchungen an landwirtschaftlichen Biogasanlagen
(2007) Besgen, Simone; Kempkens, Karl; Schulze Lammers, Peter
?oeber eine Messperiode von drei Jahren wurden verfahrenstechnische Kenndaten an vier landwirtschaftlichen Biogasanlagen messtechnisch erhoben. Es handelt sich um Anlagen mit einer elektrischen Leistung von 160 kWel und 200 kWel, die aus dem zugeführten Substrat zwischen 1.642 m³/d und 1.941 m³/d Biogas erzeugten. Im Nachgärer wurde ein Anteil von bis zu ein Drittel der gesamten Gasproduktion erzielt. Das Resultat spricht damit aus ökonomischer sowie ökologischer Sicht für die Ausstattung des Nachgärers mit einem Foliengasspeicher. Weiterhin wurden Versuche zur Ermittlung der Gasausbeute einzelner Substrate durchgeführt. Das Bio-gas enthielt 52,3-59,7 % Methan und 143,2-357,8 ppm Schwefelwasserstoff. Der elektrische Wirkungsgrad der acht untersuchten Blockheizkraftwerke (BHKW) beziffert sich bei den beiden 80 kWel-Motoren im Durch-schnitt auf 31,4 % und bei den sechs 100 kWel-Motoren auf 36,5 %. Die 80 kWel-Motoren erzielten einen thermischen Wirkungsgrad in Höhe von lediglich 29,4 % und die 100 kWel-Motoren von nur 28,9 %. Der elektrische Wirkungsgrad fällt mit 36,5 % auffallend hoch aus, während der thermische Wirkungsgrad deutlich niedriger lag als in der Literatur zu finden ist. Der durchschnittliche Heizölanteil der acht BHKW belief sich auf 13,6 % und erfüllt damit nicht die Forderung der Energieversor-gungsunternehmen von maximal 10 %. Die BHKW er-reichten 8.333 Betriebsstunden pro Jahr und damit eine Auslastung von 95,1 %. Die Anlagen produzierten 3,9-8,1 kWhel/(m³* d) elektrische Energie bezogen auf das Fermentervolumen bzw. 1,0-3,1 kWhel/(m³* d) bezogen auf das Nachgärervolumen. Für die Prozessenergie zum Betrieb der Anlagen wurde im Mittel 157,9 kWhel/d (3,7 %) an elektrischer Energie verbraucht. Die Substrat-analysen der Anlagen im Fermenter ergaben im Durch-schnitt einen pH-Wert von 7,7 (Nachgärer: 7,9), einen Trockensubstanzgehalt (TS) von 6,2 % (Nachgärer: 5,2 %) und einen organischen Trockensubstanzgehalt (oTS) von 44,5 kg/m³ (Nachgärer: 34,7 kg/m³). Das entspricht einer Abbaurate von 16 % TS und 22 % oTS von Fermenter zu Nachgärer, bei einer gesamten durchschnittlichen Verweilzeit von 105 Tagen. Im Gärrest des Nachgärers der Anlagen waren 4,3 kg/m³ Stickstoff, 2,3 kg/m³ Ammonium, 1,5 kg/m³ Phosphor und 3,9 kg/m³ Kalium enthalten.
Hohenheimer Reifenmodell - ein dynamisches dreidimensionales Modell für Fahrdynamiksimulation
(2007) Ferhadbegovic, Bojan; Brinkmann, Christian; Kutzbach, Heinz Dieter; Böttinger, Stefan
In den letzten Jahren ist die maximale Fahrgeschwindigkeit von Ackerschleppern auf 60 km/h angestiegen und mit ihr auch die Komfort- und Sicherheitsanforderungen an die Fahrzeuge. Auf Grund hoher Kosten haben jedoch die meisten Ackerschlepper keine Hinterachsfederung, so dass die gesamte Federungs-und Dämpfungsarbeit von den Reifen geleistet wird. Ihre eher schlechten Dämpfungseigenschaften, verschiedene Anregungen während der Fahrt sowie eventuell eine ungenügende Abstimmung der verschiedenen Fahrzeugkomponenten aufeinander, beispielsweise der Kabinen- und Vorderachsfederung, können zu kritischen Fahrzuständen und im Extremfall sogar zum Verlust der Fahrzeugkontrolle führen. Diese Fahrzustände können mit Hilfe eines Mehrkörpersimulationsmodells (MKS-Modell) in einer frühen Entwicklungsphase erkannt werden. Da der Reifen das direkte Verbindungsglied zwischen Fahrzeug und Fahrbahn dar-stellt, hat er einen sehr großen Einfluss auf das Fahrverhalten. Daher ist ein genaues Reifenmodell als wesentlicher Bestandteil eines Fahrzeugmodells erforderlich. Verschiedene bekannte Reifenmodelle, die auf Pkw-Reifen spezialisiert sind, können nur bedingt für die Modellierung weicher, stark nichtlinearer Ackerschlepperreifen mit ihrem großen Einsatzbereich eingesetzt werden. Deswegen wird an der Universität Hohenheim ein dreidimensionales dynamisches Modell für landwirtschaftliche Reifen entwickelt. Obwohl das Hohenheimer Reifenmodell auch zur Drehmomentenberechnung eingesetzt werden kann, befasst sich der folgende Artikel ausschließlich mit der Berechnung der am Rad auftretenden Kräfte. Das Hohenheimer Reifenmodell ist in MATLAB/Simulink eingebunden und kann über die MATLAB Co-Simulationsschnittstelle mit beliebiger Mehrkörpersimulationssoft-ware kombiniert werden. Es wurde am institutseigenen Flachbandprüfstand und der Einzelradmesseinrichtung verifiziert, die auch zur Parameterbestimmung verwendet werden. Beide Prüfstände wurden dazu in SIMPACK modelliert. Schließlich wurde das Reifenmodell mit einem MKS-Modell eines Ackerschleppers kombiniert. Erste Vergleiche der Simulationsergebnisse mit Messungen zeigen die Fähigkeit des Hohenheimer Reifenmodells das instationäre Verhalten der Reifen innerhalb des fahrdynamisch relevanten Frequenzbereichs wiederzugeben.

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