A new version of this entry is available:
Loading...
Doctoral Thesis
2017
Biochemical composition of biomass and its impact on the prediction of the specific methane yield potential
Biochemical composition of biomass and its impact on the prediction of the specific methane yield potential
Abstract (English)
This thesis analyzes the biomass biochemical composition and its influence on the specific methane yield potential of energy crops. The influence of the ensiling technique and the specific methane yield potential gained using a batch-test scaled up to semi-continuous flow system were also assessed.
The results show that through ensiling process the risk of over-estimating the specific methane yield potential was particularly high for silages of low DM content. Through ensiling up to 8.6% higher methane yield potential could be achieved. The impact was different depending on the maturity index of the crop material.
The evaluation of the bioconversion efficiency in batch and semi-continuous flow digester showed that 80% to 87% of the theoretical methane yield potential could be recovered in a batch-test. By scaling up batch the bioconversion efficiency decreased of up to 19%.
The investigation on maize showed that the absolute values of the biochemical crop traits and in-vitro estimates of digestibility for whole-crop were poor predictors for high specific methane yield potential (R² = 0.31 to 0.32).
Other crops alternative to maize showed a wider variation range in specific methane yield potential. Reproductive crop fractions of lipid rich crops revealed higher specific methane yields reaching 0.455 mN³ CH4/ kg ODM in sunflower crown and 0.598 mN³ CH4/ kg ODM in rape seed. The stalk/stem fraction of these crops seemed to be the most limiting factor for degradability. Conversely, carbohydrates rich crops (rye and sorghum) showed methane yields slightly lower or equal to those of maize.
Abstract (German)
Zur Steigerung des spezifischen Methanertrages von Energiepflanzen orientieren sich Pflanzenzüchter an der biochemischen Zusammensetzung des Substrates. Dies setzt zwei Dinge voraus: (1) die betrachteten Genotypen oder Entwicklungsstadien sollten eindeutige biochemische Eigenschaften und Charakteristiken aufweisen; (2) die biochemischen Pflanzenmerkmale, welche zur Typisierung der Genotypen und der Bonitur herangezogen werden, sollten die geforderte Qualität zutreffend wiedergeben. Diese Arbeit soll dazu beitragen diese Vorbedingungen zu klären. Die Hauptziele der Arbeit wurden in sechs Experimenten durchgeführt. Die Quantifizierung des Einflusses der Silierung zeigte, dass der beim Trocknungsprozess auftretende Verlust an organischer Substanz korrigiert werden muss, um die spezifischen Methanerträge von Silagen genau angeben zu können. Unter Berücksichtigung der Trockenmasseverluste wurde der positive Effekt des Silierungsprozesses auf den spezifischen Methanertrag auf 7.0% reduziert. Die Untersuchung zur Übertragung der Batchergebnisse auf den Semikontinuierlichen Betrieb zeigt, dass je niedriger die Raumbelastung, desto höher die Substratumsetzungseffizienz. Die Effizienz des Reaktorvolumens lässt aber bei niedriger Raumbelastung nach. Die Untersuchung von Mais zeigen, dass die Umweltfaktoren die Struktur der biochemischen Zusammensetzung enorm beeinflussen, sodass sowohl die biochemischen Pflanzeneigenschaften als auch die in-vitro Abschätzungen der Verdaulichkeit nur in begrenztem Maße (R2=0,31 - 0,32) für die Variabilität der spezifischen Methanerträge verantwortlich sind. Die spezifischen Methanerträge variierten in einem sehr engen Bereich (300 - 356 lN CH4/kg oTS). Alternative Energiepflanzen zu Mais zeigten eine größere Variationsbreite in ihren spezifischen Methanerträgen. Reproduktive Pflanzenteile von fettreichen Pflanzen wiesen höhere spezifische Methanerträge auf (0.598 mN³ CH4 / kg oTS im Durchschnitt). Umgekehrt dazu zeigten kohlenhydratreiche Pflanzen den gleichen oder einen geringfügig niedrigeren Methanertrag als Mais.
File is subject to an embargo until
This is a correction to:
A correction to this entry is available:
This is a new version of:
Notes
Publication license
Publication series
Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Agricultural Engineering
Examination date
2016-07-20
Supervisor
Edition / version
Citation
Identification
DOI
ISSN
ISBN
Language
English
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
Original object
Standardized keywords (GND)
BibTeX
@phdthesis{Mukengele2017,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6146},
author = {Mukengele, Michael Mutombo},
title = {Biochemical composition of biomass and its impact on the prediction of the specific methane yield potential},
year = {2017},
school = {Universität Hohenheim},
}