20
Energie aus Rohstoffen der Land- und Forstwirtschaft (Fach) / Zufa 11-20 (Lektion)
sdvds
Diese Lektion wurde von allinspace erstellt.
Diese Lektion ist leider nicht zum lernen freigegeben.
Anzeige
- Landwirtschaftlich produzierte ligno-zellulose-haltige Pflanzen - Miscanthus o Allgemein:C4-Pflanze,im 3. Jahr 4m,Hochgras,Wasserbedarf stark abhängig von Erntezeitpunkt, Standortbedingungen & Witterungo Standort und Anbau:alle Böden, nur nicht bei Staunässe,wärmeliebend aber auch bei durchschnittlich 7,5° noch gute Erträge,Nutzungsdauer 20-25 Jahre,Hauptproblem sind Auswinterungsverluste im ersten Jahro Nutzung und Ertrag:Ernte Feb bis Apr -> Trockensubstanzgehalte von 80%Maximum im 3.-5. Jahro Ökologische Aspekte:+ geringer Wasser- und Nährstoffverbraucht -> ressouceneffizien+ bzgl. Heizwert hat Miscanthus den höchsten Durchschnittsertrag (von allen Kulturarten in Mitteleuropa)+ fördert Bodenfruchtbarkeit und Fauna weil wenig Pflanzenschutz und lange Bodenruhe+ Schutz für Tiere+ verringert Bodenerosion durch tiefe Wurzeln- kann aber Grundwasserreserven angreifeno Häckselgut von Hochgräsern:absätzige Ernteverfahren = mähen/auf Schwad legen/pick-upkontinuierliche Ernteverfahren = Häcksler und Ballenkette -> vermeidet Aufnahme von Blättermulchschicht
- Landwirtschaftlich produzierte ligno-zellulose-haltige Pflanzen: Futtergräser o Allgemein:mehrjährige, massenwüchsige C3-GräserzB. Weidelgras, Knaulgras, Rohrschwingel, Glatthafero Nutzung:Wiederkäuernahrung -> hohe Futterwerte ( Protein) und gute Verdaulichkeit (geringer Rohfasergehalt)Energiegräser -> anderes Produktionsverfahren, geringer N-Gehalt und hoher Rohfasergehalt für Verbrennungo Energierelevanz:65-80% Wasser-> für Festbrennstoff Feldtrocknung notwendig-> für Biogas feucht siliert: Methanausbeute vom Schnittzeitpunkt abhängig, hoher Rohproteingehalt/ Rohfettgehalt/stickstofffreie Extraktstoffe anzustreben, Lignifizierung vermeiden; Methanertragspotential 320-350 l/kg Trockenmasse o Standort und Anbau:geringe Vorfruchtansprüchehoher Vorfruchtwert wegen starker Durchwurzelungnach Nutzungsdauer -> rechtzeitiger Umbruch damit sich Rückstände noch zersetzen -> dann neue Frucht in Fruchtfolgeo Nutzung und Ertrag:jährliche N-Abgabe von 80kg/(ha a)- Erträge als Festbrennstoff: 1) Welsches Weidelgras 2) Deutsches Weidelgras 3) Rohrschwingel (~ 10 t Trockenmasse / (ha.a) )- für thermische Verwertung später Schnitt weil zunehmend weniger N und mehr Rohfaser und Trockenmasseo Ökologische Aspekte:+ bei später Ernte gute Fruchtfolge und Bodenfruchtbarkeitswirkung+ wenige Pflanzenschutzmittel und ganzjährige Bodenbedeckungbei extensiver Nutzung: Artenvielfaltbei intensiver Nutzung: Biogasproduktion o Ernte - Halmgutballen von Grünflächen:natürliche Bodentrocknung wegen hohem Wassergehalt -> lagerfähig bei 15-17% ->nach 2-5 Tagen das Heu wie Stroh bergen
- Landwirtschaftlich produzierte ligno-zellulose-haltige Pflanzen: Getreide für energetische Nutzung -> wegen hohem Korn- und Gesamtpflanzenertrags eignen sich Weizen, Roggen, Triticale.-> energetische Nutzung durch: Herstellung von Ethanol aus Körnern = aus Stärke in Körnern (hoher Kornertrag gepaartmit hohem Stärkegehalt, Eiweiß wird im Laufe der Kornfüllungsphase als Stärke eingelagert;Weizen, Roggen, Gerste, Triticale) Biogasproduktion aus grüner Ganzpflanze = anaerobe Vergärung (alle Getreideartengeeignet aber v.A. Roggen und Triticale)o Standortansprüche und Anbau:generell niedriges Stickstoffdüngungsniveau für wenig Krankheits-, Unkrautsdruck, N-Gehaltfür Biogasproduktion – hoher Ganzpflanzenertragfür Feststoffverbrennung – hoher Biomasseertrag, wenig verbrennungstechnisch unerwünschte Inhaltsstoffe, hohe Standfestigkeit & Krankheitsresistenzo Nutzung und Ertragspotential:ausschlaggebend sind Güte des Standorts und Intensität des ProduktionsverfahrensMethanertragspotential der Ganzpflanze ~ 330 l Methan/kg TMo Ökologische Aspekte:Mitteleuropa hoher Anteil v. Ackerland mit Getreide -> hoher Krankheits- und Schädlingsdruck -> Pflanzenschutzmittel -> verglichen mit anderen Lignozellulosepflanzen für Feststoffverbrennung hoher Aufwandgilt nicht für Nutzung für Biogasanlagen
- Getreideernte für energetische Nutzung Mähdrusch ab 1895:1910: Kleinbetriebe 150 Arbeitskraftstunde/ha, Großbetriebe 90 AKh/ha, USA 40 AKh/haab 1925: 80 AKh/haheutiger Mährdusch: SF-MD Standardverfahren für alle Früchte Vorteile:0,5-5 AKh/ha;hohe Schlagkraft und somit Ernte zum optimalen Zeitpunkt;Verlusteinsparung;sofortige Körnerbergung (Stroh erst später);universell;-> Reifeverteilung von Juni bis Oktober:Winterrübsen – Winterraps – Wintergerste – Winterroggen – Sommergerste – Weizen – Hafer-> Anforderungen an Mähdrusch:Reife:Milchreife – Gelbreife – Vollreife – TotreifeFeuchte 12% … Bruch, AusfallFeuchte 20% … Trocknungskosten, Schrumpfkörner, Kornbeschädigung, Keimfähigkeit niedrigKlimabedingungen:Feuchte abhängig von Klima, Ö & De benachteiligt weil mehrere Klimazonen
- Anforderungen an Mähdrescher für Mähdrusch (Ernte von Getreide) Schnitthöheneinstellung verlust- und beschädigungsarme Ernte hoher Durchsatz breites Einsatzspektrum gute Druschergebnisse auch bei ungünstigen Bedingungen Leichtbauweise und großvolumige Reifen Hangtauglich Wendig Günstige Arbeitsbedingungen bzgl Lärm, Staub, Hitze,… Betriebssicherheit Überbetrieblicher Einsatz
- Arbeitsgänge und Bauteil, + Baugruppen von Mähdreschern Mähen (Schneidwerk mit Haspel)Ausdreschen der Ähren (Schlagleisten, Dreschtrommel)Trennen der Körner vom Stroh (Hordenschüttler)Reinigen und Sortieren der Körner (Sieb, Druckwindgebläse)Sammeln der Körner (Korntank, Förderelevatoren)Ablegen des Strohs im Längsschwad (Strohleitrechen)Zerkleinern und Breitverteilen des Strohs (Anbauhäcksler)unzerkleinert Breitverteilen des Strohs (rotierende Strohverteiler)-> weitere Baugruppen (xxx es sind Bauteile):Ährenheber = unterfahren Lagergetreide, sodass die Halme mit der Haspel zum Messer/ zur Einzugstrommel zugeführt werden können;Aufnahmevorrichtungen = Haspelschneidwerk, Pick-up-Vorrichtung, Erntevorsätze für ReihenfrüchteDreschwerk: Rippenschlagleisten mit schräger Riffelung, kein Ausreiben sondern Korbleisten bremsen, Korn wird von Schlagleisten abgeschlagen, offene Trommel damit Körner ausweichen können-wenn Trommel und Korb beschädigt sind kommt es zu schlechtem Drusch und Unwucht -> niedrige Schlagleistungsgeschwindigkeit: hohe Ausdruschverluste / hohe Schlaggeschwindigkeit: hoher KörnerbruchSchüttler: 20% Restkornabscheidung aus dem Stroh durch Schwingsiebung und Schwingförderung vom Stroh zum MaschinenheckHordenschüttler:3-7 Horden, siebartige Oberfläche, Körner fallen wegen Schüttelbewegung durch Öffnungen,danach Kornrückführung, Restkornabscheidung abhängig von SchüttlerflächeDoppelrotorReinigungsanlage: durch Druckluft und Siebe wird Dreschgut gereinigt
- Systematiken der Dresch- und Abschneidsysteme: Tangentialfluß-System + Schüttler-Mähdrescher hoher Kornverlust bei hohem Strohdurchsatzbester Leistungsbedarf, beste Einsatzbreite in verschiedenen Bedingungen, beste StohqualitätTangetial-Axialfluß-System + Hybrid-MähdrescherAxialfluß-System + Rotor-Mähdrescher niedriger Kornverlust bei hohem Strohdurchsatzbeste technische und effektive Leistung
- Verlustquellen von Mähdreschern Vorernte – Schneidwerk – Mähdrescher – Nachernte
- (Mähdrescher) Management der Strohverteilung ist wichtig, weil: wirkt sich auf Qualität der Stroheinarbeitung, Feldaufgang, Folgefrucht aus;konzentriertes Stroh behindert Saat bei Aufnahme von Keimwasser, Keimlings- und Keimwurzel-Entwicklung
- Informationssysteme für/im Mähdrescher: Ertragskartierung Datenaufzeichnung Positionsermittlung Flächenermittlung Ertragsermittlung bereits Webbasierte Informationssysteme übers Internet
- Anzeige
- Strohballen: Stroh als Nebenprodukt der Getreide- und Rapskornerzeugung, im Schwad Abtrocknung auf 15% möglich,hoher Chlor- und Kaliumgehalt -> bei Verbrennung: Korrosion, Verschlackung und Schadstoffemission, -> Ballenpressen:gezogene Aufsammelpressen = Kleinballenpresse, Großballenpresse (erzeugen Rund- und Quaderballen)selbstfahrende Quaderballenpressen-> Prozess – für Halmgut als Energieträger hat sich Ballenform durchgesetzt:Erntemaschine, Ablageform im Feld, Sammeln im Feld, Feldrandablage, Feldmiete, Beladen und Abtransportieren, Einlagern
- Verfahrenstechnik der Grünlandbewirtschaftung Flächenleistung einer Feldmaschine:-> technische Flächenleistung (exkl. Neben- und Verlustzeiten) … AA = b * v * 0,1 … km/hA = b * v * 0,36 … m/s(b ist die Arbeitsbreite, v die Arbeitsgeschwindigkeit)-> landwirtschaftliche Flächenleistung (exkl. N. und V.) … AA = b * v * 0,1 * T T… Nutzungskoeffizientbesteht aus:Tp: produktive Feldarbeitszeit [h]dividiert durch die Summe von (9 Werte):Tw: Wendezeit [h]Ttb: technologisch bedingte Stillstandzeiten (Kornüberladung) [h]Tr: Rüstzeit (Einstellung der Maschine) [h]Twar: Wartungszeit [h]Tüf Überstellungszeit Feld-Feld [h]Trep Reparaturzeit zur Beseitigung von technischen Defekten [h]Torg Zeitaufwand für die Organisation [h]Tmetr meteorologisch bedingte Unterbrechungen [h]Tphys physiologisch bedingte Unterbrechungen [h] Field Capacity:Ca = (v*w*nf) / 10Cm = (v*w*nf*Y) / 10Ca… area basis, Cm… material basisw… widthnf… field efficiencyY… crop yield Breitenausnutzungsgrad β:b = β * bk-> maschinenspezifisch zB. Pflüge 0,95(b = breite, bk = unterschied breite??????) Arbeitsproduktivität – Steigerung der Flächenleistung:β maximieren: zB. automatische Lenksystemev maximieren: begrenzende Faktoren sind Arbeitsqualität und ZugwiderstandT maximieren: Feldform, -größe, Arbeitsorganisation und Qualifikation des Fahrers Verfahrenstechnische Auswirkungen bei leistungsfähigen Futterernteketten:hohe Massenströme bei Häckselketten (Grassilage 80 t/h ; Maissilage 260 t/h)- hohe Ansprüche an vor- und nachgelagerte Prozesse weil das schwächste Glied bestimmt- erfordert Agrologistik- Verdichtungsarbeit ist Engpass (200 kg/m³ und 3 min/t) [Meine Interp: wenn man auf 200 kg/m3 verdichtet braucht man 3 min/t)=> Lösungen:Folienschlauchsilierung, Paralleles Befüllen mehrerer Silos, Entflechtung der Überladezeit durch Häcksler mit Aufbaubunker Outsourcing der Ernte -> Risiko: Qualität und Bodenbelastung nicht mehr in eigener Hand Terminkosten:wegen zeitlich suboptimaler Arbeitserledigung auf Grund von Kapazitätsengpässen-> optimal wenn Terminkosten + Kapitalkosten des Maschineneinsatzes minimal sind
- Verfahrenstechnik der Grünlandbewirtschaftung, Mähverfahren: (Es gibt Mähverfahren, Werbeverfahren und Grünguternte) Allgemeine Anforderungen:- schnell und störungsfrei, auch dichter Bestand- verlustarm und glatter Schnitt, gute Schwadtrennung (Schlepperspuren)- sicher am Hang, Anpassung an Unebenheiten/Böschungen- geringe Rüstzeiten und Pflegeaufwand- genug Schlagkraft an Futtererntekette angepasst- geringer Leistungs- und KapitalbedarfSchnitte: Scherenschnitt mit Mähbalken = oszillierend mit Gegenschneide (Doppelmessermähwerk oder Fingermähwerk)Geschwindigkeit(Messer) ~ 3 m/sGeschwindigkeit(Fahrzeug) ~ 8 km/hhoher Wartungsaufwand freier Schnitt mit Rotationsmäher = rotierende Mähwerke- Gegenschneide ist Massenträgheitsmoment und Biegemoment der Futterhalme- verdrängen zunehmen klassische Mähwerke (Finger- & Doppelmesser-) -> am meistenScheiben! (geringeres Gewicht, kostengünstig, bessere Futterqualität bei geringemLeistungsbedarf)- Steigerung der technischen Flächenleistung A = b * v * 0,1 … km/h- Es gibt Trommelmäher, Schlegelmäher, ScheibenmäherVon der eingebrachten Leistung werden 35 % für das Mähen benötigt; 65 % istVerlustleistungv(Messer) ~ 60 – 80 m/s … v(Fahr) ~ 12 km/hhohes Maschinengewicht, hohe Gefahr von Narbenverletzungen
- Vergleich Mähverfahren (oszillierend und rotierend) Oszillierend - Geringer Leistungs- und Kapitalbedarf- Geringes Gewicht erlaubt einfachen und übersichtlichen Seitenanbau- Gleichmäßiger und sauberer Schnitt auch bei kurzem Gut- gut geeignet für Arbeiten im HangRotierend (Kreiselmähwerke)- Hohe Flächenleistung und störungsfreies Arbeiten- Geringer Wartungs- und Pflegeaufwand- Große Arbeitsbreiten möglich- Geringe Störanfälligkeit
- Grasnarbenschonendes Mähen a)durch Einstellung der technischen Schnitthöhe 5-7 cm:(Scheibenmäher: Oberlenker bzw. spezielle Gleitkufen; Trommelmäher: stufenlos überGleitteller)- theoretische Schnitthöhe min 3 cm über festem Boden- praktische Schnitthöhe 6-14 cmb)durch Einstellung des Auflagedrucks des Mähwerks:weil wenn zu niedriger Druck = Stufenschnitt & zu hoher Druck = erhöhter Verschleiß,Grasnarbenverletzung mechanisch durch Zugfederspannung hydropneumatisch durch Gasdruckspeicher elektronische Fronthubwerksregelung (in Entwicklung): einfachwirkender Hubzylinder undDruckleitung mit Blasenspeicher & Drucksensor -> über Potentiometer Druck regeln c)**durch Bodenanpassung des Mähwerks:Bodenanpassung ist wichtigstes Merkmal (vor allem bei hoher Geschwindigkeit und unebenem Boden)Simulation der Bodenanpassungsfähigkeit bei Frontmähwerken-> Entwicklungsziel = Aufhängekinematik optimieren durch eigenständige Führungskinematik durch zusätzliches Bauelement - Viergelenkgetriebe- Mehrgelenkmechanismus- Pendelmechanismus- Langlochmechanismus mit oder ohne zusätzlichem Pendelgelenk- Anbaubock (Alpha Motion) erlaubt gleichmäßige Mähwerksentlastung durch 2 Federn (schwebender Schnitt)d)durch Messerschärfe:scharfe Messer sparen im Durchschnitt 3kW -> 1l/h bei spez. Verbrauch von 0,31 l/kWh **Meine Interpretation:Bei Frontmähwerken kann man die Bodenanpassungsfähigkeit nur simulieren. Das Entwicklungsziel, auf das momentan hingearbeitet wird, ist, die Aufhängekinematik zu optimieren, indem man die Führungskinematik eigenständig anlegt -> ein eigenes Bauteil einführt
- Grasnarbenschonendes Mähen Zusammensetzung des Dauergrünlands bei 4x Schnitt zu 3 cm Stoppelhöhe:vor allem Gräser, Kräuter und Leguminosen -> abhängig von Schnitthöhe noch unterschiedliche Häufigkeit zwischen den 3 Vorteile von längeren Stoppeln bei der Futterernte:- Vegetationskegel für Wiederaustrieb bleibt vorhanden- Schnellere Begrünung und Schließen der Grasnarbe- Geringere Futterverschmutzung (Rohaschegehalt als Indikator)- Bessere Abtrocknungseigenschaften- Nachfolgende Arbeitsgeräte müssen nicht „aggressiv“ eingestellt werden
- Arbeitsgeräte für grasnarbenschonendes Mähen Scheibenmäher im Heckenanbau:2,5-3 m breit -> 1,5-2,5 ha/hgeeignet für max. 35 m³ Ladevolumen und Ballenpresse Mähwerkskombinationen- 2fach: Anhängemähwerk, 3-Punkthydraulik (vorne und rechts hinten)- 3fach: Front-Heck-Mähkombination (Lastverteilung auf Vorder- und Hinterachse gleichmäßiger), Schubfahrtkombination (3 vorne)- 3fach Selbstfahrer:hydrostatischer oder elektrohydraulischer Antrieb (automotive Fahrweise, hohes Gewicht60% vorne 40% hinten, breite Reifen, 9m Arbeitebreite, für große Flächen)- 5fach Selbstfahrer: Großflächenmäher Cougar von Claas (14m Arbeitsbreite, elektrohydraulischer Fahrantrieb, min. 2000 ha, Pendelrahmenprinzip, geeignet auch in Hanglage durch Kippgelenk 35%) Mähaufbereiter – Erhöhung der Erntesicherheit:Ziel:- Beschleunigung der Feldtrocknung bzw. Anwelkzeit- Verringerung der Atmungsverluste- Erhöhung der spezifischen Oberfläche- Reduziert nachfolgende Verfahrensschritte (gezielte Nutzung verfügbarer Maschinenkapazität)- bessere Gärqualität- bessere Verdichtbarkeit Wirkungsweise:- partielle Zerstörung der Cuticula und der Epidermis → intrazelluläre Flüssigkeit tritt besseraus Modelle (verkürzen die Trocknungszeit um 2-4h)- Zinken-Mähaufbereiter (auch kombiniert mit Rotationsmähwerk)bewegliche Stahl- oder KunststoffzinkenIntensität abhängig von Umdrehungszahl, Zinkenform und –Zahl, Stellung von Leitblech/ Riffelblech /ZinkenkammACHTUNG für Zinken-Mähaufbereiter:nur bei trockenem Bestand bzw. Boden, nicht so effizient bei klee- und kräuterreichem Futter, schonender Kreiselzetter-Einsatz, vor der Bergung noch ein paar Stunden liegen lassen, rasche Trocknung bei fehlender Ernteschlagkraft und guten Abtrocknungsbedingungen, Auswaschungsverluste bei nachfolgenden Regenperioden- Walzen-Mähaufbereiterfür klee- und kräuterreiche Bestände, Anpressdruck der Walzen bestimmt Aufbereitungsintensität
- Verfahrenstechnik der Grünlandbewirtschaftung: Werbeverfahren (Es gibt Mähverfahren, Werbeverfahren und Grünguternte) = zetten und wenden (Unterschied liegt im Arbeitswinkel)-> Zetten = gleichmäßiges Verteilen des SchwadensAntrocknen erhöht Trockengehalt und Zuckerkonzentration, leichter verdichtbar, weniger Sickersaft-> Wenden = nachfolgende Arbeitsgänge zur Beschleunigung des Trocknens Kreiselzettwender:- Flächenleistung kann man nur durch Arbeitsbreite erhöhen, weil max. 5km/h- Tendenz zu mehr Breite (15m, 10 Kreiseln)- hohe Zapfwellenleistung (2-3 kW pro m Arbeitsbreite)- bei 10 m Breite ist Hubkraft begrenzt -> gezogene Geräte- aufwändige Klappmechanismen- erhöhte Zinkenzahl je Kreisel und kleinere Kreiseldurchmesser verbessern die Flugbahn des Futters-> Schwaden = Zusammenrechen des breitflächig gestreuten Ernteguts zum geeigneten Schwad (0,8-1,6m breit), um es anschließend sauber mit der entsprechenden Pickup aufnehmen zu könnenoder Vorbereitung des Futters für den anschließenden Bergevorgang mit dem Feldhäcksler, Ladewagen oder mit einer BallenpresseZiel:locker und nicht verdreht liegender Schwad zur hohen LadeleistungSchwadbreite:Ladewagenbergung <1,2m; Bergekette mit Feldhäcksler <3mes gibt 1-6Kreiselschwader, Arten: Mittelschwader, Seitenschwadablage, 4Kreiselschwader (b=15m, aufwändige Klappmechanismen), Sechskreiselschwader (variable Schwad- und Arbeitsbreite)historisch:Sternradrechwender / Radialschwader -> alternativ zum Kreiselschwader, in USA undKanada
- ZB. Kreiselzettwender: - Schwächen: Kreiseldrehzahl abh. von Motordrehzahl, Kreiselneigungswinkel nur händischverstellbar also zu aufwändig- Anforderungen: Kreiseldrehzahl und Neigungswinkel je nach TMGehalt/ Pflanzenmasse/ Pflanzenart* - bei hohem TM-Gehalt -> niedrige Drehzahl! Ab 65% TM nur mehr Schwaden - Kreiselneigungswinkel = Kompromiss zw. Aufnahme und Verteilung (steil – gute Verteilung [bei schwerem Futter weil schnelleres Trocknen], flach – gute Aufnahme) [*Meine Interpretation: Kreiseldrehzahl und -Neigungswinkel sind auf TMGehalt, Pflanzenmasse und Pflanzenart abzustimmen]
- Bröckelverluste bei Anwelksilage (bei grasnarbenschonendem Mähen) und Rohaschegehalt -Bröckelverluste= Verluste an Substanz des Erntegutes durch Abbrechen von Blättchen des Erntegutes -> am höchsten bei Mähwerk & Aufbereiter -> dann Kreiselzettwender -> dann Schwader- Rohaschegehalt im Futter bewirkt sinkende Energiedichte (1% bewirkt -0,1 MJ/kg TM)-> durch Bröckelverluste bei nicht Material-adäquater Bearbeitung kommt es zum Verlust von ca 750 l Milch/ha und Schnitt-> bei Verschmutzung durch zB. Rohasche kommt es zum Verlust von ca 313 l Milch/ha undSchnittinsgesamt kann es zu über 1000 l Verlust von Milch/ha und Schnitt kommen!