Biochemical composition of biomass and its impact on the prediction of the specific methane yield potential

Mukengele, Michael Mutombo

Biochemical composition of biomass and its impact on the prediction of the specific methane yield potential

dc.contributor.advisor	Jungbluth, Thomas	de
dc.contributor.author	Mukengele, Michael Mutombo	de
dc.date.accepted	2016-07-20
dc.date.accessioned	2024-04-08T08:54:17Z
dc.date.available	2024-04-08T08:54:17Z
dc.date.created	2017-06-13
dc.date.issued	2017
dc.description.abstract	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.	en
dc.description.abstract	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.	de
dc.identifier.swb	489722571
dc.identifier.uri	https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6146
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:bsz:100-opus-13589
dc.language.iso	eng
dc.rights.license	publ-mit-pod	en
dc.rights.license	publ-mit-pod	de
dc.rights.uri	http://opus.uni-hohenheim.de/doku/lic_mit_pod.php
dc.subject	Energy crop	en
dc.subject	Methane yield potential	en
dc.subject	Silage	en
dc.subject	Biodegradability	en
dc.subject	Energiepflanzen	de
dc.subject	Methanertrag	de
dc.subject	Verdaulichkeit	de
dc.subject	Mais	de
dc.subject.ddc	630
dc.subject.gnd	Biogas	de
dc.title	Biochemical composition of biomass and its impact on the prediction of the specific methane yield potential	de
dc.title.dissertation	Biochemische Zusammensetzung der Biomasse und deren Einfluss auf die spezifische Methanausbeute	de
dc.type.dcmi	Text	de
dc.type.dini	DoctoralThesis	de
local.access	uneingeschränkter Zugriff	en
local.access	uneingeschränkter Zugriff	de
local.bibliographicCitation.publisherPlace	Universität Hohenheim	de
local.faculty.number	2	de
local.institute.number	440	de
local.opus.number	1358
local.university	Universität Hohenheim	de
local.university.faculty	Faculty of Agricultural Sciences	en
local.university.faculty	Fakultät Agrarwissenschaften	de
local.university.institute	Institute of Agricultural Engineering	en
local.university.institute	Institut für Agrartechnik	de
thesis.degree.level	thesis.doctoral

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