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Methane production from maize through anaerobic digestion: influence of variety and time of harvesting

Project Leader
Amon Thomas, Project Leader
Duration:
01.05.2001-31.08.2002
Type of Research
Applied Research
Project partners
Fa. Pioneer, Austria.
Function of the Project Partner: Partner

Further information: http://www.boku.ac.at/iluet/lt/th_ut/page/forschung.htm

Staff
Wagentristl Helmut, Project Staff
Zollitsch Werner, Project Staff
Refenner Karl, Project Staff (bis 30.09.2021)
Amon Barbara, Project Staff
Moitzi Gerhard, Project Staff
Kryvoruchko Vitaliy, Project Staff (bis 29.02.2008)
BOKU Research Units
Division of Agricultural Engineering
Division of Livestock Sciences
Experimental Farm Großenzersdorf
Funded by
Pioneer Seeds Ltd., Pioneerstraße, 7111 Parndorf, Austria
Abstract
Maize is increasingly used for energy production in agricultural biogas plants. Economic efficiency is strongly dependent on maximum possible methane production from crops and on methane production per hectare of maize cultuvation. The research project aimed at finding maize varieties that are suitable for anaerobic digestion and at developing recommendations on optimum harvesting time and conservation.
The research project quantified methane production from maize through anaerobic digestion. 5 varieties (PR 39G12, Sandrina, Clarica, Monalisa, Ribera) were included in the investigations. Each variety was harvested at an early, medium and late state of ripeness. Thus, the influence of variety and time of harvesting on methane yield and course of biogas production could be analysed. Investigations were carried out in the lab with the eudiometer technology according to the German DIN standard No. 38414. Parameters of the anaerobic digestion process such as temperature or hydraulic residence time can exactly be controlled with this technology and were kept constant throughout all experiments. Inoculum was taken from commercial biogas plants that digest animal wastes and energy crops.
CO2 and CH4 concentrations in the biogas were analysed by gaschromatography. Substrate composition (N, NH4, C, cellulose, hemicellulose, crude fibre, protein, fat, dry matter, ash) was analysed before and after the digestion process. Substrate pH was monitored throughout the digestion process. Effectiveness of biogas production was assessed by the following criteria: biogas yield, methane yield, biogas quality, and decomposition of organic substance. Experiments comprised anaerobic digestion of maize silage from all varieties and from three different stages of vegetation per variety. Fresh maize of the variety Ribera was digested, as well.
The lowest specific methane yield was achieved from the variety PR 39G12 (292 N l Methan per kg VS). Sandrina gave the highest specific methane yield (375 N l Methan per kg VS). Specific methane yield did not depend on the maturity group , but on the nutrient composition that varied between varieties. E.g. fat content of Sandrina was higher than of PR 39G12.
Time of harvesting significantly influenced the specific methane yield especially with the varieties Sandrina, Monalisa and PR 39G12. Plants of the variety Sandrina harvested at dead ripeness delivered 23 % less methane than when harvested at wax-ripeness. When the variety Monalisa was harvested at dead ripeness, it produced 9.2 % less methane. Late harvesting of the variety PR 39G12 resulted in 15.1 % reduction in methane yield.
When harvested at dead ripeness, plants of all varieties (except Clarica) yielded less biomass per hectare and/or less specific methane yield than wax-ripe plants. Maize should optimally be harvested at maximum biomass yield per hectare, which is normally the case at end of wax-ripeness. At this stage of vegetation, maximum specific methane yield can be achieved through anaerobic digestion. Deviations from the optimum harvesting time can result in considerable reductions in methane yield. Thus, the optimum harvesting time is an important determinant of economic efficiency of anaerobic digestion of maize.
Maize silage gave a 21 % higher specific methane yield than fresh maize. Lactic acid formation during silaging delivers precursors that are important for methane formation during anaerobic digestion. 95% of maximum possible methane yield was achieved after 40 - 45 days of anaerobic digestion with all experiments.
Keywords
agronomy; crop husbandry; agricultural ecology; renewable energy; environmental protection;
biogas; energy crops; greenhouse gas emissions;
Publications

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* Hopfner-Sixt, K., Amon, T., Bodiroza, V., Kryvoruchko, V., Milovanovic, D., Zollitsch, W., Boxberger, J. (2006): Biogas production from agricultural resources: characteristic values for material and energetic evaluation.

Landtechnik. Fachzeitschrift für Agrartechnik und ländliches Bauen, 3/2006; ISSN 0023-8082 FullText

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[12th Ramiran International conference 2006 - Technology for Recycling of Manure and Organic Residues in a Whole-Farm Perspective., Aarhus, Denmark, 11.09.2006 - 14.09.2006]

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Amon, T., Kryvoruchko, V., Amon, B., Reinhold, G., Oechsner, H., Schwab, M., Weiland, P., Linke, B. (2004): Biogaserträge von Energiepflanzen und Wirtschaftsdüngern – Laborversuchsergebnisse.
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Amon, T., Kryvoruchko, V., Amon, B., Zollitsch, W., Mayer, K., Buga, S., Amid, A. (2004): Biogaserzeugung aus Mais – Einfluss der Inhaltsstoffe auf das spezifische Methanbildungsvermögen von früh- bis spätreifen Maissorten..
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In: Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft, KTBL (Hrsg.): 6. Internationale Tagung Bau, Technik und Umwelt in der Nutztierhaltung, 25. - 27. März 2003, Vechta/Germany, 527 - 530, Darmstadt/Germany

Amon, Th., Amon, B., Kryvoruchko, V., Hopfner-Sixt K., Buga, S., Pötsch, E., Zollitsch, W., Plank, J., Mayer, K. (2003): Nutzung der Grünlandbiomasse sowie anderer Feldkulturen für die Biogasproduktion.
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Amon, Th.; Kryvoruchko, V.; Amon, B.; Moitzi, G.; Buga, S.; Zollitsch, W. (2002): Endbericht "Methanbildungsvermögen von Mais, Einfluss der Sorte, der Konservierung und des Erntezeitpunktes".

Auftraggeber: Pioneer Saaten Ges.m.b.H. Parndorf (Austria)

Amon, Th., Kryvoruchko, V., Amon, B. (2002): Biogas production from energy crops - A new system (MEVS) to calculate the methane energy value from biomass.
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Amon, Th., Amon, B., Hopfner-Sixt, K., Hackl, E., Jeremic, D., Boxberger J. (2001): Potentiale für kostendeckende Brennstoffpreise aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen.
[Biogas-Brennstoffzellensysteme, Symposium über den Stand der Entwicklung und die Perspektiven, Steyr, Austria, 15.05.2001]

In: PROFACTOR Produktionsforschungs GmbH (Hrsg.): Biogas-Brennstoffzellensysteme, Symposium über den Stand der Entwicklung und die Perspektiven, 15 Mai 2001, Steyr, Beitrag 8, Steyr

Amon, Th., Hackl, E., Hopfner-Sixt. K., Amon, B., Jeremic, D., Boxberger J. (2001): Neue Entwicklungen der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung in Österreich.
[7th international Conference for Renewable Resources, Magdeburg, Germany, 11th -12th June ]

In: NAROSA (Ed.): 7th international Conference for Renewable Resources, 11th -12th June , Magdeburg/Germany , Beitrag 12, Magdeburg/Germany

Amon Th., Hackl, E., Jeremic, D., Amon, B., Boxberger, J. (2001): Biogas production from animal wastes, energy plants and organic wastes.
[9th World Congress Anaerobic Digestion; Proceedings Part 1 Anaerobic Conversion for Sustainability, Antwerp, Belgium, 03.09.2001 - 06.09.2001]

In: van Velsen, A.F.M., Verstraete, W.H. (Eds.): 9th World Congress Anaerobic Digestion; Proceedings Part 1 Anaerobic Conversion for Sustainability, 3-6. Sept. 2001, Antwerp/Belgium, 381-387, Antwerp/Belgium

Vorträge

Amon, B. (2006): Research for climate protection-technological options for mitigation (Reclip:tom).. [Poster]

12th Ramiran International conference Technology for Recycling of Manure and Organic Residues in a Whole-Farm Perspective., 11 – 14 September, Aarhus FullText

Amon, T. (2006): Strategien zur nachhaltigen Erzeugung, Bereitstellung und Nutzung agrarischer Biomasse für die Biogaserzeugung.

biogas 06 II, 30.11.-01.12., Linz

Hopfner-Sixt, K., Amon, T. (2006): Leistungsvergleich verschiedener Biogasanlagensysteme.

Biogas 06 II, Zukunfstpotentiale nutzen - Prozesse optimieren, 30.11.-01.12., Linz

Hopfner-Sixt, K., Amon, T., Milovanovic, D., Amon, B. (2006): Monitoring of energy crop digestion in Austria.. [Poster]

12th Ramiran International conference Technology for Recycling of Manure and Organic Residues in a Whole-Farm Perspective., 11 – 14 September, Aarhus FullText

Amon, T. (2004): Energiemais zur Biogaserzeugung – eine Herausforderung für Pflanzenbauer und –züchter.

Ackerbautag 2004 der Landwirtschaftskammer für Oberösterreich , 01.04.2004, Rohr im Kremstal

Amon, Th. (2003): Biogaserzeugung - Potentiale der Landwirtschaft, Anlagentechnik und Dimensionierung aus wissenschaftlicher Sicht.

Spezialkurs für Biogasinteressenten und -betreiber; Bioenergie und LFI Tirol, 21. März 2003, Volders/Innsbruck

Amon, Th. (2003): Biogaserzeugung in der Landwirtschaft - Potentiale, Anlagentechnik, Anlagendimensionierung aus wissenschaftlicher Sicht.

Spezialkurs für Biogasanlagenbetreiber; LFI Vorarlberg, 16. Jänner 2003, Hohenems

Amon, Th. (2003): Biogasanlagen.

Fernsehsendung Modern Times (ORF 2), 25.04.2003, Wien

Amon, Th. (2003): Landwirtschaftliche Biogasanlagen - Konzeption - Nutzung von Energiepflanzen für die Biogaserzeugung.

Biogasseminar, 30. Jänner 2003, Zurndorf

Amon, Th. (2003): Landwirtschaftliche Biogasanlagen - Grundlagen, Verfahrensfragen, Energieerträge landwirtschaftlicher Nutzpflanzen.

Biogastagung für Beratungskräfte und Bezirkskammern, 05. März 2003, Landeskammer für Land- und Forstwirtschaft Graz; Landwirtschaftliche Fachschule Wetzawinkel; Gleisdorf

Amon, Th. (2003): Biogaserzeugung aus NAWAROS - Unterschiede durch Standort, Art, Sorte und Ertrag beim Methanertrag von nachwachsenden Rohstoffen.

Biogasanlagenbetreiberkurs der NÖ Landes-Landwirtschaftskammer;, 07. Mai 2003 , Mold

Amon, Th. (2003): Verfahrenstechnische Eckpunkte bei der Biogaserzeugung, Einbringung und Aufbereitung der Inputmaterialien, messtechnische Erfassung der Abbauvorgänge, Parameter für die Betriebsüberwachung.

Biogasanlagenbetreiberkurs der NÖ Landes-Landwirtschaftskammer, 07. Mai 2003, Mold

Amon, Th. (2003): Praxisrelevante Neuigkeiten aus der Forschung.

2. Österreichische Biogastagung des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie, 05. Mai 2003, Bruck/Mur

Amon, Th. (2003): Methanbildungsvermögen von Energiepflanzen.

ÖKL Biogas-Spezialberater-Tagung, 11. Juni 2002, Landeslandwirtschaftskammer Linz

Amon, Th. (2002): Methanenergiewert von Energiepflanzen.

ÖKL Biogas-Spezialberater-Tagung, 06. November 2002, Gloggnitz

Amon, Th. (2002): Mit Biogas zum Energiewirt.

Biogasspezialberatung, 01. März 2002, Bezirksbauernkammer für Land- und Forstwirtschaft Fürstenfeld

Amon, Th. (2002): Qualität vom Stall bis zum Teller: eine ganzheitliche Bewertung der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung.

Berufungsverfahrens "Nutztierökologie", 24. Juni 2002, Universität für Bodenkultur Wien

Amon, Th., Hackl, E., Jeremic, D., Amon, B., Boxberger, J. (2001): Biogas production from animal wastes, energy plants and organic wastes..

9th World Congress Anaerobic Digestion Antwerpen - Belgium, 3-6. Sept. 2001. Proceedings Part 1 Anaerobic Conversion for Sustainability, 381-387

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