Improved energy supply, waste management and climate effects by use of biogas technology in South African prison farms

Due to increased national electricity consumption severe shortages in supply result that must be substituted by emergency generators driven by diesel fuel. On the other hand, prisons are also operating agricultural farms that include pig and cattle farming. The manure mostly remains either untreated or is partly used as a fertiliser and directly applied in crop production. Both effects are accompanied by negative environmental impacts in the region, such as water pollution of nearby rivers and air pollution by odour substances.

To improve the situation a change towards the use of solar energy and biomass instead of fossil fuels, as well as the proper management of animal manure and its use as a renewable energy source in a biogas plant, is proposed and its feasibility is studied in the case of a typical prison farm.

As a basic scenario the application of a 'full� biogas plant, including cogeneration through combined heat and power production, the use of waste heat for warm water production, the application of digested manure in agriculture and the direct use of biogas for steam and warm water production were studied. Variants of crops and manure, both qualitatively and quantitatively, were considered. The technical layout and implementation into the prison farm management were proposed based on experiences in planning and operation of European biogas plants. Economic results, ecological consequences in terms of environmental impacts and social impacts were studied and generalised based on waste type and amount, energy needs and local climatic factors.

Best results would be achieved if biogas is used as an alternative fuel to petrol, with the equivalent of 1 400 litres of petrol per day being produced, which exceeds the needs of the prison transportation sector and is available for selling. The variant is economically feasible in case of a petrol price higher than € 0,35/l, which is about one-third of the current fuel market price. The second option involves the preparation of warm water for room heating, which is able to substitute about one third of the currently used electricity. The option is economically viable if the energy price exceeds € 0,045/kWh. In the case of higher prices for electricity other variants such as cogeneration (combined heat and power) will be possible. Environmental impacts are between 1 000 and 3 000 tons CO2-equivalents annually, depending on the realised biogas plant.

 

 

Hygienisierung und Trocknung von Gärresten - Erfahrungen mit dem Herhof-Belüftungssystem
© Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie GmbH (11/2025)
Die Herstellung von Qualitätskomposten aus Bioabfallgärresten stellt herkömmliche Kompostierungssysteme vor große Herausforderungen. Je nach Vergärungssystem müssen Hygienisierungsnachweise nach Bioabfallverordnung oder deutliche Veränderungen im Trockensubstanzgehalt zusätzlich zum organischen Abbau erzielt und nachgewiesen werden. Erfahrungen im Bereich Bioabfallkompostierung oder biologischer Trocknung von Restabfall fließen in die Umsetzung der Gärrestbehandlungssysteme mit ein. Anhand der kombinierten Vergärungs- und Kompostierungsanlagen in Cröbern und Bernburg werden die Ergebnisse und die Grenzen des Herhof-Belüftungssystems speziell im Hinblick auf Hygienisierung nach Bioabfallverordnung und Trocknung für die Kompostaufbereitung dargestellt.

Der Weg vom Gärrest zum Qualitätskompost - Erfahrungen in umgesetzten Anlagen
© Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie GmbH (11/2025)
Die Erzeugung eines hochwertigen Qualitätskomposts ist vielfach ein Schlüssel zum wirtschaftlichen Erfolg einer Bioabfallbehandlungsanlage. Da jedoch die meisten Bioabfälle bei der Anlieferung in einer Behandlungsanlage immer noch einen sehr hohen Fremdstoff- und Verunreinigungsanteil aufweisen, ist neben einer effizienten biologischen Behandlung - in einer Kaskadennutzung bei hohem Biogasertrag und guter Aerobisierung und Nachrotte der Gärreste - die Abscheidung der Störstoffe in einer Kompostfeinaufbereitung der Schlüssel zu einem vermarktbaren Qualitätskompost.

TGV - Thöni Gärrestverwertung: Kompostierungstechnologie zur Behandlung von Gärresten
© Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie GmbH (11/2025)
Die TGV - Thöni Gärrestverwertung behandelt Gärreste aus Vergärungsanlagen und verarbeitet sie zu hochwertigem Kompost. Das System schließt die Lücke zwischen anaerober Vor- und aerober Nachbehandlung. Durch eine eigene Technologie werden Schnittstellen reduziert und Planung sowie Ausführung aus einer Hand ermöglicht.

 

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