CO - Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe
CO - Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe
CO - Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe
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<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Bioenergie –<br />
Heilsbringer o<strong>der</strong> Irrweg<br />
5 vor 12 – Die RWTH Wissenschaftsnacht<br />
11. 11. 2011 in Aachen<br />
Peter Quicker<br />
<strong>Lehr</strong>- <strong>und</strong> <strong>Forschungsgebiet</strong> <strong>Technologie</strong> <strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
RWTH Aachen<br />
www.teer.rwth-aachen.de<br />
1
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Inhalt<br />
Chancen <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Probleme bei <strong>der</strong> Nutzung<br />
<strong>Technologie</strong>n zur Bioenergiebereitstellung<br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
Biomassepotenziale<br />
Sinnvolle Ansätze<br />
Fazit<br />
2
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong><br />
Bioenergienutzung<br />
3<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Klimaschutz<br />
4<br />
Quelle: www.nabu.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong><br />
Bioenergienutzung<br />
Photosynthese<br />
Pflanzen,Tiere<br />
Mikroorg.<br />
Sedimentation<br />
Organik<br />
<strong>CO</strong> 2<br />
H 2 O<br />
Klima<br />
Atmung &<br />
Zersetzung<br />
Phys.-chem.<br />
Umwandlung<br />
Speicherung<br />
Atmosphäre &<br />
Ozean<br />
Energetische<br />
Nutzung<br />
Fossile<br />
Brennstoffe<br />
5<br />
Quelle: nach Press & Siever 2003
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Klima<br />
Aber: Ist Biomasse wirklich <strong>CO</strong> 2 -neutral???<br />
6
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Klima<br />
Aber: Ist Biomasse wirklich <strong>CO</strong> 2 -neutral???<br />
Energetische Nutzung:<br />
<strong>CO</strong> 2 -Freisetzung<br />
Bestand &<br />
stoffliche Nutzung:<br />
<strong>CO</strong> 2 -Speicherung<br />
7<br />
Quelle: www.nabu.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong> Bioenergienutzung Ressourcenschonung<br />
Erdöl konventionell<br />
67<br />
43<br />
Ressourcen<br />
Reserven<br />
Erdöl konv. + nichtkonv.<br />
Erdgas konventionell<br />
Erdgas konv. + nichtkonv.<br />
157<br />
62<br />
149<br />
64<br />
64<br />
756<br />
Hartkohle<br />
Weichbraunkohle<br />
207<br />
198<br />
1264<br />
1425<br />
Kernbrennstoffe<br />
42<br />
527<br />
Reichweite in Jahren<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600<br />
8<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Regelenergie<br />
9<br />
Quelle: www.clens.eu
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Chancen <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Regionale Wertschöpfung<br />
<strong>und</strong> Arbeitsplätze<br />
2010 Investitionen Bioenergie: 2,7 Mrd. €<br />
2010 122.000<br />
2009 128.000<br />
2007 119.500<br />
2004 56.800<br />
10<br />
Quelle: BMU 2011
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong><br />
Bioenergienutzung<br />
11<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Brandrodung auf Borneo<br />
Jährlicher Verlust von 13 Mio. Hektar Regenwald weltweit<br />
1,3 Mio. Hektar in Indonesien<br />
Dabei Freisetzung von 2 Mrd. Tonnen <strong>CO</strong> 2<br />
Zum Vergleich: ca. 800 Mio. Tonnen jährliche energie- <strong>und</strong><br />
prozessbedingte <strong>CO</strong> 2 -Emissionen in D<br />
12<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Torfbrand bei Brandrodung<br />
900 Mio. t <strong>CO</strong> 2 Emissionen 2006 in Indonesien durch Torffeuer<br />
13<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Tank o<strong>der</strong> Teller?<br />
14<br />
Quelle: www.guenstiger.de, http://de.123rf.com, www.wildlife-radio.net,
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Tank o<strong>der</strong> Teller?<br />
Energie<br />
4,7%<br />
Industrie<br />
24,2%<br />
(Seife, Kosmetika,<br />
Kerzen etc.)<br />
Nahrung<br />
71,1%<br />
Palmöl<br />
15<br />
Quelle: www.guenstiger.de, http://de.123rf.com, www.wildlife-radio.net,
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Monokulturen<br />
Gesamtfläche Bioenergienutzung in D: 1,8 Mio. Hektar<br />
Davon Raps: 940.000 Hektar<br />
Davon Mais: 700.000 Hektar<br />
16<br />
Quelle: www.guenstiger.de, http://de.123rf.com, www.wildlife-radio.net,
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Unfälle, Geruch, Belästigung<br />
Explosion einer Biogasanlage in Biberach<br />
17<br />
Quelle: www.biberach-presse.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Gentechnik?<br />
18<br />
Quelle: www.solid-nie<strong>der</strong>sachsen.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Kosten & Subventionen<br />
19<br />
Quelle: www.unendlich-viel-energie.de
Kum. Emissionen rel. zu Braunkohle<br />
bezogen auf kWh Strom<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Emissionen<br />
Steinkohle<br />
Braunkohle<br />
Gas – GuD<br />
Atomenergie<br />
Holz – KWK<br />
Photovoltaik<br />
Wind<br />
Wasser<br />
Quelle: IER Uni Stuttgart, 2005<br />
<strong>CO</strong> 2 SO 2 NO x Staub<br />
20
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Probleme bei <strong>der</strong> Bioenergienutzung<br />
Scharlatane & Glücksritter<br />
21<br />
Quelle: www.solid-nie<strong>der</strong>sachsen.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
<strong>Technologie</strong>n zur<br />
Bioenergiebereitstellung<br />
22<br />
Quelle: www.spiegel.de
B I O M A S S E<br />
Wärme- <strong>und</strong> Kraftmaschinen<br />
KRAFT & WÄRME<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
<strong>Technologie</strong>n zur Bioenergiebereitstellung im Überblick<br />
Verbrennung Rauchgas Wärmeträger<br />
23<br />
Quelle: xxx
24<br />
Quelle: www.bmhkw.de, Schmid, TREA Leunad<br />
,<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Verbrennung<br />
Biomasse + O 2 Wärme +<br />
<strong>CO</strong> 2 + H 2 O +<br />
Asche<br />
Scheitholzkessel<br />
Biomasselheizkraftwerk<br />
Pfaffenhofen<br />
Pelletkessel<br />
Müllheizkraftwerk<br />
TREA Leuna
B I O M A S S E<br />
Wärme- <strong>und</strong> Kraftmaschinen<br />
KRAFT & WÄRME<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
<strong>Technologie</strong>n zur Bioenergiebereitstellung im Überblick<br />
Verbrennung Rauchgas Wärmeträger<br />
Pyrolyse<br />
Gas / Öl / Koks<br />
25<br />
Quelle: xxx
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Pyrolyse (Verschwelung, Entgasung, Trockene Destillation)<br />
• Holzkohleerzeugung<br />
26<br />
Quelle: http://static1.kleinezeitung.at
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Pyrolyse (Verschwelung, Entgasung, Trockene Destillation)<br />
• Flash-Pyrolyse<br />
27<br />
Quelle: Gerdes, Dissertation 2001, Wikipedia<br />
Pyrolyseöl aus Getreideabfällen
B I O M A S S E<br />
Wärme- <strong>und</strong> Kraftmaschinen<br />
KRAFT & WÄRME<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
<strong>Technologie</strong>n zur Bioenergiebereitstellung im Überblick<br />
Verbrennung Rauchgas Wärmeträger<br />
Pyrolyse<br />
Gas / Öl / Koks<br />
Synthese<br />
Treibstoffe<br />
Vergasung<br />
Synthesegas<br />
28<br />
Quelle: xxx
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Vergasung<br />
• Imbert Gaserzeuger<br />
Biomasse + O 2 / H 2 O <br />
<strong>CO</strong> + H 2 + CH 4 + C x H y + <strong>CO</strong> 2<br />
Teere +<br />
Asche + Koks<br />
Gas<br />
Luft<br />
29<br />
Quelle: Generatorjahrbuch 1942
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Vergasung<br />
• Biomass to Liquid (BtL) mit dem Fischer-Tropsch-Prozess<br />
n <strong>CO</strong> + 2n H 2 (ᅳCH 2 ᅳ) n + n H 2 O<br />
FT-Versuchs-Anlage CHOREN, Freiberg<br />
FT-Anlagen SASOL, Südafrika<br />
30<br />
Quelle: www.fischer-tropsch.org
B I O M A S S E<br />
Wärme- <strong>und</strong> Kraftmaschinen<br />
KRAFT & WÄRME<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
<strong>Technologie</strong>n zur Bioenergiebereitstellung im Überblick<br />
Verbrennung Rauchgas Wärmeträger<br />
Pyrolyse<br />
Gas / Öl / Koks<br />
Synthese<br />
Treibstoffe<br />
Vergasung<br />
Synthesegas<br />
Methangärung<br />
Biogas<br />
31<br />
Quelle: xxx
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Biogaserzeugung<br />
Biomasse + H 2 O + Bakterien + Wärme <br />
CH 4 + <strong>CO</strong> 2 + Gärrest<br />
32<br />
Quelle: Landwirtschaftskammer NRW
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Biogasnutzung<br />
33<br />
Quelle: FNR
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
• Biogaserzeugung Stickoxide<br />
■ 7.500 t/a Substratinput: Hähnchenmist, Mais- u. Grassilage, Getreideschrot<br />
■ 2 Fermenter (720 m³, 980 m³),<br />
■ Leistung: 330 kW el , 420 kW therm<br />
34<br />
Quelle: Graf zu Eltz
B I O M A S S E<br />
Wärme- <strong>und</strong> Kraftmaschinen<br />
KRAFT & WÄRME<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
<strong>Technologie</strong>n zur Bioenergiebereitstellung im Überblick<br />
Verbrennung Rauchgas Wärmeträger<br />
Pyrolyse<br />
Gas / Öl / Koks<br />
Synthese<br />
Treibstoffe<br />
Vergasung<br />
Synthesegas<br />
Methangärung<br />
Biogas<br />
alkoh. Gärung<br />
Ethanol<br />
35<br />
Quelle: xxx
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Bioethanol<br />
• Alkoholische Gärung unter Hefezusatz <strong>und</strong> Luftabschluss (anaerob)<br />
• C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 <strong>CO</strong> 2<br />
Gärung Destillation Absolutierung<br />
36<br />
Quelle: xxx
B I O M A S S E<br />
Wärme- <strong>und</strong> Kraftmaschinen<br />
KRAFT & WÄRME<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
<strong>Technologie</strong>n zur Bioenergiebereitstellung im Überblick<br />
Verbrennung Rauchgas Wärmeträger<br />
Pyrolyse<br />
Gas / Öl / Koks<br />
Synthese<br />
Treibstoffe<br />
Vergasung<br />
Synthesegas<br />
Methangärung<br />
Biogas<br />
alkoh. Gärung<br />
Ethanol<br />
Verestern<br />
RME<br />
Pressen<br />
Pflanzenöl<br />
37<br />
Quelle: xxx
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Rapsöl <strong>und</strong> Rapsölmethylester (RME<br />
38<br />
Quelle: BASF, Kaltschmitt et al. 2009
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische<br />
Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
39<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
• Emissionen Halmgut: Stickoxide<br />
■<br />
NO x -Emissionen<br />
von kommerziell<br />
verfügbaren<br />
Halmgutfeuerungen<br />
Quelle: ATZ Entwicklungszentrum<br />
40
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
• Emissionen Halmgut: Dioxine & Furane<br />
■<br />
Zum Vergleich:<br />
Emissionswerte deutscher<br />
Müllverbrennungsanlagen:<br />
- „schlechteste“ Anlage:<br />
20 pg TE/m³<br />
- Durchschnitt:<br />
< 5 pg TE/m³<br />
(1 pg = 1 billionstel Gramm)<br />
Grenzwert: 100<br />
Quelle: Launhardt 2002<br />
41
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
• Emissionen Halmgut: Dioxine & Furane<br />
■<br />
Im Teillastbereich<br />
noch gravieren<strong>der</strong>e<br />
Freisetzung an<br />
PCDD/F möglich<br />
Grenzwert: 100<br />
!<br />
Quelle: Launhardt 2002<br />
42
Ascheanteil [%] . …..<br />
Nadel<br />
Laub<br />
Roggenkorn<br />
Weizenkorn<br />
Triticalekorn<br />
Rapskorn<br />
Ganzpflanzen<br />
Getreidestroh<br />
Rapsstroh<br />
Landschaftspflegeheu<br />
Wiesenheu<br />
Miscanthus<br />
Erweichung [°C] . .<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
• Verbrennungsverhalten - Ascheschmelze<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
Roggenstrohpellets<br />
Gerstenkorn<br />
Quelle: ATZ Entwicklungszentrum<br />
43
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
• Verbrennungsverhalten – Ascheschmelze<br />
■<br />
■<br />
versinterte Schlacke bei <strong>der</strong> Klärschlammverbrennung auf dem Vorschubrost<br />
verglaste Schlacke in einer zirkulierenden<br />
Wirbelschicht Feuerung<br />
für Altholz<br />
Quelle: Albert 2006<br />
44
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
• Verbrennungsverhalten - Ascheschmelze<br />
!<br />
Quelle: Schopf, Saacke Group 2011<br />
45
Chlor [mg/kg] .<br />
Nadel<br />
Laub<br />
Roggenkorn<br />
Weizenkorn<br />
Triticalekorn<br />
Rapskorn<br />
Ganzpflanzen<br />
Getreidestroh<br />
Rapsstroh<br />
Landschaftspflegeheu<br />
Wiesenheu<br />
Miscanthus<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Technische Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
• Verbrennungsverhalten – Korrosion<br />
8000<br />
6000<br />
4000<br />
2000<br />
0<br />
Quelle: Albert 2006, Deventer u. Mockenhaupt 2006<br />
46
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Potenziale<br />
47<br />
Quelle: www.spiegel.de
[PJ/a]<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Bioenergiepotenzial in Deutschland – Studienvergleich<br />
• Reststoffe<br />
1.000<br />
900<br />
aktuelles Potential (2000)<br />
2010<br />
800<br />
700<br />
600<br />
2020<br />
2030<br />
700<br />
± 200 PJ/a<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
-<br />
Öko<br />
Referenz<br />
Öko Umwelt<br />
Öko<br />
Biomasse<br />
DLR Basis<br />
DLR<br />
IE-Europa<br />
NatSch+<br />
48<br />
Quelle: Faulstich 2007, nach Fritsche et al 2004, Nitsch et al. 2004, Thrän et al. 2005
[Mio. ha] . .<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Bioenergiepotenzial in Deutschland – Studienvergleich<br />
• Bioenergiepotenzial – Energiepflanzen (NaWaRo )<br />
Fläche [Mio. ha]<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
ATZ 2006<br />
1 – 7 Mio. ha !<br />
IE 2005<br />
DLR 2004<br />
FNR 2002<br />
Öko Inst. 2004<br />
BMELV 2002<br />
0<br />
1<br />
49<br />
Quelle: ATZ Entwicklungszentrum 2007
Enegriepotenzial [PJ/a] .<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Bioenergiepotenzial in D<br />
• Rahmenbedingungen:<br />
Technisches<br />
Gesamtpotenzial<br />
Ohne Stammholz<br />
nutzbare Fläche<br />
3,5 – 4,5 Mio. ha<br />
Anbaumix<br />
stellvertretend für<br />
Biogassubstrate,<br />
Festbrennstoffe <strong>und</strong><br />
Treibstoffproduktion<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
2006 2020<br />
Raps<br />
Mais<br />
Miscanthus<br />
Gülle<br />
Ernterückständ<br />
Stroh<br />
Waldholz<br />
Industrierestho<br />
Altholz<br />
Landschaftspfle<br />
Deponiegas<br />
Klärgas<br />
Klärschlamm<br />
Hausmüll, biog<br />
Gewerbeabfäll<br />
50<br />
Quelle: ATZ Entwicklungszentrum 2007
Enegriepotenzial [PJ/a] .<br />
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Bioenergiepotenzial in D<br />
1400<br />
• Rahmenbedingungen:<br />
Aktuelles Gesamtpotenzial<br />
setzt sich zur Hälfte aus<br />
Abfällen & Resten<br />
zusammen!<br />
Beim <strong>der</strong>zeitigen<br />
Primärenergiebedarf von<br />
r<strong>und</strong> 14.000 PJ/a<br />
etwa 10 % aus Biomasse<br />
möglich<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
2006 2020<br />
NaWaRo<br />
Reste<br />
Abfälle<br />
51<br />
Quelle: ATZ Entwicklungszentrum 2007
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Sinnvolle Ansätze bei <strong>der</strong><br />
Bioenergienutzung<br />
Nutzung von Energiepflanzen<br />
52<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Heizwärmebereitstellung in Deutschland 2007<br />
Fast 80 % <strong>der</strong> Heizenergie wird aus Treibstoffen gewonnen<br />
Biomasse soll dagegen in den Tank<br />
53<br />
Quelle: BDEW 2007
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Heizwärmebereitstellung 2007 in D<br />
Flächenerträge Biotreibstoffe im Vergleich<br />
54<br />
Quelle: FNR
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Heizwärmebereitstellung 2007 in D<br />
Flächenbezogene Energieausbeuten verschiedener Optionen zur<br />
Bioenergienutzung<br />
Getreide Kraftstoff (Ethanol)<br />
Schwankungsbreite<br />
Raps Kraftstoff (Diesel)<br />
Biogas Strom ohne Wärme (Mais)<br />
KUP* Kraftstoff (BtL)<br />
Biogas Kraftstoff (Mais)<br />
Biogas KWK (Mais)<br />
* KUP = Kurzumtriebsplantagen<br />
KUP* Wärme (Verbrennung)<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
Energieertrag in [GJ/ha]<br />
Quelle: FNR 2006, FNR 2005, KTBL 2006, KTBL 2005, dena 2006, Schindler et al. 2006, Arnold et al. 2006, BayLfU 2004<br />
55
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Heizwärmebereitstellung 2007 in D<br />
<strong>CO</strong> 2 -Reduktion durch Bioenergie im Vergleich<br />
15<br />
Eingesparte <strong>CO</strong> 2 -Menge<br />
im Vergleich zu<br />
fossilen Rohstoffen<br />
in<br />
Tonnen pro Hektar<br />
<strong>und</strong> Jahr<br />
10<br />
5<br />
0<br />
56<br />
Quelle: FNR
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Sinnvolle Ansätze bei <strong>der</strong><br />
Bioenergienutzung<br />
Nutzung von biogenen Rest- <strong>und</strong> Abfallstoffen<br />
58<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Rahmen für die energetische Nutzung biogener Reststoffe<br />
Weiterentwicklung <strong>der</strong> technischen Verfahren zur Erschließung neuer<br />
Brennstoffsortimente (Stroh, Grün- <strong>und</strong> Strauchschnitt etc.)<br />
Kaskadennutzung, z.B.:<br />
Auch hier ist das effizienteste Konversionsverfahren zu wählen<br />
59
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Konzept zur weitgehenden kommunalen Reststoffverwertung<br />
Co-Substrate<br />
Schlamm<br />
Zusatzbrennstoffe<br />
Kläranlagen<br />
als Ver- & Entsorgungszentren<br />
Aufbereitung Trocknung Verbrennung<br />
Vorteil<br />
- Personal<br />
- Know-how<br />
- Technik<br />
- Infrastruktur<br />
sind vorhanden!<br />
Externe Gasnutzung<br />
Gasaufbereitung<br />
NPK-Dünger<br />
P-Rückgewinnung<br />
60
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Projektbeispiel Stroh-Energie.NRW<br />
• Ansatz<br />
■<br />
Simultane<br />
Anpassung von<br />
Brennstoff <strong>und</strong><br />
Anlagentechnik<br />
61
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Projektbeispiel Biokoks für Gießereien<br />
• Projektinhalt<br />
62
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Sinnvolle Ansätze bei <strong>der</strong><br />
(Bio-)energienutzung<br />
KWK <strong>und</strong> Wärmenutzung<br />
63<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Kraft-Wärme-Kopplung<br />
• Vergleich KWK <strong>und</strong> separate Wärme- <strong>und</strong> Stromerzeugung<br />
64<br />
Quelle: Schmitz 2005
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Kraft-Wärme-Kopplung<br />
• Energieflussdiagramm<br />
Deutschland<br />
2007<br />
548,6 Mto. t SKE Input<br />
Verluste: 29,1 %<br />
bez. auf den energetischen<br />
Primärenergieverbrauch<br />
Endenergie: 66,1 %<br />
bez. auf den energetischen<br />
Primärenergieverbrauch<br />
Nutzenergie: ca. 33 %<br />
65<br />
Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2008
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Wärmenutzung – Optionen<br />
• Nah- <strong>und</strong> Fernwärmenetze bzw. Prozessdampflieferung<br />
• Verbesserung Wärmeabnahme über bestehende Netze<br />
• Wärmespeichersysteme<br />
■ Tagesspeicher<br />
■ Saisonale Speicher<br />
■ Mobile Speicher<br />
• Ansiedlung von Abnehmern für Nie<strong>der</strong>temperaturwärme<br />
■ Trocknungsprozesse (KS, Holz, Düngemittel, landw. Erzeugnisse)<br />
■ Destillation bzw. Rektifikation von Alkohol<br />
■ Erzeugung von Kälte<br />
■ …<br />
66
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Fazit<br />
67<br />
Quelle: www.spiegel.de
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Fazit<br />
• Das Potenzial <strong>der</strong> Bioenergie ist erheblich<br />
• Die Herausfor<strong>der</strong>ungen bei <strong>der</strong> Nutzung ebenso<br />
• Bioenergie ist so zu erzeugen, dass die größte Effizienz erzielt wird<br />
■ Zunächst Reststoffe & Abfälle nutzen<br />
■ Gerade für NaWaRo-Fraktionen sind sinnvolle Prozessketten zu wählen (Kaskade)<br />
politische Vorgaben sind zu korrigieren<br />
■ KWK-Betrieb <strong>und</strong> sinnvolle Wärmenutzung sind essentiell<br />
• Technische Lösungsansätze<br />
■ Brennstoffkonfektionierung wie dies bei fossilen BS gängige Praxis ist<br />
<strong>und</strong> gleichzeitig Anpassung <strong>der</strong> Anlagentechnik<br />
■ Alternative Einsatzgebiete, z.B. in industriellen Prozessen (Metallurgie)<br />
68
<strong>Technologie</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
Danke für‘s Zuhören!<br />
Peter Quicker<br />
<strong>Lehr</strong>- <strong>und</strong> <strong>Forschungsgebiet</strong> <strong>Technologie</strong> <strong>der</strong> <strong>Energierohstoffe</strong><br />
RWTH Aachen<br />
www.teer.rwth-aachen.de<br />
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