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B E R B I O N
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71. Symposium des ANS e. V.
Das BERBION ProjektDas BERBION-ProjektNeue Wege zur energetischen und stofflichen Nutzungregionaler Bioressourceng
Gefördert im BMBF-Programm „Bioenergie 2021“
Helmut Adwiraah
GRUPPE BIOKONVERSION UND EMISSIONSMINDERUNG
Technische Universität Hamburg-Harburg
INSTITUT FÜR UMWELTTECHNIK & ENERGIEWIRTSCHAFT
B E R B I O N
A88A
71. Symposium des ANS e. V.
Das BERBION ProjektDas BERBION-ProjektNeue Wege zur energetischen und stofflichen Nutzungregionaler Bioressourceng
BERBION steht für: BERgedorf + BIOressourcen +
energetische und stoffliche Nutzung
GRUPPE BIOKONVERSION UND EMISSIONSMINDERUNG
Technische Universität Hamburg-Harburg
INSTITUT FÜR UMWELTTECHNIK & ENERGIEWIRTSCHAFT
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BERBION im Überblick Das Gesamtziel:
Nutzung von organischen Abfällen & Abwässern zur Energie- & Produktgewinnungzur Energie- & Produktgewinnung Wissenschaftliche Teilziele: Bausteine zur Effizienzsteigerung Praktisches Teilziel: Bioressourcen-Gesamtkonzept für den Bezirk Bergedorf
Die Laufzeit: 2009-2013BERBION 2021
Das Besondere: interdisziplinär, bereichsübergreifend, ganzheitlich 13 Beteiligte: Wissenschaft
TUHH: Institut für Umwelttechnik & Energiewirtschaft, HamburgUnternehmen Institut für Abwasserwirtschaft & Gewässerschutz, Hamburg
Institut für Verkehrsplanung & Logistik, HamburgJohann Heinrich von Thünen-Institut, Hamburg Deutsches Biomasseforschungszentrum, LeipzigTUK: Institut für Bioverfahrenstechnik, KaiserslauternUIBK: Institut für Mikrobiologie Innsbruck
UnternehmenHamburger StadtentwässerungStadtreinigung HamburgASA Spezialenzyme Dr. Kim Kleeberg UmweltanalytikIngenieurbüro für Abfallwirtschaft
PolitikBezirksamt Bergedorf
UIBK: Institut für Mikrobiologie, InnsbruckIngenieurbüro für Abfallwirtschaft
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Bioressourcenflüssig fest schlammig Einsammlungz.B. Küchenabfälle, krautige Abfälle,
Abwasser Ökologische und ökonomische Bewertung
Vakuum-, Unterflursysteme, Vor-Ort-Aufbereitung, Umleitung von
Stoffströmen
Vorbehandlungbiologisch physikalisch chemischz.B. Zerkleinern, Sieben, Sichten, Auspressen,
Dampfdruck, Kavitation, Enzyme, Chemikalien, Ultraschall
Logistikkonzepte
Energieerzeugungbiologisch thermisch
Energienutzung• Strom• Wärme
• Ethanol• Methan
Energieträger
biologisch• Biogas• Bioethanol
thermisch• Verbrennung (Referenz)
Wärme• Kraftstoff
Wertstoffe Wertstoffnutzung
Methan• Wasserstoff
• Stickstoff• Phosphor• Humus• Extraktstoffe• Organik
Reststoffbehandlungz.B. Aufkonzentrieren, Entwässern, Kompostieren,
Pelletieren, Strippen, Fällen
• Düngemittel• Bodenverbesserer• Chemikalien• Festbrennstoff
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Das ZielgebietAllermöhe
Inventur der BioressourcenAllermöhe
Altengamme
Bergedorf
Billwerder
Abfälle & AbwässerVerwertungsanlagen
W ? W ? Wi i l? W ? W hi ?Billwerder
Curslack
Kirchwerder
Lohbrügge
Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsort
gg
Moorfleet
Neuengamme
Ochsenwerder
Zusammensetzung
Menge
Reitbrook
Spadenland
TatenbergBevölkerungsdichte
Jahresganglinien
Einsammlung
Auswahlkriterien: Vielfältigkeit, ungenutzte Bioressourcen, dynamischer Standort
Bevölkerungsdichte Verbleib
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Inventur der BioressourcenWo? Was?
Inventur der Bioressourcen
Öffentliche und andere Grünflächen
Privathaushalte Gartenabfälle, Küchenabfälle, Abwasser
Abfälle & AbwässerVerwertungsanlagen
W ? W ? Wi i l? W ? W hi ? Industrie und Gewerbe
Land- und Forstwirtschaft Gras, Hecken- und Baumschnitt, Laub, gemischte Grünabfälle
Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsort
, g
Grünabfall, Speise- und Lebensmittelabfälle, F tt i ll Abfäll Ab
Zusammensetzung
MengeFette, spezielle Abfälle, Abwasser
Gras Grünabfall Ernterückstände
Jahresganglinien
Einsammlung Gras, Grünabfall, Ernterückstände,
Holzabfälle, Gülle Verbleib
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Datenerhebung
Befragung von Entsorgern Eingesammelte und verwertete
Mengen
Fragebögen und Befragungen Firmen, Ämter, Behörden, Haushalte, 40,0
50,0
60,0
70,0
l der Häusertypen [%]
B d f
Vereine
Statistiken, Literaturdaten
Luftbildauswertung0,0
10,0
20,0
30,0
Einfamilien Zweifamilien Mehrfamilien
Prozentualer Antei Bergedorf
Hamburg
Luftbildauswertung
Laboranalysen
Abfallsortierungeng
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Ergebnisse Sortierungen der Bio- und Restabfalltonnen in ausgewählten Straßenzügen
60% Organik < 10 mm Organik krautig < 40 mmKüchenabfall Gartenabfall
7,7%1 2%
3,3%
5,3%
0 1%
0,5%
0,1%
0,6% 0,6%
2 0%0,5%
0,2%
40%
50%Altholz Organik holzig < 40 mmTopfpflanzen mit Wurzeln
25,4%25,3%
19 5%
12,4%1,9%
1,2%
1,2% 0,4%
0,1%
0,9%0,1%0,3%
2,0%0,2%
30%
40%
8 8% 10 3% 10,3%
,
21,5%21,3%
19,5%
10%
20%
3,2% 2,6% 1,6% 2,5% 4,0%
8,8%5,6% 9,2%
10,3%
0%
EFHmB EFHoB MFHmB MFHoB RHmB
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Ergebnisse Sortierungen der Bio- und Restabfalltonnen in ausgewählten Straßenzügen
10,7%7,94% 3,71%1,31%100%
11,9%11,7%
8,0%
6,5%7,1%
10,7%
9,8%,
16,1%
0,0%
1,2%0,7% 2,1%
1,4%2,1%
70%
80%
90%
43,9%43,9%
47,3%30%
40%
50%
60%
6,2% 9,2% 4,5%
10,9%13,6%
7,5%
0%
10%
20%
30%
0%
EFH Bio MFH Bio RH Bio
Organik krautig < 40 mm Küchenabfall Gartenabfall krautigGartenorganik holzig Altholz Organik holzig < 40 mmOrganik < 10 mm sonstige < 10 mm sonst. Abfälle
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Erfassung, Speicherung, TransportNeue Systeme für Abfälle
Erfassungseffizient, ökonomisch, benutzerfreundlich, stadtverträglich Küchenabfälle, Holziges, Krautiges Laub, Gras Systeme für Küchenabfälle Laub, Gras
Grünabfälle:- Klappbare Biobox für Gärten
y
Klappbare Biobox für Gärten- Holziges an Grundstücksgrenze- Shreddern bei Abholung
Laub / Gras:- Sammel-„Parkplatz“, -Container - Pelletierung bei Abholung
Küchenabfälle- Einwurf in Schächte im Haus / auf Hof- Einwurf in Toilette / in Spüle- Transport mit Absaugung / mit Abwasser
Samml ng im Unterfl rs stem- Sammlung im Unterflursystem
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Erfassung, Speicherung, TransportNeue Systeme für Abwässer
Erfassungseffizient, ökonomisch, benutzerfreundlich, stadtverträglich
Konzentriertes Schwarzwasser
Trenntoilette
Braunwasser, Urin
Standortsuche für Pilotsystem:
separate Erfassung von konzentriertem Schwarzwasser mittels Vakuumtechnologie
dessen Speicherung in unterirdischem Tank
Vakuumtoilette
dessen Speicherung in unterirdischem Tank
Vakuumtoilette
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I t PInventur: Prozesse Wer entsorgt / behandelt / verwertet Bioressourcen?
V ä• Kompostierung• Abwasserreinigung
Zentrale öffentliche Einrichtungen:
• Verbrennung• Vergärung
Sonstige Einrichtungen - aktuell & geplant• Kompostierung, Vergärung, Verbrennung durch private Entsorger• Kompostplätze auf öffentlichen, land-, forstwirtschaftlichen Flächen• Mulchung, Pelletierung, FestbrennstoffherstellungMulchung, Pelletierung, Festbrennstoffherstellung...
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I t PInventur: Prozesse Wer entsorgt / behandelt / verwertet Bioressourcen?
V ä• Kompostierung• Abwasserreinigung
Zentrale öffentliche Einrichtungen:Inventur: Energie
Energieerzeuger -bereitsteller -verteiler -nutzer ?• Verbrennung• Vergärung Energieerzeuger, -bereitsteller, -verteiler, -nutzer ?
Elektrizität, Gas, Wärme, Treibstoffe ?
I t P d kt Welche Produkte werden wo, von wem, in welchen Mengen benötigt? Was kann substituiert werden?
Inventur: Produkte Was kann substituiert werden?
Sonstige Einrichtungen - aktuell & geplant• Kompostierung, Vergärung, Verbrennung durch private Entsorger• Kompostplätze auf öffentlichen, land-, forstwirtschaftlichen Flächen• Mulchung, Pelletierung, FestbrennstoffherstellungMulchung, Pelletierung, Festbrennstoffherstellung...
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Bioressourcen InventurKüchenabfälle, krautige Grünabfälle, holzige
Abfälle, Schwarzwasser
VorbehandlungVorbehandlung
z.B. Zerkleinern, Sieben, Sichten, Auspressen, Dampfdruck, Kavitation, Enzyme, Chemikalien, Mikrowelle, Ultraschall
Energie & Wertstofferzeugung
Neue Erfassungssysteme
Küchenabfälle, separate Sammlung von krautigen und holzigen Grünabfällen, Abwasser
Biogas, Bioethanol, Bio-H2, Brennstoff (Referenz) Kompost, Dünger, Gärprodukte, Wertstoffe
Technikumsanlagen
z.B. gemeinsame Erfassung von Küchenabfällen und Abwässern
Trennung von Braun- und Gelbwasser mit reduzierten Wasseranteilen
PilotanlagenPilotanlagen
z.B. Unterflursysteme mit Müllschleuse, separate Rasensammlung, Vakuumsysteme
Vakuumtechnologie unterirdische Zwischenlagerung, ggf. mit Küchenabfällen
Logistik und Bewertung
L i ti h A l d B t d I t Ök i h d Ök l i h B t
2009 2010 2011 2012 2013 2014 - 2021
Logistische Analyse und Bewertung des Ist-Systems und zukünftiger Prozesskaskaden
Ökonomische und Ökologische Bewertung von Prozesskaskaden und Gesamtkonzept
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2021
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Bioressourcen InventurKüchenabfälle, krautige Grünabfälle, holzige
Abfälle, Schwarzwasser
VorbehandlungVorbehandlung
z.B. Zerkleinern, Sieben, Sichten, Auspressen, Dampfdruck, Kavitation, Enzyme, Chemikalien, Mikrowelle, Ultraschall
Energie & Wertstofferzeugung
Neue Erfassungssysteme
Küchenabfälle, separate Sammlung von krautigen und holzigen Grünabfällen, Abwasser
Biogas, Bioethanol, Bio-H2, Brennstoff (Referenz) Kompost, Dünger, Gärprodukte, Wertstoffe
Umsetzung des Gesamtkonzeptes fü d B i k B d fTechnikumsanlagen
z.B. gemeinsame Erfassung von Küchenabfällen und Abwässern
Trennung von Braun- und Gelbwasser mit reduzierten Wasseranteilen
Pilotanlagen
für den Bezirk BergedorfPilotanlagen
z.B. Unterflursysteme mit Müllschleuse, separate Rasensammlung, Vakuumsysteme
Vakuumtechnologie unterirdische Zwischenlagerung, ggf. mit Küchenabfällen
Logistik und Bewertung
L i ti h A l d B t d I t Ök i h d Ök l i h B t
BERBION 2021
2009 2010 2011 2012 2013
Logistische Analyse und Bewertung des Ist-Systems und zukünftiger Prozesskaskaden
Ökonomische und Ökologische Bewertung von Prozesskaskaden und Gesamtkonzept
2014 - 20212009 2010 2011 2012 2013 2021
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Neue Technologien zur Produkterzeugung Beispiel:
Dampfdruckaufschluss von lignocellulosehaltigen Materialien mit anschließender Vergärung oder Bioethanolherstellungg g g
Extrakt (flüssig) Biogas / Bioethanol
Rückstand (fest)
Dampf
Brennstoff
Dampf
Dampf
ElektrizitätDampfdruckTestanlage
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Kombination von bewährten Technologien Verfahrenskaskaden im Vergleich Maßnahmen zur Effizienzsteigerung
Energie-nutzung
Bio-ressource
Energie-erzeugung
Vor-behandlung
Energie-träger
Biologische Verfahren
alkoholische Gärung
AuspressungenChemikalienD fd k
Ethanol Methan
- alkoholische Gärung- anaerober Abbau
im Vergleich zur
DampfdruckKavitationUltraschallMikrowelle
Wasserstoff
VerbrennungMikrowelleEnzymeSilierung
Mikroorganismen...
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Gasbildungspotenziale von LaubIn Abhängigkeit des Hydrolyserückstands (Lignin)
40
45
Platane (frisch)
30
35
[%]
Platane (frisch)
Platane (älter, Parkplatz)
Platane (älter, Wiese)
Eiche
Birke
20
25
olys
erüc
ksta
nd Birke
Kastanie
überw. Linde
Ahorn
Zitterpappel
10
15Hyd
ro
p pp
Ahorn 55°C
Eiche 55°C
Trend
0
5
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Gasbildungspotenzial (GB21) [l/kg oTS]
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Gasbildungspotenziale von LaubIn Abhängigkeit des Hydrolyserückstands (Lignin)
40
45
Platane (frisch)
30
35
[%]
Platane (frisch)
Platane (älter, Parkplatz)
Platane (älter, Wiese)
Eiche
Birke
bei 35°C bei 55°C
TS S ß l b 49 % FM
Weitere Interessante Fraktionen
Gras und Rasenschnitt
20
25
olys
erüc
ksta
nd Birke
Kastanie
überw. Linde
Ahorn
Zitterpappel
TS Straßenlaub 49 % FM
oTS Straßenlaub 47 % TS
Mischgrün
Straßenbegleitgrün
10
15Hyd
ro
p pp
Ahorn 55°C
Eiche 55°C
TrendGB21 [l/kg oTS] 229 322
Pferdemist
0
5GB21 [l/kg FM] 65 92
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Gasbildungspotenzial (GB21) [l/kg oTS]
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Bewertung: Prozesse & ManagementstrategienÖ Ökonomische, technische, soziale Machbarkeit
Ökologische Aspekte: Energie, Nährstoffe, Humus, Klimaschutz
Bioraffinerie ALaubBiotonnenabfall Kompost
AltholzGras und Rasen
StromWärme
Erfassungin der Stadt
Verteilungin der Stadt
Kompost
Bioraffinerie B
. . .
Produkte Export
. . .
Bioraffinerie XBioressource
X-YBioraffinerie Y. . .X-Y . . .
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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Das ZielgebietAllermöheAllermöhe
Altengamme
Bergedorf
BillwerderBillwerder
Curslack
Kirchwerder
Lohbrüggegg
Moorfleet
Neuengamme
Ochsenwerder
Reitbrook
Spadenland
TatenbergBevölkerungsdichte
Auswahlkriterien: Vielfältigkeit, ungenutzte Bioressourcen, dynamischer Standort
Bevölkerungsdichte
B E R B I O N
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Das ZielgebietAllermöhe
Inventur der BioressourcenAllermöhe
Altengamme
Bergedorf
Billwerder
Abfälle & AbwässerVerwertungsanlagen
Billwerder
Curslack
Kirchwerder
Lohbrügge
Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsortgg
Moorfleet
Neuengamme
Ochsenwerder
Zusammensetzung
MengeReitbrook
Spadenland
TatenbergBevölkerungsdichte
Jahresganglinien
Einsammlung
Auswahlkriterien: Vielfältigkeit, ungenutzte Bioressourcen, dynamischer Standort
Bevölkerungsdichte Verbleib
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Inventur der Bioressourcen
Abfälle & AbwässerVerwertungsanlagen
Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsort
Zusammensetzung
Menge
Jahresganglinien
Einsammlung
Verbleib
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Inventur: Energie
E-On Erdgasspeicher Billebad
Energieerzeuger, -bereitsteller, -verteiler, -nutzer ? Elektrizität, Gas, Wärme, Treibstoffe ?
300000Bezirk Bergedorf
AllermöheBergedorf Energieziele ?
200000
h/a]
Bezirk Bergedorf
Naturschutzgebiete
100000[MW
h NaturschutzgebieteÖffentliche GrünflächenHaushalte
Biomassekraftwerk Lohbrügge
0
real consumptionof electricity
energeticpotential
Elektrizitäts-verbrauch
Energetisches Potenzialof electricity potential
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Inventur: Produkte Welche Produkte werden wo, von wem, in welchen Mengen benötigt? Was kann substituiert werden?
• Gärreststoffe
• flüssige, feste Gärprodukte• Gärproduktpellets• Spezialkomposte• Mineraldünger
Landwirtschaftliche & öffentliche Flächen
Industrie- &
• Mulch • Festbrennstoffe
PrivathaushalteGewerbebetriebe Privathaushalte
Existieren spezielle Abfälle / Abwässer mit Inhaltsstoffen für höherwertige Verwertungen?
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I t PInventur: Prozesse Wer entsorgt / behandelt / verwertet Bioressourcen?
V ä• Kompostierung• Abwasserreinigung
Zentrale öffentliche Einrichtungen:
• Verbrennung• Vergärung
Sonstige Einrichtungen - aktuell & geplant• Kompostierung, Vergärung, Verbrennung durch private Entsorger• Kompostplätze auf öffentlichen, land-, forstwirtschaftlichen Flächen• Mulchung, Pelletierung, FestbrennstoffherstellungMulchung, Pelletierung, Festbrennstoffherstellung...
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Datenerhebung Abfallsortierungen
1 Jahr
16 Sortierungen
10-12 Personen
19-25 Fraktionen
R t bf llRestabfall Bioabfall
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A88A
Das ZielgebietAllermöhe
Bezirk BergedorfAllermöhe
Altengamme
Bergedorf
BillwerderBillwerder
Curslack
Kirchwerder
Lohbrüggegg
Moorfleet
Neuengamme
Ochsenwerder
Reitbrook
Spadenland
TatenbergBevölkerungsdichte
Auswahlkriterien: Vielfältigkeit, ungenutzte Bioressourcen, dynamischer Standort
Bevölkerungsdichte
B E R B I O N
A88A
Inventur der Bioressourcen
Abfälle & AbwässerVerwertungsanlagen
W ? W ? Wi i l? W ? W hi ?Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsort
Zusammensetzung
Menge
Jahresganglinien
Einsammlung
Verbleib