Biogasgewinnung aus Energiepflanzen:Effizienz und Umweltwirkungen
D A d W bDr. Andreas WeberDr. Mathias Effenberger
LfL - Institut für Landtechnik und Tierhaltung, g,Freising
2 A i h ftli h S i d2. Agrarwissenschaftliches Symposium desHans Eisenmann-Zentrums,28.09.2011, Weihenstephan
Gliederung
• Biogas aus Energiepflanzen• Wichtige Umweltwirkungeng g• Betrachtungen zur Effizienz• Praktische Herausforderungen und ForschungsbedarfPraktische Herausforderungen und Forschungsbedarf
Weber ILT2 111 Wa 002 -2
Biogaspotential Deutschland [PJ•a-1]
Abfälle aus Industrie &
Gewerbe, 9,3
Organische Siedlungsabfälle,
12,5
Abwasser, 19,5Deponien, 18
Landschaftspflege-material, 12
Ernterückstände, 13,7
Energiepflanzen(2 Mio ha) 236
Tierische Exkremente & (2 Mio. ha), 236Exkremente & Einstreu, 96,5
Weber ILT2 111 Wa 002-4
(Hartmann & Kaltschmitt, 2002)
Basisszenario für Ökobilanz
100% Maissilage / 100% Rindergülle
2,5% Methanverlust1% Methanverlust
0 5% M th l tBreitverteiler
0,5% Methanverlust Einarbeitung innerhalb 24 h
10% Stromeigenbedarf
500 kWel37 5% 43%
20% Wärmenutzung
g
ηel=37,5%, ηth=43%
Weber ILT2 111 Wa 002-5
(IFEU, 2008)
Praxisanlagen in Bayern
0,60
0,80
1,00kWh•kWhel-1
ie-
nd
0 060,24 0,24
0,19 0,220,20
0,40
,E
nerg
aufw
a
-0,42
-0,13
0,06
-0,22
-0 40
-0,20
0,00
en
-0,62
0,42-0,53
-0,80
-0,60
0,40
Gut
schr
ifte
-1,00E C F D J G B I H A
Pflanzenproduktion Errichtung Biogasanlage
Betrieb Biogasanlage Wärmegutschrift
Gutschrift für Düngerabgabe Gesamter Energieressourcenverbrauch
Weber ILT2 111 Wa 002-7
Praxisanlagen in Bayern
300
400
en
g CO2-eq•kWhel-1
163 164 177 207 216 223 251
100
200
Em
issi
one
85
16 29
100
0
-85
-200
-100
tsch
rifte
n
-300
Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb Biogasanlage
Gut
Errichtung Biogasanlage Betrieb BiogasanlageMethanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeSumme CO2-eq-Emissionen
Weber ILT2 111 Wa 002-8
q
Effizienz der Energieumwandlung
Wi k d Ph t thWirkungsgrad Photosyntheserechnerisch: η ≈ 0,044realiter: η ≈ 0,003-0,01Sonnenein-
strahlung BiomasseBiomasse
Wärme
Nutzbare Biomasse
BiogasStrom
Wärme
Biomasse
Quellen: Pehnt & Vogt, 2007; Pelte, 2002
Weber ILT2 111 Wa 002-9
1 00
Biomasseerzeugung
k h k h 1
0,60
0,80
1,00kWh•kWhel-1
ie-
and
0,05 - 0,22 kWh•kWhel-1
19 – 99% des Energieaufwands
0,20
0,40
Ene
rgau
fwa
-0,40
-0,20
0,00
en
-0,80
-0,60
0,40
Gut
schr
ift
-1,00E C F D J G B I H A
Pflanzenproduktion Errichtung Biogasanlage
Betrieb Biogasanlage Wärmegutschrift
Gutschrift für Düngerabgabe Gesamter Energieressourcenverbrauch
Weber ILT2 111 Wa 002-10
1 00
Anlagenbetrieb / Biogasproduktion
0,60
0,80
1,00kWh•kWhel-1
ie-
and
0 – 0,56 kWh•kWhel-1
0 – 81% des Energieaufwands
0,20
0,40
Ene
rgau
fwa
-0,40
-0,20
0,00
en
-0,80
-0,60
0,40
Gut
schr
ift
-1,00E C F D J G B I H A
Pflanzenproduktion Errichtung Biogasanlage
Betrieb Biogasanlage Wärmegutschrift
Gutschrift für Düngerabgabe Gesamter Energieressourcenverbrauch
Weber ILT2 111 Wa 002-11
400g CO kWh 1
Biomasseerzeugung
68 166 g CO Äq kWh 1
300
400
nen
g CO2-eq•kWhel-1 68 - 166 g CO2-Äq.•kWhel
-1
31 – 58% der THG-Emissionen
100
200
Em
issi
o
-100
0
-200
100
Gut
schr
iften
-300
Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb Biogasanlage
G
Methanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeSumme CO2-eq-Emissionen
Weber ILT2 111 Wa 002-12
Anlagenbetrieb / Biogasproduktion32 - 213 g CO2-Äq •kWh l
-1
300
400g CO2-eq•kWhel-1
32 213 g CO2 Äq. kWhel18 – 59% der THG-Emissionen
200
300m
issi
onen
0
100Em
-200
-100
hrift
en
-300
200
Pfl d kti L h i i NAWARO A b
Gut
sch
Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb BiogasanlageMethanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift fürDüngerabgabeWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeSumme CO2-eq-Emissionen
Weber ILT2 111 Wa 002-13
1 001
Biogasverwertung
0,00
0,50
1,00kWh•kWhel-1
-1,00
-0,50
Ersatz fossiler Energieträger:
-2,50
-2,00
-1,50g g
2,18 – 3,08 kWh•kWhel-1
-3,50
-3,00
2,50
-4,00E C F D J G B I H A
Pflanzenproduktion Errichtung BiogasanlagePflanzenproduktion Errichtung BiogasanlageBetrieb Biogasanlage WärmegutschriftGutschrift für Düngerabgabe Stromgutschrift (Kraftwerksmix BRD)Ressourceneinsparung
Weber ILT2 111 Wa 002-14
Biogasverwertung
100200300400
en
g CO2-eq•kWhel-1
-300-200-100
0100
Em
issi
one
573 - 910 g CO2-Äq.•kWhel-1
Einsparung an THG-Emissionen
-700-600-500-400300
gegenüber Referenzsystem
-1100-1000
-900-800
tsch
rifte
n
-1200Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb Biogasanlage
Gä f
Gut
Methanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeStromgutschrift (70% SK, 30% Erdgas-GuD) THG-Einsparung gegenüber Referenzg ( , g ) p gg g
Weber ILT2 111 Wa 002-15
Zusammenfassung
• Biogas ist ein erneuerbarer Energieträger– Einsparung fossiler Ressourcenp g– Verringerung der THG-Emissionen der
Energieversorgung
• Biogas ist kein risikofreier Energieträger– Leckagen– Bodenbürtige THG-Emissionen– Eutrophierung, Versauerung, Ökologie
Bi i t i t ll E i t ä• Biogas ist ein wertvoller Energieträger– steuerbar und speicherbar
ielfältige N t ngspfade– vielfältige Nutzungspfade
Weber ILT2 111 Wa 00216