Biomassekonzepte 18.12.12 Jens Ibendorf
IZNEInterdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität Göttingen
Weitere Biomassekonzepte
Biogaseinspeisung, Biokraftstoffe und Regelenergie
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Bioenergie als Baustein einer nachhaltigen Energieentwicklung
Was hatten wir bisher?
• Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse
• Bioenergiedörfer als lokale Form der Strom- und Wärmeproduktion
Was kommt jetzt?
• Energieentwicklung auf der Basis der EE
• Wo ist Bioenergie weiterhin entscheidend beider Transformation des Energiesystems(regional/ national)?
Weitere Bioenergiekonzepte
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Gliederung
Zukünftige EnergieentwicklungStrom, Wärme, Mobilität
Erweiterte Konzepte für BiogasDezentrale Biogaserzeugung und zentrale Methangaseinspeisung ins
ErdgasnetzZentrale Biogaserzeugung und Einspeisung ins Erdgasnetz
Energiepflanzen und ihre energetische Nutzung als BiokraftstoffeBiokraftstoffe (Biomethan, Rapsöl, Biodiesel, Bioethanol, BTL) Ausgangsprodukte und Herstellungsverfahren Biokraftstoffe oder Elektromobilität – wo liegt die Zukunft?
Biogas als Regelenergie im StromsektorStromproduktion Grundlast vs. SpitzenlastStabilität des StromnetzesBiogas als möglicher Regler
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Energieverbrauch- und Energiemanagement
• Strom
• Wärme
• Mobilität
• Netzstabilität durch Regelleistung und Speicherung
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Hoher Anteil fluktuierender Stromerzeugung durch Wind
Abpuffern der Fluktuationdurch Bioenergie????
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Welche Formen von Biotreibstoffe sind mittel-bis langfristig global produzierbar?
Wo ist der Einsatz von Biotreibstoff sinnvoll und notwendig?
Wie ist es mit der Nachhaltigkeit und den THG-Emissionen?
Strom,H2, CH4, Diesel
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Welche Formen von Biotreibstoffe sind mittel-bis langfristig global produzierbar?
Wo ist der Einsatz von Biotreibstoff sinnvoll und notwendig?
Wie ist es mit der Nachhaltigkeit und den THG-Emissionen?
Strom,H2, CH4, Diesel
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Erweiterte Konzepte für Bioenergie
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Strom und Wärmeproduktion
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Technisches Konzept zur Versorgung eines Dorfes mit Strom und Wärme aus
Biomasse
Stromnetz
El. Strom
Zentrales HeizwerkNah-
wärmenetz
Biogas-anlage
BHKW
El. Strom
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Biogasanlage im Aussenbereich - Gasleitung zu den Blockheizkraftwerken; Beispiel Bioenergiedorf Krebeck-
Wollbrandshausen
BGA Dorf
BHKW
BGA = Biogasanlage
BHKW =Blockheizkraftwerk
Nahwärmenetz
Strom
BHKW
Rohbiogasleitung
Dorf
Rohbiogas-leitung
Dezentrale Biogasnutzung
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Biogasanlage entspr. 2MW-Anlage, 32 Landwirte, 600ha Anbaufläche, 4,8% der angrenzenden Ackerfläche, Mais, Geflügeldung, Schaf- und Ziegenmist Zuckerrübe, GPS
Beispiel 2: Rohbiogasleitung von der BGA in Rosdorf zum BHKW in der Godehardstrasse in Göttingen, Beheizung von 150 Gebäuden
Trocknung und Entschwefelung des RohbiogasesVerbrennung im BHKW Gö
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Erweiterung der Nutzungsmöglichkeiten für Biogas –Einspeisung ins Gasnetz oder Verwendung als Kraftstoff
BGA
BGA
BGABGA
Zentrale Anlage
Central Plant:•Purification and increase Methan content (Separation of CO2)
Biogas
BiogasBiogas
Biogas
Methan
Dorf
MethanEinspeisunginsnationaleGasnetz
Zentrale Biogasnutzung
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Biogasaufbereitung
Entschweflung
Verdichtung
Gaskühlung
CO2- Abtrennung (Adsorption)
(Gastrocknung)
Brennwertanpassung
Erdgas L oder H Qualität
RohbiogasModul Gasreinigung
Chem. Wäsche; Adsorption; Membran
Hoher Energie-aufwand
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Biogaseinspeiseanlage
Biogasanlage und Biogasaufbereitungsanlage in Hardegsen
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Einspeiseanlagen in der Regel erst im hohen Leistungsbereich ab 1 MWel wirtschaftlich
= Bedarf an Fläche ca. 500 ha
Deutschland:
2009 28 Anlagen 127 Mio. m3 Gas
2010 66 Anlagen 250 Mio. m3 Gas
2012 102 Anlagen
Durchschnittl. Leistung 3,78 Mio. m3/Anlage = 1,33 MW
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Biomethantransport über das Ergasnetz
Dezentrale LösungZentrale Lösung
Virtuelle Verstromung und Wärmenutzung überregional
Virtuelle Verstromung und Wärmenutzung in der Region
Wertschöpfung geht aus der Region
Wertschöpfung bleibt in der Region
Gasnetz als Speicher Regelleistung bei Fluktuation
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Zusammenfassung I
Nutzung von Biogas in regionalen dezentralen Netzwerken
– Satelliten-BHKW
– Wertschöpfung bleibt in der Region
– Zusammenspiel z.B. Stadtwerke-Landwirte
– Neue Wärmesenken können erschlossen werden
Umwandlung von Biogas in Methan in zentralen Anlagen
–Einspeisung ins nationale Gasnetz, Speicherung
–Hoher zusätzlicher Energieaufwand nötig
–Neben Wärme und Strom Kraftstoffnutzung möglich
–Nur Anlagen >1MW wirtschaftlich
–Wertschöpfung vorwiegend nicht in der produz. Region
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Energiepflanzen und ihre energetische Nutzung als Biokraftstoffe
Stärke- und zuckerhaltige Getreidekörner-oder Knollen
Trockene Biomassen
Biomethan als Kraftstoff
Ölhaltige Körner
Fermentierung – Bioethanol als Kraftstoff
Ölpresse
Rapsöl/
Biodiesel
Thermoschemische Vergasung – BTL Kraftstoff
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Bei der Bio-Kraftstoffherstellung entstehen Nebenprodukte für die Futterindustrie (Rapskuchen)
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}54 %Kraftstoffe
}46 %Strom und
Wärme
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IZNEInterdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität GöttingenBiofuels on the market
13,51 14,57 16,21
19,23 22,52
24,75
30,78
39,07
52,09
57,62
67,18 69,65
‐
10
20
30
40
50
60
70
80
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Ethan
olproduktion global in
Mio. t
Andere Kanada China
Europa Brasilien USA
SchätzungQuelle: DBFZ 2011 auf Basis F.O.Licht s World Ethanol and Biofuels Report Vol. 9, No.16
Biodiesel
Eth
anol
prod
uctio
ngl
obal
in M
io t
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Quelle: FNR
Elektromobilität?
Wasserstoff?
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IZNEInterdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität GöttingenBiokraftstoffe
Biokraftstoffe sind in Verbrennungsmotoren einsetzbar: Gas-, Diesel- oder Benzinmotoren
• Biomethan kann nur in speziellen Gasmotoren eingesetzt werden
• Bei Einsatz von nativem Rapsöl ist eine Umrüstung der Motoren notwenig
• Biodiesel – läuft ohne aufwendige Umrüstung in Dieselmotoren
• Bioethanol – wird dem Benzin beigemischt (10 %); oder Bioethanol Tankstellen mit (E 85% )
• BTL – sollen zukünftig in Dieselfahrzeugen eingesetzt werden
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Aufbereitung von Biomasse zu Biokraftstoffen
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Verfahrenschema BTL- Herstellung (Quelle: FNR)
Vorteil! Ganze Pflanzenteile können Verwendung finden (Stroh, Holz)
H2 und CO
Fischer Tropsch Verfahren-Gasverflüssigung
Noch nicht Stand der Technik!
2 Pilotanlagen in D
lignocellulosehaltige Biomasse kann die Konkurrenz mit Nahrungs- und Futtermitteln verringern
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Ist Elektromobilität die Zukunft???
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Elektromobilität ist nur so sauber wie der Strom, den sie nutzt!!
!
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Quelle:
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Wenn er aus EE kommt!
Quelle:
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Elektromobilität?Wasserstoff?
Zusammenfassung II
• Nachhaltigkeitskriterien für Import nach EU vorhanden• Derzeit 30% THG-Einsparung, 2017 50%;, 2018 60%• ILUC noch nicht genügend implementiert• Brasilien und USA Hauptproduzenten von Biokraftstoffen
• Verbunden mit ökol. Problemen (Monokultur..)
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IZNEInterdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität GöttingenZusammenfassung II
• Langfristig Ablösung von Biokraftstoffen durch E-Mobility oder Brennstoffzellen
• Mittelfristig Nutzung von Biokraftstoffe• Nutzung mit höchster Ausbeute - Biomethan• LKW, Flugzeuge, Schiffe weiterhin fossil oder Biokraftstoffe
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Regelenergie
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IZNEInterdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität GöttingenSchlussfolgerung III
• Zukünftig bedarfsgerechte Einspeisung ins Stromnetz Spitzenlast statt Grundlast
• Ausgleich der Fluktuationen von Wind+Solar
• Vernetzung mit externem Anlagemanagement– Externes Ab- und Zuschalten der Anlagen
– z.Zt. Vorwiegend neg. Reserve (Abschalten)
• Zusätzliche Investitionen der Landwirte in weitere BHKW`s, Gasspeicher
• Biogas bleibt wichtiger Teil im EE-Mix