Grünland als zentrales Element einer regionalen Verwertungsstrategie von Restbiomassen für die Erzeugung von Brennstoffen und Aktivkohle
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Grünland als zentrales Element einer regionalen
Verwertungsstrategie von Restbiomassen für die
Erzeugung von Brennstoffen und Aktivkohle
Prof. Dr. Michael Wachendorf
Dr. Frank Hensgen, Ben Joseph, Korbinian Kätzl
Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe, Universität Kassel
Status und Perspektiven des Extensivgrünlands
Biosphärenreservat
„Rhön“
➢ Umbruch, Intensivierung
➢ Nutzungsaufgabe
➢ Invasive, teils toxische Arten
Estland (2011) Hessen (2016)
2
Status und Perspektiven des Extensivgrünlands
➢ Tierernährung geringe Verdaulichkeit
➢ Biogas geringer Methanertrag
➢ Verbrennung hoher Mineralstoffgehalt
➢ Späte Nutzungstermine
➢ Geringe Flächenproduktivität
➢ Konservierungsprobleme
➢ Hoher Transportaufwand
3
Lösungsansatz: IFBB
(Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Biomasse)
➢ Presssaft:
Enthält Zucker und Mineralstoffe
=> Gärsubstrat
➢ Presskuchen:
Enthält Fasern und Lignin
=> Festbrennstoff
4
Mobiler halbtechnischer IFBB-Prototyp
2
1 5 6 6 6
4 3
7
8
1 Biomassevorratsbehälter 2 Hydro-thermale Konditionierung 3 Schneckenpresse für mech. Entwässerung
4 Maischwasserbehälter 5 Presssaftvorratsbehälter 6 Fermenter
7 Biogasbrenner 8 Presskuchentrockner Wärmetauscher
➢ Mobiler Prototyp: 2010 -2018
➢ Blue Conrad
➢ Demonstrationsanlage für ca. 500 kg Biomasse Input pro Tag
5
IFBB-Pilotanlage Baden-Baden
➢ Eigenbetrieb Umwelttechnik Baden-Baden, Partner in den Projekten
DANUBENERGY, COMBINE, RE-DIRECT
➢ Biotonne (7.000t/a), Grünschnitt (12.000 t/a), Abwasser (65.000
Einwohner) und Speisereste (5.000t/a)
6
IFBB-Pilotanlage “Farm Moelyci” in Wales
Foto: D. Ellis (Cwm Harry Land Trust)
7
Inhaltsstoffe im IFBB-Presskuchen
Reduktionsraten in Relation zum Wert des Ausgangsmaterial
1
Halbtechn. Prototyp
Prototyp
0,9
Großtechn. Pilotanlage
Kommerziell
0,8
0,7
Reduktionsrate
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Cl K Ca N P Mg S
8
Abbrandversuche mit IFBB-Festbrennstoffen
Verbrennung von Presskuchen aus Grünland-Biomassen
Rostfeuerung mit Primär- und Sekundärluftzufuhr
IFBB Pellets I
IFBB Pellets I
HHS I
HHS II
Haushaltüblicher Ofen ohne Luftsteuerung
IFBB Pellets
Holzpellets (DIN 1A)
0 100 200 300 400 500 600
NO x Emissionen [mg/m³]
9
Methanertrag von IFBB-Pressäften
Methanausbeute [LN kg-1 OM]
Presssäfte
Silage
Gärdauer [Tage]
10Energiebilanz der Verwertung von Extensivgrünland
Einsparung Aufwand
IFBB (stand-alone)
IFBB (add-on) Einsparung
Wärme
Strom
Trockenfermentation Dünger
Wärme
Metabolische En
Heuverbrennung Diesel
Strom
Wärme
Wärme
Dünger
Strom
Aufwand
Strom
Metabolische En
Rinderhaltung Dünger
Bilanz
Diesel
Metabolische En
Wärme
Diesel
Mulchen Strom
Wärme
Bilanz
Strom
Kompostieren Bilanz
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30
-1
[GJ ha ]Ökonomie der Verwertung von Extensivgrünland
➢ Wesentliche Einflussparameter:
➢ Kosten der Biomassebereitstellung
➢ Vorhandene Infrastruktur (Biogasanlage, Trocknung…)
➢ Absatzmöglichkeiten für den Brennstoff
➢ Preissteigerungsrate für Brennstoffe
IFBB IFBB Trockenfer- Heuver- Rinder- Kompost-
Mulchen
Stand alone Add on mentation brennung fütterung ierung
Investitionen (€) 1.474.639 858.905 1.067.937 851.216 1.434.203 84.000 395.981
Gesamtkosten
358.490 279.424 255.258 155.977 461.377 28.989 177.727
(€/Jahr)
Einnahmen
380.866 434.861 266.581 304.658 422.132 - 100.486
(€/Jahr)
Annuität
22.376 155.437 10.394 148.681 -39.246 -28.989 -77.240
(€/Jahr)
Interner Zinsfuß,
6,92 12,35 6,08 12,25 3,1 n.d.* n.d.*
mod. (%)
*n.d.= nicht darstellbar
12Restbiomassen im Stadt-Land-Kontext
(Bsp. Bodenseekreis)
Biomassetyp Potenziale/Jahr Quellen
Landschaftspflegematerial 10.000 t FM LEV BSK 2017, eigene Berechnung
Grünschnitt (öffentliches Grün) 750 t FM Bauhof FN 2017, eigene Berechnung
Obstschnittholz 10.000 t FM Eigene Berechnung
Hopfenhäcksel 15.000 t FM Eigene Erhebungen
Weintrester /-rappen 10.000 t FM Eigene Erhebungen
Maisstroh 15.000 t FM Eigene Erhebungen
Straßenbegleitgrün 1.650 t FM Eigene Berechnung
Summe 62.400 t FM
Grünschnitt (Privat , Unternehmen)
Herbstschnitt Wirtschaftsgrünland
Treibsel, Seegras
Heckenschnitt
Parkschnitt, Sportplatz
Städtisches Laub
Summe …
(Vorläufige Zahlen, Quelle: Bodenseestiftung)
13CoAct: Integriertes Stadt-Land-Konzept
(Restbiomasse-Energie-Abwasser-Nexus)
Zunehmender Aufwand zum Management von Restbiomassen
➢ Suboptimale Verwertung
Zunehmender Bedarf an regenerativer Energie
➢ Begrenzte Verfügbarkeit von Biomassen
➢ Unerschlossenes Restbiomassepotenzial
(31 Mio. t TM unerschl. techn. BMP; DBFZ, 2018)
Wachsende Ansprüche an die Abwasserreinigung
➢ Hpts. Mikroschadstoffe (Hormone,
Schmerzmittel, etc.)
➢ Steigende Kosten v. Aktivkohle u. Ozon
➢ Geringe Nachhaltigkeit importierter
Aktivkohle
14CoAct: Integriertes Stadt-Land-Konzept
(Restbiomasse-Energie-Abwasser-Nexus)
„holzig“
„grün“
(Pyreg, 2018)
15CoAct: Integriertes Stadt-Land-Konzept
(Restbiomasse-Energie-Abwasser-Nexus)
➢ 1 t Restbiomasse (FM) erlöst
Reinigungsleistung von + als Brennstoff 33 €
+ als Aktivkohle 164 €
Aktivkohlen
100 ➢ BM-Bedarf liegt bei 1-10 % des BM-
Potenzials d. BRD (lt. DBFZ; konser-
Reduktion Spurenstoffe [%]
80
vative Schätzung)
60
➢ CoAct erzeugt
40
+ regionale Wertschöpfung u.
20 Beschäftigung
+ sauberes Wasser
0
Norit SAE Super Kirschkerne-AK Presskuchen-AK
➢ CoAct vermeidet
(Hensgen, unveröff.) + CO2-Emissionen
+ globale Transporte
+ Ausbeutung fossiler/menschlicher
Ressourcen
16CoAct: Integriertes Stadt-Land-Konzept
(Restbiomasse-Energie-Abwasser-Nexus)
Projektleitung und Koordination: T-Ö-R-Ö-G Expertise:
Pyreg GmbH, Dörth
Krieg & Fischer Ingenieure
GmbH
Regionale Partner: DVGW-Technologiezentrum
Wasser, Karlsruhe
Bodensee-Stiftung,
Radolfzell ifeu - Institut für Energie- und
(Regionale Koordination) Umweltforschung, Heidelberg
Universität Kassel
Bodenseekreis Öffentliches Recht
IfLS - Institut für Ländliche
Stadt Friedrichshafen Strukturforschung, Frankfurt
1718
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