Verwertung von organischer Substanz durch Hydrothermale Carbonisierung (HTC)
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Verwertung von organischer Substanz durch Hydrothermale Carbonisierung (HTC) PV-Freianlagen Energieversorgung FWR Energie eG Biogas HTC Bürgersolarkraftwerke Biomasse-Wärmeversorgung Bad Großbardorf GmbH & Co KG Königshofen GmbH & Co KG Bürgersolarkraftwerke Biomethan Rhön-Grabfeld Rhön-Grabfeld GmbH & Co KG GmbH & Co KG 1
Zauberkohle aus dem Dampfkochtopf oder Die Visionen des Prof. Dr. Markus Antonietti Die Alchemisten 2
HTC: Förderung BMELV Verbundvorhaben mit Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Hydrothermale Carbonisierung: Produktanalyse, technische Evaluierung, landwirtschaftliche Einsatzfelder Landwirtschaftliche Rentenbank Netzwerk Forschung und Entwicklung • R Ressortforschungsinstitute tf h i tit t d des BMELV • Karlsruher Institut für Technologie (KIT) • Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig (UFZ) • Fachhochschule Weihenstephan, Abt. Triesdorf • Geplant: Universitäten in Bayreuth und Halle 3
Hydrothermale Carbonisierung Biomasse (Stroh, Endsubstrat Biogasanlage, Wirtschaftsdünger (z (z.B. Gülle/Festmist), B Gülle/Festmist) Klärschlamm, Bioabfall) HTC-Anlage g HTC-Biokohle in wässriger Lösung Edukte aus der Landwirtschaft Proben aus 200 Versuchen • Stroh • Mais- und Grassilage • Wirtschaftsdünger • Gärreste aus Biogasanlagen • Landschaftspflegematerial • Biertreber, Trauben-/Holunder-/Apfeltrester • Rübenhackschnitzel • Holzsägespäne, Hackschnitzel 4
Edukte aus der Abfall-/Abwasserwirtschaft • Klärschlamm • Braune Tonne • Grüngutabfall Endlichkeit Düngemittel Phosphat Peak (Quelle: www.energybulletin.net) 5
Stichwort Klärschlamm • Alternative zu konventioneller Abwasseraufbereitung • Organische Gifte: werden gecrackt aber was entsteht aus den neu entstandenen Bauteilen • Anorganische Gifte: leichtere Separierung (?) • Alternative zur Technologiekombination aus Klä hl Klärschlammtrocknung, t k Monoverbrennungsanlage und Phosphorrückgewinnung aufgrund besserer Energie-, Nährstoff- und CO2-Bilanzen Nutzung des Endsubstrates aus der HTC-Anlage Kohle Energetische Nutzung Industrierohstoff Bodenverbesserer/Kultursubstrat (z.B. Torfersatz) und CO2-Senke Wässrige Lösung Dünger 6
Das Problem: Endlichkeit fossiler Energieträger Quelle: Studien Bain & Company (aus ADAC Motorwelt 8/2010) Energetische Verwertung: dezentrale Produktion von HTC Biokohle HTC-Biokohle • Einfache Technologie ermöglicht dezentrale Produktion von HTC-Biokohle • Aufgrund höherer Energiedichte je Gewichts- Gewichts und Volumeneinheit Transport rentabel im Vergleich zu unbehandelter Biomasse 7
Kombination mit Biogas Biogas-Branchenzahlen 2009 Prognose 2010 Anlagenzahl A l hl ca. 5.000 (30) 5.800 (60) (davon Einspeiseanlagen) installierte elektrische Leistung in Megawatt ca. 1.900 2.300 (Annahme: 40 % Wirkungsgrad) thermische Leistung in Megawatt ca. 1.900 2.300 (Annahme: 40 % Wirkungsgrad) Quelle: Fachverband Biogas g e.V. Wärmenutzung: ca. 30 % der entstehenden Wärme Vergeudete Energie: ca. 1.600 MW der gesamten Wärmeenergie werden nicht genutzt! Verwertung als Industrierohstoff • Immer gleiches Ausgangssubstrat führt bei unveränderten Prozessparametern (Druck, Temperatur, Verweildauer im Fermenter) zu gleichen Endsubstraten (= designte Biokohle) • z.B. B Black Bl k CCarbon b (R (Reifenindustrie, if i d t i Kunststoffindustrie 8
Verwertung als Bodenverbesserer: Steigerung der Nährstoff- und Wasserhaltefähigkeit HTC-Biokohle nach Düngemittelrecht • Kultursubstrat: Pflanzenerden, Mischungen auf der Grundlage von Torf und andere Substrate, die den Pflanzen als Wurzelraum dienen (§ (§1 Düngemittelgesetz) g g ) • Ergebnis unserer Versuche: HTC-Biokohle ist kein Bodenhilfsstoff, da Nährstoffgehalte die zulässigen Grenzen überschreiten (§4, Abs. 3 Düngemittel VO) Das Problem: Klimawandel 9
Die Lösung: CO2- Sequestrierung Mittels HTC wird Kohlenstoff aus Biomasse in stabilere Kohlenstoffverbindungen überführt. Allerdings wird die Veratmungszeit von HTC-Biokohle mit einer bis wenigen Dekaden weitaus geringer eingeschätzt als bei Biokohle aus Pyrolyseverfahren. Kohlenstoffeffizienz im Vergleich Methode C-Effizienz Holzkohleherstellung durch 50 % Pyrolyse Humuserzeugung durch 5 – 10 % Kompostierung HTC 80 % 10
HTC-Potential Klimaschutz I: CO2-Sequestrierung Stroh (Annahme 6 t/ha) von 1 ha LN nach HTC bindet ca. 10 t CO2 Potential Deutschland Ausgangsdaten/Annahmen: usga gsda e / a e • Getreideanbaufläche in Deutschland: ca. 7 Mio. ha • Erntemenge ca. 6 t Stroh/ha • Strohmenge in Deutschland pro Jahr: ca. 40 Mio. t • Annahme 20% für HTC Mengenpotenzial: g p 8 Mio. t Stroh pro Jahr Klimaschutzpotenzial: 14 Mio. t CO2-Bindung pro Jahr 11
Das Problem: Humusabbau Entwicklung des organischen Kohlenstoffes in bayerischen Böden in den letzten 20 Jahren (Quelle: Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft) HTC-Potential Klimaschutz II: Steigerung der Ertragsfähigkeit (und damit des CO2-Bindevermögens) durch Bodenverbesserung Eine Erhöhung des Humusanteils führt zur Erhöhung des CO2-Sequestierungsvermögens des Bodens. (Quelle: TU – Weihenstephan, Freising) 12
Aber: • Erste Versuche zeigen auf: positive Wirkung von HTC-Biokohle nur im Verbund mit weiteren Bodenverbesserern (z.B. Kompost), u.a. wegen Gefahr von Nährstofffixierung ä sto eu g Das Problem: Torfabbau 1 ha lebendes Moor bindet jährlich 2,5 t CO2. Mit dem Abbau von 4 t Weißtorf ist die Freisetzung von 1 t CO2 verbunden. (Quelle: Initiative Teufelsmoor) 13
HTC-Potential Klimaschutz III: Ersatz klimaschädlicher Kultursubstrate ((z.B. Torf)) Eigene Hochrechnung: aus 6 t Stroh werden über HTC-Verfahren 11,5 t HTC-Torfersatz (25 %TS %TS-Gehalt) G h lt) produziert. d i t Zusammenfassung Klimaschutzpotenzial 6 t Stroh ca. 10 t CO2 HTC Ersatz von ca. 11,5 t Torf Ein Hektar Ackerfläche kann so 10 t CO2 pro Jahr speichern. Zusätzlich CO2-Bindung durch lebendes Moor, Humusaufbau auf der Ackerfläche und Transporte 14
Wirtschaftliches Potential CO2-Zertifikatehandel • Weltmarktpreis: ca. 15 €/t CO2 • Bei 10 t/ha CO2-Einsparpotential: zusätzliche Wertschöpfung in der Landwirtschaft 150 €/ha Die Alternative: Kohlenstoffsequestrierung (CCS) (carbon dioxide capture and storage) • Kosten ca. 54 €/t CO2 (Quelle: Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH – Geologische CO2-Speicherung, lt. IEA 50-100 US-Dollar/t, durch F+E bis 2030 25 – 50 US-Dollar) • Subventionierung: – EU-Forschungsgelder: ca. 1,8 Mrd. € – 1 Mrd. € Darlehen der Europäischen Investitionsbank – Staatliche Umweltschutzbeihilfen (Quelle: Wikipedia) • Quersubventionierung der Landwirtschaft/ländlichen Räume durch Energieversorger über die Dienstleistung CO2-Sequestrierung (kein K i l Kapitalexport d durch hdden Z Zukauf k f von V Verschmutzungszertifikaten) h ifik ) Bei 10 t/ha CO2-Einsparpotential: 540 €/ha zusätzliche Wertschöpfung in der Landwirtschaft 15
Potenzial Klimaschutz IV Grundlage: • Emissionen Deutschland 2009: 760 MioMio. t CO2 • Reduktionsziel 40% bis 2020: max. 571 Mio. t CO2 pro Jahr • Differenz: 189 Mio. t CO2 • 20% des jährlich erzeugten Strohs wird karbonisiert (1,4 Mio. ha) • 13 t CO2/ha * 1,4 Mio. ha = 15,2 Mio. t CO2 Anteil der mit HTC 8% eingesparten Emissionen 15,2 Mio. t CO2 an Gesamtreduktionsmenge: 92 % 173,8 Mio. t CO2 Landwirtschaft und die HTC • Nur in Verbindung mit Landwirtschaft entfaltet der Prozess der HTC sein ganzheitliches Potential. • Leitlinie: „Regionales Stoffstrommanagement“ (Das Energie- und Stoffstrommanagement zielt auf die ökologische und ökonomische Beeinflussung von Stoff Stoff- und Energieströmen. Hauptziele sind dabei die Ressourcen- bzw. Materialeffizienz und das Schaffen nachhaltiger Kreisläufe.) 16
Agrarministergipfel Berlin 2010 Auszug aus den Schlussfolgerungen der Abschlusserklärung: „(...) 2. Erneuerbare Energien und Kohlenstoffspeicherung in Böden fördern! Durch nachwachsende Rohstoffe und Speicherung organisch gebundenen Kohlenstoffs in Böden kann die Landwirtschaft wirksam zum Klimaschutz und zur nachhaltigen Energieversorgung beitragen. (…) Innovative Projekte zur Anreicherung und Speicherung von Kohlenstoff in Böden sollten gezielt gefördert werden. (…)“ mole 1 b.coal 2.0 17
HTC Pilotanlage Mole I Kontinuierlicher Prozess • Eintrag von Flüssigkeit und Feststoff in einen Druckraum • Austrag von Flüssigkeit und Kohle aus Druckraum ohne Druckverlust • Optimale Ausnutzung der exothermen Energie • Sichere Prozessführung 18
Daten Mole I • 180 Liter Fassungsvolumen • Ca. Ca 2800 Betriebsstunden, Betriebsstunden davon ca ca. 1000 störungsfrei • Max. Betriebstemperatur 200 °C • Max. TS Gehalt ca. 13 % • Beispiele für bisher verkohlte Stoffe: - 7 t Rohschlamm aus Kläranlage - 3 t Gärreste - 2 t Maissilage Laborautoklave b.coal 2.0 • 230 °C max. BBetriebstemperatur ti b t t • 55 bar max. Betriebsdruck • 1,8 Liter Fassungsvermögen • Prozessführungsparameter programmierbar • Heizleistung 2,24 kW 19
Laborautoklave b.coal 2.0 • Protokollierung der P Prozessparametert imi 10 s T Takt kt • Software zur grafischen Darstellung der Prozessdaten • Ermittlung von Energiebilanzen • Livechart über seriellen Anschluss • Zusatzausstattung: - Glaseinsatz - Versuchstisch aus Edelstahl - Speichermedien wie SD Card These: HTC wird sich durchsetzen. 20
www.agrokraft.de www.raiffeisen-energie-eg.de 21
Sie können auch lesen