Energie- und Rohstofferzeugung mit Mikroalgen · “Energetic Algae” Programm in...

Energie- und Rohstofferzeugung mit Mikroalgen

INSTITUT FÜR TECHNIKFOLGENABSCHÄTZUNG UND SYSTEMANALYSE (ITAS)

Annika Weiss

INSTITUT FÜR TECHNIKFOLGENABSCHÄTZUNG UND SYSTEMANALYSE (ITAS)

Vortrag auf der Ökobilanz Werkstatt 2011Vortrag auf der Ökobilanz-Werkstatt 2011

RWTH Aachen, 20.9. – 22.9.2011

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu

Warum Mikroalgen?g

Hohe WachstumsratenDie ganze Zelle kann geerntet werden, potentiell hoher Ölgehaltg g , p g(Benötigen konzentriertes CO2 zum Wachstum)Wachstum auf unfruchtbarem BodenWachstum in Salz- oder BrauchwasserGentechnisch leicht veränderbar

ITAS2 Annika Weiss - Energie- und Rohstofferzeugung mit Mikroalgen25.10.2011

Bioenergie-Produktion mit Mikroalgeng g

Sonnenenergie chemische Energie (Biomasse)Sonnenenergie chemische Energie (Biomasse) durch Photosynthese

HochwertigeProdukte

Futtermittel

?H2

?Biogas

Biodiesel

Ethanol


Algen-Kultivierungssystemeg g yOffene Becken Geschlossene Photobioreaktoren

Becken Photobioreaktoren

http://www.makebiofuel.co.uk/biofuel-from-algae

Becken Photobioreaktoren

Energie und Kosten zur Konstruktion + -

Mischenergie + -

Oberfläche/Volumen VerhältnisWachstumsrate und Produktivität

- +

Kontrollierte Umweltbedingungen/ - +

ITAS4 Annika Weiss - Energie- und Rohstofferzeugung mit Mikroalgen

Kontrollierte Umweltbedingungen/ Kontamination

25.10.2011

Modell der Bioenergie-Erzeugung mit Mikroalgeng g g gLicht, Wärme

Energie EnergieEnergie

H

BiogasWasser

Nährstoffe Ernten/ Entwässern

Down-stream-

Prozesse(z.B.

H2

Bi di lBiomasse-produktion

CO2

Entwässern (z.B. Trocknen, Extraktion) Ethanol

Biodiesel

Anlage/GeräteBioreaktor

oder Becken

Anlage/ Geräte

Land

I (MJ) O (MJ)ITAS5 Annika Weiss - Energie- und Rohstofferzeugung mit Mikroalgen25.10.2011

Input (MJ) Output (MJ)25.10.2011



H

BiogasWasser


Down-stream-

Prozesse(z.B.

H2


CO2


Biodiesel


oder Becken

Anlage/ Geräte

Land



Wasserstoff-Produktion

Indirekte zweistufige Biophotolyse:

H O H CO+ H2O + H2 + CO2

Energieg


Energiebilanz Photobioreaktorg


Zwischenergebnisseg

Biogasproduktion hat eine bessere Energiebilanz als Wasserstoff-und anschließende Biogasproduktionund anschließende Biogasproduktion.

Die Mischenergie, und der Materialaufwand für den Bioreaktor, sowiedie Düngemittel haben einen großen Anteil am Energieinput des Prozesses.

Für eine positive Energiebilanz muss sowohl die Prozesstechnikwesentlich verbessert werden, als auch die Algen (genetisch?)

ti i t doptimiert werden.

Im derzeitigen Entwicklungsstadium müssen aus Algen andereIm derzeitigen Entwicklungsstadium müssen aus Algen andereProdukte als Energie erzeugt werden, damit der Prozess ökonomischund ökologisch sinnvoll ist.


Beispiele für weitere Produkte aus Algenp g

Fischfutter, AquakulturenZuchtfische werden bisher tw. mit Meerfisch gefüttert, Substitution möglich?

Abwasserreinigung Nährstoffrecycling?Abwasserreinigung, Nährstoffrecycling?Welche Abwässer eignen sich? In Europa werden Abwässer weitgehend bereits behandelt.

Hochwertige Produkte für die chemische IndustrieUnterschiedliche MarktvoluminaUnterschiedliche Marktvolumina


AusblickLicht, Wärme Futtermittel

? ?


H

HochwertigeProdukte

Abwasser

?Biogas

Wasser


Down-stream-

Prozesse(z.B.

H2


CO2


Biodiesel


oder Becken

Anlage/ Geräte

Land

?Nährstoffe

?

I (MJ) O (MJ)

?



Probleme und Diskussion

Funktionelle Einheit: was ist das Hauptprodukt? Wie werden Gutschriften vergeben sind die Energieträger Wie werden Gutschriften vergeben, sind die Energieträger

nachhaltig produziert? Wie geht man mit unterschiedlichen Marktvolumina um? Wie bewertet man Abwasserreinigung oder

Nährstoffrückgewinnung? (Was ist technisch möglich?) Ist es sinnvoll die Energieerzeugung mit Nebenprodukten Ist es sinnvoll, die Energieerzeugung mit Nebenprodukten

“schönzurechnen” oder sollte man sich lieber direkt auf andere Algenprodukte /-funktionen (z.B. Fischzucht) konzentrieren?

Was ist das Vergleichsprodukt? Abhängig von der Funktionellen Einheit!

Sollte man sich auf offene Becken oder geschlossene ReaktorenSollte man sich auf offene Becken oder geschlossene Reaktoren konzentrieren? Für eine effiziente Biomasseausbeute müssen evt. genetisch modifizierte Algen verwendet werden.


Projekte

“Wasserstoff aus Mikroalgen mit Zell und Reaktordesign zu einer

j

Wasserstoff aus Mikroalgen – mit Zell- und Reaktordesign zu einerökonomischen Produktion” (HydroMicPro)Gefördert vom BMBF, Rahmenprogramm GrundlagenforschungE i 2020Energie 2020+

“Energetic Algae” Programm in Nord-West-Europa,Gefördert von der Europäischen Union


Anhangg

CO2 BilanzEnergiebilanz raceway pondsEnergiebilanz raceway ponds


Energy balances raceway ponds (Slade 2011)gy y p ( )


http://www.aquafuels.eu/attachments/076_08%20-%20R.Slade%20-%20LCA,%20environmental%20&%20economic%20assessment.pdf

CO2 balance (Slade 2011)2 ( )

http://www.aquafuels.eu/attachments/076_08%20-%20R.Slade%20-%20LCA,%20environmental%20&%20economic%20assessment.pdf


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