Wirtschaftlichkeit von Elektromobilität in gewerblichen Anwendungen
Optimale Standortwahl für CO-Vergärungsanlagen hinsichtlich Energieeffizienz, Umweltbelastungen...
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Biogas und Biokraftstoffe II Ü4.04 Biomasse 3.0 – Produktion von Mikroalgen für die energetische Nutzung Prof. Dr.-Ing. C. Posten 1) (E-Mail: [email protected]), Prof. Dr.-Ing. G. Schaub 2) , Dipl.-Ing. F. Lehr 1) , Prof. Dr. O. Kruse 3) , Prof. Dr. B. Hankamer 4) 1) Inst. Life Science Engineering, Universität Karlsruhe, Straße am Forum 8, D-76131 Karlsruhe 2) Engler-Bunte-Institut, Universität Karlsruhe, D-76131 Karlsruhe 3) CeBiTec, Universität Bielefeld, Universitätsstraße 25, D-33615 Bielefeld 4) Institute of Molecular Bioscience, University of Brisbane, AU QLD 4072 Brisbane DOI: 10.1002/cite.200750616 Mikroalgen werden schon seit längerer Zeit zur Produktion von hochwertigen Stoffen in der Nahrungsergänzung oder in der Kosmetik eingesetzt. Gestiegene Energiepreise und die Kopplung an die Lebensmittelproduktion haben der Res- source Mikroalge darüber hinaus in den letzten zwei Jahren ein extrem stei- gendes Interesse zukommen lassen. Hintergrund dafür sind die hohen Flä- chenerträge, die diejenigen der her- kömmlichen Landpflanzen um das 5fache übersteigen. Weiterhin können Mikroalgen in geschlossenen Reaktoren mit wesentlich weniger Wasser kultiviert und deshalb auch in ariden Gebieten auf Flächen produziert werden, die ansonsten zur Lebensmittelproduktion nicht geeignet sind. Sie sind also ein möglicher Ausweg aus der sich abzeich- nenden Krise. Nichts desto trotz sind noch biologische und technische Hür- den zu nehmen, um wirtschaftlich inte- ressante Prozesse zu gestalten. Im Vortrag wird auf diese energeti- sche Nutzung und auf den Forschungs- bedarf im Bereich der Prozessentwick- lung eingegangen. Mögliche Produkte sind Biogas sowie Biodiesel oder Was- serstoff. In allen Fällen müssen Photo- Bioreaktoren entwickelt werden, die eine intensive und gleichzeitig kosten- günstige Produktion von Mikroalgen- Biomasse erlauben. Bestehende Pilot- projekte zeigen auf, dass diese neue Form der nachwachsenden Biomasse „der dritten Generation“ an der Schwelle zur wirtschaftlichen Nutzung steht. [1] Y. Chisti, Biotechnol. Adv. 2007, 25 (3), 294. [2] B. Hankamer, F. Lehr, J. Rupprecht, J. H. Mussgnug, C. Posten O. Kruse, Physiol. Plant. 2007, 131 (1), 10. V4.08 Optimale Standortwahl für CO-Vergärungsanlagen hinsichtlich Energieeffizienz, Umweltbelastungen und Wirtschaftlichkeit Dipl.-Geoökol. M. Koch 1) (E-Mail: [email protected]), PD Dr. U. Karl 1) , Prof. Dr. O. Rentz 1) 1) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung, Universität Karlsruhe (TH), Hertzstraße 16, D-76187 Karlsruhe DOI: 10.1002/cite.200750684 In landwirtschaftlichen und abfallwirt- schaftlichen CO-Vergärungsanlagen set- zen Mikroorganismen ligninarme orga- nische Substrate in methanhaltiges Biogas um. Für ausgewählte Verfahrensvarianten werden optimale Standorte hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Zielkri- terien bestimmt sowie ökologische und ökonomische Kennzahlen aus einer de- taillierten Stoff- und Energiestrommo- dellierung und Wirtschaftlichkeitsbe- rechnung abgeleitet. Diese integriert man in ein Modell zur Standortwahl auf Basis der gemischt-ganzzahligen, linearen Optimierung. Als Verfahrens- varianten werden ein landwirtschaft- licher und ein abfallwirtschaftlicher Anlagentyp, kombiniert mit der energe- tischen Biogasnutzung in einem Block- heizkraftwerk (BHKW) bzw. der Bio- gasaufbereitung und Einspeisung von Biomethan, berücksichtigt. In verschie- denen Szenarien erfolgte die Unter- suchung der Maximierung des Betriebs- ergebnisses sowie der Minimierung des fossil und biogen bedingten kumulier- ten Energieaufwands (KEA), des Treib- hauseffekts und Versauerungspoten- zials. Abbildung. Mögliche Nutzungswege der Ressource Mikroalge. Sustainable Production, Energy and Ressources (SuPER) 1371 Chemie Ingenieur Technik 2008, 80, No. 9 © 2008 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.cit-journal.de
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Biogas und Biokraftstoffe II
Ü4.04
Biomasse 3.0 – Produktion von Mikroalgenfür die energetische NutzungProf. Dr.-Ing. C. Posten1) (E-Mail: [email protected]), Prof. Dr.-Ing. G. Schaub2), Dipl.-Ing. F. Lehr1), Prof. Dr. O. Kruse3),Prof. Dr. B. Hankamer4)
1)Inst. Life Science Engineering, Universität Karlsruhe, Straße am Forum 8, D-76131 Karlsruhe2)Engler-Bunte-Institut, Universität Karlsruhe, D-76131 Karlsruhe3)CeBiTec, Universität Bielefeld, Universitätsstraße 25, D-33615 Bielefeld4)Institute of Molecular Bioscience, University of Brisbane, AU QLD 4072 Brisbane
DOI: 10.1002/cite.200750616
Mikroalgen werden schon seit längererZeit zur Produktion von hochwertigenStoffen in der Nahrungsergänzung oderin der Kosmetik eingesetzt. GestiegeneEnergiepreise und die Kopplung an dieLebensmittelproduktion haben der Res-source Mikroalge darüber hinaus inden letzten zwei Jahren ein extrem stei-gendes Interesse zukommen lassen.Hintergrund dafür sind die hohen Flä-chenerträge, die diejenigen der her-kömmlichen Landpflanzen um das5fache übersteigen. Weiterhin könnenMikroalgen in geschlossenen Reaktorenmit wesentlich weniger Wasser kultiviertund deshalb auch in ariden Gebietenauf Flächen produziert werden, dieansonsten zur Lebensmittelproduktionnicht geeignet sind. Sie sind also einmöglicher Ausweg aus der sich abzeich-nenden Krise. Nichts desto trotz sindnoch biologische und technische Hür-
den zu nehmen, um wirtschaftlich inte-ressante Prozesse zu gestalten.
Im Vortrag wird auf diese energeti-sche Nutzung und auf den Forschungs-bedarf im Bereich der Prozessentwick-lung eingegangen. Mögliche Produktesind Biogas sowie Biodiesel oder Was-serstoff. In allen Fällen müssen Photo-Bioreaktoren entwickelt werden, dieeine intensive und gleichzeitig kosten-günstige Produktion von Mikroalgen-
Biomasse erlauben. Bestehende Pilot-projekte zeigen auf, dass diese neueForm der nachwachsenden Biomasse„der dritten Generation“ an der Schwellezur wirtschaftlichen Nutzung steht.
[1] Y. Chisti, Biotechnol. Adv. 2007, 25 (3),294.
[2] B. Hankamer, F. Lehr, J. Rupprecht, J. H.Mussgnug, C. Posten O. Kruse, Physiol.Plant. 2007, 131 (1), 10.
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Optimale Standortwahl für CO-Vergärungsanlagenhinsichtlich Energieeffizienz, Umweltbelastungenund WirtschaftlichkeitDipl.-Geoökol. M. Koch1) (E-Mail: [email protected]), PD Dr. U. Karl1), Prof. Dr. O. Rentz1)
1)Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung, Universität Karlsruhe (TH), Hertzstraße 16, D-76187 Karlsruhe
DOI: 10.1002/cite.200750684
In landwirtschaftlichen und abfallwirt-schaftlichen CO-Vergärungsanlagen set-zen Mikroorganismen ligninarme orga-nische Substrate in methanhaltigesBiogas um.
Für ausgewählte Verfahrensvariantenwerden optimale Standorte hinsichtlichökonomischer und ökologischer Zielkri-terien bestimmt sowie ökologische undökonomische Kennzahlen aus einer de-
taillierten Stoff- und Energiestrommo-dellierung und Wirtschaftlichkeitsbe-rechnung abgeleitet. Diese integriertman in ein Modell zur Standortwahlauf Basis der gemischt-ganzzahligen,linearen Optimierung. Als Verfahrens-varianten werden ein landwirtschaft-licher und ein abfallwirtschaftlicherAnlagentyp, kombiniert mit der energe-tischen Biogasnutzung in einem Block-
heizkraftwerk (BHKW) bzw. der Bio-gasaufbereitung und Einspeisung vonBiomethan, berücksichtigt. In verschie-denen Szenarien erfolgte die Unter-suchung der Maximierung des Betriebs-ergebnisses sowie der Minimierung desfossil und biogen bedingten kumulier-ten Energieaufwands (KEA), des Treib-hauseffekts und Versauerungspoten-zials.
Abbildung. Mögliche Nutzungswege der Ressource Mikroalge.
Sustainable Production, Energy and Ressources (SuPER) 1371Chemie Ingenieur Technik 2008, 80, No. 9
© 2008 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.cit-journal.de
Aufgrund von Größendegressions-effekten stellen wenige zentrale Groß-anlagen das ökonomische Optimum fürVerfahrensvarianten mit hohen investi-tionsabhängigen Kosten (Abfallbehand-lung, Biogasaufbereitung) dar. Groß-anlagen sind auch hinsichtlich desVersauerungspotenzials optimal. Beimlandwirtschaftlichen Anlagentyp mitBHKW beschränken hingegen die Kos-ten und der Energieeinsatz für Trans-porte die ökonomisch und energetischoptimale Anlagengröße. Die Minimie-rung des Treibhauseffekts bedingt beidieser Verfahrensvariante aufgrund dermit dem Maisanbau verbundenen Lach-
gasemissionen eine Erhöhung des Gül-leanteils in der Substratmischung. Statt-dessen führt die Minimierung des KEA
infolge der höheren Methanausbeutevon Mais zu einer Maximierung desMaisanteils (s. Tab.).
V4.09
Zerkleinerung von Lebensmittelreststoffen zur Verbesserungder BiogasgewinnungDr.-Ing. J. Voigt1) (E-Mail: [email protected]), Dipl.-Ing. B. Haeffner1), Prof. Dr.-Ing. K. Sommer1)
1)Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Technische Universität München, Am Forum 2, D-85354 Freising-Weihenstephan
DOI: 10.1002/cite.200750725
Reststoffe der Getränke- und Lebens-mittelindustrie werden durch gezielteAufbereitung einer wirtschaftlichen Bio-gasproduktion zugeführt. Die Zerkleine-rung verbessert die Ausbeute und Bio-gasqualität des Fermentationsprozesses.Eine wirtschaftliche Anlagengröße mitverkürzter Verweilzeit soll erreicht wer-den.
Die mechanische Desintegration er-folgt durch Vorzerkleinerung im nassenZustand durch Kolloid- oder Dispergier-mühlen. Dabei werden Partikelgrößenvon 250 lm erreicht. Eine weitere Zer-kleinerung auf 50 lm erfolgt mit Hilfeeiner Rührwerkskugelmühle. Hierzu
wurden verschiedene Prozessparametervariiert sowie Mahlkörper von unter-schiedlicher Größe und Material (Kera-mik, Stahl) eingesetzt. Des Weiterenwurden die Auswirkungen von verschie-denen prozentualen Anteilen (Mahlkör-per/Mahlraum) untersucht. Durch dieZugabe von abbaubaren Hilfsstoffenund Tensiden kann der Zerkleinerungs-prozess deutlich verbessert werden. Dasso erhaltene Substrat wird zur Fermen-tation verwendet, wobei zur Optimie-rung der mikrobiologischen Hydrolyseverschiedene cellulolytisch aktive Biozö-nosen an die Substrate adaptiert, verglei-chend untersucht und selektiert werden.
Weiterhin wird die Prozessführung derKombination aus mechanischer Des-integration und mikrobiologischer Hyd-rolyse geeignet angepasst. Die Opti-mierung erfolgt mit Blick auf eineVerweilzeitverkürzung in der Hydrolyse-stufe bei hoher Biogasausbeute, die sichum 20 % gegenüber dem Originalsubs-trat steigern lässt. Mit dieser Technolo-gie kann sowohl ein Entsorgungsprob-lem gelöst als auch ein wichtiger Beitragzur ökologisch verträglichen Energiever-sorgung geleistet werden. Der Einsatzvon speziell zur Energiegewinnung pro-duzierten Pflanzen kann reduziert wer-den.
V4.10
Erfüllung der Bioquote in der deutschen MineralölindustrieDr. M. Kuczera1) (E-Mail: [email protected])1)BP Refining & Petrochemicals GmbH , Wittener Straße 45, D-44787 Bochum
DOI: 10.1002/cite.200750494
Um die durch die Bundesregierung vor-gegebene Bioquote in den Kraftstoffenzur Reduzierung der CO2-Emissionenzu erfüllen, sind umfangreiche Maß-nahmen in den Raffinerien und denVerteilungssystemen erforderlich.
Der Vortrag� geht auf die Nachfragesituation für
Benzin und Diesel in Deutschland einund zeigt,
� welche Maßnahmen in den deut-schen Raffinerien durchgeführt wur-
den, um die Kraftstoffe an dieAnforderungen der Automobilin-dustrie zur Minimierung der Kfz-Emissionen an Kohlenwasserstoffen,Kohlenmonoxid und Stickoxid anzu-passen,
Tabelle. Exemplarisches Szenarioergebnis für die landwirtschaftliche CO-Vergärungsva-riante mit BHKW.
1372 Chemie Ingenieur Technik 2008, 80, No. 9Sustainable Production, Energy and Ressources (SuPER)
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