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Biomassekonzepte 18.12.12 Jens Ibendorf

IZNEInterdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität Göttingen

Weitere Biomassekonzepte

Biogaseinspeisung, Biokraftstoffe und Regelenergie



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



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



Energieverbrauch- und Energiemanagement

• Strom

• Wärme

• Mobilität

• Netzstabilität durch Regelleistung und Speicherung



Hoher Anteil fluktuierender Stromerzeugung durch Wind

Abpuffern der Fluktuationdurch Bioenergie????





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



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



Erweiterte Konzepte für Bioenergie



Strom und Wärmeproduktion



Technisches Konzept zur Versorgung eines Dorfes mit Strom und Wärme aus

Biomasse

Stromnetz

El. Strom

Zentrales HeizwerkNah-

wärmenetz

Biogas-anlage

BHKW

El. Strom



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



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



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



Biogasaufbereitung

Entschweflung

Verdichtung

Gaskühlung

CO2- Abtrennung (Adsorption)

(Gastrocknung)

Brennwertanpassung

Erdgas L oder H Qualität

RohbiogasModul Gasreinigung

Chem. Wäsche; Adsorption; Membran

Hoher Energie-aufwand



Biogaseinspeiseanlage

Biogasanlage und Biogasaufbereitungsanlage in Hardegsen



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



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



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


IZNEInterdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität GöttingenMobilität



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



Bei der Bio-Kraftstoffherstellung entstehen Nebenprodukte für die Futterindustrie (Rapskuchen)





}54 %Kraftstoffe

}46 %Strom und

Wärme


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





Quelle: FNR

Elektromobilität?

Wasserstoff?


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



Aufbereitung von Biomasse zu Biokraftstoffen



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



Ist Elektromobilität die Zukunft???



Elektromobilität ist nur so sauber wie der Strom, den sie nutzt!!

!



Quelle:



Quelle:



Quelle:



Wenn er aus EE kommt!

Quelle:



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..)


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



Regelenergie






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

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