Energetische

Verwertung von

halmgutartiger

Biomasse

nach dem

-Verfahren ®B E

Wärme aus Grasund Grünschnitt

Der Klimawandel und die Endlichkeit fossiler Energien begründen die Notwendigkeit einer Energiewende. Erneuerbare Energien spielen bei der Sicherstellung einer zuverlässigen, wirtschaftlichen und umweltver-träglichen Energieversorgung die zentrale Rolle. Dabei sind Wind und Sonne für die Bereitstellung von elektri-scher Energie unverzichtbar. Auch die Bioenergie und vor allem die Bereitstellung von Wärme mittels Fest-brennstoffen werden einen bedeutenden Anteil an der Energieversorgung der Zukunft haben.

Die Energiewende ist viel mehr, als nur die Produkti-on von Strom aus erneuerbaren Energien. Der weit-aus größere Teil des Energieverbrauchs findet sich in der Bereitstellung von Wärme. In Privathaushalten in Deutschland wird mehr als 3/4 des Energiever-brauchs für Raumwärme verwendet* und hiervon ca. 70% durch die Verbrennung von Gas und Öl erzeugt. Um auch in diesem Bereich eine Energiewende zu erreichen, ist neben Einsparmaßnahmen auch ein Wechsel zu erneuerbaren Energien wie biogenen Brennstoffen erforderlich.

Als biogener Brennstoff wird überwiegend Holz verwen-det. Holzartige Brennstoffe als Pellets lassen sich gut lagern, transportieren und dosieren und haben somit erhebliche Vorteile gegenüber Scheitholz und Holzhack-schnitzeln. Holz steht aber nur begrenzt zur Verfügung. Daher werden zukünftig andere Arten von Biomasse wie beispielsweise die halmgutartige Biomasse benötigt.

Die gängigen Verfahren zur energetischen Verwertung halmgutartiger Biomasse basieren im Wesentlichen darauf, Methangas zu produzieren. Das Biomethan wird in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Erzeu-gung von Strom und Wärme verwendet. Da die Erlöse aus dem Stromverkauf jedoch deutlich höher sind als die Erlöse aus dem Verkauf der Wärme, werden die BHKW‘s möglichst das ganze Jahr über mit voller

Bioenergie hat Zukunft

Wärmeenergie

*Quelle: Umweltbundesamt. Die privaten Haushalte benötigten im Jahr 2011 ca. 66 % der Energie für das Heizen und 16 % für das Warmwasser. http://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/endenergieverbrauch-der-privaten-haushalte

Gegenwärtige Verfahren zur energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Stromleistung gefahren. Die Wärme kann in den meis-ten Fällen nur zur Gebäudebeheizung und Warmwas-serzubereitung eingesetzt werden. Sie ist aus wirtschaft-lichen Gründen über längere Zeit nicht speicherbar und kann daher im Sommerhalbjahr nur in einem geringen Umfang genutzt werden. Dies ist im Wesentlichen der Grund dafür, dass der Gesamtwirkungsgrad - selbst bei einer vollstän-digen Verwertung der Wärme - selten mehr als 40% beträgt.

Aufgrund der guten Ver-gärbarkeit und hohen Gaserträge werden für gängige Verfahren zur energetischen Nutzung nachwachsender Roh-stoffe Energiepflanzen (überwiegend Mais) angebaut, mit der Folge ökologisch nicht unbe-denklicher Monokulturen und einem zunehmenden Wettbewerb zur Nahrungs-und Futtermittelproduktion.

Das BtE®-Verfahren (Biomass to Energy) ist ein neues, effizientes Verfahren zur energetischen Verwertung von halmgutartiger Biomasse. Bei diesem Verfahren wird die Biomasse nach einer Konditionierung mechanisch in eine flüssige und eine feste Phase getrennt. Die flüs-sige Phase mit einem hohen Anteil leicht vergärbarer Pflanzeninhaltsstoffe wird einem Fermenter zur Erzeu-gung von Biogas zugeführt und das so erzeugte Biogas in einem Blockheizkraftwerk verstromt. Die an minerali-schen Pflanzeninhaltsstoffen abgereicherte feste Phase wird mit der Abwärme des BHKW‘s getrocknet und zu Pellets oder Briketts gepresst. Beim BtE®-Verfahren werden kaum Anforderungen an die Qualität der Sub-strate gestellt. Es ist daher besonders für die Verwer-tung von Rest- und Abfallstoffen wie Grünschnitt und Landschaftspflegematerial geeignet. Zudem kann das Entsorgungsproblem dieser Rest- und Abfallstoffe gelöst werden, da statt einer Kompostierung die Herstellung eines werthaltigen Produkts erfolgt.

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

WarmwasserbereitungWär

mel

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%

Jahreswärmebedarf

Heizung

Monate

100

80

60

40

20

0

Quelle: Wikipedia

Das BtE®-Verfahren ®B E

Die nach dem BtE®-Verfahren hergestellten Brennstoffe aus halmgutartiger Biomasseunterscheiden sich von Brenn-stoffen aus naturbelassenen Pflanzen dadurch, dass ihr Gehalt an Mineralstoffen wesentlich reduziert ist. Der Chlor- und Kaliumgehalt in der festen Phase entspricht in etwa dem von hochwertigen Holzbrennstoffen. Außerdem wird der Ascheerweichungs-punkt angehoben. Somit werden Probleme mit der Verschlackung von Feue-rungsanlagen vermieden. Mit Pellets aus teilverholzten Gräsern aus der Landschafts-pflege sind Verbrennungsver-suche durch das Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in Leipzig mit viel-versprechenden Ergebnissen durchgeführt worden. Die Ergebnisse lassen erkennen, dass mit dem BtE®-Verfahren Brennstoffe mit ähnlichen Verbrennungseigenschaften wie Holz produziert werden können.

Vorteile des BtE®-Verfahrens sind:

Nutzung einer großen Bandbreite an Pflanzenarten Erschließung bisher kaum genutzter Ressourcen Herstellung eines werthaltigen Produktes aus Rest- und Abfallstoffen Schonung der Ressourcen durch eine hohe Konversionseffizienz Vermeidung einer Konkurrenzsituation zur Nahrungsmittelproduktion Energie in Form lagerfähiger Festbrennstoffe für eine bedarfsgerechte Verwertung Hochwertige Brennstoffe aus halmgutartiger Biomasse können Holzpellets ersetzen

Speicherung

Sand-abscheidung

Vorwärmung

Konditionierung

Separierung

Trocknung

Vermahlung

Pelettierung

Kühlung

Siebung

Lagersilos

Verladesilo

Zwischenlager

Lagerung

Biogas

Flüssige Phase Feste Phase

Gras, extensiv / Grünschnitt etc.

Stand By Pelletkessel

Fermentation

Dosierung

Silo

Verwiegung

DüngerStrom

Gärrest

Sand

Stand: Juni 2014

Schematische Darstellung des BtE-Verfahrenszur energetischen Verwertung von Biomasse

Frischwasser(optional)

Pellets

Die BtE®-Versuchsanlage zur Produktion von Brennstoff aus halmgutartiger Biomasse in Borgstedt

Bi.En GmbH & Co. KG hat eine Versuchs- und Demonst-rationsanlage nach dem BtE®-Verfahren auf dem Gelände der Abfallwirtschaftsgesellschaft Rendsburg-Eckernförde mbH in Borgstedt/Schleswig-Holstein errichtet. Die Inbe-triebnahme war im Herbst 2013, die offizielle Einweihung erfolgte im April 2014.

Während eines 2-jährigen Forschungs- und Entwicklungs-programmes mit Demonstrationscharakter sollen folgende Bereiche des BtE®-Verfahrens für die Markteinführung untersucht, optimiert und demonstriert werden:

Die Trennung von halmgutartiger Biomasse in eine feste und eine flüssige Phase Die Entwicklung und Erprobung eines nicht durchmischten Fermenters und eines Verfahrens für die thermophile Vergärung von Pflanzensäften Die Optimierung der Verbrennungseigen- schaften und die Sicherstellung der Qualität von Brennstoffen aus halmgutartiger Biomasse

Als Ausgangsmaterial sollen Bioabfälle in Form von halm-gutartiger Biomasse von Naturschutzflächen und Grün-schnitt aus der Pflege von Parks und Gärten verwendet werden.

Projektförderung und Kooperation:

Um die Biomasse richtig aufzubereiten, müssen geeignete Prozesse entwickelt werden. Seit 2004 hat Bi.En in die Ent-wicklung des BtE®-Verfahrens mehrere Millionen Euro inves-tiert. Für die Entwicklung und Erprobung des Kernprozesses des Verfahrens mit dem Titel „Trennung von halmgutartiger Biomasse zur Produktion von Strom und Brennstoff“ erhielt Bi.En im November 2011 einen Zuschuss zur Förderung von „Umweltinnovationen“ (UI) aus dem Zukunftsprogramm Wirtschaft des Landes Schleswig-Holstein.

Zudem haben Bi.En und die Hochschule für angewandte Wissenschaften in Hamburg (HAW) aus dem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesminis-teriums für Wirtschaft und Technologie Mitte 2013 einen Zuschuss für die Entwicklung und Erprobung eines nicht durchmischten Fermenters für eine thermophile Vergärung der flüssigen Phase des BtE®-Verfahrens erhalten. Hierbei werden die Vermeidung des Substratschlupfes und die gleichzeitige Hygienisierung der verwendeten Abfallstoffe gemäß Bioabfallverordnung angestrebt.

Die Durchführung des Vorhabens erfolgt in Kooperation mit der HAW. Unter der Leitung von Prof. Paul Scherer werden die erforderlichen analytischen Untersuchungen durchgeführt und ein neuartiges „Quantitatives Mikro-skopisches Fingerprinting“ (QMF) zur Optimierung des Fermentationsprozesses angewendet.

Bi.En GmbH & Co. KG wurde 2009 als 100-prozentige Tochtergesellschaft der seit vielen Jahren im Bereich regenerative Energien tätigen getproject GmbH & Co. KG gegründet. In Zusammenarbeit mit Prof. Scheffer von der Universität Kassel hat getproject seit 2004 das Verfahren zur Energieerzeugung aus halmgutartiger Biomasse entwickelt. Die weitere Entwicklung und Vermarktung dieses Verfahrens ist inzwischen unter dem Markennamen BtE® auf die Tochtergesellschaft Bi.En übertragen worden.

Das Europäische Patentamt hat für das BtE®-Verfahren das Patent EP 1 829 829 „Trennung von Biomassen“ erteilt. Darüber hinaus hat das Patentamt die Erteilung eines Patentes für den nichtdurchmischten Fermenter zur Vergärung von Pflanzensäften angekündigt. Für weitere Komponenten des BtE®-Verfahrens sind Patentan-träge gestellt worden. Auch diverse Markennamen und Gebrauchsmuster sind von Bi.En angemeldet worden.

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