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Salem 2008 Zukunft der Energien „Energie aus Biogas“

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Salem 2008 Zukunft der Energien „Energie aus Biogas“. Thomas Vössing TU Dortmund. Überblick. Einleitung Mikrobiologische Grundlagen Anlagentechnik Wirtschaftlichkeit & Potential . Einleitung. Biogas, nur eine Option der Energiegewinnung aus Biomasse . Einleitung.

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Presentation Transcript
berblick
Überblick
  • Einleitung
  • Mikrobiologische Grundlagen
  • Anlagentechnik
  • Wirtschaftlichkeit & Potential
einleitung
Einleitung
  • Biogas, nur eine Option der Energiegewinnung aus Biomasse
einleitung5
Einleitung
  • Einsatzmöglichkeiten für Biogasanlagen:
    • Zur Vergärung von:
      • Faulschlamm (Kläranlagen)
      • Organischen Abfällen („Biomüll“)
      • Landwirtschaftlichen Reststoffen
      • Energiepflanzen (NawaRo`s)
mikrobiologische grundlagen
Mikrobiologische Grundlagen
  • Woraus besteht Biogas?
mikrobiologische grundlagen7
Mikrobiologische Grundlagen

Was passiert bei der Gärung?

mikrobiologische grundlagen8
Mikrobiologische Grundlagen
  • 1. Phase: Hydrolyse
    • Ausscheidung von Exoenzymen (zB. Cellulase, Amylase)
    • Spaltung der Polymere in Monomere
      • Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren
mikrobiologische grundlagen9
Mikrobiologische Grundlagen
  • 2. Phase: Versäuerung
    • Aufnahme und metabolische Verarbeitung der Momonere durch fermentative Bakterien
    • Gärungsprodukte: Propionsäure, Buttersäure, Alkohole, CO2, H2 ect.
mikrobiologische grundlagen10
Mikrobiologische Grundlagen
  • 3. Phase: Essigsäurebildung
    • Aufnahme von acetogenen Bakterien
    • Gärprodukte: Essigsäure, CO2, H2
    • Syntrophobacter spec.:

CH3CH2CH2COOH + 2 H2O 2 CH3COOH + 4 H2

mikrobiologische grundlagen11
Mikrobiologische Grundlagen
  • 4. Phase: Methanbildung
    • Reaktionen methanogener Archaea
      • 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O
      • CH3COOH CH4 + CO2
mikrobiologische grundlagen12
Mikrobiologische Grundlagen
  • Wichtige Einflussgrößen der Gärung
    • Substratzusammensetzung
mikrobiologische grundlagen13
Mikrobiologische Grundlagen
  • Wichtige Einflussgrößen der Gärung
    • Temperatur
      • Optimum für Hydrolyse/Versäuerung: 25-35°C
mikrobiologische grundlagen14
Mikrobiologische Grundlagen
  • Wichtige Einflussgrößen der Gärung
    • pH- Wertoptimum: 6,7 - 7,5
    • Sonstige Hemmstoffe
      • Ammonium-/Ammoniakkonzentration
      • Spurenelemente (O2, H2S, Antibiotika, Nährstoffe ect.)
anlagentechnik
Anlagentechnik
  • Nassfermentation
    • Niedriger TS-Anteil

des Substrates

    • Hoher Gülle-/Wasseranteil
  • Trockenfermentation
    • Hoher TS-Anteil des Substrates
    • Hoher Anteil an Kosubstraten
anlagentechnik16
Anlagentechnik
  • Schema einer typischen Nassfermentationsanlage
anlagentechnik17
Anlagentechnik
  • Verfahrensgestaltung der Gärung (Nassfermentation)
    • Einstufenprozeß
    • Zweistufenprozeß

Biogas

Biogas

Biogasreaktor

Biogasreaktor

Hydrolyse/Versäuerung

anlagentechnik18
Anlagentechnik
  • Was geschieht mit dem Biogas?
  • Blockheizkraftwerk (BHKW)
    • Verbrennungsmotor, der Generator antreibt
      • Mit Kraft-Wärme-Kopplung erreichbarer Wirkungsgrad bis zu 85%

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

  • Alternativ:
    • Brennstoffzelle
      • Ermöglicht direkte Umwandlung von Biomethan zu Strom
    • Gaseinspeisung
anlagentechnik19
Anlagentechnik
  • Trockenfermentation
    • kontinuierlich: Propfenströmer
    • diskontinuierlich: Garagenverfahren (Perkulationsverfahren)
anlagentechnik20
Anlagentechnik

Nassfermentation

Trockenfermentation

Verwertung von biologischen Abfällen und NawaRo`s

Technologiebonus von 2 ct./kWh

Garagenverfahren

Geringe Investitionskosten

Geringe Gasausbeute

Propfenströmer

Hohe Effizienz und Prozessstabilität

Hohe Investitionskostenosten

    • Strikte Unterteilung aus biologischer Sicht nicht möglich
    • Weiter verbreitertes Verfahren
  • Breites Substratspektrum (Verwertung von Gülle)
anlagentechnik21
Anlagentechnik
  • Gasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz zur dezentralen Nutzung
  • Verfahren zur Rohgasaufbereitung:
    • Gaswäsche
    • H2O-Verflüssigung
    • Oxidation an Aktivkohle

Animation

wirtschaftlichkeit potential
Wirtschaftlichkeit & Potential
  • Kosten einer Biogasanlage
    • Investitionskosten
      • Bsp 1: 70 kW-Anlage: ca. 200.000 €
      • Bsp 2: 550 kW-Anlage: ca. 1,2 Mio. €
      • Bsp 3: 2 MW-Anlage: ca. 4,3 Mio. €

(zB. für Bauernverbunde)

    • Laufende Ausgaben
    • Verbrauchsgebundene Kosten
      • Substrat
wirtschaftlichkeit potential23
Wirtschaftlichkeit & Potential
  • Einnahmen: Standort Deutschland
    • Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) und die Novellierung vom August 2004
    • Vergütungspreise für Biogansanlagen in Ct./kWh:
    • Erträge aus Wärme
wirtschaftlichkeit potential24
Wirtschaftlichkeit & Potential
  • Entwicklung der Biogasanlagenzahlen
wirtschaftlichkeit potential26
Wirtschaftlichkeit & Potential
  • Probleme bei der Nutzung von NawaRo`s
    • „Fuel against Food“
    • Energiepflanzen verändern das Landschaftsbild
    • Sehr intensive Bodennutzung
    • Hoch subventioniert: Jeder Hektar Energiemais wird derzeit mit 2.000 Euro subventioniert (nach EEG)
wirtschaftlichkeit potential27
Wirtschaftlichkeit & Potential
  • Deutschland ist „Biogas-Weltmeister“
    • Niederlande etwa 30 Anlagen
    • USA etwa 130 Anlagen
  • Beispiel chinesischer Bauern(http://de.youtube.com/watch?v=SLvBovektGw)
wirtschaftlichkeit potential28
Wirtschaftlichkeit & Potential
  • Fazit
    • Kann einen signifikanten Anteil im regenerativen Energiemix ausmachen
    • Vielfältig anwendbar, Chancen gerade in abgelegenen Regionen und für Bauernverbünde
    • In Deutschland: stark subventionierte Technologie
    • Problematik der Nutzung von Energiepflanzen
salem 2008 zukunft der energien energie aus biogas29

Salem 2008Zukunft der Energien„Energie aus Biogas“

Vielen Dank für Ihre/Eure Aufmerksamkeit!

beispielanlagen
Beispielanlagen
  • Wirtschaftliche Betrachtung
  • Umweltpolitische Betrachtung
    • Wirtschaftliche Nutzung natürlicher Rohstoffe
    • Hygienisierung der Gülle
    • Verringerung der Geruchsbelastung
    • Verbesserung der Dünngequalität
beispielanlagen31
Beispielanlagen
  • Biokraftwerk Neubukow
    • Gründe für den Bau:
      • In Umgebung fallen 55 000 t/a Gülle an
      • Geruchsbelästgung durch Gülle
      • Nutzung der durch regenerativ erzeugten Energie
    • Technische Daten
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Beispielanlagen
  • Jährliche Stoffströme
    • Schweinegülle: 20.000 t
    • Rindergülle: 35.000 t
    • Cofermente: 25.000 t (Nahrungsmittelabfälle der Industrie)
  • Energetische Betrachtung