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Salem 2008 Zukunft der Energien Energie aus Biogas Thomas Vössing TU Dortmund.

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Präsentation zum Thema: "Salem 2008 Zukunft der Energien Energie aus Biogas Thomas Vössing TU Dortmund."—  Präsentation transkript:

1 Salem 2008 Zukunft der Energien Energie aus Biogas Thomas Vössing TU Dortmund

2 Überblick Einleitung Mikrobiologische Grundlagen Anlagentechnik Wirtschaftlichkeit & Potential Thomas Vössing

3 Einleitung Biogas, nur eine Option der Energiegewinnung aus Biomasse Thomas Vössing

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5 Einleitung Geschichtliche Entwicklung der Biomassegärung – 1922: Nutzung von Methanbildnern als Biogasproduzenten – Bis Mitte 1950: Vielzahl von Biogasanlagen auf Höfen und Kläranlagen (Fuhrparktumrüstung) – Günstiges Öl ersetzt Biogasanlagen – Neue Dynamik mit zunehmender Energieknappheit Thomas Vössing

6 Einleitung Einsatzmöglichkeiten für Biogasanlagen: – Zur Vergärung von: Faulschlamm (Kläranlagen) Organischen Abfällen (Biomüll) Landwirtschaftlichen Reststoffen Energiepflanzen (NawaRo`s) Thomas Vössing

7 Mikrobiologische Grundlagen Woraus besteht Biogas? Thomas Vössing Tabelle: Inhaltsstoffe von Rohbiogas KomponenteAnteil im Biogas Vol.% Methan CH Kohlendioxid CO Schwefelwasserstoff H 2 S0,005-0,5 Ammoniak NH Wasserdampf H 2 O0-10 Stickstoff N Sauerstoff O Wasserstoff H 2 0-1

8 Mikrobiologische Grundlagen Der Energiegehalt des Biogases ist direkt vom Methangehalt abhängig – Ein Kubikmeter Methan entspricht knapp zehn Kilowattstunden – Energetische Nutzen von einem Kubikmeter Biogas (ca. 60% Methan) sechs Kilowattstunden; das entspricht 0,6 Liter Heizöl Thomas Vössing

9 Mikrobiologische Grundlagen Was passiert bei der Gärung? Thomas Vössing

10 Mikrobiologische Grundlagen 1. Phase: Hydrolyse – Ausscheidung von Exoenzymen (zB. Cellulase, Amylase) – Spaltung der Polymere in Monomere Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren Thomas Vössing BeispielbakterienstammHabitatEigenschaften Ruminococcus albusPansenfloraCellulose-Abbau, 37°C, anaerob

11 Mikrobiologische Grundlagen 2. Phase: Versäuerung – Aufnahme und metabolische Verarbeitung der Momonere durch fermentative Bakterien – Gärungsprodukte: Propionsäure, Buttersäure, Alkohole, CO 2, H 2 ect. Thomas Vössing BeispielbakterienstammHabitatEigenschaften Schwartzia succicnivoransRinderpansenSuccinat-Abbau, 35°C, anaerob

12 Mikrobiologische Grundlagen 3. Phase: Essigsäurebildung – Aufnahme von acetogenen Bakterien – Gärprodukte: Essigsäure, CO 2, H 2 – Syntrophobacter spec.: CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2 H 2 O 2 CH 3 COOH + 4 H 2 Thomas Vössing BeispielbakterienstammHabitatEigenschaften Syntrophobacter spec.Rinderpansen37°C, anaerob

13 Mikrobiologische Grundlagen 4. Phase: Methanbildung – Reaktionen methanogener Archaea 4 H 2 + CO 2 CH H 2 O CH 3 COOH CH 4 + CO 2 Thomas Vössing Methanogene ArchaeaHabitatEigenschaften MethanobacteriumSumpfgebiet, Reisfelder, Seesediment 37°C, strikt anaerob

14 Mikrobiologische Grundlagen Wichtige Einflussgrößen der Gärung – Substratzusammensetzung Thomas Vössing

15 Mikrobiologische Grundlagen Wichtige Einflussgrößen der Gärung – Temperatur Optimum für Hydrolyse/Versäuerung: 25-35°C Thomas Vössing

16 Mikrobiologische Grundlagen Wichtige Einflussgrößen der Gärung – pH- Wertoptimum: 6,7 - 7,5 – Sonstige Hemmstoffe Ammonium-/Ammoniakkonzentration Spurenelemente (O 2, H 2 S, Antibiotika, Nährstoffe ect.) Thomas Vössing

17 Anlagentechnik Nassfermentation – Niedriger TS-Anteil des Substrates – Hoher Gülle-/Wasseranteil Trockenfermentation – Hoher TS-Anteil des Substrates – Hoher Anteil an Kosubstraten Thomas Vössing

18 Anlagentechnik Schema einer typischen Nassfermentationsanlage Thomas Vössing

19 Anlagentechnik Verfahrensgestaltung der Gärung (Nassfermentation) – Einstufenprozeß – Zweistufenprozeß Thomas Vössing Hydrolyse/Versäuerung Biogasreaktor Biogas Biogasreaktor Biogas

20 Anlagentechnik Was geschieht mit dem Biogas? Blockheizkraftwerk (BHKW) – Verbrennungsmotor, der Generator antreibt Mit Kraft-Wärme-Kopplung erreichbarer Wirkungsgrad bis zu 85% CH O 2 CO H 2 O Alternativ: – Brennstoffzelle Ermöglicht direkte Umwandlung von Biomethan zu Strom – Gaseinspeisung Thomas Vössing

21 Anlagentechnik Trockenfermentation – kontinuierlich: Propfenströmer – diskontinuierlich: Garagenverfahren (Perkulationsverfahren) Thomas Vössing

22 Anlagentechnik Strikte Unterteilung aus biologischer Sicht nicht möglich Weiter verbreitertes Verfahren Breites Substratspektrum (Verwertung von Gülle) 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 Nassfermentation

23 Anlagentechnik Gasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz zur dezentralen Nutzung Verfahren zur Rohgasaufbereitung: – Gaswäsche – H 2 O-Verflüssigung – Oxidation an Aktivkohle Animation Thomas Vössing

24 Wirtschaftlichkeit & Potential Kosten einer Biogasanlage – Investitionskosten Bsp 1: 70 kW-Anlage: ca 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 Thomas Vössing

25 Wirtschaftlichkeit & Potential Einnahmen: Standort Deutschland – Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) und die Novellierung vom August 2004 – Vergütungspreise für Biogansanlagen in Ct./kWh: – Erträge aus Wärme Thomas Vössing Bis 150 kWBis 500 kWBis 5 MWÜber 5 MW Grundvergütung11,59,98,98,4 NawaRo-Bonus6,0 4,0- Innovations-Bonus2,0 KWK2,0 -

26 Wirtschaftlichkeit & Potential Beispielanlage Salem Berechnungstool Thomas Vössing

27 Wirtschaftlichkeit & Potential Entwicklung der Biogasanlagenzahlen Thomas Vössing

28 Wirtschaftlichkeit & Potential Thomas Vössing

29 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 Euro subventioniert (nach EEG) Thomas Vössing

30 Wirtschaftlichkeit & Potential Deutschland ist Biogas-Weltmeister – Niederlande etwa 30 Anlagen – USA etwa 130 Anlagen Beispiel chinesischer Bauern (http://de.youtube.com/watch?v=SLvBovektGw)chinesischer Bauern Thomas Vössing

31 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 Thomas Vössing

32 Salem 2008 Zukunft der Energien Energie aus Biogas Vielen Dank für Ihre/Eure Aufmerksamkeit!

33 Beispielanlagen Wirtschaftliche Betrachtung Umweltpolitische Betrachtung – Wirtschaftliche Nutzung natürlicher Rohstoffe – Hygienisierung der Gülle – Verringerung der Geruchsbelastung – Verbesserung der Dünngequalität Thomas Vössing

34 Beispielanlagen Biokraftwerk Neubukow – Gründe für den Bau: In Umgebung fallen t/a Gülle an Geruchsbelästgung durch Gülle Nutzung der durch regenerativ erzeugten Energie – Technische Daten Thomas Vössing

35 Beispielanlagen Jährliche Stoffströme – Schweinegülle: t – Rindergülle: t – Cofermente: t (Nahrungsmittelabfälle der Industrie) Energetische Betrachtung Thomas Vössing


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