Salem 2008 Zukunft der Energien „Energie aus Biogas“

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

2. Überblick • Einleitung • Mikrobiologische Grundlagen • Anlagentechnik • Wirtschaftlichkeit & Potential

3. Einleitung • Biogas, nur eine Option der Energiegewinnung aus Biomasse

5. Einleitung • Einsatzmöglichkeiten für Biogasanlagen: • Zur Vergärung von: • Faulschlamm (Kläranlagen) • Organischen Abfällen („Biomüll“) • Landwirtschaftlichen Reststoffen • Energiepflanzen (NawaRo`s)

6. Mikrobiologische Grundlagen • Woraus besteht Biogas?

7. Mikrobiologische Grundlagen Was passiert bei der Gärung?

8. Mikrobiologische Grundlagen • 1. Phase: Hydrolyse • Ausscheidung von Exoenzymen (zB. Cellulase, Amylase) • Spaltung der Polymere in Monomere • Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren

9. Mikrobiologische Grundlagen • 2. Phase: Versäuerung • Aufnahme und metabolische Verarbeitung der Momonere durch fermentative Bakterien • Gärungsprodukte: Propionsäure, Buttersäure, Alkohole, CO2, H2 ect.

10. Mikrobiologische Grundlagen • 3. Phase: Essigsäurebildung • Aufnahme von acetogenen Bakterien • Gärprodukte: Essigsäure, CO2, H2 • Syntrophobacter spec.: CH3CH2CH2COOH + 2 H2O 2 CH3COOH + 4 H2

11. Mikrobiologische Grundlagen • 4. Phase: Methanbildung • Reaktionen methanogener Archaea • 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O • CH3COOH CH4 + CO2

12. Mikrobiologische Grundlagen • Wichtige Einflussgrößen der Gärung • Substratzusammensetzung

13. Mikrobiologische Grundlagen • Wichtige Einflussgrößen der Gärung • Temperatur • Optimum für Hydrolyse/Versäuerung: 25-35°C

14. Mikrobiologische Grundlagen • Wichtige Einflussgrößen der Gärung • pH- Wertoptimum: 6,7 - 7,5 • Sonstige Hemmstoffe • Ammonium-/Ammoniakkonzentration • Spurenelemente (O2, H2S, Antibiotika, Nährstoffe ect.)

15. Anlagentechnik • Nassfermentation • Niedriger TS-Anteil des Substrates • Hoher Gülle-/Wasseranteil • Trockenfermentation • Hoher TS-Anteil des Substrates • Hoher Anteil an Kosubstraten

16. Anlagentechnik • Schema einer typischen Nassfermentationsanlage

17. Anlagentechnik • Verfahrensgestaltung der Gärung (Nassfermentation) • Einstufenprozeß • Zweistufenprozeß Biogas Biogas Biogasreaktor Biogasreaktor Hydrolyse/Versäuerung

18. 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

19. Anlagentechnik • Trockenfermentation • kontinuierlich: Propfenströmer • diskontinuierlich: Garagenverfahren (Perkulationsverfahren)

20. 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)

21. Anlagentechnik • Gasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz zur dezentralen Nutzung • Verfahren zur Rohgasaufbereitung: • Gaswäsche • H2O-Verflüssigung • Oxidation an Aktivkohle Animation

22. 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

23. Wirtschaftlichkeit & Potential • Einnahmen: Standort Deutschland • Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) und die Novellierung vom August 2004 • Vergütungspreise für Biogansanlagen in Ct./kWh: • Erträge aus Wärme

24. Wirtschaftlichkeit & Potential • Entwicklung der Biogasanlagenzahlen

25. Wirtschaftlichkeit & Potential

26. 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)

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

28. 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

29. Salem 2008Zukunft der Energien„Energie aus Biogas“ Vielen Dank für Ihre/Eure Aufmerksamkeit!

30. Beispielanlagen • Wirtschaftliche Betrachtung • Umweltpolitische Betrachtung • Wirtschaftliche Nutzung natürlicher Rohstoffe • Hygienisierung der Gülle • Verringerung der Geruchsbelastung • Verbesserung der Dünngequalität

31. 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

32. Beispielanlagen • Jährliche Stoffströme • Schweinegülle: 20.000 t • Rindergülle: 35.000 t • Cofermente: 25.000 t (Nahrungsmittelabfälle der Industrie) • Energetische Betrachtung