Fachartikel Bioenergie allgemein

Langzeitstudie zum Wirkungsgrad von Gärstrecken von 5 Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
In der vorliegenden Studie wurden die Gärstrecken von 5 Biogasanlagen hinsichtlich ihres energetischen Umsatzgrades/Wirkungsgrades wöchentlich über eine Dauer von 52 Wochen untersucht. Dabei wurde die Methode der 'Theoretischen 100 %' verwendet, bei der die Eingangs- und Ausgangsstoffe aufgrund Ihrer Brennwertes bewertet werden. Die Messwerte wurden mittels Zeitreihenanalyse ausgewertet. Die errechneten energetischen Wirkungsgrade der 5 Anlagen liegen durchschnittlich zwischen 67,0 und 77,4 %. Im Jahresverlauf schwankten diese Werte bei einer Anlage bis ±11%. Daraus geht die Notwendigkeit einer regelmäßigen, wenigstens wiederholten Messung der Effizienz hervor, wenn solide ökonomische Entscheidungen getroffen werden sollen. Die Schwankungen im Wirkungsgrad waren vordergründig durch die schwankende Energiezufuhr mit den Substraten zu begründen. Die vor verdauten Reststoffe (tierische Exkremente) schwankten deutlich stärker in ihrem spezifischen Brennwert als die eingesetzten Energiepflanzen. Substratwechsel und erhöhte Futtermengen führten ebenfalls zu sichtbaren Schwankungen im Wirkungsgrad. Die Langzeituntersuchung des Wirkungsgrades von Biogasanlagen mittels Zeitreihenanalyse ermöglicht es, Veränderungen der Anlageneffizienz auf Ursachen in der Vergangenheit zurückzuführen.

Analytische Untersuchung der thermischen Optimierung von Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Eine Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen ist mit den neuen gesetzlichen Rahmenbedingungen schwieriger darstellbar als mit den Bonussystemen der vorangegangen Novellierungen des EEG. Um diese zu steigern ergeben sich mehrere Varianten, die oftmals mit weiteren Investitionen verbunden sind. Direkte technische Verbesserungen, aus denen schnelle ökonomische Erfolge resultieren, bedürfen daher einer genaueren Analyse der Randbedingungen. Im Rahmen dieses Beitrages wird der Wärmebereich landwirtschaftlicher Biogasanlagen untersucht, insbesondere die Optimierung des Eigenwärmebedarfs, die in der Vergangenheit kaum berücksichtigt wurde und somit einiges an Potential erwarten lässt. Als Datengrundlage dienen 10-jährige Dokumentationen von Eigenwärmeverbräuchen, Fütterungsprotokolle sowie Temperaturmessungen verschiedener Wärmebilanzparameter wie Substrat, Biogas, Umgebung etc. Nach Auswertung der Messungen und erster Bilanzierungen wurde festgestellt, dass die Aufrechterhaltung der Fermentertemperatur die meiste Wärmeenergie verbraucht und gleichzeitig auch das größte Optimierungspotenzial aufweist. Erste Optimierungsmöglichkeiten im Substratbereich wurden identifiziert, wie passive und aktive Dämmung der Substrat-Einbringsysteme und Wärmerückgewinnung aus dem Nachgärablauf. Dabei wurden Einsparpotenziale von mehreren hundert Megawattstunden im Jahr kalkuliert, je nach Menge und Temperaturanhebung der eingesetzten Substrate.

Wirtschaftliche Bewertung von Anlagenkonzepten zur Bioabfallvergärung
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Gegenwärtig spielt der Einsatz von Bio- und Grünabfällen aus getrennter Sammlung, gewerblichen organischen Abfällen (Lebensmittel; Speisereste aus Kantinen, Großküchen und Gastronomie) sowie Abfällen aus der Nahrungsmittelindustrie bei der Biogaserzeugung in Deutschland nur eine untergeordnete Rolle. Die Zahl der Abfallvergärungsanlagen steigt jedoch kontinuierlich. Infolge der Novellierungen des Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) 2012 und 2014 rückt die Vergärung von Bioabfällen neben der Installation von landwirtschaftlichen Gülle- Kleinanlagen stärker in den Fokus. Zum Stand 31.12.2014 sind in Deutschland knapp 140 Abfallvergärungsanlagen in Betrieb, die ausschließlich oder überwiegend organische Abfälle vergären. Dabei werden in 83 Anlagen Bio- und Grünabfälle aus der getrennten Sammlung (Biotonne) eingesetzt - mit sehr unterschiedlichen Anteilen am Gesamtinput der Anlage. Insgesamt handelt es sich nach Datenlage des DBFZ bei 68 Anlagen um Bioabfallvergärungsanlagen, in denen ausschließlich oder überwiegend Bioabfälle gemäß § 27a EEG 2012 bzw. § 45 EEG 2014 Einsatz finden. Mit der im EEG 2012 eingeführten Direktvermarktung und der Flexibilitätsprämie wurden weitere Anreize geschaffen, die auf eine stärker systemorientierte Stromeinspeisung von Biogasanlagen abzielen. Inwieweit diese Erwartungshaltung umgesetzt wird, entscheidet die Wirtschaftlichkeit über die Gesamtbetriebslaufzeit. Eine Verdopplung der installierten elektrischen Leistung stellt für eine durchschnittliche Modellanlage gegenwärtig die wirtschaftlich sinnvollste Variante dar.

Mykotoxine in Biogasanlagen
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In der letzten Zeit werden Mykotoxine als eine mögliche Ursache für Hemmungen im Biogasprozess besprochen. Neben den möglichen Hemmungen im Prozess führen Mykotoxine auch zu Lagerungsverlusten und bewirken somit in zweierlei Hinsicht wirtschaftliche Verluste. Als eines der wichtigsten Substrate kommt Maissilage eine besondere Bedeutung zu. Daher werden Mykotoxine, die in Maissilage vorkommen können besprochen und die derzeitigen Kenntnisse über die Mykotoxine in Biogasanlagen kurz vorgestellt. Zum Schluss wird auf den Forschungsbedarf in dem Gebiet hingewiesen.

Technisch-ökonomisch-ökologische Analyse der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) von Grünschnitt und sich anschließender Nutzungsoptionen
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Die ökonomische Analyse der Konversion von biogenen Restsoffen zu hochwertigen Energieträgern zeigt, dass die daraus erzielte Erweiterung des Nutzungsspektrums auch mit einer deutlichen Steigerung der Brennstoffkosten einhergeht - besonders bei Aufbereitungsverfahren mit hohem Neuigkeitscharakter und entsprechend hohem Investitionsbedarf und geringerer Verfügbarkeit. Zudem erhöht eine Kompaktierung der HTC-Kohle für einen besseren Transport die Brennstoffkosten signifikant, weshalb eine Nutzung vor Ort mit wesentlichem Kostensenkungspotenzial verbunden ist.

Qualitative und Quantitative Betrachtung von Petro- und Biokraftstoffen mittels GCxGC-TOFMS: Neue Entwicklungen und Anwendungen
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Die umfassend zwei-dimensionale Gaschromatographie (GCxGC; engl.: comprehensive two-dimensional gas chromatography) und die Detektion mittels Flugzeit-Massenspektrometrie (TOFMS; engl.: time-of-flight mass spectrometry) ermöglicht es komplexe Stoffgemische wie petrochemische Proben in Einzelbestandteile bzw. Substanzklassen zu trennen. Die Kombination charakteristischer Elutionsprofile mit der Möglichkeit, Massenspektren mittels auf Visual Basic basierender Algorithmen zu analysieren ermöglicht eine automatisierte und sehr detaillierte qualitative und quantitative Auswertung auch großer Datenmengen. Die GCxGC-TOFMS Analytik bietet somit im Vergleich zur konventionellen Gaschromatographie eine enorm gesteigerte Selektivität, die zur Analyse hochkomplexer Rohstoffe (z.B. Pyrolyseöl) notwendig ist. Darüber hinaus ist es mögliche eine Quantifizierung, gegliedert nach Kohlenstoffanzahl durchzuführen.

Gemeinsame Hydrierung von Pflanzenölen mit Straight-run-Gasölfraktionen
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Hydriertes Pflanzenöl (HVO) besteht nahezu ausschließlich aus Alkanen. Es kann daher im Gegensatz zu Biodiesel (FAME) prinzipiell in beliebigen Anteilen zu Dieselkraftstoff gemischt werden. Die Zumischraten werden nur durch normative Parameter (z.B. Dichte, Siedeverhalten) begrenzt. Die industrielle HVO-Herstellung erfolgt gegenwärtig in sogenannten Stand-Alone-Anlagen. Eine vielversprechende Alternative besteht in der Mithydrierung von Pflanzenölen bei der Entschwefelung von Gasölfraktionen in Raffinerien. Beide Prozesse laufen unter vergleichbaren Reaktionsbedingungen ab. Dadurch kann bestehende Raffinerieinfrastruktur mitgenutzt werden.

Die Biokraftstoffproduktion in Deutschland - Stand der Technik und Optimierungsansätze
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Nach der Ermittlung des Status Quo deutscher Biokraftstoffanlagen liegt eine umfangreiche Datenbasis der Verfahrenstechnik vor. Daraus wurden virtuelle Biokraftstoffanlagen als Simulationsmodelle entwickelt, die für weitere Untersuchungen zur Verfügung stehen.

Energetische Nutzung von biogenen Reststoffen - Untersuchung der Aufbereitung und Verbrennungseigenschaften am Beispiel von Pferdemist-Pellets
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Der im Bereich der Biomasse verwendete Energieträger Holz ist in seiner wirtschaftlichen Verfügbarkeit begrenzt. Dem entsprechend findet die energetische Nutzung von Reststoffen der Landwirtschaft verstärktes Interesse, die sich aber hinsichtlich ihrer chemischen Eigenschaften und damit ihres Verbrennungs und Emissionsverhaltens zum Teil deutlich von den üblichen Holzbrennstoffen unterscheiden.

Überschusswärmenutzung aus Bioabfallvergärungsanlagen - Erfahrungen aus Praxisbeispielen
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Insgesamt hat die getrennte Erfassung von Bio- und Grünabfällen in Deutschland bereits ein hohes Niveau erreicht, wobei die Biomasse bislang überwiegend rein stofflich genutzt wurde. In jüngster Zeit erlangt die Vergärung zur Behandlung von Bio- und Grünabfällen in Deutschland eine größere Bedeutung. Um die im Biogas enthaltene Energie effizient zu nutzen, ist neben der Strom- auch eine Wärmenutzung von Bedeutung. Diese ist an den Standorten der Anlagen oftmals nicht in ausreichendem Umfang gegeben, so dass die Art der Biogasnutzung auch unter Berücksichtigung innovativer Wärmenutzungskonzepte standortspezifisch betrachtet werden muss. An Praxisbeispielen werden derzeit realisierte Möglichkeiten der Biogas- und Überschusswärmenutzung dargestellt.

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Literaturtip:
 
zu www.energiefachbuchhandel.de
 

 
Tagungsband vom 18. Symposium Bioenergie 2009 / OTTI e.V.