Upload
minna-adamy
View
111
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Salem 2008Zukunft der Energien„Energie aus Biogas“
Thomas VössingTU Dortmund
Überblick
• Einleitung• Mikrobiologische Grundlagen • Anlagentechnik• Wirtschaftlichkeit & Potential
Thomas Vössing27.08.2008 2
Einleitung
• Biogas, nur eine Option der Energiegewinnung aus Biomasse
Thomas Vössing27.08.2008 3
27.08.2008 4
Einleitung
• Einsatzmöglichkeiten für Biogasanlagen:– Zur Vergärung von:
• Faulschlamm (Kläranlagen)• Organischen Abfällen („Biomüll“)• Landwirtschaftlichen Reststoffen• Energiepflanzen (NawaRo`s)
Thomas Vössing27.08.2008 6
Mikrobiologische Grundlagen
• Woraus besteht Biogas?
Thomas Vössing27.08.2008 7
Tabelle: Inhaltsstoffe von RohbiogasKomponente Anteil im Biogas Vol.%Methan CH
440-75
Kohlendioxid CO2
25-55
Schwefelwasserstoff H2S 0,005-0,5
Ammoniak NH3
0-1
Wasserdampf H2O 0-10
Stickstoff N2
0-5
Sauerstoff O2
0-2
Wasserstoff H2
0-1
Mikrobiologische Grundlagen
Was passiert bei der Gärung?
Thomas Vössing27.08.2008 9
Mikrobiologische Grundlagen
• 1. Phase: Hydrolyse– Ausscheidung von Exoenzymen (zB. Cellulase, Amylase)– Spaltung der Polymere in Monomere
• Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren
Thomas Vössing27.08.2008 10
Beispielbakterienstamm Habitat Eigenschaften
Ruminococcus albus Pansenflora Cellulose-Abbau,37°C, anaerob
Mikrobiologische Grundlagen
• 2. Phase: Versäuerung– Aufnahme und metabolische Verarbeitung der Momonere
durch fermentative Bakterien– Gärungsprodukte: Propionsäure, Buttersäure, Alkohole,
CO2, H2 ect.
Thomas Vössing27.08.2008 11
Beispielbakterienstamm Habitat Eigenschaften
Schwartzia succicnivorans Rinderpansen Succinat-Abbau,35°C, anaerob
Mikrobiologische Grundlagen
• 3. Phase: Essigsäurebildung– Aufnahme von acetogenen Bakterien– Gärprodukte: Essigsäure, CO2, H2
– Syntrophobacter spec.:
CH3CH2CH2COOH + 2 H2O 2 CH3COOH + 4 H2
Thomas Vössing27.08.2008 12
Beispielbakterienstamm Habitat Eigenschaften
Syntrophobacter spec. Rinderpansen 37°C, anaerob
Mikrobiologische Grundlagen
• 4. Phase: Methanbildung– Reaktionen methanogener Archaea
• 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O• CH3COOH CH4 + CO2
Thomas Vössing27.08.2008 13
Methanogene Archaea Habitat Eigenschaften
Methanobacterium Sumpfgebiet, Reisfelder, Seesediment
37°C, strikt anaerob
Mikrobiologische Grundlagen
• Wichtige Einflussgrößen der Gärung– Substratzusammensetzung
Thomas Vössing27.08.2008 14
Mikrobiologische Grundlagen
• Wichtige Einflussgrößen der Gärung– Temperatur
• Optimum für Hydrolyse/Versäuerung: 25-35°C
•
Thomas Vössing27.08.2008 15
Mikrobiologische Grundlagen
• Wichtige Einflussgrößen der Gärung– pH- Wertoptimum: 6,7 - 7,5– Sonstige Hemmstoffe
• Ammonium-/Ammoniakkonzentration• Spurenelemente (O2, H2S, Antibiotika, Nährstoffe ect.)
Thomas Vössing27.08.2008 16
Anlagentechnik
• Nassfermentation– Niedriger TS-Anteil
des Substrates– Hoher Gülle-/Wasseranteil
• Trockenfermentation– Hoher TS-Anteil des Substrates– Hoher Anteil an Kosubstraten
Thomas Vössing27.08.2008 17
Anlagentechnik
• Schema einer typischen Nassfermentationsanlage
Thomas Vössing27.08.2008 18
Anlagentechnik
• Verfahrensgestaltung der Gärung (Nassfermentation)– Einstufenprozeß
– Zweistufenprozeß
Thomas Vössing27.08.2008 19
Hydrolyse/Versäuerung Biogasreaktor
Biogas
Biogasreaktor
Biogas
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
Thomas Vössing27.08.2008 20
Anlagentechnik
• Trockenfermentation– kontinuierlich: Propfenströmer– diskontinuierlich: Garagenverfahren
(Perkulationsverfahren)
Thomas Vössing27.08.2008 21
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
27.08.2008 22
Nassfermentation
Anlagentechnik
• Gasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz zur dezentralen Nutzung
• Verfahren zur Rohgasaufbereitung:– Gaswäsche– H2O-Verflüssigung– Oxidation an Aktivkohle
Animation
Thomas Vössing27.08.2008 23
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
Thomas Vössing27.08.2008 24
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 Vössing27.08.2008 25
Bis 150 kW Bis 500 kW Bis 5 MW Über 5 MW
Grundvergütung 11,5 9,9 8,9 8,4
NawaRo-Bonus 6,0 6,0 4,0 -
Innovations-Bonus 2,0 2,0 2,0 2,0
KWK 2,0 2,0 2,0 -
Wirtschaftlichkeit & Potential
• Entwicklung der Biogasanlagenzahlen
Thomas Vössing27.08.2008 27
Wirtschaftlichkeit & Potential
Thomas Vössing27.08.2008 28
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)
Thomas Vössing27.08.2008 29
Wirtschaftlichkeit & Potential
• Deutschland ist „Biogas-Weltmeister“– Niederlande etwa 30 Anlagen– USA etwa 130 Anlagen
• Beispiel chinesischer Bauern (http://de.youtube.com/watch?v=SLvBovektGw)
Thomas Vössing27.08.2008 30
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 Vössing27.08.2008 31
Salem 2008Zukunft der Energien„Energie aus Biogas“
Vielen Dank für Ihre/Eure
Aufmerksamkeit!
Beispielanlagen
• Wirtschaftliche Betrachtung
• Umweltpolitische Betrachtung– Wirtschaftliche Nutzung natürlicher Rohstoffe– Hygienisierung der Gülle– Verringerung der Geruchsbelastung– Verbesserung der Dünngequalität
Thomas Vössing11.08.2008 33
Einnahmen € Ausgaben €Elektrische Energie Abschreibung 400.000thermische Energie Betriebskosten 500.000Cofermentate Personal 150.000Summe der Einnahmen Summe der Ausgaben
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
Thomas Vössing11.08.2008 34
Gülle 150 t/d Cofermentate 65 t/d Biogasproduktion 3,2 Mio. Nm3/a Fermenterkapazität 2*2400m3
Prozesstemperatur Hydrolyse 25°C, Fermenter 37°C Biogasnutzung 2 Blockheizkraftwerke, je 500kW
Beispielanlagen
• Jährliche Stoffströme– Schweinegülle: 20.000 t– Rindergülle: 35.000 t– Cofermente: 25.000 t (Nahrungsmittelabfälle der Industrie)
• Energetische Betrachtung
Thomas Vössing11.08.2008 35
Energieform Verfügbare Energiemenge [kWh] Eigenverbrauch [kWh] Energieüberschuss [kWh]elektrisch 8.000.000 640.000 (12%) 7.360.000thermisch 9.650.000 1.900.000 (20%) 7.750.000gesamt 17.650.000 2.540.000 (14%) 15.110.000