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Methangas aus erneuerbaren Quellen
Stand heute und Zukunftsperspektiven
www.arbi.ch
Werner Edelmann
arbi GmbH, CH-6340 Baar
Abbauwege
Biogas vs.
Photovoltaik
Potenzial & Verfahren
Zukunftsperspektiven
aerob vs. anaerob
ZHAW, Umweltapéro, Winterthur, 4. Juni 2014
2
Leben ist Werden und Vergehen
Produzenten
Aufbau
Energie
Konsumenten
Umbau
Destruenten
Abbauanorganische, d.h. mineralische
Verbindungen
organische Verbindungen
3
Abbaumöglichkeiten von Biomasse
phys./chemisch
Verbrennung
CO2, H2O
O2
Biogas,
Alkohol etc.
Verbrennung
Produkte
CO2, H2O
anaerob
Pyrolyse-
produkte
Verbrennung
Produkte
CO2, H2O
anaerob
Kompost,
Nährstoffe
biologisch
biologische
Verbrennung
CO2, H2O
O2
Nutzung von Biomasse ist
treibhausneutral! (C-Kreislauf !)
Fotosynthese
Aufbau von Biomasse
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
6
Der aerobe Abbau
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O
Traubenzucker + Sauerstoff  Kohlendioxid + Wasser
Go = - 2875 kJ/Mol
Go = freie Energie ( o: bei Standardbedingungen)
G > 0 : endergonisch, d.h. es muss Energie aufgewendet werden
G < 0 : exergonisch, d.h. es wird Energie frei
Mol : ~ 6 * 1023 Teilchen; im Fall Zucker: 180 g
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
7
Der anaerobe Abbau
C6H12O6  3 CO2 + 3 CH4
Traubenzucker  Kohlendioxid + Methan
Go = - 132 kJ/Mol
> 90% der Energie verbleibt im Methan !
> 90% des C im Biogas  wenig Biomasseaufbau !
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
8
Der aerobe Abbau
Der aerobe Abbau benötigt drei Phasen:
Feststoff
(s)
Wasser(-film) (l)
(Lebensraum für Mikroorganismen)
Luft,
bzw. Sauerstoff (g)
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
9
Der anaerobe Abbau
anaerob sind nur zwei Phasen nötig!
Feststoff
(s)
Wasser(-film) (l)
(Lebensraum für Mikroorganismen)
Biogas (g) ist
(„Abfall“-)Produkt
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
10
Vergleich aerob /anaerob
• 3-Phasenprozess schwer steuerbar
• 2-Phasen-Prozess ist unproblematischer
(i.d.R selbstregulierend)
• anaerob grosse Reaktionsoberfläche
zur Reaktionsbeschleunigung möglich
(Zerkleinerung!)
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
11
allgemein: Vergleich aerob/anaerob
aerob anaerob
energiearme Produkte energiereiches Produkt
viel Energie zum Wachsen wenig Energie zum Wachsen
schnelles Wachstum langsames Wachstum
(Ab-)Wärme wird frei keine „Biowärme“
viel Biomasseaufbau wenig Biomasseaufbau
hoher Nährstoffbedarf tiefer Nährstoffbedarf
geeignet für tiefe Konz. geeignet für hohe Konz.
hoher Energieaufwand (O2) grosser Energieüberschuss
hohe Betriebskosten niedrige Betriebskosten .
schwer optimierbar i.d.R. selbstregulierend
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
12
Biochemie des anaeroben Abbaus
• nur durch Bakterien
• erdgeschichtlich uralt („Archebakterien“)
• Kaskade von Abbauschritten
• benötigt mehrere Bakteriengruppen
(aerob: gesamter Abbau durch einzelne
Mikroorganismen durchführbar)
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
13
Anaerobe Biozönosen
Raster-Elektronenmikroskop
Lichtmikroskop
(Fluoreszenz)
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
14
Methanbildung
Methan
~ 70% ~ 30%Methanbildung
Zehnder, Guyer
anaerobe
Abbau-
schritte
Hydrolyse
Fermentation,
Säurebildung
Organische Feststoffe
Aminosäuren, Zucker Fettsäuren
~ 21%
Eiweisse Kohlenhydrate Fette
~ 34 %~ 5%
~ 40%
Hydrolyse
Zwischenprodukte:
v.a. Propionat, Butyrat
~ 20%
~ 35%
~ 12%
~ 11%
~ 23%
~ 11% ~ 8%
> 1%
Acetat Wasserstoff
?
Fermentation,
Säurebildung
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
15
Produkt Biogas
• CH4 : CO2 rund 2 : 1
• gesättigt mit Wasserdampf (T!)
• < 1% Restgase (H2S, H2, etc.)
Gasqualität abhängig von:
•verfahrenstechnischen Gössen (T, p, LR etc.)
•Gehalt von Nitrat, Sulfat etc. im Input
•Eiweissgehalt (H2S, ev. NH4
+/NH3)
•v.a.: Oxidationsgrad des Kohlenstoffs
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
16
Potenzial: Bsp. Haushaltsabfälle
mehr als die Hälfte des Kehrichts ist organisch
Zusammensetzung von schweizerischem Hausmüll
Papier
10%
Plastik, anorganisch
41%
organisch, nass
27%
organisch, trocken
22%
wenn organische Teilströme separat erfasst werden,
reduziert sich die Menge in der KVA beträchtlich
und deren Brennwert steigt
Schweizerische Hochschule
für Landwirtschaft
17
Bsp.: feste Abfälle Lebensmittelindustrie
nebst diversen anderen Verlusten bei Lagerung, Transport
oder infolge Ablauf Verfalldatum, erzeugt ein Schweizer jährlich:
Schweizerische
Hochschule für
18
• 1960 Faultürme in Kläranlagen
• 1975 Deponiegas
• 1980 landwirtschaftliche Anlagen
• 1985 Vergärung von Industrieabwässern
• 1990 Feststoffvergärung
• 1995 Co-Vergärung, Optimierungen
Geschichtliche Entwicklung Biogas
Ab rund:
Schweizerische
Hochschule für
19
Erzeugung von Biogas
Vorbild Kuh:
• Durchgehend gut geheizt
• Super Zerkleinerung
(Wiederkäuer)
• und Anmaischung /
Durchmischung
• Definierte Aufenthaltszeit
(Abfolge von Mägen)
Die Kuh ist eine mobile Biogasanlage
(~400 Liter Methan pro Tag…!)
20
Biogasgewinnung aus Biomasse
21
Diverse Lösungen
22
Sinn von Bioenergieanlagen
• Weg von der Biomasse bis zum gewünschten Produkt
ist i.d.R. technisch (und energetisch) aufwändig !
• Bioenergie ist nicht gleich Bioenergie:
unterschiedlicher Sinn je nach Fall
• Fazit:
Immer überlegen, ob sich ein Aufwand lohnt!
• Ganzheitliches Denken notwendig!
23
Umweltfreundlichkeit von Bioenergie
• Heute ist technisch sehr viel machbar
• nicht alles was machbar ist, macht Sinn !
• Ökobilanzen wichtiger denn je!
• Vergleich von drei unterschiedlichen Fällen:
- Biogas aus festen Abfällen und Abwässern
- Biogas aus landwirtschaftlichen Abfällen
- Biogas aus Energiepflanzen
24
Schadens-
bilanz
(Kategorien)
Mortalität
Gesundheits-
schäden
Schädigung
Ökosysteme
Ablauf einer Ökobilanz
FCKW
Pb
Hg
Cd
PAH
Staub
VOC
DDT
CO2
CH4
SO2
NOx
P
etc.
Öko-
faktoren
(Inventar)
Punktzahl
Resultat
(Ökobilanz)
EingabenderSachbilanz
(kgBeton,Stahl,PVC,Diesel;TJStrom,etc
Sach-
bilanz
Gewichtung
der
Schäden
Gewichtung
der Schäden
Wirkungs-
bilanz
(Kategorien)
Ozonschicht
Schwermetall
Carziogene
Sommersmog
Wintersmog
Pestizid
Treibhausgas
Eutrophierung
Versauerung
25
Ökobilanz Verwertung Bioabfälle
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
KG KO VG VO VN KVA
UmweltbelastungnachEI
KG: Kompostierung geschlossen; KO: Kompostierung offen; VG:
Vergärung mit KG; VO: Vergärung mit KO; VN: Vergärung mit
Nachrotte; KVA: Verbrennung
vgl.: www.arbi.ch/oekobila.htm
26
Fall 1: „Biogas aus Abfall/Abwasser“
Die Gewinnung von erneuerbarer Energie ersetzt
andere, ebenfalls umweltbelastende Prozesse
 ökonomisch interessant und super Ökobilanz!
Abfall,
Abwasser
(organisch)
Behandlung
(belüften,
verbrennen)
Energie
Belastung
super Ausgangslage !
Energi
e
DüngerBiogasanlage
27
Fall 2: „zusätzliche Abfallbehandlung“
DüngerGülle
Normalsituation
auf Hof
Vorgrube
(zerkleinern, mischen)
Lagerung
externe
Substrate
(optional)
Sie kann zusätzlich Cosubstrate (Abfälle) vergären:
 die Wirtschaftlichkeit wird verbessert
 die Ökobilanz wird (ev.) etwas verbessert
Die Biogasanlage ist eine zusätzliche Komponente auf dem Hof
 muss mit ökologischem und ökonomischem Erlös von Energie
und Dünger amortisiert werden!
Gaserfassun
g (optional
)
Stro
m
Wärm
e
Gasspeicherun
g
Gasaufbereitung
Gasverwertung
Biogasanlag
e
28
Bsp.: landwirtschaftliches Biogas
•wegen Zusatzemissionen (NH3, N2O, CH4) kaum viel
umweltfreundlicher als Euro-Strom !
•die Covergärung von biogenen Abfällen nutzt die
Infrastruktur zwar effizienter, verbessert die Situation aber
nur partiell, da mehr NH3 und mehr Transporte !
•wenn umweltfreundlich produziert werden soll, muss das
Güllenmanagement verbessert werden !
Lagertank abdecken,
Schleppschlauch-
verfahren
29
Vergleich verschiedener Energieträger
Umweltbelastung für Strom aus:
-5000 0 5000 10000 15000 20000
Quelle:
europ. Strommix
Steinkohle
Heizöl
AKW
Grenzwert Ökostrom
Feststoffvergärung
landw. Covergärung, opt.
landw. Covergärung
landw. Vergärung
Sonne
Wind
Wasser
3875
esu /
EI99-Pte.
excl. Unfall, Lagerung !
landwirtschaftliches Biogas braucht für Ökostrom Optimierungsmassnahmen
30
Fall 3: „zusätzlicher Pflanzenbau“
31
Fall 3: „zusätzlicher Pflanzenbau“
(„es ist gar nichts vorhanden...!“)
Pflanzenbau
(pflügen, düngen, ernten...)
Energie
Aufbereitung
(Transport, zerkleinern....)
Energie
•der Anbau von Nawaro‘s bringt Zusatzemissionen
und erfordert viel Energie !
(Dünger, Pestizide, Treibstoff, Infrastruktur etc.)
•die Resultate der Ökobilanz werden drastisch verschlechtert
•der Einsatz von nicht erneuerbarer Energie wird mit
grossem Aufwand nur wenig reduziert !
Energie-
speicherung
Konversion,
Verwertung
Verwertungs-
anlage Dünger
Energie
Emissionen
32
Problem Energiepflanzen:
allgemein: zusätzlich aufwändige Aufbereitungsketten
(Saatgut, Anbau, Transporte, Lagerung und Aufbereitung)
• Energie: (fossile?!) Fremdenergie nötig
(Dünger, Pestizide, Treibstoff, Infrastruktur etc.)
•.Landressourcen: Flächen für Nahrungsanbau gehen verloren
( Intensivierung der Landwirtschaft: Folgeschäden; keine C-Senken)
• Boden: Bodenverdichtung, Erosion, Belastung
(Humusverlust, halogenierte Pestizide, Nährstoffe etc.)
• Landschaft: Verfremdung durch Monokulturen
•Artenvielfalt: sinkt bei (notwendigem!) Intensivanbau
• Luft: zusätzliche NOx, Methan und NH3-Emissionen
• Wasser: erhöhter Bedarf für Bewässerung
Bioenergie vs. Fotovoltaik
Input Sonnenenergie pro Fläche 100 %
Umwandlung in Zucker (Fotosynthese) 10 % (- max.20%)
Umwandlung in Zellmaterial (Protein, DNS, Fett etc.) 5 % (- max 10%)
- Verluste (brach liegende Felder, Lichthemmung etc.) 1 % (0.5 - 2%)
- Energieaufwand für Anbau (Dünger, Maschinen) ~0.3 % (abzuziehen!)
verbleibende Netto-Energie in Biomasse ~0.7 %
Nun: Bau Anlage zur Lagerung, Aufbereitung und Verwer-
tung von Biomasse (Energie!), Betrieb (Pumpen, Rühren, Hei-
zen, destillieren etc. etc.), Verluste durch biologischen Ab-
bau, Apparate zur Reinigung, ev. Verwertung der Energie-
träger (Verluste Abwärme!) etc., etc.:
Output Bioenergie netto <0.1 - 0.4 %
Ausbeute von Fotovoltaikzellen 20 % (- max. 35%)
dh. Fotovoltaik >100 mal effizienter (inkl. graue Energie) !
35
Nettoertrag von Nawaro‘s
Jährlicher Energieertrag von nachwachsenden Rohstoffen pro Hektare
Bioenergieträger netto kWh % Sonne
Maissilage, anaerobe Vergärung zu Biogas 14'500 0.11%
Mais, Hefegärung zu Bioethanol 3'800 0.03%
Chinaschilf, Hefegärung zu Bioethanol 21'375 0.16%
Zuckerrüben, Hefegärung zu Bioethanol 12'000 0.09%
Weizen, Hefegärung zu Bioethanol 3'750 0.03%
Weizen, Bioethanol inkl. Nutzung Koppelprodukte 34'750 0.27%
Holz, Aufschluss, Hefegärung zu Bioethanol 6'000 0.05%
Holz, Verbrennung 39'100 0.30%
Holz, Vergasung, BTL-Verfahren 5'750 0.04%
Raps, Ölgewinnung 3'200 0.02%
Raps, Ölgewinnung inkl. Nutzung Glycerin und Kuchen 17'200 0.13%
Sonneneinstrahlung 13'000'000 100%
Burkhalter R. (2007): Die zweite Generation, „die Grüne“, Special Bioenergie, 20.9. 2007, pp.16-21
36
(- auch im
Winter..….!)
der Bauer
als
Energiewirt
dank
Beschattung
grösserer
Ertrag !
(Anlage Schwifting
bei Landberg a.
Lech)
Bilder: W. Weisensee
37
• 12.000 m2
Kollektorfläche,
mit ökologischen
Ausgleichsflächen und
Zwischengängen: 4ha
• Leistung 1.250.000
kWh/a
• max. Leistung 1,1MW
• Kosten ~ 4.0 Mio/€
38
Fotovoltaikfeld
etwa notwendiges Bioenergiefeld
für (netto) dieselbe Energiemenge
39
Fazit Nawaro‘s für Energie:
• Energieverknappung
 Nahrungsverknappung und -verteuerung !
• Klimawandel
 Nahrungsverknappung und -verteuerung !
•.Energieverknappung und Klimawandel
 Verknappung der Anbauflächen
• Energiepflanzen:
- uneffizient und zu teuer
- zukünftig: kaum Anbauflächen mehr vorhanden
- ethisch nicht vertretbar
 vorübergehendes Strohfeuer !
(Ausnahme: nachhaltige Nutzung Wald)
40
Schlussfolgerung für Nawaro‘s
•.Nahrungsanbau schwieriger (knappere fossile Ressourcen,
Klimawandel)
• Bevölkerungswachstum
•mehr vegetarische Ernährung
genutzte Biomasse 2000 (Schütte A., 2008)
• weniger Futtermittel, keine Bioenergie !
41
Zukunftsperspektiven:
• Kein Anbau von Biomasse zu Energiezwecken
(Ausnahme: nachhaltige Nutzung von Holz zur Verbrennung)
ABER:
Nutzung von erneuerbarem Strom bei Überproduktion
für Wasserspaltung mit Elektrolyse !
•Produktion von Wasserstoff und Methan
•Speicherung von Methan im Erdgasnetz
 Strom wird speicherbar !
• „power to gas“= Bindeglied zur Integration von
erneuerbarem Strom in Energieversorgung
42
Die Deutschen machen’s vor!
43
Zukünftige Speicherung von
erneuerbarem Strom:
44
Biogas aus biogenen Abfällen und
Abwässern wird in Zukunft vor allem
wichtig sein zu Schliessen der
Stoffkreisläufe !
(die Energie wird hauptsächlich von
erneuerbarer Elektrizität kommen)
45
46
Zukunft: ganzheitliche Konzepte
z.B. Presswasserverwertung (Bilder: Kompogas)
(Koppelprodukt!)
47
zukünftige
Produkte
Wärme
Ökostrom
Kompost
Treibstoff
Gas
(zum Kochen)
Fische, Krebse,
Salat, Gemüse
und Zierpflanzen
BHKW-Abgas
(CO2, Wärme)
48
Bioenergie wird nur aus
Abfallstoffen Sinn machen, die
möglichst einfach verwertet werden !
Danke für Ihre Aufmerksamkeit !
Dr. Werner Edelmann arbi GmbH, Baar
www.arbi.ch
Aber immer daran denken:

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Methangas aus erneuerbaren Quellen - Stand heute und Zukunftsperspektiven

  • 1. Methangas aus erneuerbaren Quellen Stand heute und Zukunftsperspektiven www.arbi.ch Werner Edelmann arbi GmbH, CH-6340 Baar Abbauwege Biogas vs. Photovoltaik Potenzial & Verfahren Zukunftsperspektiven aerob vs. anaerob ZHAW, Umweltapéro, Winterthur, 4. Juni 2014
  • 2. 2 Leben ist Werden und Vergehen Produzenten Aufbau Energie Konsumenten Umbau Destruenten Abbauanorganische, d.h. mineralische Verbindungen organische Verbindungen
  • 3. 3 Abbaumöglichkeiten von Biomasse phys./chemisch Verbrennung CO2, H2O O2 Biogas, Alkohol etc. Verbrennung Produkte CO2, H2O anaerob Pyrolyse- produkte Verbrennung Produkte CO2, H2O anaerob Kompost, Nährstoffe biologisch biologische Verbrennung CO2, H2O O2 Nutzung von Biomasse ist treibhausneutral! (C-Kreislauf !) Fotosynthese Aufbau von Biomasse
  • 4. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 6 Der aerobe Abbau C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O Traubenzucker + Sauerstoff  Kohlendioxid + Wasser Go = - 2875 kJ/Mol Go = freie Energie ( o: bei Standardbedingungen) G > 0 : endergonisch, d.h. es muss Energie aufgewendet werden G < 0 : exergonisch, d.h. es wird Energie frei Mol : ~ 6 * 1023 Teilchen; im Fall Zucker: 180 g
  • 5. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 7 Der anaerobe Abbau C6H12O6  3 CO2 + 3 CH4 Traubenzucker  Kohlendioxid + Methan Go = - 132 kJ/Mol > 90% der Energie verbleibt im Methan ! > 90% des C im Biogas  wenig Biomasseaufbau !
  • 6. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 8 Der aerobe Abbau Der aerobe Abbau benötigt drei Phasen: Feststoff (s) Wasser(-film) (l) (Lebensraum für Mikroorganismen) Luft, bzw. Sauerstoff (g)
  • 7. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 9 Der anaerobe Abbau anaerob sind nur zwei Phasen nötig! Feststoff (s) Wasser(-film) (l) (Lebensraum für Mikroorganismen) Biogas (g) ist („Abfall“-)Produkt
  • 8. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 10 Vergleich aerob /anaerob • 3-Phasenprozess schwer steuerbar • 2-Phasen-Prozess ist unproblematischer (i.d.R selbstregulierend) • anaerob grosse Reaktionsoberfläche zur Reaktionsbeschleunigung möglich (Zerkleinerung!)
  • 9. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 11 allgemein: Vergleich aerob/anaerob aerob anaerob energiearme Produkte energiereiches Produkt viel Energie zum Wachsen wenig Energie zum Wachsen schnelles Wachstum langsames Wachstum (Ab-)Wärme wird frei keine „Biowärme“ viel Biomasseaufbau wenig Biomasseaufbau hoher Nährstoffbedarf tiefer Nährstoffbedarf geeignet für tiefe Konz. geeignet für hohe Konz. hoher Energieaufwand (O2) grosser Energieüberschuss hohe Betriebskosten niedrige Betriebskosten . schwer optimierbar i.d.R. selbstregulierend
  • 10. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 12 Biochemie des anaeroben Abbaus • nur durch Bakterien • erdgeschichtlich uralt („Archebakterien“) • Kaskade von Abbauschritten • benötigt mehrere Bakteriengruppen (aerob: gesamter Abbau durch einzelne Mikroorganismen durchführbar)
  • 11. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 13 Anaerobe Biozönosen Raster-Elektronenmikroskop Lichtmikroskop (Fluoreszenz)
  • 12. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 14 Methanbildung Methan ~ 70% ~ 30%Methanbildung Zehnder, Guyer anaerobe Abbau- schritte Hydrolyse Fermentation, Säurebildung Organische Feststoffe Aminosäuren, Zucker Fettsäuren ~ 21% Eiweisse Kohlenhydrate Fette ~ 34 %~ 5% ~ 40% Hydrolyse Zwischenprodukte: v.a. Propionat, Butyrat ~ 20% ~ 35% ~ 12% ~ 11% ~ 23% ~ 11% ~ 8% > 1% Acetat Wasserstoff ? Fermentation, Säurebildung
  • 13. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 15 Produkt Biogas • CH4 : CO2 rund 2 : 1 • gesättigt mit Wasserdampf (T!) • < 1% Restgase (H2S, H2, etc.) Gasqualität abhängig von: •verfahrenstechnischen Gössen (T, p, LR etc.) •Gehalt von Nitrat, Sulfat etc. im Input •Eiweissgehalt (H2S, ev. NH4 +/NH3) •v.a.: Oxidationsgrad des Kohlenstoffs
  • 14. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 16 Potenzial: Bsp. Haushaltsabfälle mehr als die Hälfte des Kehrichts ist organisch Zusammensetzung von schweizerischem Hausmüll Papier 10% Plastik, anorganisch 41% organisch, nass 27% organisch, trocken 22% wenn organische Teilströme separat erfasst werden, reduziert sich die Menge in der KVA beträchtlich und deren Brennwert steigt
  • 15. Schweizerische Hochschule für Landwirtschaft 17 Bsp.: feste Abfälle Lebensmittelindustrie nebst diversen anderen Verlusten bei Lagerung, Transport oder infolge Ablauf Verfalldatum, erzeugt ein Schweizer jährlich:
  • 16. Schweizerische Hochschule für 18 • 1960 Faultürme in Kläranlagen • 1975 Deponiegas • 1980 landwirtschaftliche Anlagen • 1985 Vergärung von Industrieabwässern • 1990 Feststoffvergärung • 1995 Co-Vergärung, Optimierungen Geschichtliche Entwicklung Biogas Ab rund:
  • 17. Schweizerische Hochschule für 19 Erzeugung von Biogas Vorbild Kuh: • Durchgehend gut geheizt • Super Zerkleinerung (Wiederkäuer) • und Anmaischung / Durchmischung • Definierte Aufenthaltszeit (Abfolge von Mägen) Die Kuh ist eine mobile Biogasanlage (~400 Liter Methan pro Tag…!)
  • 20. 22 Sinn von Bioenergieanlagen • Weg von der Biomasse bis zum gewünschten Produkt ist i.d.R. technisch (und energetisch) aufwändig ! • Bioenergie ist nicht gleich Bioenergie: unterschiedlicher Sinn je nach Fall • Fazit: Immer überlegen, ob sich ein Aufwand lohnt! • Ganzheitliches Denken notwendig!
  • 21. 23 Umweltfreundlichkeit von Bioenergie • Heute ist technisch sehr viel machbar • nicht alles was machbar ist, macht Sinn ! • Ökobilanzen wichtiger denn je! • Vergleich von drei unterschiedlichen Fällen: - Biogas aus festen Abfällen und Abwässern - Biogas aus landwirtschaftlichen Abfällen - Biogas aus Energiepflanzen
  • 23. 25 Ökobilanz Verwertung Bioabfälle 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 KG KO VG VO VN KVA UmweltbelastungnachEI KG: Kompostierung geschlossen; KO: Kompostierung offen; VG: Vergärung mit KG; VO: Vergärung mit KO; VN: Vergärung mit Nachrotte; KVA: Verbrennung vgl.: www.arbi.ch/oekobila.htm
  • 24. 26 Fall 1: „Biogas aus Abfall/Abwasser“ Die Gewinnung von erneuerbarer Energie ersetzt andere, ebenfalls umweltbelastende Prozesse  ökonomisch interessant und super Ökobilanz! Abfall, Abwasser (organisch) Behandlung (belüften, verbrennen) Energie Belastung super Ausgangslage ! Energi e DüngerBiogasanlage
  • 25. 27 Fall 2: „zusätzliche Abfallbehandlung“ DüngerGülle Normalsituation auf Hof Vorgrube (zerkleinern, mischen) Lagerung externe Substrate (optional) Sie kann zusätzlich Cosubstrate (Abfälle) vergären:  die Wirtschaftlichkeit wird verbessert  die Ökobilanz wird (ev.) etwas verbessert Die Biogasanlage ist eine zusätzliche Komponente auf dem Hof  muss mit ökologischem und ökonomischem Erlös von Energie und Dünger amortisiert werden! Gaserfassun g (optional ) Stro m Wärm e Gasspeicherun g Gasaufbereitung Gasverwertung Biogasanlag e
  • 26. 28 Bsp.: landwirtschaftliches Biogas •wegen Zusatzemissionen (NH3, N2O, CH4) kaum viel umweltfreundlicher als Euro-Strom ! •die Covergärung von biogenen Abfällen nutzt die Infrastruktur zwar effizienter, verbessert die Situation aber nur partiell, da mehr NH3 und mehr Transporte ! •wenn umweltfreundlich produziert werden soll, muss das Güllenmanagement verbessert werden ! Lagertank abdecken, Schleppschlauch- verfahren
  • 27. 29 Vergleich verschiedener Energieträger Umweltbelastung für Strom aus: -5000 0 5000 10000 15000 20000 Quelle: europ. Strommix Steinkohle Heizöl AKW Grenzwert Ökostrom Feststoffvergärung landw. Covergärung, opt. landw. Covergärung landw. Vergärung Sonne Wind Wasser 3875 esu / EI99-Pte. excl. Unfall, Lagerung ! landwirtschaftliches Biogas braucht für Ökostrom Optimierungsmassnahmen
  • 28. 30 Fall 3: „zusätzlicher Pflanzenbau“
  • 29. 31 Fall 3: „zusätzlicher Pflanzenbau“ („es ist gar nichts vorhanden...!“) Pflanzenbau (pflügen, düngen, ernten...) Energie Aufbereitung (Transport, zerkleinern....) Energie •der Anbau von Nawaro‘s bringt Zusatzemissionen und erfordert viel Energie ! (Dünger, Pestizide, Treibstoff, Infrastruktur etc.) •die Resultate der Ökobilanz werden drastisch verschlechtert •der Einsatz von nicht erneuerbarer Energie wird mit grossem Aufwand nur wenig reduziert ! Energie- speicherung Konversion, Verwertung Verwertungs- anlage Dünger Energie Emissionen
  • 30. 32 Problem Energiepflanzen: allgemein: zusätzlich aufwändige Aufbereitungsketten (Saatgut, Anbau, Transporte, Lagerung und Aufbereitung) • Energie: (fossile?!) Fremdenergie nötig (Dünger, Pestizide, Treibstoff, Infrastruktur etc.) •.Landressourcen: Flächen für Nahrungsanbau gehen verloren ( Intensivierung der Landwirtschaft: Folgeschäden; keine C-Senken) • Boden: Bodenverdichtung, Erosion, Belastung (Humusverlust, halogenierte Pestizide, Nährstoffe etc.) • Landschaft: Verfremdung durch Monokulturen •Artenvielfalt: sinkt bei (notwendigem!) Intensivanbau • Luft: zusätzliche NOx, Methan und NH3-Emissionen • Wasser: erhöhter Bedarf für Bewässerung
  • 31. Bioenergie vs. Fotovoltaik Input Sonnenenergie pro Fläche 100 % Umwandlung in Zucker (Fotosynthese) 10 % (- max.20%) Umwandlung in Zellmaterial (Protein, DNS, Fett etc.) 5 % (- max 10%) - Verluste (brach liegende Felder, Lichthemmung etc.) 1 % (0.5 - 2%) - Energieaufwand für Anbau (Dünger, Maschinen) ~0.3 % (abzuziehen!) verbleibende Netto-Energie in Biomasse ~0.7 % Nun: Bau Anlage zur Lagerung, Aufbereitung und Verwer- tung von Biomasse (Energie!), Betrieb (Pumpen, Rühren, Hei- zen, destillieren etc. etc.), Verluste durch biologischen Ab- bau, Apparate zur Reinigung, ev. Verwertung der Energie- träger (Verluste Abwärme!) etc., etc.: Output Bioenergie netto <0.1 - 0.4 % Ausbeute von Fotovoltaikzellen 20 % (- max. 35%) dh. Fotovoltaik >100 mal effizienter (inkl. graue Energie) !
  • 32. 35 Nettoertrag von Nawaro‘s Jährlicher Energieertrag von nachwachsenden Rohstoffen pro Hektare Bioenergieträger netto kWh % Sonne Maissilage, anaerobe Vergärung zu Biogas 14'500 0.11% Mais, Hefegärung zu Bioethanol 3'800 0.03% Chinaschilf, Hefegärung zu Bioethanol 21'375 0.16% Zuckerrüben, Hefegärung zu Bioethanol 12'000 0.09% Weizen, Hefegärung zu Bioethanol 3'750 0.03% Weizen, Bioethanol inkl. Nutzung Koppelprodukte 34'750 0.27% Holz, Aufschluss, Hefegärung zu Bioethanol 6'000 0.05% Holz, Verbrennung 39'100 0.30% Holz, Vergasung, BTL-Verfahren 5'750 0.04% Raps, Ölgewinnung 3'200 0.02% Raps, Ölgewinnung inkl. Nutzung Glycerin und Kuchen 17'200 0.13% Sonneneinstrahlung 13'000'000 100% Burkhalter R. (2007): Die zweite Generation, „die Grüne“, Special Bioenergie, 20.9. 2007, pp.16-21
  • 33. 36 (- auch im Winter..….!) der Bauer als Energiewirt dank Beschattung grösserer Ertrag ! (Anlage Schwifting bei Landberg a. Lech) Bilder: W. Weisensee
  • 34. 37 • 12.000 m2 Kollektorfläche, mit ökologischen Ausgleichsflächen und Zwischengängen: 4ha • Leistung 1.250.000 kWh/a • max. Leistung 1,1MW • Kosten ~ 4.0 Mio/€
  • 36. 39 Fazit Nawaro‘s für Energie: • Energieverknappung  Nahrungsverknappung und -verteuerung ! • Klimawandel  Nahrungsverknappung und -verteuerung ! •.Energieverknappung und Klimawandel  Verknappung der Anbauflächen • Energiepflanzen: - uneffizient und zu teuer - zukünftig: kaum Anbauflächen mehr vorhanden - ethisch nicht vertretbar  vorübergehendes Strohfeuer ! (Ausnahme: nachhaltige Nutzung Wald)
  • 37. 40 Schlussfolgerung für Nawaro‘s •.Nahrungsanbau schwieriger (knappere fossile Ressourcen, Klimawandel) • Bevölkerungswachstum •mehr vegetarische Ernährung genutzte Biomasse 2000 (Schütte A., 2008) • weniger Futtermittel, keine Bioenergie !
  • 38. 41 Zukunftsperspektiven: • Kein Anbau von Biomasse zu Energiezwecken (Ausnahme: nachhaltige Nutzung von Holz zur Verbrennung) ABER: Nutzung von erneuerbarem Strom bei Überproduktion für Wasserspaltung mit Elektrolyse ! •Produktion von Wasserstoff und Methan •Speicherung von Methan im Erdgasnetz  Strom wird speicherbar ! • „power to gas“= Bindeglied zur Integration von erneuerbarem Strom in Energieversorgung
  • 41. 44 Biogas aus biogenen Abfällen und Abwässern wird in Zukunft vor allem wichtig sein zu Schliessen der Stoffkreisläufe ! (die Energie wird hauptsächlich von erneuerbarer Elektrizität kommen)
  • 42. 45
  • 43. 46 Zukunft: ganzheitliche Konzepte z.B. Presswasserverwertung (Bilder: Kompogas) (Koppelprodukt!)
  • 45. 48 Bioenergie wird nur aus Abfallstoffen Sinn machen, die möglichst einfach verwertet werden ! Danke für Ihre Aufmerksamkeit ! Dr. Werner Edelmann arbi GmbH, Baar www.arbi.ch Aber immer daran denken: