INNOVATIONEN ZUR LEISTUNGS- STEIGERUNG VON BIOGASANLAGEN

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1 INNOVATIONEN ZUR LEISTUNGS- STEIGERUNG VON BIOGASANLAGEN Entwicklung der Biogaserzeugung als Zukunftstechnologie Bauernfrühstück der VR-Bank Mittelsachsen eg Döbeln,

2 Abteilung Biomassetechnologien und Membranverfahrenstechnik am Fraunhofer IKTS Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung Biogaserzeugung Bioalkoholherstellung als Kraftstoffersatz Katalytische Gasreaktionen Prozessintensivierung in der chemischen Verfahrenstechnik Vom Labor- über Pilotmaßstab zur Optimierung großtechnischer Anlagen

3 Ausgangssituation Gegenwärtige Unsicherheiten bezüglich Ausbau der Biogastechnik Vermaisung der Landwirtschaft durch Biogasanlagen Biogas verteuert Lebensmittel Neue Biogasanlagen kaum noch wirtschaftlich Quelle: Ausbau der erneuerbaren Energien jedoch unumstritten Potenziale der Biomassenutzung Nutzung biogener Reststoffe Verbesserte Technologien Ausbau Biomassenutzung als Zukunftstechnologie

4 Optimierung des Gesamtprozesses der Biogaserzeugung und -verwertung

5 Nutzung biogener Reststoffe am Beispiel Stroh Mengenpotenzial von Stroh Maximales Potenzial an Stroh für Biogas in Deutschland ¹ % des gesamten Strohaufkommens Mio. t/a Frischmasse (85 % TR) Circa 12 Mio. t/a Trockenmasse (90 % otr) Maissilage zur Biogasproduktion ha ; 476,1 dt/ha 32,4 Mio. t/a Frischmasse (33 % TR) Circa 10,3 Mio. t/a Trockenmasse (96 % otr) 1 Weiser, C.: Information on sustainable use of agricultural residues for bioenergy supply. 2nd International Symposium 'Energy from Straw' Berlin, March 2012.

6 Nutzung biogener Reststoffe am Beispiel Stroh Herausforderungen bei der technischen Umsetzung Rohfasergehalt (Zellulose, Lignin) Maissilage: 220 g/kg TR Stroh: 470 g/kg TR Stroh, unzerkleinert Stroh, extrudiert Substratvorbehandlung von Stroh erforderlich Zerkleinerung à Gasausbeute von zerkleinertem Stroh circa 70 % der Gasausbeute von Mais Anmaischen (Vermeidung Schwimmschichtbildung) zufuhrspez. Gassumme (NL/kg otrzu) Versuchsdauer (d) Stroh unbehandelt Weizenstroh NaOH Weizenstroh zerkleinert

7 Nutzung biogener Reststoffe am Beispiel Stroh Vergleich der substratspezifischen Kosten und Erlöse Studie IKTS für BGA 350 kw el (Sächsische Schweiz; EEG 2012) Kosten bzw. Erlöse (ct/ kwh) ,16 Ct/kWh 19,16 Ct/kWh Gestehungskosten Substrate frei BGA (Transport < 5 km Silierverlust 12 %) Maissilage 40,56 EUR/t FM 123,01 EUR/t ots 5 Stroh 42,50 EUR/t FM 0 Weizenstroh Maissilage 48,51 EUR/t ots Kosten: Erlöse: Substrat e Subst rat behandlung Vergärungsverfahren Grundvergütung Subst rat bonus CRC-Verstromung

8 Einsatz des DECONDIS -Verfahrens DECONservation and DISintegration - bei Einsatz von Silagen Einsatz der Prozessstufen Zerkleinerung, Abpressen und Vorhydrolyse Biogas Silagen Substratvorbehandlung Schwachgasverwertung Brauchwasser Pressgut Hydrolyse M M Gärrest Fermentation Presswasser Nachgärung Prozesswasser

9 Einsatz des DECONDIS -Verfahrens Ergebnisse Steigerung der Methanausbeute 600 ohne Innovationen mit Innovationen 18 Pilot-Biogasanlage Applikationszentrum Bioenergie Pöhl spez. M ethananfall in NL/kgoTRzu l/kg otrzu 400 Fermenter % 367 l/kg otrzu 300 Fermenter Fermenter NaWaRo-Zerkleinerung Raumbelastung (F1+F2) Raumbelastung in kg otr/ (m³* d) Erhöhung Methanausbeute um 20 % Entfrachtung Fermenter 1 à Potenzial für weitere Substratzufuhr ohne Beeinträchtigung Prozessstabilität

10 Einsatz des DECONDIS -Verfahrens Ergebnisse weitergehende Ausnutzung des Energiepotenzials der nachwachsenden Rohstoffe um 20% zusätzliche Erhöhung der Biogasausbeute bis zu 37% infolge der aus vorgenannten Innovationen resultierenden Steigerung der Raumbelastung Steigerung des Methangehaltes im Biogas bis zu 12 %-Punkte Reduzierung unerwünschter Begleitstoffe wie H 2 S bis zu 68 % Bioextruder B60s (LEHMANN Maschinenbau GmbH) Zerkleinerung von Maissilage

11 Bewertung der Wirtschaftlichkeit Erweiterung BGA 834 kw el auf kw el durch Innovationen Steigerung spezifischer Methananfall Substrateinsatz Substratmenge (t/a) Maissilage GPS-Triticale Weizenstroh Rindergülle Rinderfestmist 1.800

12 Bewertung der Wirtschaftlichkeit Erweiterung BGA 834 kw el auf kw el durch Innovationen Einnahmen und Ausgaben Traditionelle Anlage Anlage mit Substratvorbehandlung Investitionskosten (EUR) Einnahmen (EUR/a) Verkauf Elektroenergie und Wärme Ausgaben (EUR/a) Annuität, Substratkosten, Wartung, Transportkosten, Lohnkosten, Elektroenergie, Versicherungen Gewinn vor Steuern (EUR/a) Amortisationszeit (Bewertung statisch) (a) 6,6 4,0

13 Optimierung des Mischprozesses im Fermenter zur weiteren Verbesserung des Biogasprozesses Verfahrenstechnische Probleme beim Mischen von Gärsubstraten Sink- und Schwimmschichten Toträume Kurzschlussströmungen Hohe energetische Aufwendungen Optimierung mittels Prozess-Tomographie Visualisierung von Strömungsprozessen opaker Substrate Einfluss Reaktorgeometrie Einfluss Substratvorbehandlung

14 Einfluss der Reaktorgeometrie auf die Mischgüte Tomographie- System Zylindrischer Reaktor 100 L; H/D = 0,46 Zylindrischer Reaktor 100 L; H/D = 1,0 Vor Substratzugabe Nach 60 min Mischzeit (Einmischen von Maissilage mit zwei Tauchmotorrührwerken) Mischgüte: 0,73 Mischgüte: 0,87

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme Dr. Karin Jobst Tel:

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