Anaerobe Konversion von Biomassen zu hochwertigen Energieträgern und Kohlenstoffsenken - APECS

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1 Anaerobe Konversion von Biomassen zu hochwertigen Energieträgern und Kohlenstoffsenken - APECS ein Verbundvorhaben von ATB und TU Berlin (Laufzeit ) Koordination: Dr. Jan Mumme (Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim) Im Rahmen der Initiative Bioenergie2021 gefördert durch 1

2 Die Idee schwer abbaubare ots gut abbaubare ots mineralische TS 2

3 Gesamtziel Das Gesamtziel ist die effiziente und nachhaltige Bereitstellung von Biomethan und Biokohle, basierend auf der kombinierten biologischen und thermo-chemischen Konversion von organischen Reststoffen. 3

4 Boden-Verbesserung durch Biokohle Mit Biokohle Ohne Biokohle Quelle: 4

5 Teilziele Erschließung kaum genutzter Reststoffe N-reiche, faserreiche, energiearme Stoffe Hohe energetische Effizienz (> 70%) Kaskaden-Nutzung: (1) Biomethan, (2) Biokohle Integrierte Stoff- und Energieströme Innovative Technologien Negative C-Bilanz und Boden-Verbesserung durch Biokohle Vergleich von Pyrolyse- und HTC-Kohle Breite, zukunftssichere Anwendung durch hohe Rohstoff- und Produktflexibilität Sicherung landwirtschaftlicher Einkommen Integration von Energie- und Klima-Farming Verkauf von Biomethan, Strom, Wärme, Biokohle, N- Dünger und CO 2 -Zertifikaten Bereitstellung innovativer Technologien 5

6 TP6 Chemische Analytik Prozessschema Organische Reststoffe Rezirkulat TP1 Koordination & Verwertung Roh-Biogas Biokonversion Flüssigphase mit Mineralien Fester Gärrest TP2 Mikrobiologie I Mikrobiologie und Anaerobtechnik TP3 Anaerobtechnik Wärme- Bereitstellung Aufbereitung Flüssigphase Gase Karbonisierung Biokohle II TP4 Karbonisierung & und Systemintegration Gasreinigung Beladung&Trocknung Beladene Biokohle Überschusswasser III Bodenwirkung TP5 Bodenwirkung (TU-Berlin) Gasförmige Energieträger Düngung Nutzung / Nach- Behandlung Legende Stoffstrom Stoffstrom, prozessabhängig Wärmestrom Wärmestrom, prozessabhängig 6

7 Fermenter Entwässerung Pyrolyse/HTC Biogas C 50% Verluste C 5% Gasphase C 5-25% C-Fluss Biomasse C 100% Gärrest C 50% Gärrest, trock. C ~45% Biokohle C 20-40% 7

8 Beispielrechnung einer C-Flächenbilanz (t/ha) 3,0 Stroh (Ertrag 6 t ha -1 ) 1,5 Gärrest 1,0 Biokohle 0,05% C im Oberboden (0-15 cm) 8

9 Mikrobiologie (ATB) ZIELE Optimaler biologischer Aufschluss von Reststoffen Auswahl optimaler Mikroorganismen-Stämme Optimierung diagnostischer Verfahren METHODEN Betrieb von Laborreaktoren Molekulargenetische und mikroskopische Analytik 9

10 Anaerobtechnik (ATB) ZIELE Hohe Biogasausbeute aus organischen Reststoffen Hohe energetische Effizienz Automatisierte Prozesssteuerung METHODEN Betrieb von Versuchsreaktoren Prozess-Modellierung Erprobung im praxisnahen Maßstab Anwendung des Aufstromverfahrens 300 L - Aufstromreaktor 10

11 Anaerobtechnik (ATB) Funktion des Aufstromverfahrens Methan Methan Fettsäuren Gärrest Feststoff-Pfropfen Mikroorganismen Biomasse Methanreaktor Aufstromreaktor 11

12 Karbonisierung und Systemintegration (ATB) ZIELE Max. Ausbeute an Biokohle Max. energetischer Wirkungsgrad Optimierung der Biokohle für den Einsatz im Boden Aufbereitung der Biokohle zum selektiven Adsorber Optimale Integration der Stoff- und Energieströme METHODEN Betrieb von Versuchsanlagen zur hydrothermalen Karbonisierung (Autoklav) Pyrolyse (Drehrohr) Biokohlenutzung als Adsorber (Sorptionssäulen) Prozessanalyse Einfluss von Temperatur, Feuchte, Verweilzeit und Katalysatoren Kennzeichnung der Biokohle sowie der Gas- und Flüssigphase Modellbasierte Prozessoptimierung Pyrolyse-Drehrohr HTC-Autoklav 12

13 Bodenwirkung (TU-Berlin) ZIELE Beschreibung der Bodenwirkung hinsichtlich Sorptionsfähigkeit Nährstoffdynamik Gasemissionen Beschreibung des biologischen Stabilität der Biokohle METHODEN Laborinkubation Gefäßversuche mit Nutzpflanzen Begleitende Prozessanalytik soil surface NH 4 NO 3 2 cm sand 10 cm resin 2 cm sand 13

14 Zeitplan 09/2014 Projektabschluss PHASE 3: Erprobung & Bewertung Optimiertes und bewertetes Gesamtverfahren Beschreibung der Boden- und Umweltwirkung 2013 PHASE 2: Systemintegration Einsatzfähigkeit des Gesamtverfahrens 2011 PHASE 1: Grundlagen der Einzelprozesse Einsatzfähige Biokonversion und Karbonisierung 10/2009 Aufbau der Versuchsanlagen 14

15 Verwertung der Ergebnisse Wirtschaftliche Verwertung Landwirte und Betreiber: Einkommens-Sicherung durch hohe Effizienz und hohe Flexibilität Ländliche Räume: Erhöhung der regionalen Wertschöpfung Industrie: Vermarktung weltweit nachgefragter Lösungen zur C-negativen Bioenergie Wissenschaftlich-technische Verwertung Publikationen, Kongresse, Messen Generierung von Schutzrechten Beratung von Politik und Verwaltung 15

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 16