Aufbereitung feuchter Biomasse zu Brennstoff

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1 Aufbereitung feuchter Biomasse zu Brennstoff das florafuel-verfahren 4. Mitteleuropäische Biomassekonferenz Graz, 17. Jänner 2014 Referentin: Dr. Swantje Mignon Schlederer

2 florafuel-technologieentwicklung Projektträger: florafuel AG Hans Werner (Vorstand) Projektleitung: Projektkoordination: Universität der Bundeswehr München Professur für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik Univ. Prof. Dr.-Ing. F. Wolfgang Günthert Dr. Swantje M. Schlederer Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Universität der Bundeswehr München 2

3 Nutzenergiebereitstellung aus Biomasse Energiepflanzen Ernterückstände Organ. Nebenprodukte Organ. Abfälle Miscanthus,Triticale, usw. Stroh, Waldrestholz, usw. Gülle, Industrierestholz, usw. Klärschlamm, Schlachthofabfälle, usw. Ernten, Sammeln, Verfügbarmachen Aufbereitung (Pressen, Aufbereitung (Pressen, Trocknen, Trocknen, Anfeuchten, Anfeuchten, Vermischen, Vermischen usw.) etc.) Transport (LKW, Traktor, Förderband, Rohrleitung, Schiff, usw.) Lagerung (Tank, Flachlager, Silo, Feldmiete, usw.) Pressung/Extraktion Festbrennstoff Vergasung Verkoholung Alkoholgärung Pyrolyse Umesterung Anaerob. Abbau Aerober Abbau Kohle Produktgas Pyrolyseöl Pflanzenöl Ethanol Biogas fester Brennstoff gasf. Brennstoff flüssiger Brennstoff Verbrennung Elektische Energie (Brennstoffzelle Thermisch-mechanische chemische Wandlung Thermische Energie Kraft Kraft Wärme Quelle: Kaltschmitt M., et. al.: S. 4 (veränderte Darstellung)

4 Aufzubereitende Biomasse Gras Feuchtwiesenschnitt Straßenbegleitgrün Silagen Laub Sonstige feuchte Biomasse Folie 4

5 Herausforderungen bei der Biomasse-Aufbereitung Hoher Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse im Eingangsbereich Verbrennungstechnisch bedenkliche Inhaltstoffe, wie Chlor, Kalium und Stickstoff Höherer Aschegehalt bei der Verbrennung von Halmgut im Vergleich zu holzartigen Brennstoffen Ascheerweichungsverhalten Folie 5

6 Verfahrensstufen der Aufbereitung Annahme, Sichtung u. Lagerung Waschen Zerkleinerung Mechanische Entwässerung Auflockerung Thermische Trocknung Verdichtung Pellets/Briketts Verbrennung/ Vergasung 9 Fermentation/ Aufbereitung Presswasser Folie 6

7 Teilansichten und Stoffströme vom florafuel-verfahren Wasch- und Zerkleinerungseinheit Silotrockner Gras-Pellets Gras-Briketts Folie 7

8 Stoffströme bei der Aufbereitung zu Brennstoff Folie 8

9 Chlorgehalt vor und nach der Aufbereitung mg/kg Gras Eingang Gras Brennstoff Laub Eingang Laub Brennstoff % -77% Gras Laub n Gras =15, n Laub = 9 Folie 9

10 Kaliumgehalt vor und nach der Aufbereitung mg/kg Gras Eingang Gras Brennstoff Laub Eingang Laub Brennstoff % -48% 0 Gras 1 Laub Gras =15, Laub 8 n Gras =15, n Laub = 9 Folie 10

11 Herstellung von Mischbrennstoffen Folie 11

12 Messwerte bei der Verbrennung nach der TA-Luft (4.BImSchV) CO in mg/nm 3 Sauerstoffbezug 11% NO x in mg/nm 3 400, ,00 300,00 CO 250 mg/nm³ CO NOx , ,00 NO x 500 mg/nm³ , , , ,00 Laub 100 Laub/Holz 50/50 Laub/Holz 20/80 Holz Folie 12

13 Messwerte bei der Verbrennung nach der TA-Luft mg/nm3 60,00 SO mg/nm³ Sauerstoffbezug 11% HCl mg/nm ,00 40,00 HCl 30 mg/nm³ Staub 50 mg/nm³ Cges Staub SO , , , ,00 Laub 100 Laub/Holz 50/50 Laub/Holz 20/80 Holz für Anlagen 100 kw x < 1 MW Folie 13

14 Heizwert / Aschegehalt / Ascheerweichungstemperatur Reine Pellets 1) Heizwert Aschegehalt Ascheerweichungs temperatur MJ/kg (wf) 550º C in % in C Gras 18,0 5, Straßenbegleitgrün 17,8 5, Feuchtwiesensilage 17,8 6, Laub 17,8 11, Fermentierungsabfälle 17,1 13, Mischpellets (1) Holz Eingang 18,4 0, Autobahnbegleitgrün Pellets 17,6 8, Autobahnbegleitgrün & Holz Pelletmischung: 80/20 % Autobahnbegleitgrün & Holz Pelletmischung: 50/50 % 17,7 7, ,9 5, ) Ausgewählte Biomassechargen; MJ=Megajoule; wf=wasserfrei Folie 14

15 Mengen- und Energiebilanzen Eingang Biomasse Gras: kg/h (20 % TS) Pellets: 550 kg/h (87 % TS ) ) Pellets Presswasser/-saft Vergärung Aufbereitung Energiebilanz kwh/kg kwh/kg FM kwh/kg FM Energie im Pellet (88 % TS) thermisch 4,28 0,74 0,98 Energie im Presssaft elekt. Energie Biogas (η 30%) 0,24 0,04 0 therm. Energie Biogas (η 60%) 0,48 0,08 0 Gesamtenergie Pellets und Presssaft 5,00 0,86 0,98 benötigte Energie für die Aufbereitung 1,42 0,24 0,25 Energiebereitstellung gesamt 3,58 0,62 0,73 η = Wirkungsgrad Folie 15

16 Energiebereitstellung und potentielle Einsparung Anlagendurchsatz Energiebereitstellung Heizöl-Äquivalent CO 2 -Einsparung t FM MWh l t CO t FM * MWh l t CO t FM MWh l t CO Betriebsstunden entsprechen t Frischmasse im Eingang berechnet auf Gras, Hu 4,28 kwh/kg bei 87% TS Pellet); 11,8 kwh pro 1 kg HÖ; 0,84 kg/l Heizöldichte; 2,6 kg CO 2 /l; unberücksichtigt bleibt Energie im Presssaft, sowie Eigenenergiebedarf, Zahlen gerundet (1) FM = Frischmasse (2) TS = Trockensubstanz Folie 16

17 Energiebereitstellung in Strom und Wärme Verfahren Energie thermisch (Verbrennung) Energie elektr. + therm. Energie elektr. (o. Abwärme) florafuel-brennstoffe: Verbrennung η 90 % v MWh (87%TS) florafuel-brennstoffe: Vergasung η elektr. 28,5%, η therm. 49,1 % v MWh MWh MWh MWh Vergärung in Biogasanlagen Gras (18 % TS); t/a FM; η elektr. 30 %, therm. 60 % MWh MWh Anlagendurchsatz Gras (20 % TS*) t/a FM = Frischmasse; TS = Trockensubstanz; η = Wirkungsgrad Folie 17

18 Nutzung des Presswassers Energie im Presssaft L Biogas/kg otm L Methan/kg otm Methangehalt Trockensubstanz Graspresssaft ,8 61,60% 8,00% Laubpresssaft ,7 56,10% 6,50% Düngewert Stickstoff Phosphat Kalium Organ. Substanz Gras-Presssaft (Dünger flüssig) Laub-Presssaft (Dünger flüssig) 0,13 % N 0,07 % P 2 O 5 0,34 % K 2 O 4,00 % FM 0,28 % N 0,06 % P 2 O 5 0,06 % K 2 O 3,06 % FM Folie 18

19 Täglicher Biogasertrag (L/kg otm) Gras-Presssaft vs. Cellulose Graspresssaft Cellulose Tage Folie 19

20 Normung nicht-holzartiger Pellets - DIN EN Parameter Maßeinheit pren Klasse A pren Klasse B florafuel Laubpellets florafuel Graspellets Durchmesser mm D06 bis D25, D ± 1; 6-25 (± 1) Länge mm 3,15 L 40 mm 3,15 < 1 < 50 Schüttgewicht kg/m³ 600 kg/m³ 600 kg/m³ 700 kg/m³ Feinanteil Ma.-% 2,0 3,0 Aschegehalt Ma.-% (wf) ,8-12 5,8-7 Wassergehalt Ma.-% Heizwert, Hu MJ/kg 14,1 MJ/kg 13,2 MJ/kg Stickstoffgehalt, N Ma.-% 1,5 2,0 < 0,85 < 1,5 Schwefel, S Ma.-% 0,20 < 0,1 < 0,2 Chlor, Cl Ma.-% 0,20 0,30 < 0,03 < 0,06 Folie 20

21 BIOMASSEBRENNSTOFF Novelle der Abfallverbrennungsverordnung 2013 Weniger als 10% Feinanteil kleiner als 8 mm Weniger als 10% Ascheanteil an Trockensubstanz Weitere Qualitätsanforderungen des Marktes: Hoher Heizwert, z.b. 14 MJ/atro-t Hoher Trockensubstanzgehalt > 70 % Maximale Korngröße 80 bis 300 mm Maximaler Gehalt an Steinen von 5% größer 16 mm > ENDE der Abfalleigenschaft

22 Preisliche Einordnung von florafuel-brennstoffen Preisniveau Holzhackschnitzel: 34 Euro / MWh (= 0,034 Euro / kwh) Heizwert florafuel- Grasbriketts: 4,28 kwh/kg Preisniveau florafuel- Grasbriketts: 145 Euro / Tonne (0,1455 Euro pro Kilo) Folie 22

23 Rentabilitätsbetrachtung ohne Annahmeerlöse Aufbereitungskosten in Abhängigkeit des jährlichen Auslastungsgrades Auslastungsgrad Presswasser Input Biomasse Output Briketts Aufbereitungskosten pro t Briketts Std/a m³/a t/a t/a 144, Std/a m³/a t/a t/a 118,45 Folie 23

24 Rentabilitätsbetrachtung mit Annahmeerlösen Angenommener Annahmeerlös umgerechnet auf eine Tonne florafuel-briketts Biomasse-Typ Annahmeerlös Benötigte Frischmasse Annahme wie in der Kompostierung Biomasse (Gras) mit 20% TS-Gehalt pro Tonne Frischmasse pro Tonne florafuel-briketts Erlös pro Tonne florafuel-briketts 20,00 5,00 t 100,00 Biomasse mit 35% TS-Gehalt 20,00 2,86 t 57,14 Orientierungspreis pro Tonne florafuel-briketts am Markt 145,00 Reine Aufbereitungskosten pro Tonne bei Betriebsstunden/Jahr 144,31 Reine Aufbereitungskosten pro Tonne bei Betriebsstunden/Jahr 118,45

25 Potentielle Betreiber Komposthofbetreiber Kommunen Landwirte Folie 25

26

27 IbeKET Projekt Ziele Konzeptionelle Ziele Übertragbares Konzept zur Beschaffung, Aufbereitung und energetische Nutzung Umsetzung am Standort der LUTRA GmbH (Nähe Berlin) wird angestrebt Ökologische Ziele Verminderte THG-Emissionen Vermeidung von Nutzungskonkurrenzen Niedrige Emissionswerte ohne Sekundärmaßnahmen Ökonomische Ziele Etablierung regionaler Wertschöpfungsketten Beschäftigungseffekte Exportabsichten

28 Vorteile des florafuel-verfahrens Erweiterung der Rohstoffbasis für Bioenergie Signifikante Reduzierung des Chlor- und Kaliumgehalts Qualitativ hochwertiger Brennstoff für Strom- und Wärmeerzeugung Einhaltung der Emissionsgrenzwerte nach der TA-Luft Wegfall der Abfalleigenschaft der Eingangsstoffe durch Aufbereitung Anpassung der Brennstoffs auf Vergasungs- Verbrennungseinheit möglich Keine Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion Brennstoffe lager-, transport- grund- und spitzenlastfähig Geringe Flächenbedarf der florafuel-anlagen, einfache Handhabung Neue Säule für heimische Bioenergie-Erzeugung mit regionaler Wertschöpfung Folie 28

29 Prof. Dr.-Ing. F. Wolfgang Günthert Universität der Bundeswehr München Institut für Wasserwesen Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik Werner-Heisenberg-Weg Neubiberg Tel.: 089/ Fax: 089/ Homepage: 29

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