Biogasanlagen und ihre Gärsubstrate

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1 Biogasanlagen und ihre Gärsubstrate Dr. Waldemar Gruber, Landwirtschaftskammer NRW Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 1

2 Funktion einer Biogasanlage und gesetzliche Rahmenbedingungen... Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 2

3 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 3

4 Biomasse < 150 kw Biomasse < 500 kw Biomasse < 5 MW Biomasse < 20 MW bei Altholz (Kategorien A III/ IV) Bonus für Biomasse < 500 kw (1) Bonus für Biomasse < 5 kw (1) Bonus für Biomasse (Holz) > 5 kw (1) KWK-Bonus für Biomasse (1) 11,50 Cent 9,90 Cent 8,90 Cent 8,40 Cent 3,90 Cent 6,00 Cent 4,00 Cent 2,50 Cent 2,00 Cent 2. KWK-Bonus für Biomasse (1) 2,00 Cent Zeitraum: 20 Jahren Jährl. Degression: 1,5% (1) Abhängig vom Brennstoff wird ein Bonus je Kilowattstunde gewährt. Bonus II des Regierungsentwurfs war gedacht für innovative Ansätze. Das Parlament führte zudem einen KWK-Bonus ein jetzt können entsprechende Anlagen bis zu 21,5 Cent erhalten. Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 4

5 Planungsdaten für den Bau einer Biogasanlage... Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 5

6 Faustzahlen für Biogasanlagen 1 Verweilzeit im Fermenter: mesophile Stämme: C Tage thermophile Stämme: C Tage Faulraumbelastung: bei 38 C 2 4 (max.7) kg ots / m³ und Tag Trockensubstanzabbau: bei 38 C % Gasertrag [CH 4 ]: In der Praxis im Durchschnitt 0,327 m³ / kg ots Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 6

7 Faustzahlen für Biogasanlagen 2 Gasverwertung Je nach Methangehalt und Wirkungsgrad des Motors erzielt man je m 3 Biogas: 1,2 2,2 kwh Elektrische Energie und 2,4 3,5 kwh Wärme Prozessenergiebedarf: 30 % der Wärme für die Beheizung des Fermenters 4 10 % des erzeugten Stroms Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 7

8 Quelle: Landtechnikberatung Bayern ( Angaben in m³ Gas pro Tonne Ausgangsmaterial ) Rindergülle Schweinegülle Labmolke Massenfutterrübe Zuckerrübenblattsilage Gehaltsfütterrübe Wiesengras 1. Schn. Biertreber siliert Maissilage Teigreife Grassilage 1. Schn. Maissilage Wachsreife Speiseabfälle Flotatfett Altbrot Altfett Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 8

9 Gasbildungsrate und Methangehalt Gasbildungsrate Methangehalt Proteine 700 l/kg 71% Fette 1250 l/kg 68% Kohlenhydrate 790l/kg 50% Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 9

10 Die Situation in Nordrhein-Westfalen... Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 10

11 Biogasanlagen in NRW in Betrieb in Planung/Bau Quelle: Biogas-Betreiberdatenbank NRW Arne Dahlhoff, Stand Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 11

12 Versuche im Bereich Biogas der Landwirtschaftskammer NRW... Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 12

13 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 13

14 [%] [ppm] 60,0 50,0 40,0 Gaszusammensetzung in Abhängigkeit zum Koferment 55,0 52,0 52,0 52,0 53,0 40,0 30,0 20,0 20,0 20,0 10,0 0,0 0,7 0,6 0,4 0,2 ZR-Spitzen Mais+Mist Mais+Presschnitzel Roggen Koferment O2 % Median CH4 % Median H2S ppm Median Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 14

15 Gaszusammensetzung bei Einsatz von Mais+Presschnitzel als Koferment % ppm Tage O2-Gehalt CH4-Gehalt H2S-Gehalt Schwefelwasserstoff max.-wert -30 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 15

16 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 16

17 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 17

18 Feldfrucht Spez. Gaserträge (l/kg ots) CH 4 (%) Raumbelastung (kg ots*d -1 /d) Verweilzeit (d) Grünrog ,81 53,26 2,09 41,95 Grünrog ,32 54,15 1,98 40,38 Rübensp ,22 51,81 2,05 39,60 Rübensp ,46 52,98 2,29 36,35 Silomais ,57 51,92 2,29 51,28 Silomais ,07 53,00 2,73 46,45 Mais Doge 579,35 51,55 1,80 44,33 Mais Oldham 522,72 51,50 2,54 41,18 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 18

19 Feldfrucht Spez. Gaserträge (l/kg ots) CH 4 (%) Raumbelastung (kg ots*d -1 /d) Verweilzeit (d) Grünrog ,81 53,26 2,09 41,95 Grünrog ,32 54,15 1,98 40,38 Rübensp ,22 51,81 2,05 39,60 Rübensp ,46 52,98 2,29 36,35 Silomais ,57 51,92 2,29 51,28 Silomais ,07 53,00 2,73 46,45 Mais Doge 579,35 51,55 1,80 44,33 Mais Oldham 522,72 51,50 2,54 41,18 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 19

20 Anbau von Nawaro`s (nachwachsende Rohstoffen) Welche Früchte eignen sich? Wie lassen sich die Früchte in die Fruchtfolge integrieren? Sind positive Effekte auf die Bodenfruchtbarkeit daraus zu erzielen? Ist der Anbau/Vertragsanbau wirtschaftlich auf Stilllegungsflächen/auf Betriebsflächen? Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 20

21 Die Globalstrahlung 2002 am Standort Seligenstadt 10% 20% 2% Photosynthese Transmission % Überführung in Wärme 6000 Reflexion 48% 5000 Verbrauch für Transpiration und Evaporation De z 24. Jan 23. Feb 25. Mrz 24. Apr 24. Mai 23. Jun 23. Jul 22. Aug 21. Sep 21. Okt 20. Nov Quelle: Dr. Jaeger Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 21

22 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 22

23 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 23

24 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung... Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 24

25 Kosten der Futterbergung Mähen, Zetten, Schwaden /ha Bergen und Transport (Häcksler, Ladewagen,Transporteinheiten) 5-7 /t Walzen 1-1,5 /t Abdecken (Folie, Arbeit, Sandsäcke, etc.) 1,5-1,8 /t Siloplatte 5-6 /t p.a. Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 25

26 Anbau von Grünroggen Winterzwischenfrucht Riswick 2003 Potential 40 t Saatgutaufwand 41,00 41,00 /ha Stickstoff 42,00 42,00 /ha Grundnährstoffe 30,00 30,00 /ha Herbizide 20,00 20,00 /ha Bodenbearbeitung Saat, Bestellung 130,00 130,00 /ha Mähen,Schwaden 72,00 72,00 /ha Bergen und Transport 89,00 240,00 /ha Walzen 18,50 50,00 /ha Abdecken (Folie, Arbeit, Sandsäcke, etc.) 24,40 66,00 /ha Siloplatte 40,70 110,00 /ha Summe 507,60 801,00 /ha Stückkosten 34,30 20,03 /t Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 26

27 Wirtschaftlichkeit von Grünroggen EEG 2000 EEG 2004* Gewinnschwelle** Gewinnschwelle** Fermenterkapazität vorhanden 18,27 34,74 /t Fermenterkapazität nicht vorhanden 11,14 27,62 /t Stückkosten 34,30/20,03 34,30/20,03 /t * 17,5 Cent Stromentgelt **Gew innschw elle bei Wärmenutzung Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 27

28 Hauptfruchtanbau Mais/Welsches Weidelgras 50 t FM Mais Welsches Weidelgras Saatgutaufwand 140,00 78,00 /ha Stickstoff 93,00 168,00 /ha Grundnährstoffe 89,00 186,00 /ha Herbizide 56,00 10,00 /ha Bodenbearbeitung Saat, Bestellung 130,00 130,00 /ha Mähen,Schwaden 0,00 275,00 /ha Bergen und Transport 300,00 300,00 /ha Walzen 62,50 62,50 /ha Abdecken (Folie, Arbeit, Sandsäcke, etc.) 82,50 82,50 /ha Siloplatte 140,00 140,00 /ha Summe 1093, ,00 /ha Stückkosten 21,86 28,64 /t Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 28

29 Kosten im Kartoffelbau 2005 Vermarktung 10. KW 2006 Art Sorte Bruttoertrag Marktwareertrag dt/ha Industrie Agria Victoria Bintje Fontane dt/ha dt/ha Berechnung Erlös in % - dt/ha Euro/dt mm / / Erlös Euro/ha Lagergeld (1,35 Euro/dt bis 10.KW) abzügl. Sortierkosten; CMA Abgabe Euro/dt Erlös (inkl. 9% Mw St auf Erlös + Lagergeld) Euro/ha Variable Kosten: Pflanzgut Euro/ha 1083,24 962,88 325,28 971,98 dt/ha incl. 7% Mw St Euro/dt 40,12 40,12 20,33 42,26 Düngung Euro/ha 262,00 262,60 318,00 324,40 kg N (zuzügl. 60 kgn aus N min ) ,32Eu /dt + 0,70 Eu/kg N Pflanzenschutz Euro/ha Herbizid Euro/ha Fungizid ( 12x) Euro/ha Sonstiges Euro/ha Maschinen Euro/ha var. Maschinenkosten Euro/ha Lohnunternehmer (pflanzen,fräsen,roden) Euro/ha Ein- und Auslagerung 0,70 Euro/dt Euro/ha Fraktionierung (0,25 Euro/dt) zusätzl. Begasung 20 Beregnung Hagel Zinsansatz 4,5% Euro/ha Euro/ha Summe var. Kosten Deckungsbeitrag Prämie Euro/ha 3261, , , ,38 Euro/ha 2349, , , ,81 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 29

30 Sorte Agria Victoria Bintje Fontane Stückkosten /t 54,35 53,92 45,49 54,54 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 30

31 Biomasse < 150 kw Biomasse < 500 kw Biomasse < 5 MW Biomasse < 20 MW bei Altholz (Kategorien A III/ IV) Bonus für Biomasse < 500 kw (1) Bonus für Biomasse < 5 kw (1) Bonus für Biomasse (Holz) > 5 kw (1) KWK-Bonus für Biomasse (1) 11,50 Cent 9,90 Cent 8,90 Cent 8,40 Cent 3,90 Cent 6,00 Cent 4,00 Cent 2,50 Cent 2,00 Cent 2. KWK-Bonus für Biomasse (1) 2,00 Cent Zeitraum: 20 Jahren Jährl. Degression: 1,5% (1) Abhängig vom Brennstoff wird ein Bonus je Kilowattstunde gewährt. Bonus II des Regierungsentwurfs war gedacht für innovative Ansätze. Das Parlament führte zudem einen KWK-Bonus ein jetzt können entsprechende Anlagen bis zu 21,5 Cent erhalten. Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 31

32 Stromvergütung nach EEG mit Nawaro-Bonus ohne Nawaro-Bonus aus Planzen und Pflanzenbestandteilen, die in landwirtschaftlichen...betrieben anfallen und keiner weiteren als der zur Ernte, Konservierung oder Nutzung in der Biogasanlage erfolgten Aufbereitung oder Veränderung unterzogen wurden. z.b. Schlempe, Schälabfälle sind Bioabfälle. Somit gilt die Bioabfallverordnung die zunächst eine Hygienisierung der Stoffe durch Erhitzen auf 70 C über 1h vorsieht. 17,15 Cent/kWh 11,15 Cent/kWh Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 32

33 Gaserträge von Kartoffelprodukten TS [%] o.ts[%] l/kg o.ts m³/t FM CH 4 max. Kosten Kartoffel roh stärkereich 26,0 93,4 729,2 177,1 51,4 32,6 Kartoffel mittlerer Stärkegehalt 22,0 93,8 727,5 150,1 51,5 26,04 Schälabfälle 11,0 93,8 655,9 67,7 51,4-1,18 Kartoffelpülpe 16,2 95,7 591,5 91,7 50,1 5,55 1) 1) 2) 2) 1) 17,15 Cent/kWh Stromentgelt 2) 11,15Cent/kWh Stromentgelt Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 33

34 Kosten und Stromerlöse der Kartoffelvergärung Kosten [ /t] feste Kosten variable Kosten Stromerlös max. Kosten Kartoffel roh stärkereich 10,08 11,96 54,64 32,6 Kartoffel mittlerer Stärkegehalt 9,51 10,76 46,31 26,04 Schälabfälle 7,72 7,04 13,58-1,18 Kartoffelpülpe 7,09 5,75 18,39 5,55 1) 1) 2) 2) 1) 17,15 Cent/kWh Stromentgelt 2) 11,15Cent/kWh Stromentgelt Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 34

35 Schlußbetrachtung Das EEG hat die Rahmenbedingungen für Biogasanlagen deutlich verbessert Anlagen können wirtschaftlich sein, wenn... Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 35

36 ... wenn freie Flächen in der Region vorhanden sind die Pachtpreise nicht zu hoch liegen Arbeitskapazität vorhanden ist die Produktionskosten für NawaRo`s nicht zu hoch liegen, deshalb wir auf absehbare Zeit kein gezielter Kartoffelanbau für die Vergärung stattfinden ausreichende Flächenerträge erzielt werden der Anlagenbetreiber sich mit dem neuen Betriebszweig identifiziert Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 36

37 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 37

38 Biogasanlage EEG 2004 EEG 2004 EEG Mastplätze 75 ha Mais 4000 t Gülle 3750t Mais 2500 Mastplätze 65 ha Mais 365t HTK 4000 t Gülle 3200t Mais 365t HTK 2500 Mastplätze 700 t Backabfälle 1800t Speiseabf. 4000t Gülle 700t Backabfälle 1800t Speiseabf. Annahmen: Fermentervolumen [m³] Tägliche erzeugte Gasmenge(53,3/54,6/56,7 CH 4 ) [m³]: Energieertrag elektrisch [kwh/a]: (Wirkungsgrad 35 % abzüglich 6% Prozessenergie) nutzbare Wärme [kwh/a]: (abzüglich 40 % Prozessenergie bei 80 % Gleichzeitigkeit) Leistung BHKW, 20h/d Laufzeit [kw]: Baukosten ( 3900 /kwh elektrisch) [ ]: Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 38

39 Biogasanlage EEG 2004 EEG 2004 EEG Mastplätze 75 ha Mais 4000 t Gülle 3750t Mais 2500 Mastplätze 65 ha Mais 365t HTK 4000 t Gülle 3200t Mais 365t HTK 2500 Mastplätze 700 t Backabfälle 1800t Speiseabf. 4000t Gülle 700t Backabfälle 1800t Speiseabf. Förderung [ ] Kosten nach Abzug der Förderung [ ]: AfA 5,10 und 20 Jahre[ /a]: Zins 4,3%;3,4% [ ]: Wartung BHKW [ ]: Personalkosten [ ]: Zündöl (0,30 /l) [ ]: sonst. Betriebskosten (Wartung und Versicherung,Stromzukauf,Rückbau)[ ]: Summe [ ]: Verkauf Strom(0,172 /kwh 1) oder 0,112 /kwh 2) ) [ ] Verkauf Wärme (3 Cent/kWh)[ ]: Gesamteinnahmen [ ]: Kosten Coferment Mais[1100 /ha]: Gewinn/Verlust [ ]: ) Fallbeispiel 1 und 2 2) Fallbeispiel 3 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 39

40 Biogasanlage EEG 2004 EEG 2004 EEG Mastplätze 75 ha Mais 2500 Mastplätze 65 ha Mais 365t HTK 2500 Mastplätze 700 t Backabfälle 1800t Speiseabf t Gülle 3200t Mais 365t HTK 4000t Gülle 700t Backabfälle 1800t Speiseabf t Gülle 3750t Mais Förderung [ ] Kosten nach Abzug der Förderung [ ]: AfA 5,10 und 20 Jahre[ /a]: Zins 4,3%;3,4% [ ]: Wartung BHKW [ ]: Personalkosten [ ]: Zündöl (0,30 /l) [ ]: sonst. Betriebskosten (Wartung und Versicherung,Stromzukauf,Rückbau)[ ]: Summe [ ]: Verkauf Strom(0,172 /kwh 1) oder 0,112 /kwh 2) ) [ ] Verkauf Wärme (3 Cent/kWh)[ ]: Gesamteinnahmen [ ]: Kosten Coferment Mais[1250 /ha]: Gewinn/Verlust [ ]: ) Fallbeispiel 1 und 2 2) Fallbeispiel 3 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 40

41 Beispiel einer Nährstoffbilanz für eine 180 kw Biogasanlage... ohne Biogasanlage N, tierisch P 2 O 5 Mastschweine, nährstoffreduziert 2500 Plätze kg kg Winterweizen 50 ha ( kg) kg CCM 50 ha kg kg Wintergerste 30 ha kg kg Raps (NAWaRo) 14 ha kg kg Bilanz ohne Biogasanlage 144 ha kg kg... mit Biogasanlage Gärsubstrat (3,3 kg N tierisch, 2,7 kg P 2 O 5 ) 6750 m³ kg Winterweizen 50 ha - k 8500 ( kg) kg CCM 0 ha - 0 kg - 0 kg Wintergerste 19 ha kg kg Silomais (NaWaRo) 75 ha kg kg Bilanz mit Biogasanlage 144 ha kg kg Garsubstratabgabe über Vertrag ca.2100 m³ kg n. Dr. Matthias Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 41

42 Veränderung der Gesamtkapitalrendite Ausgangssituation (180 kw aus Gülle und Silomais, 50t/ha, 1100 /ha, 3900 /kw) Rendite 8,9% Veränderung % Gesamt % Investition ohne Förderung -2,2 6,7 5 t FM geringerer Silomaisertrag -4, höhere Substratkosten -2,5 6,4 10 % Einbuße bei der Gasausbeute -6,2 2,7 2 % geringerer Wirkungsgrad el. des BHKW -3,9 5 2 % höherer Wirkungsgrad el. des BHKW 3,9 12,8-500 /kw Investitionskosten 1,6 10,5 5 t FM höherer Silomaisertrag 4,9 13,8 Keine Faulschlammverwertungskosten 3,4 12,3 Nutzung von kwh Wärme 1 9,9 Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 42

43 Wirkungsgrad/Methangehalt 100 m³ Biogas, 55% Methan, Motorwirkungsgrad 34% 100 x 5,5kWh = 550kWh x 0,34 = 187 kwh elektr Stromentgelt (17,5 Cent/kWh) : 32,73 (100%) 100 m³ Biogas, 65% Methan, Motorwirkungsgrad 39% 100 x 6,5kWh = 650kWh x 0,39 = 253,50 kwh elektr Stromentgelt (17,5 Cent/kWh) : 44,36 (136%) Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 43

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