Dezentrale energetische Verwertung von Landschaftspflegematerial

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1 Dezentrale energetische Verwertung von Landschaftspflegematerial Dorset Symposium auf dem Bauernhof Freitag, 22. Juni 2012 Prof. Dr. Michael Wachendorf FB Ökologische Agrarwissenschaften in Witzenhausen Universität Kassel

2 Verwertungskonzepte Ligno-Zellulose (Geringe Verdaulichkeit) Mineralstoffe (Emission, Korrosion, Ascheerweichung)??? Tierernährung Ganzpflanzenvergärung Heuverbrennung

3 Technischer Ansatz TM IFBB Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Hydrothermale Konditionierung Mechanische Entwässerung Presssaft Presskuchen Fermentation Trocknung Biogas Trockene Blockheizkraftwerk Wärme Pelletierung Dünger Strom Festbrennstoff

4 Technischer Ansatz TM IFBB Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Hydrothermale Konditionierung Mechanische Entwässerung Presssaft Presskuchen Fermentation Trocknung Biogas Trockene Blockheizkraftwerk Wärme Pelletierung Dünger Strom Festbrennstoff

5 Technischer Ansatz TM IFBB Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Hydrothermale Konditionierung Mechanische Entwässerung Presssaft Presskuchen Fermentation Trocknung Biogas Trockene Blockheizkraftwerk Wärme Pelletierung Dünger Strom Festbrennstoff

6 Technischer Ansatz TM IFBB Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Hydrothermale Konditionierung Mechanische Entwässerung Presssaft Presskuchen Fermentation Trocknung Biogas Trockene Blockheizkraftwerk Wärme Pelletierung Dünger Strom Festbrennstoff

7 Technischer Ansatz TM IFBB Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Hydrothermale Konditionierung Mechanische Entwässerung Presssaft Presskuchen Fermentation Trocknung Biogas Trockene Blockheizkraftwerk Wärme Pelletierung Dünger Strom Festbrennstoff

8 Technischer Ansatz TM IFBB Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Hydrothermale Konditionierung Mechanische Entwässerung Presssaft Presskuchen Fermentation Trocknung Biogas Trockene Blockheizkraftwerk Wärme Pelletierung Dünger Strom Festbrennstoff

9 Mobile Prototyp-Anlage

10 Stoffströme bei mechanischer Entwässerung Trockenmasse Asche Kalium Chlor Stickstoff Schwefel Calcium Massenfluss in den Presskuchen Massenfluss in den Presssaft (Hensgen, unveröffentlicht)

11 Methanausbeute von Presssäften Methane Yield (L N kg -1 VS) UK, DE, EE (n=54) ADF (g kg -1 DM) Methanausbeute Methane yield of press fluid ADF-Gehalt in silage in der Silage April May June J-A-S Harvest Schnittzeitpunkt Date 300 0

12 Inhaltsstoffe der n N N K 5 Cl K Cl g kg DM Buchenholz 0 DE UK EE DE UK EE DE UK EE Silage Presscake 0 Silage Presscake (Hensgen et al., 2012)

13 NO x -Emissionen NO x -Emissionen [mg NO x /m 3 Rauchgas] Versuch I: Einstufige Verbrennung (Pelletfeuerung) IFBB-Pellets Holzpellets IFBB I IFBB II Hackschnitzel I Hackschnitzel II Versuch II: Verbrennung mit Luftstufung (Rostfeuerung) NO x -Emissionen N t -Gehalt im Brennstoff N t -Gehalt [g N t /kg Brennstoff] Gesetzlicher Grenzwert DE (Bühle, unveröff.)

14 Ascheerweichungsverhalten IFBB I Erweichung IFBB II Hackschnitzel I (rindenreich) Hackschnitzel II (Buchenholz) Halbkugel Schmelze 2stufige Verbrennung (Bühle, unveröff.) Photo: Bühle

15 Primärenergiebilanz Primärenergiebilanz Treibhausgasbil IFBB (stand-alone) IFBB (add-on) ärenergiebilanz Trockenfermentation Heuverbrennung Treibhausgasbilanz Treibhausgasbilanz [GJ ha -1 ] n.d Rinderhaltung Mulchen Kompostierung n.d Wärmegutschrift Stromgutschrift [GJ ha -1 ] Düngergutschrift ME-Gutschrift Wärmegutschrift Diesel-Input/-Emissionen Stromgutschrift Nicht-energetische in-/direkte N2O-Emissionen Düngergutschrift Nicht-energetische CH4-Emissionen ME-Gutschrift BHKW-Emissionen Diesel-Input/-Emissionen Heizwerk-Emissionen Nicht-energetische in-/direkte N2O-Emissionen Wärme-Input/Emissionen des Wärme-Input Nicht-energetische CH4-Emissionen Strom-Input/Emissionen [t CO 2-eq ha -1 ] des Strom-Input BHKW-Emissionen Bilanz Heizwerk-Emissionen Wärme-Input/Emissionen des Wärme-Input Strom-Input/Emissionen des Strom-Input Wärmegutschrift Stromgutschrift Düngergutschrift ME-Gutschrift Diesel-Input/-Emissionen Nicht-energetische in-/direkte N2O-Emission Nicht-energetische -5-4 CH4-Emissionen BHKW-Emissionen Heizwerk-Emissionen [t CO 2-eq ha -1 ] Wärme-Input/Emissionen des Wärme-Input Strom-Input/Emissionen des Strom-Input Bilanz (Bühle, unveröffentlicht)

16 Ökonomie Annahmen für die Anlagenberechnung (IFBB stand-alone): bedarf: 2000 t TM/Jahr Teuerungsrate für Pellets: 4 % pro Jahr Pelletpreis ab Anlage: 170 /t 2 Vollbeschäftigte (16 h/d) Lohn (Arbeiter, brutto): 15 /h Grünlandertrag: 4 t TM/ha Durchschn. Entfernung Feld-Anlage: 5 km Zinsen für Fremdkapital: 6 % (Blumenstein, unveröffentlicht)

17 Ökonomie Eigenkapitalrenditen unterschiedlicher Konzepte Model 1: Ernte und Transport in Selbstmechanisierung Model 2: Ernte und Transport durch Lohnunternehmer Model 3: Ernte und Transport durch Lohnunternehmer + 50 % kommunaler Grünschnitt Model 4: Ernte und Transport durch Lohnunternehmer + Zubau zu Klär- oder Biogasanlage + + Eigenkapitalrendite 7 % 9 % 12 % 17 % (Blumenstein, unveröffentlicht)

18 Ökonomie Sensitivität der Eigenkapitalrendite (Veränderung der Variablen um -10 %) Pelletpreis -38,11% Teuerungsrate Pellets Elektrischer Wirkungsgrad -8,23% -7,98% Reparaturkosten Substratkosten Strombedarf Zinsniveau Wärmebedarf Arbeitszeit Lohnkosten 3,99% 4,12% 5,28% 5,38% 5,83% 12,31% 12,31% Investitionskosten 23,35% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% (Blumenstein, unveröffentlicht)

19 Schlussfolgerungen TM IFBB ist ein flexibles Konzept zur Wandlung von ligninreicher in speicherfähige Energie in Form von Festbrennstoff Denkbar ist ein dezentraler (netzunabhängiger) Betrieb Stand-alone-Anlage oder ein Add-on Modul für herkömmliche Klär- oder Biogasanlagen (ganzjähriger Wärmeverbrauch)

20 Vielen Dank.