ROHSTOFF BIOMÜLL BIOGAS UND ANDERE WERTSTOFFE

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1 ROHSTOFF BIOMÜLL BIOGAS UND ANDERE WERTSTOFFE

2 Biogas Quelle:

3 Bioabfall (Wien vs Dalian)

4 Biomüll

5 Substrate Klassisch Alternativ 1 Alternativ 2 Art NaWaRos Nebenprodukte Abfälle Beispiel Beschaffenheit Mais, Gräser Homogen Molke, Treber, Presskuchen Homogen Bioabfall Heterogen Vorteil Nachteil Energiedichte Kosten Kosten Konkurrenzmarkt, thermische VB Kosten, kein Konkurrenzmarkt Störstoffe, mechanische und thermische VB

6 Biogene Abfälle (Wien) Biotonne ( Behälter) Grüngebiete: Kompostierung Sonstige Gebiete: Vergärung Gartenabfälle (19 Mistplätze) Baum- mit Strauchschnitt gemischt: Kompostierung Grasschnitt, Laub: Kompostierung Wurzelstöcke je nach Größe: thermische Verwertung Küchenabfalltonne (2.000 Behälter) Küchen- und Speiseabfälle: Vergärung Abgelaufene Lebensmittel, Produktionsreste: Vergärung Fettabscheiderinhalte: Vergärung Kompostierung: t/a Biogasgewinnung t/a

7 Substrat Marktabfälle (Obst, Gemüse) t/a Störstoffe t/a Substrat TS [%] ~ 5 CSB [g/l] ~ 60 Biotonne (Küchen-, Kantinenabfall) t/a

8 Prozessablauf Dezember 2014

9 Fakten BGA Pfaffenau Inbetriebnahme: 2007 Kapazität: t/a (aktuell: t/a) Feste und flüssige Abfälle, Kat. 3 Material Biogas: 2 Mio m³/a (60% CH 4 ) Thermische Nutzung (1.2 MW th ) Fernwärme für 1000 Haushalte CO 2 eq. Einsparung: t/a

10 MVA Pfaffenau

11 Wertschöpfung Biomüll? Biomethan? Biogas Kompostierung Verbrennung

12 Projekt KASAV Kaskadische Produktion von Biobutanol und Biomethan aus Biomüll Laufzeit: 3 Jahre (04/ /2017) Multifermentationsprozess auf Basis Biomüll Projektkonsortium AAT Abwasser und Abfalltechnik GmbH Axiom Angewandte Prozesstechnik GmbH MA48 - Magistratsabteilung der Stadt Wien TU Wien BOKU Wien Bioenergy GmbH

13 Biobutanol Anwendung: Chemische Industrie Kraftstoff Marktvolumen: 3 Mio t/a (2009) Marktpotential: HOCH Marktpreis: zw. 700 und /t Wachstumsraten: 3 5 % p.a. Global Players: Butamax (DuPont/BP; Hefen) Sovert (UK; Reststoffe) Gevo (Cargill/Total; E.Coli) Lösemittel Kraftstoff Kosmetik Butylacrylat Butylacetat Butanol Weichmacher Pharmazeutika

14 Butanol Petro-butanol Roelen-Synthese (Hydroformylierung) Bio-butanol ABE-Fermentation (Clostridien) Quelle:

15 ABE Fermentation Pasteur (1861), Schardinger (1905) und Weizmann (1912) Produktverhältnis von A:B:E = 3:6:1 1. und 2. Weltkrieg: Aceton aus Molasse Ab 1960 wirtschaftlich unattraktiv Seit 2005 wirtschaftlich wieder interessant Technische Herausforderungen Niedrige Ausbeuten Substratkosten Produktabtrennung Produkthemmung

16 ABE-Fermentation ph-induzierte Solventogenese Reduktionsäquivalente ph-wert Quelle: Garcia et al. (2011). Renew Sust Energy Rev

17 Substrate für ABE Klassisch Glucose, Stärke (Kosten) Alternativ (Reststoffe) Ligno-cellulose haltige Biomasse (Weizenstroh, Presskuchen) Abwässer (z.b. Molkereien) Lebensmittelabfälle

18 ABE-Prozess Störstoffe Enzymatische VB Thermo-chemische VB upstreaming Prozess 1 stufig Mehrstufig Batch/Kontinuierlich Immobilisierung Mono-/Mischkultur Rektifikation Extraktion Gasstrippung Membrane Pervaporation Perstraktion downstreaming

19 Projektziele KASAV ZIEL 1: Bereitstellung von flüssigen Energieträgern (ABE) ZIEL 2: Bereitstellung von gasförmigen Energieträgern (Biogas) ZIEL 3: Nutzbarmachung von CO 2 im Biogas ZIEL 4: Prozessvergleich ZIEL 5: Demoanlage (Planung)

20 Innovative Aspekte Rohstoff Bioabfall H 2 -Gewinnung, Abtrennung und Nutzung H 2 Einbringung in den Biogasprozess Multifermentationsprozess

21 Biogas Wien aktueller Prozess Biogas Gärrest Biogas Aufbereitung Kläranlage / Verbrennung Heizkessel Biomüll Wärme Wärme netz

22 KASAV - Multifermentationsprozess Mikrobielles Upgrade Versäuerung Biogas Wasserstoff ABE- Fermentation Butanol Ethanol Aceton Gärrest Biogas Aufbereitung Upgrade Nährstoff Methan Kompost / Dünger Erdgas netz Biomüll Kraftstoff/ Chem. Industrie Heizkessel Wärme Wärme netz STUFE 1 Versäuerung STUFE 2 ABE Ferm. STUFE 3 Biogas

23 Herausforderungen Substrat ABE Fermentation Produktabtrennung Biogas Störstoffe Stufe 1: mikrobielle Versäuerung Stufe 1: Gas H2-Einbringung Saisonalität Stufe 2: Butanolproduktion Aufbereitung Schnittstelle zw. Stufe 1 und 2 Stufe 2: Butanol Reaktordesign

24 Probenahme Küchenabfälle 03 TS [%] ots [%] CSB [g/l] TKN [g/kg] 7 9 Vor Hygienisierung TS [%] ots [%] 4 6 CSB [g/l] TKN [g/kg] 1,5 2,5 08 Nach Hygienisierung TS [%] ots [%] 3 5 CSB [g/l] TKN [g/kg] Dezember 2014

25 Probenahme

26 Vielen Dank Fermentationsteam Ullrich Stein, Jakob Kain & Stephanie Morris Trenntechnikteam unter der Leitung von Michael Harasek (TU Wien) Biogasgewinnung Günther Bochmann (BOKU) Industriepartner AAT, Axiom und MA48 Fördergeber

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Markus Ortner Bioenergy tel