ENERGETISCHE NUTZUNG DER BIOMASSE STATUS QUO & AUSBLICK

Transkript

1 ENERGETISCHE NUTZUNG DER BIOMASSE STATUS QUO & AUSBLICK Dr.-Ing. Peter Quicker ATZ Entwicklungszentrum Prof. Dr.-Ing. Martin Faulstich ATZ Entwicklungszentrum TU München Sachverständigenrat fürumweltfragen 1. Münchener CleanTech Konferenz 20. Februar 2007

2 UNSER GESCHÄFT VERFAHREN &WERKSTOFFE FÜR DIE ENERGIETECHNIK ENERGIE AUS BIOMASSE &ABFALL

3 UNSERE LEISTUNGEN Beratung Auslegung Konstruktion Fertigung Inbetriebnahme Pilotbetrieb

4 INHALT Einführung Status & Ziele Einteilung & Nutzungsmöglichkeiten Potenziale & Entwicklung Bewertung Ökologie & Ökonomie Herausforderungen Fazit

6 EINFÜHRUNG Politische Ziele Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in D Stand 2007 Ziel ,4% 20% Ziele Meseberg Strom 25-30% Kraftstoff 17% Wärme 14%

7 EINFÜHRUNG Stand Erneuerbare Energien 2007 Wasserkraft 10,7% Windkraft 15,0% Geothermie Solarthermie 0,9% 1,6% Photovoltaik 1,0% Biokraftstoffe 19,7% Anteil Biomasse 71% Quelle: BMU 2007 biogene Brennstoffe, Wärme 41,4% biogene Brennstoffe, Strom 9,7%

8 INHALT Einführung Status & Ziele Einteilung & Nutzungsmöglichkeiten Potenziale & Entwicklung Bewertung Ökologie & Ökonomie Herausforderungen Fazit Ungelsöte technische Probleme

9 BIOMASSE: HERKUNFT & NUTZUNG Rohstoffe Nahrungsmittel Energie Reststoffe Stoffe

10 BIOMASSE: EINTEILUNG NACH HERKUNFT Unterschiede NaWaRo - Abfall NAWARO Produkt- Vermarktung zentral moderat TA Luft, 1. BImSchV Wirtschaftlichkeit Effizienz & Qualität Technik Emissionen Annahmeerlös wenig relevant aufwändig 17. BImSchV ABFALL evtl. Nutzung, kleinere Mengen Reststoff Ablagerung, relevante Mengen

11 BIOMASSE: EINTEILUNG NACH NUTZUNG NaWaRo Reststoffe Abfälle Getreide Mais Raps Zuckerrüben Waldholz Gülle Stroh Kleie Schlempe, Treber (Industrie-)Restholz Hausmüll (biogener Anteil) Bioabfall Klärschlamm Altholz Steigende Nutzungsattraktivität (Homogenität, Vergütung) Steigende Anforderungen (Technik, Gesetzgeber)

12 ENERGETISCHE BIOMASSENUTZUNG Übersicht B I O M A S S E Verbrennung Rauchgas Wärmeträger Pyrolyse Pyrolyseöl Synthese Treibstoffe Vergasung Synthesegas Methangärung Biogas alkoh. Gärung Ethanol Verestern RME Pressen Pflanzenöl Wärme- und Kraftmaschinen KRAFT & WÄRME

14 BIOMASSEPOTENZIALE IN D Studienergebnisse energetisches Gesamtpotenzial 2020 [PJ/a] [PJ / a] ATZ 2006 IE 2005 DLR 2004 FNR 2002 Öko Inst BMELV Studie

15 BIOMASSEPOTENZIALE IN D Enegriepotenzial [PJ/a] Raps Mais Miscanthus Gülle Ernterückstände Stroh Waldholz Industrierestholz Altholz Landschaftspflege Deponiegas Klärgas Klärschlamm Hausmüll, biogen Gewerbeabfälle Technisches Gesamtpotenzial Ohne Stammholz: ca PJ/a (stoffliche Nutzung) nutzbare Fläche Non-Food-Sektor: 3,5 4,5 Mio. ha Anbaumix stellvertretend für Biogassubstrate, Festbrennstoffe und Treibstoffproduktion Primärenergieverbrauch D (2004): PJ

16 BIOMASSEPOTENZIALE IN D Technisches Gesamtpotenzial Enegriepotenzial [PJ/a] NaWaRo Reste Abfälle Ohne Stammholz: ca PJ/a (stoffliche Nutzung) nutzbare Fläche Non-Food-Sektor: 3,5 4,5 Mio. ha Anbaumix stellvertretend für Biogassubstrate, Festbrennstoffe und Treibstoffproduktion Primärenergieverbrauch D (2004): PJ

17 ENTWICKLUNG BIOMASSE IN D NaWaRo: Kulturpflanzen Anbau heute Anbaufläche [ha] Derzeit: Energetische Nutzung: Stoffliche Nutzung: 1,38 Mio. ha 0,28 Mio. ha Entwicklung Anbaufläche Nachwachsender Rohstoffe in D (Quelle: FNR)

18 ENTWICKLUNG BIOMASSE IN D NaWaRo Kulturpflanzen Anbau 2020 Waldfläche 10,5 Mio ha Ackerfläche 9,7 Mio ha Grünland 5,7 Mio ha [Mio. ha] ATZ 2006 DBV 2006 IE 2005 Wasserfläche 0,8 Mio ha DLR 2004 Siedlungs- und Verkehrsfläche 5,2 Mio ha Prognose Flächenverteilung 2020 Energiepflanzen 3,5 Mio ha FNR 2002 Öko Inst BMELV 2002 Prognosen aktueller Studien

19 ENTWICKLUNG BIOMASSE IN D NaWaRo: Kukturpflanzen Anbaufläche Energiepflanzen Derzeit 1,4 Mio. ha Prognose 2020: 3,5 4,5 Mio. ha Nutzung? Biogassektor: Prognose 2020 FVB: 9,5 GW el ~ 4,7 Mio. ha Flüssigtreibstoffe 1. Generation: Beimischung bei reiner Inlandproduktion bis 2015: 2 Mio. ha Stürmische Entwicklung Pflanzenöl-BHKW Flüssigtreibstoffe 2. Generation (BTL, Biomass to Liquid): Die Biomasseverflüssigung [ ] hat für das BMU höchste Priorität. Mittelfristig starke Nutzungskonkurrenz Importe

20 ENTWICKLUNG BIOMASSE IN D NaWaRo: Waldholz (Quelle: FNR) Jährliches Aufkommen in D ca. 79 Mio. Fm Derzeitige jährliche Nutzung ca. 60 Mio. Fm 75% Potenzial Ungenutzter Zuwachs Rinde, Schwachholz Hohe Gestehungskosten Preisanstieg Limitierung energetische Nutzung [PJ/a] Potenzial 2020! Hausbrand Bio-KW Summe

21 ENTWICKLUNG BIOMASSE IN D Biogene Reststoffe Gülle als Grundsubstrat zur Vergärung Problemlose Kaskadennutzung: Gärsubstrat Dünger Stroh 30% als Einstreu, Rest Humusbildner Energetisches Potenzial ca.75 PJ Grün- & Strauchschnitt Kleie, Schlempe Kompostierung Energetisches Potenzial ca PJ Tierfutter Potenziale weitgehend ungenutzt Technische Schwierigkeiten bei der energetischen Nutzung

22 ENTWICKLUNG BIOMASSE IN D Biogene Abfälle Altholz vorwiegend energetische Nutzung (Auswirkungen des EEG) Bioabfall Kompostierung dominierend Vergärung teuerer (technischer Aufwand) Hausmüll MVA in KWK oder als Dampfproduzent optimale Verwertungslösung MBA erhöht Aufwand ohne signifikanten Zusatznutzen Technisch aufwändig Entsorgung meist Hauptintention Förderung der Energieerzeugung wäre hilfreich

24 BEWERTUNG: ÖKOLOGIE Luftschadstoffe durch EE Kum. Emissionen rel. zu Braunkohle Steinkohle Braunkohle Gas GuD Nuklear Holz KWK Photovoltaik Wind Wasser IER Uni Stuttgart, 2005 CO 2 SO 2 NO x Staub

25 BEWERTUNG: ÖKOLOGIE Energieerträge verschiedener Biomasse-Nutzungsvarianten Getreide Kraftstoff (Ethanol) Schwankungsbereiche Raps Kraftstoff (Diesel) Biogas Strom ohne Wärme (Mais) KUP Kraftstoff (BtL) Biogas Kraftstoff (Mais) Biogas KWK (Mais) KUP Wärme (Verbrennung) Energieertrag in [GJ/ha] Quellen: FNR 2006, FNR 2005, KTBL 2006, KTBL 2005, dena 2006, Schindler et al. 2006, Arnold et al. 2006, BayLfU 2004

26 BEWERTUNG: ÖKOLOGIE Potenziale zur Reduktion der Treibhausgasemissionen Biogas (NaWaRo) Bioethanol (Weizen) Rapsöl RME BtL (Pappel) Biogas-BHKW (NaWaRo) Rapsöl-BHKW Pappel-Heizkraftwerk Rapsöl-Zentralheizung Getreide-Zentralheizung Pappel-Heizwerk Kraftstoffe Strom und Wärme Wärme t CO 2 -Äqu./ha Quelle: Vollmer 2007, GEMIS

27 BEWERTUNG: ÖKONOMIE Wirtschaftlichkeitsabschätzung für 2 MW el Verfahren Verbrennung Vergasung Vergärung Brennstoff Invest [ / kw el ] NaWaRo Biomasse nach EEG sonstige NaWaRo Biomasse nach EEG sonstige NaWaRo Biomasse nach EEG Betrieb h/a h/a h/a Wärme h/a elektrisch 15% (17% ohne Wärmenutzung) 25% 27% thermisch 70% 50% 27% Laufzeit 15 Jahre Zins 6 % Wärmepreis Personal Invest für Wärmenetz 2 ct. / kwh 5 Personen 20% d. Gesamtinvestition sonstige

28 BEWERTUNG: ÖKONOMIE EEG-NaWaRos - Waldholz - Getreide - Landschaftspflegeholz - Energiepflanzen - Gülle - Stroh Biogene Abfälle - Restholz - (Altholz) - Fehlchargen - Bioabfall - Speiseabfälle - Schalen, Kerne Nicht anerkannt - Restmüll - Klärschlamm - Tierkörper - Textilien - Papier, Pappe, Karton - Torf, Schlick Grundvergütung ja ja nein NaWaRo-Bonus ja nein nein Innovationsbonus 1) ja ja nein KWK-Bonus 2) ja ja nein 1) nur bei KWK-Betrieb 2) anteilig nach KWK-Strom laut KWK-Gesetz 3 Abs. 4

29 BEWERTUNG: ÖKONOMIE Wirtschaftlichkeitsabschätzung für 2 MW el Verbrennung mit Dampfprozess Erlös [ /a] Kosten Brennstoff [ /Mg] Waldholz Waldholz - ohne Wärmenutzung Altholz Altholz - ohne Wärmenutzung Abfälle Abfälle - ohne Wärmenutzung

30 BEWERTUNG: ÖKONOMIE Wirtschaftlichkeitsabschätzung für 2 MW el Vergasung mit BHKW Erlös [ /a] Kosten Brennstoff [ /Mg] NaWaRos NaWaRos - ohne Wärmenutzung Bioaabfälle Bioabfälle - ohne Wärmenutzung Abfälle Abfälle - ohne Wärmenutzung

31 BEWERTUNG: ÖKONOMIE Wirtschaftlichkeitsabschätzung für 2 MW el Vergärung mit BHKW Erlös [ /a] Kosten Brennstoff [ /Mg] NaWaRos NaWaRos - ohne Wärmenutzung Bioabfälle Bioabfälle - ohne Wärmenutzung Abfälle Abfälle - ohne Wärmenutzung

33 HERAUSFORDERUNGEN: GASREINIGUNG Erforderlich:

34 HERAUSFORDERUNGEN: NEUE BRENNSTOFFE Verschlackung & Versinterung

35 HERAUSFORDERUNGEN: NEUE BRENNSTOFFE Korrosion

36 HERAUSFORDERUNGEN: NEUE BRENNSTOFFE Emissionen [mg/kg]

38 FAZIT Große Bioenergiepotenziale, aber Maximal ca. 10% des Primärenergiebedarfs in D vorhanden Nutzungskonkurrenz und Preisanstieg bei NaWaRo Reststoffe bleiben oft ungenutzt Unterschiede in Effizienz & Entwicklungsstand Strategische Verfahrensauswahl: höchste Effizienz bei Wärme, KWK, Biogas Verfahren zur Gewinnung höherwertiger Energieträger noch nicht ausgereift Große technische Herausforderungen Politische Vorgaben anpassen Wärme Strom Treibstoff?

39 ENERGETISCHE HERZLICHEN DANK NUTZUNG DER BIOMASSE STATUS FÜR IHRE QUO AUFMERKSAMKEIT & AUSBLICK Dr.-Ing. Peter Quicker Prof. Dr.-Ing. Martin Faulstich ATZ Entwicklungszentrum ATZ Entwicklungszentrum TU München Sachverständigenrat fürumweltfragen