Biomethan durch thermo-chemische Konversion

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1 Deutsches BiomasseForschungsZentrum German Biomass Research Centre 59. Berg- und Hüttenmännischer Tag Biomethan durch thermo-chemische Konversion Stefan Rönsch, Volker Lenz Freiberg, 12. Juni 2008 Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D Leipzig,

2 Gliederung Einleitung Thermo-chemische Konversion Stand der Technik Ökonomische und ökologische Aspekte Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Einleitung Warum Biomethan? Politische Rahmenbedingungen für Biomethan: Festschreibung von Mindestzielen in der European Union Biofuels Directive (2003/03/EG): bis 2010: 5,75 % Biokraftstoffanteil Vorschlag der Europäischen Kommission von Mindestzielen im Fahrplan für Erneuerbare Energien (KOM(2006) 848): bis 2020: durchschnittlich 20 % Anteil erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch in der EU (Prozentsatz länderspezifisch) Vorschlag der Europäischen Kommission von Mindestzielen im Fahrplan zum Klimawandel (KOM(2007) 2): bis 2020: Senkung der Treibhausgasemissionen der EU um durchschnittlich 30 % im Vergleich zu 1990 Selbstverpflichtung der Gaswirtschaft: bis 2020: 20 % Biomethan am CNG-Absatz 3

4 Allgemeine Vorteile von Biomethan: Einleitung Warum Biomethan? Hohes Marktpotenzial von Methan (Transportsektor, stationäre Anwendungen (Strom und Wärme), stoffliche Nutzung) Bekanntes Verbrennungsverhalten von Methan (seit Jahrzehnten angewendet und optimiert) Vergleichsweise kleintechnische Produktionssysteme (ab 30 MW th ) und damit Umwandlung von lokal verfügbarer Biomasse Stärkung des ländlichen Raumes durch die Nutzung von Biomasse Beitrag zur Minderung der anthropogenen CO 2 -Emissionen 4

5 Einleitung Warum Biomethan durch thermo-chemische Konversion? Vorteile gegenüber anderen Biokraftstoff-Technologien: Sehr hohe Methanausbeuten von % (Methanoutputleistung bezogen auf die Brennstoffwärmeleistung) Geringere finanzielle Risiken als z. B. bei der BtL-Kraftstoffproduktion und damit schneller Markteintritt möglich (aufgrund der Möglichkeit kleiner Anlagengrößen) Sehr geringe CO 2 -Emissionen über den gesamten Lebensweg Geringe Gestehungskosten möglich Keine Nutzungskonkurrenz zur Lebensmittelproduktion (bei Waldrestholz und Stroheinsatz) 5

6 Einleitung Erdgas im europäischen Transportsektor 6 Erdgasverbrauch im europäischen Transportsektor [millionen m³]

7 Einleitung Erdgastankstellen in Deutschland Der Erdgasverbrauch im europäischen Transportsektor steigt stetig an. Die Erdgasinfrastruktur in Deutschland (Tankstellennetz) wird zunehmend optimiert und ausgebaut. Die Rahmenbedingungen für Biomethan sind in Deutschland äußerst vielversprechend (Tankstellennetz, vorhandenes Erdgasnetz für die Verteilung) 7

8 Thermo-chemische Konversion Biomassekonversionspfade Bio-chemische Konversion: z. B. Anaerobe Vergärung/ Alkoholische Gärung z.b. Biogas, Ethanol 8

9 Thermo-chemische Konversion Prozessschritte der Konversionskette I. Herstellung eines Synthesegases aus fester Biomasse (z. B. Holz) durch Vergasung mittels Wasserdampf C 4,2 H 6 O 2,8 + 3,4 H 2 O 2,2 CO + 6,4 H 2 + 2,0 CO 2 Biomasse (z. B. Holz) Synthesegas II. Methanerzeugung aus diesem Synthesegas mittels der Katalysator-gestützten Methanisierungsreaktion CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O Synthesegas Bio-Methan 9

10 Thermo-chemische Konversion Prozessschritte der Konversionskette 10

11 Thermo-chemische Konversion Vereinfachtes Schaltbild einer 30 MW th Anlage Filter Ölwäsche Saure Wäsche Basische Wäsche Kompression CO 2 Gaskühlung Feste Biomasse Trocknung Vergasung ORC W Methanisierung Q Fernwärme EEG- Strom Gastrocknung Selexolwäsche Bio- Methan 11

12 Thermo-chemische Konversion Methanausbeute und Verluste Hauptenergiebedarf/-verlust innerhalb der Konversionskette: Energiebedarf der endothermen Vergasungsreaktion Abwärme im Zuge der exothermen Methanisierungsreaktion Methanausbeuten von etwa 64 % möglich (ohne Biomassetrocknung) 12

13 Stand der Technik Kommerzielle Anlage in Dakota auf Kohlebasis Rohstoff: Braunkohle Konventionelle Verfahrenstechnik (Great Plains Synfuels Plant, ND/USA) Hoher Gesamtwirkungsgrad erreichbar (etwa 70%) 3 GW lignite-to-sng plant, Beulah, ND, USA 13

14 Stand der Technik Demonstration in Güssing auf Biomassebasis Erste Demonstrationsanlage am Standort Güssing in Österreich Brennstoffeinsatz: Holzhackschnitzel (Waldrestholz) Umsetzung im Rahmen des EU Projektes Bio-SNG : Demonstration of the Production and Utilization of Synthetic Natural Gas (SNG) from Solid Biofuels 14

15 Stand der Technik Daten der Demonstrationsanlage in Güssing Daten der ersten Demonstrationsanlage Güssing : Biomassevergaung und Stromerzeugung im Gasmotor: Baubeginn: September 2000 Inbetriebnahme: Januar 2002 Brennstoffwärmeleistung: 8 MW Elektrische Leistung: 2 MW Thermische Leistung: 4,5 MW Betriebsstunden: h Methanisierung und Aufbereitung: Baubeginn: Januar 2008 Produktionsstart: erwartet Oktober 2008 Biomethanleistung: 1 MW 15

16 Stand der Technik Projektpartner des Bio-SNG Projektes Institute of Chemical Process Fundamentals Academy of Sciences of the Czech Republic 16

17 Ökonomische und ökologische Aspekte Ökonomische Einordnung Biogas - Residues Biogas - Maize silage Bio-SNG - Lignocelluloses Biohydrogen - Lignocelluloses Biohydrogen - Lignocelluloses Biomethanol - Lignocelluloses DME - Lignocelluloses FT-fuels - Lignocelluloses Bioethanol - Lignocelluloses Bioethanol - Sugar cane Bioethanol - Sugar beet Bioethanol - Maize Bioethanol - Wheat Biodiesel - Grease Biodiesel - Soja Biodiesel - Rape Bandwith biofuel production costs [ /GJ] 17

18 Ökonomische und ökologische Aspekte Ökologische Einordnung Bio-SNG (biomethane) (lignocellulosis) Biogas (biomethane) (maize silage) FT fuels (lignocellulosis) Bioethanol (lignocellulosis) Bioethanol (cereals) Vegetable oil (rape seed) Biodiesel (rape seed oil) Results international studies 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Area specific GHG mitigation [kg CO2-eq. /ha] 18

19 Zusammenfassung und Ausblick Bio-SNG Entwicklungsverlauf Bio-SNG Anlagen Forschungsbedarf Bio-SNG Anlagen Verfahren für fossile Einsatzstoffe Stand der Technik (Dakota) Demonstrationsanlage auf Biomassebasis ab Ende 2008 kommerzielle Anlage in Göteborg geplant Zukünftig Anlagen um 100 MW th (50 Mio m³ Bio-SNG pro Jahr) erwartet - den Rahmenbedingungen (Gasnetz, Rohstofflogistik) entsprechend größere oder kleinere Anlagen Weiterentwicklung und Upscaling der Biomassevergasung Gasreinigung für geeignetes Synthesegas effizientes Zusammenspiel der Systemkomponenten Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit Kostenreduktion und Implementierung 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Deutsches Biomasse Forschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel./Fax. +49(0) / -133 Dipl.-Ing. Stefan Rönsch Tel. +49(0)341 / stefan.roensch@ie-leipzig.de Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt Tel. +49(0)341 / mk@ie-leipzig.de 20