Organische Reststoffe aus Landwirtschaft, Agrarindustrie und Kommunen

Transkript

1 Organische Reststoffe aus Landwirtschaft, Agrarindustrie und Kommunen 5. März 2009 vti-fachveranstaltung Energie und Rohstoffe aus landwirtschaftlichen Reststoffen Hydrothermale Carbonisierung ein geeignetes Verfahren? 1

2 Herkunft von Biomasse Nachwachsende Rohstoffe Biogene Reststoffe Energiepflanzen Pflanzen zur stofflichen Nutzung Aufwuchs auf Grünlandflächen Landwirtschaft Forstwirtschaft Holz- und Papierwirtschaft Biotop-/Landschaftspflege Lebensmittelindustrie Abfallwirtschaft Abwasserwirtschaft Zoomasse 2

3 Abfallstatistik In Deutschland gibt es keine Statistik aller biogenen Abfälle. Daten stammen aus verschiedenen Quellen und unterschiedlichen Jahren und beruhen teilweise auf unterschiedlichen Annahmen. Quellen: Statistisches Bundesamt, versch. Jahrgänge Bundeswaldinventur 2, 2002 BMU Nationaler Klärschlammbericht 2007 KTBL-Faustzahlen für die Landwirtschaft, 2005 Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU): Klimaschutz durch Biomasse, 2007 Knappe et al.: Stoffstrommanagement von Biomasseabfällen... UBA-Texte 04/07,

4 Beispiel Stroh in D Öko-Institut (2004): Kaltschmitt (2003): Leible et al. (2003): 36 Mio. t/a 38 Mio. t/a 43 Mio. t/a wahrscheinliche Ursache: unterschiedliche Annahmen des Korn/Stroh Verhältnisses 4

5 Begriffsdefinitionen Sekundärrohstoff Wirtschaftsgut Wertstoff Reststoff Abfall KrW-/AbfG vom (1) Abfall zur Beseitigung 6 (1) Abfall zur Verwertung stofflich energetisch H i > kcal/kg [ 6 (2)] 5

6 Stoffströme 6

7 Stoffströme Landwirtschaft, Agrarindustrie - vereinfacht, 2003/2006, in Mio. t TM - Pflanzenbau Feld Viehwirtschaft Industrie/Handel Gülle 11,0 Stroh (Getreide+Raps) 38,4 Melasse 0,72 Festmist 8,8 Z.rüben-/K.kraut 6,2 Biertreber 0,70 Hülsenfrüchte 0,5 Apfeltrester 0,63 Sonstiges 0,3 Kart.schlempe 0,04 Reststoffe Futter, Fermentation, Kompostierung alle Reststoffe werden verwertet, Nährstoffkreisläufe werden bedient Zahlenangaben nach Knappe (2007), SRU (2007), eigene Berechnungen 7

8 Stoffströme Forst, Holz- und Papierwirtschaft - vereinfacht, 2002, in Mio. t TM - Forst 32,6 Stammholz 24,3 Rest-/Schwachholz 8,3 Holzindustrie Papierindustrie Energieerzeugung 14,4 Sägenebenprodukte 5,8 Industrierestholz 2,4 Rinde 0,5 Papierschlämme 0,6 Rinde 0,1 Reststoffe Altpapier 12,4 alle Reststoffe werden verwertet außer Deponie/MBA 2,2 Zahlenangaben nach Knappe (2007), SRU (2007), eigene Berechnungen 8

9 Stoffströme Biotop- und Landschaftspflege - vereinfacht, 2003/2006, in Mio. t TM - Biotop- und Landschaftspflege Biotoppflege Wegbegleitgrün Verkehrsflächen Parks Sportplätze Friedhöfe u.a. Heu 1,60 Heu 0,85 Heu 0,51 Heu 0,17 Holz 0,32 Holz? Holz? Holz? Reststoffe alle Reststoffe werden verwertet Kompostierung Zahlenangaben nach Knappe (2007) 9

10 Stoffströme Kommunen , in Mio. t TM - Kommunen Bioabfall 2,40 Biomasse im Müll 2,84 Klärschlamm 2,20 Speiseabfälle 0,04 Verbrennung MBA Zahlenangaben nach Knappe (2007) 10

11 Abfall aus Kommunen: Bioabfall , in Mio. t TM - Bioabfall 2,40 Vergärung 0,36 Kompostierung 2,04 Landwirtschaft 0,76 Landschaftsbau 0,57 Sonstiges 0,35 alle Reststoffe werden verwertet Zahlenangaben nach Knappe (2007) 11

12 Kommunaler Kärschlamm , in Mio. t TM - Klärschlamm 2,1 Düngemittel 0,96 Verbrennung 1,01 Deponie 0,00 Landwirtschaft 0,59 Landschaftsbau 0,37 Sonstiges 0,08 Klärschlamm wird vollständig verwertet BMU Nationaler Klärschlammbericht 2007, eigene Berechnungen 12

13 Fazit Nahezu die die gesamte als Reststoff anfallende organische Biomasse wird stofflich und energetisch verwertet. Im Bereich der Landwirtschaft werden Nährstoffkreisläufe bedient. Jede andere Nutzung von Reststoff-Biomasse erfordert einen Ersatz innerhalb bestehender Kreisläufe. 13

14 Zusammensetzung und Potenziale 14

15 Definition der Potenziale (n. Öko-Institut 2004; Knappe et al. 2007) Theoretisches Potenzial Die grundsätzlich angebotene, maximal verfügbare Biomasse Technisch-ökologisches Potenzial Teilmenge des theoretischen Potenzials, das unter ökologischen und technischen Restriktionen tatsächlich nutzbar ist unter - Wahrung geschlossener Nährstoffkreisläufe und - Schutz von Lebensräumen und Nachwuchsrate 15

16 HTC Potenzial (Vorschlag Schuchardt) Technisch-ökologisches Potenzial abzüglich trockene Biomasse zur Energieerzeugung (H i > kj/kg) wie z.b. Stroh und Holz, Gülle und Festmist (hohe NH 3 - und Wassergehalte und hohes Puffervermögen hohe Transportkosten, hoher technischer Aufwand für Ammoniakbindung) Reststoff-Biomasse, die verfüttert wird (z.b. Zuckerrübenschnitzel) 16

17 Landwirtschaft: Theoretisches Potenzial - Pflanzliche Reststoffe, 2003, in Mio. t Feuchtmasse ,6 24,9 C Rest Wasser Masse [Mio. t] ,9 5 - Stroh: + 8,4 Mio. t im Festmist 1,1 0,4 0,3 Stroh K+R-Kraut Rapsstroh Hülsenfr. Gemüserest So.blume 17

18 Landwirtschaft: Theoretisches Potenzial - Gesamt, 2003/2005, in Mio. t Feuchtmasse C Rest Wasser 150,5 Masse [Mio. t] ,6 24,9 Stroh K+R-Kraut 9,9 1,1 0,4 0,3 32,1 Rapsst. Hülsenfr. Gemüser. So.blu. Gülle F.mist 18

19 Landwirtschaft: Theoretisches Potenzial /2005, in Mio. t Kohlenstoff ,4 10 Masse C [Mio. t] ,0 4,1 4,9 4,1 2 - Stroh K+R-Kraut 0,3 0,03 0,1 Rapsst. Hülsenfr. Gemüser. So.blu. Gülle F.mist 19

20 Landwirtschaft: Techn.-ökologisches Potenzial /2005, in Mio. t Kohlenstoff Masse C [Mio. t] ,6 1,0 2,0 4,2 2,9-0,0 0,0 0,0 Stroh K+R-Kraut Rapsst. Hülsenfr. Gemüser. So.blu. Gülle F.mist 20

21 Landwirtschaft: HTC Potenzial /2005, in Mio. t Kohlenstoff Masse C [Mio. t] ,0 1,0 Stroh K+R-Kraut 0, Rapsst. Hülsenfr. Gemüser. So.blu. Gülle F.mist 21

22 Forstwirtschaft: Potenzial (Holzeinschlag) , in Mio. t Feuchtmasse, n. BWI C Rest Wasser Masse [Mio. t] Stammholz Rest- und Schwachholz 22

23 Forstwirtschaft: Potenzial (Holzeinschlag) , in Mio. t Kohlenstoff ,9 Masse C [Mio. t] ,1 2 - Stammholz Rest- und Schwachholz 23

24 Forstwirtschaft: ungenutztes techn.-ökol. Potenzial bei zusätzlichem Anbau , in Mio. t Kohlenstoff Masse C [Mio. t] ,6 2,6 2 - Stammholz Rest- und Schwachholz 24

25 Lebensmittelindustrie: Theoretisches Potenzial /2005, in Mio. t Feuchtmasse - 3,0 2,5 2,8 C Rest Wasser 2,0 Masse [Mio. t] 1,5 1,0 0,9 0,8 0,5 0,25 - Biertreber Melasse Kart.schlempe Apfeltrester 25

26 Lebensmittelindustrie: Theoretisches Potenzial = HTC Potenzial /2005, in Mio. t Kohlenstoff - 0,40 0,35 0,35 0,36 0,30 Masse C [Mio. t] 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,02 0,03 - Biertreber Melasse Kart.schlempe Apfeltrester 26

27 Biotop- und Landschaftspflege: Theor. Potenzial /2005, in Mio. t Feuchtmasse - 4,0 3,5 3,0 3,7 C Rest Wasser Masse [Mio. t] 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,4 - Heu Holz 27

28 Landschafts- und Biotoppflege: Theor. Potenzial /2005, in Mio. t Kohlenstoff - 1,4 1,26 1,2 Masse C [Mio. t] 1,0 0,8 0,6 0,4 0,38 0,2 - Heu Holz 28

29 Landschafts- und Biotoppflege: Techn.-ökol. Pot. = HTC Potenzial /2005, in Mio. t Kohlenstoff - 1,6 1,4 1,2 Masse C [Mio. t] 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2-0,20 Heu 0,28 Holz 29

30 Kommunen: Theor. Potenzial /2007, in Mio. t Feuchtmasse C Rest Wasser 39,3 Masse [Mio. t] ,0 Bioabfall Klärschlamm 30

31 Kommunen: Theor. Potenzial = HTC Potenzial /2007, in Mio. t Kohlenstoff - 1,0 0,9 0,95 Masse C [Mio. t] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,60 - Bioabfall Klärschlamm 31

32 HTC-Potenziale /2005, in Mio. t Kohlenstoff - 4 3,8 Mio. t 3 Kommunen 1,55 Masse C [Mio. t] 2 1 Biotoppflege Lebensmittelindustrie 0,48 0,76 Landwirtschaft 0,99-32

33 Summe Reststoffe: Potenziale /2005, in Mio. t Kohlenstoff Kommunen Biotoppflege 30 Lebensmittelind. Forstwirtschaft Masse C [Mio. t] Landwirtschaft 10 3,8 - theoretisches Potenzial technisch/ökologisches Potenzial HTC-Potenzial 33

34 3.8 Mio. t C/Jahr: Was heißt das? 2,1 % des Kohlenstoffs im A-Horizont des Ackerbodens in Deutschland (bei 2 % OS) 1,6 % (= 13,9 Mio. t) des CO 2 -Ausstosses in D (2006; 878 Mio. t) 34

35 Einschätzung der Verfügbarkeit der HTC-Potenziale 4 Masse C [Mio. t] Kommunen Biotoppflege Lebensmittelindustrie 1,55 0,48 0,76 Biobabfall: mittelfristig gering, hohe Investitionen sind noch nicht abgeschrieben Klärschlamm:?; für die Kommunen eine Frage der Wirtschaftlichkeit; Trocknung oder HTC und Verbrennung kurzfristig verfügbar; Wirtschaftlichkeit? Melasse (0,36 Mio.t) mittelfristig nicht verfügbar; Rest sehr wasserreich; Wirtschaftlichkeit? - Landwirtschaft 0,99 Kartoffel- und Rübenkraut: kurzfristig verfügbar; aber hohe Kosten für Sammlung und Transport 35

36 Verwendung in der Landwirtschaft 36

37 Stoffstrom der Biomasse (landw. Verwertung) Biomasse HTC Boden C N P, K,.. SM Kohle, Humus N welche Form? P, K,.. Nebenprodukte Schwermetalle welche? Wirkung? Verfügbarkeit? Verfügbarkeit? Wirkung? AbfKlärV, BioAbfV 37

38 Rechtliche Aspekte 38

39 Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz, TASI Bei Abgabe von Reststoffbiomasse (=Abfall) an eine HTC-Anlage ist zweifellos das KrW-/ AbfG anzuwenden Abfall (HTC-Kohle oder Humus) ist zu verwerten KrW-/ AbfG 6 (stofflich oder thermisch; Hi > kj/kg), eine Deponierung ist nicht zulässig (TASI 4.2.1). Für CO 2 -Sequestrierung wäre eine Gesetzesänderung notwendig. 39

40 Anwendung von Bioabfall in Land- und Forstwirtschaft Für HTC-Humus oder Kohle gilt BioAbfV ( 1, Abs. 1) Grenzwerte für Schwermetalle müssen eingehalten werden: BioAbfV, 4, Abs. 3 Aufbringungsmengen sind beschränkt: BioAbfV, 6, Abs. 1 [max. 20 t TM/(ha*3a)] 40

41 Anwendung von Klärschlamm in der Landwirtschaft Für HTC-Humus oder Kohle gilt AbfKlärV ( 2, Abs. 2) Grenzwerte für Schwermetalle müssen eingehalten werden: AbfKlärV, 4, Abs.12 Aufbringungsmengen sind beschränkt: AbfKlärV, 6, Abs. 6 [max. 10 t TM/(ha*3a)] =1 kg/m² oder (bei 0,7 t/m³) eine Schicht von1,4 mm Bei der Rekultivierung können die Aufwandmengen bei 20 bis 60 t/ha liegen. 41

42 Bilanzierung 42

43 Bilanzierung fehlt C-Potenzial: 3,8 Mio. t C/a, entspr. 13,9 Mio.t CO 2 /a minus CO 2 eq. für Bergung von Reststoffen Transport zur HTC-Anlage Transport von HTC-Anlage zur Verwertung Verteilung von HTC-Humus Aufbereitung des Filtrats (CSB bis mg/l, BSB bis mg/l)* CH 4 in der Abluft (bis zu 5 %)* Stickstoffverluste? Nährstoffersatz Brennstoffersatz * Ramke

44 Beispiel Indonesien: Leere Fruchtstände (EFB) von Ölpalmen Jährlich ca. 21 Mio. t FM = 7,2 Mio. t TM = 3,5 Mio. t C HTC einschließlich CDM* wäre möglich, würde aber die Einführung einer neuen Zero-Waste-Technik zur komibinierten Abwasser- und Abfallverwertung in Ölmühlen verhindern. (Schuchardt et al. 2007). * Clean Development Mechanism 44

45 Praxisanlage in Kalifornien SlurryCarb Technologie Rialto, Kalifornien Tageskapazität: ca. 900 t Klärschlamm zu 170 t Brennstoff (tr.) Seit Anfang 2009 in Betrieb 45

46 Schlussfolgerungen Das Potenzial an Kohlenstoff aus Reststoff- Biomasse für HTC beträgt in Deutschland jährlich etwa 3,8 Mio. t, davon etwa 1 Mio. t aus der Landwirtschaft. Die Reststoff-Biomasse wird derzeit weitgehend stofflich und energetisch verwertet. 46

47 Schlussfolgerungen Es fehlen Ökobilanzen für die Bewertung des Einsatzes von HTC im Vergleich zur bestehenden Reststoffverwertung. Bestehende Gesetze lassen eine CO 2 - Sequestrierung aus Abfall nicht zu. HTC für Klärschlamm ist in Praxis realisiert. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 47