Energiebereitstellung durch die anaerobe Fermentation von NAWARO in Deutschland

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1 Deutsches BiomasseForschungsZentrum German Biomass Research Centre Energiebereitstellung durch die anaerobe Fermentation von NAWARO in Deutschland Highlights der Bioenergieforschung Nationale und internationale Ergebnisse zu den IEA Schwerpunkten Güssing, 09./10. Juni 2010 Dipl. Biotechnol. Elmar Fischer Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D Leipzig,

2 Übersicht Stand der Nutzung Zukünftige Entwicklung Effizienz der NawaRo-Vergärung Ökologische Bewertung 2

3 Nachhaltigkeit? - Was kann die Biogastechnologie leisten? Erneuerbare Energie CO 2 -Minderung Reduktion von Methanemissionen Einsparung mineralischer Dünger Dezentralisierung Minderung von Geruchsemissionen Alternative Einkommensquelle Stärkung ländlicher Räume Verlässliche Energieversorgung 3

4 Hintergrund - Stand der Biogasnutzung in Europa Deutschland ist größter Biogasproduzent in Europa Kein anderes Land verwendet in ähnlichem Umfang landwirtschaftl. Substrate Der Begriff Biogas wird international weitläufiger definiert als in Deutschland! Quelle: Biogasbarometer/EUROBSERV ER 4

5 Stand der landw. Biogaserzeugung in Deutschland number of plants [-] > 500 kwel > kwel 70 kwel installed el. capacity [MWel] installed electric capacity [MW el] Quelle: Monitoring 2. Zwischenbericht 09/2009 5

6 Anlagenzahl und installierte Anlagenleistung in Deutschland Anlagenanzahl install. elektr. Gesamtleistung Durchschnittl. Anlagenleistung Standorterschließung erfordert neue Konzepte Quelle: Monitoring 2. Zwischenbericht 09/2009 6

7 Biogasaufbereitungs- und einspeiseanlagen in Betrieb/Planung ca. 33 Biogaseinspeise- Anlagen in Betrieb Zahlreiche weitere Einspeiseprojekte in Bau bzw. Planung Gegen Jahresende ca Biomethananlagen mit einer Einspeiseleistung von etwa Nm 3 /h Großteil der Anlagen wird mit NawaRo betrieben Quelle: Anlagendatenbank des DBFZ 7

8 Substrateinsatz in deutschen Biogasanlagen Bioabfall Exkremente industr./landw. Reststoffe NawaRo < 50 (n=17) 2,5 71,8 3,6 22,1 installierte Leistung [kwel] (n=8) (n=44) (n=73) (n=34) 3,2 4,3 7,8 24,1 59,5 55,1 4,9 8,9 45,1 5,3 79,5 3,7 13,6 31,3 28,2 25,5 > 1000 (n=9) 29,3 43,0 4,6 23,1 mittlere Verteilung (n=185) 14,0 54,0 6,0 26,0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Anteil massebezogener Substrateinsatz Nachwachsende Rohstoffe spielen die mit Abstand größte Rolle bei der Biogaserzeugung in Deutschland Es bestehen große regionale Unterschiede hinsichtlich des Einsatzes von Gülle Quelle: Monitoring 2. Zwischenbericht 09/2009 8

9 Biogasproduktionspotenziale und ihre Nutzung Prognose Überlegungen zum Ausbau des Biomethansektors anhand politischer Ziele Stand 2009 Flächenbedarf NawaRo für Biogaserzeugung [1000 ha] Anbaufläche zur Biogaserzeugung install. Anlagenleistung MWel * 2012* 2016* 2020* * Prognose, ausgehend von der install. elektr. Leistung und der Substratverteilung install. Anlagenleistung [MWel] Etwa 1,5 TWh bzw. 0,15% des Erdgasverbrauchs in Deutschland * Ziel 2020 (GasNZV) 6% des Erdgasverbrauchs Prognose ,5 GW el Anlagenleistung und 1,5 Mio. ha Anbaufläche Quelle: gwf nach Fischer, 2009 verändert *Quelle: energie wasser-praxis Daniel-Gromke et al

10 Biogasproduktionspotenziale und ihre Nutzung - Prognose Zukünftiger Ausbau erfordert stärkere Nutzung von Reststoffpotenzialen GasNZV - Erforderlicher Ausbau bis 2020 Bei 6 Mrd. Nm 3 /a werden etwa neue BGAA (500 Nm 3 /h) erforderlich ca. 140 neue Anlagen pro Jahr Bei vorrangigem Ausbau auf NawaRo-Basis würde die prognostzierte Anbaufläche allein durch BGAA belegt 10

11 Und die Praxis? Wissensmangel Betreiber u. Investoren Emissionen, Verluste, Minderleistung Substrate Einsatz von Abfällen Logistik Vorlager Substrat Black Box Mikrobiologie Substratgemisch Kritik an Biomassebereitstellung, Verluste Lager Gasspeicher Gasnutzung Effiziente Technologien und Energienutzung Strom Wärme Biomethan Umweltbelast. bei Gärrestnutzung Fermenter Gärrestbehälter 11

12 Effizienz der NawaRo-Vergärung Eigenstrombedarf: ~ 8-9 % Eigenwärmebedarf: ~ 15 % hohe Restgaspotenziale bis 30 % Vergärung von Energiepflanzensilagen (NawaRo) kostenintensiv oftmals unzureichende Wärmenutzung geringe Effizienz bisher kein Bilanzmodell auf Basis der Gesamtenergieinhalte der Substrate verfügbar geringe bis keine Kenntnis der Gesamteffizienz von BGA Vergleichbarkeit der Effizienz zwischen verschiedenen Anlagen oder mit anderen Technologien bisher kaum möglich

13 Effizienz der NawaRo-Vergärung Energetische Bilanzierung ausgewählter NawaRo-Anlagen BGA 1 (500 kw) BGA 2 (360 kw) 3 Standorte in Westsachsen Substrate: Rindergülle und NawaRo BGA 3 (500 kw)

14 Beispiel: BGA 1 Ausgewählte Kennzahlen Kennzahl Einheit ØWert Abbaugrad der ots % 76,2 Restmethangaspotenzial m³ N CH 4 / t FM 5,3 Eigenstromanteil % 8,4 Eigenwärmeanteil % 10,8 BHKW-Gesamtnutzungsgrad % 81,8 Volllaststunden Zündstrahl-BHKW h/a 8219 Volllaststunden Gasmotoren-BHKW h/a 7736 Zündölanteil % 11,0 Abbaugrad ots = 1 - m Gär,oTS m Sub,oTS

15 BGA 1 - Energieflussdiagramm η = 40,2 % BGA,ges zündölbereinigt: η = 39,1 % BGA,ges Quelle: Fischer et al., 2009

16 BGA 3 - Energieflussdiagramm η BGA,ges = 21,6 % Quelle: Fischer et al., 2009

17 BGA 2 - Energieflussdiagramm η BGA,ges = 19,1 % Quelle: Fischer et al., 2009

18 Ökologische Bewertung wesentliches zukünftiges Kriterium THG-Emissionen in kg CO2-Äquiv./Fkm 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05-0,10 0,10 Raps Biodiesel Dieselmotor 0,05 KUP 0,09 Hirse -0,008 Stroh Gas-Otto-Motor 0,12 Zuckerrüben 0,22 Weizen 0,11 Mais 100% NawaRo 0,10 Energiemais 0,10 Hirse 0,10 Roggen GPS BtL Bioethanol Biomethan (aus Biogas) 0,11 Zuckerrüben 0,05 Energiemais/Gülle 0,05 KUP 0,08 Hirse Biomethan (aus Bio- SNG) 0,21 Benzin 0,17 Diesel Vgl. fossile Kraftstoffe 0,15 Erdgas Anbau NawaRo Bereitstellung NawaRo Anlagenbau/-abriss Betriebsmittel (z.b. Waschmittel) und Reststoffe (z.b. Gärreste, Schlacke) Energiebedarf Konversionsanlage (inkl. Aufbereitung) Gutschrift Nebenprodukte Methanverlust umgew. in CO2 (inkl. Anlage + Aufbereitung) Transport/Logistik Kraftstoff Emissionen fossil.kraftstoff Emiss. Kraftstoffnutzung (PkW) Biomethan bietet eine vielversprechende Perspektive 30% Gülle Kompression Biomethan (Tankstelle) Summe * ohne Kraftstoffnutzung der Biokraftstoffe PKW (Emissionen der Kraftstoffnutzung im PkW sind jedoch im Vergleich zu Benzin/Diesel/Erdgas von sehr geringer Bedeutung) Quelle: IE/KWS 2008; LCA auf Basis der Substitutionsmethode 18

19 Perspektiven Nachwachsende Rohstoffe sind nach wie vor Hauptmotor der deutschen Biogasbranche, dabei ist eine hohe Abhängigkeit vom EEG gegeben Erwartungshaltung Novelle 2012 Neben dem Zubau von Stromerzeugungsanlagen werden Biomethananlagen eine wichtige Position besetzen, wenn der Absatz von Biomethan verbessert werden kann Die Effizienz von Biogasanlagen aus Nachwachsenden Rohstoffen ist noch zu verbessern Biomethan z.b. bietet gute Voraussetzung en für die Substitution fossiler Kraftstoffe Die Biomasseverfügbarkeit für einen Anlagenzubau ist weiterhin gegeben, die Nutzung von Rest- und Abfallstoffen sollte aber vorrangig erfolgen 19

20 Vielen Dank! Dipl. Biotechnol. Elmar Fischer Bereich Biogastechnologie (T) Deutsches BiomasseForschungsZentrum ggmbh Tel: +49(0)