JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh

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1 JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh Quelle: Sustainability of Algae Energy Systems Modeling and Case Studies Maria Hingsamer 13. Symposium Energieinnovation, Graz, 13. Februar

2 2 Mikroalgen als erneuerbare Energiequelle?! Hohe Produktivität! Kultivierung auf nicht-landwirtschaftlichen Flächen! Hohe Artenvielfalt! Vielfältiger Einsatz als erneuerbarer Energieträgern Quellen:

3 3 Inhalt! Mikroalgen als Rohstoff zur Energieproduktion! Nachhaltigkeitsbewertung von Konzepten aus dem Projekt Algae&Energy:Austria! Modellierung von Konzepten in laufenden Projekten! Ecoduna! FUEL4ME! Schlussfolgerungen

4 Projekt - Algae&Energy:Austria 4 F&E Bedarf Schlussfolgerungen & Perspektiven Szenarien (2020/2050) Auswahl Nutzungspfade Rolle im österreichischen Energiesystem Bewertung Technologisch Ökonomisch Ökologisch Energiewirtschaftlich Grundlagen über Algen Algenarten zur Energieproduktion Produktivitäten Umwelteinflüsse Produktion Kultivierungsmethoden Erntemethoden Aufbereitung Umwandlung Biochemisch Thermochemisch Mechanisch/ chemisch Projektbericht:

5 5 Überblick Nutzungspfade Algen-Bioraffinerie Mikroalgen CO 2, H 2 O, Nährstoffe Kultivierung und Ernte Aufbereitung Zwischenprodukte Umwandlung Bioenergie Biomaterial

6 6 Umwandlungstechnologien: Auswahl für Österreich Mikroalgen Biochemische Umwandlung Alkoholfermentation Verbrennung Vergasung Thermochemische Umwandlung Hydrothermale Karbonisierung Mechanisch/chemische Umwandlung Veresterung und Umesterung Methanfermentation Pyrolyse Hydrierung Hydrothermale Verflüssigung Bioenergie Bioenergie Fluid Catalytic Cracking Hydrothermale Vergasung Biodiesel Bioethanol Biogas/Biomethan Biowasserstoff Strom Wärme Bioenergie Strom Wärme FT-Biotreibstoffe Hydrierter Biodiesel Biobenzin Light Cycle Oil Heizgas HTC-Kohle Bioöl Biowasserstoff Biomethan Biomaterial Materialien Chemikalien Dünger Futter Nahrungsmittel

7 7 9 Algen-basierte Nutzungspfade Bioraffinerie Nr. Gruppen der Algennutzung Umwandlung 1 Ölnutzung 1a: Veresterung 1b: Fluid Catalytic Cracking 2 Stärkenutzung 2: Alkoholfermentation 3 Ganzalgennutzung 4 Abwasserkultivierung 3a: Methanfermentation 3b: Hydrothermale Karbonisierung 3c: Hydrothermale Vergasung 4a: Methanfermentation 4b: Hydrothermale Karbonisierung 4c: Hydrothermale Vergasung

8 Identifizierte algen-basierte Nutzungspfade für Österreich

9 9 Nachhaltigkeitsbewertung Mikroalgen Ökonomisch Ökologisch Sozial! Gesamte Wertschöpfungskette! Lebenszyklus! Vergleich mit konventionellen System Nachhaltigkeitsbewertung

10 Bioenergie-System Fossiles Energiesystem Schwach steigender atmosphärischer Kohlenstoffgehalt Stark steigender atmosphärischer Kohlenstoffgehalt 10 Lebenzyklusanalyse Lebenszyklusanalyse (LCA) ist eine Methode zur Abschätzung der Stoffund Energieflüsse eines Produktes (z.b. Transportdienstleistung) zur Berechnung der Umweltauswirkungen im Verlauf des Lebensweges eines Produktes, d.h. von der Wiege bis zur Bahre Bearbeitung nach ISO Ökobilanz Standardmethode der IEA Bioenergy Task 38 Greenhouse Gas Balances of Bioenergy systems Empfehlungen von COST Action E9 Life Cycle Assessment of Forestry and Forest Products EU-Directive on Renewable Energy RED Kohlenstoff- Fixierung Erneuerbare Biomasse- Kohlenstoff- Lagerstätte Emissionen fossile Hilfsenergie Anbau Aufbereitung Biomasse Treibstoff Biomasse Ernte Ernte Umwandlung in Fahrzeugen Nebenprodukte Kohlenstoff- Oxidation Transport Transport fossile Hilfsenergie fossile Energieträger Transportdienstleistungen von Personen und Gütern Gewinnung Transport Aufbereitung Lagerung Fossiler Treibstoff Umwandlung in Fahrzeugen Abnehmende fossile Kohlenstoff- Lagerstätte Emissionen fossile Hilfsenergie Nebenprodukte Kohlenstoff-Fluß Energie-Fluß ief00005

11 11 Ausgewählte Referenzsysteme Biodiesel Bioenergie aus Algen Diesel Fossil Referenzsysteme Erneuerbar Biodiesel aus Raps oder aus Altspeiseöl Biobenzin Benzin Bioethanol aus Weizen LCO Light Cycle Oil Heizöl schwer Stroh Heizgas Erdgas Stroh Bioethanol Benzin Bioethanol aus Weizen Biomethan Strom und Wärme aus Biogas Biowasserstoff Erdgas Strom und Wärme aus Erdgas Erdgas HTC-Kohle Kohle Holz Biomethan aus Gülle und Energiepflanzen Strom und Wärme aus Biogas von Gülle und Energiepflanzen Biomethan aus Gülle und Energiepflanzen

12

13 13 Nutzungspfade: Treibhausgas-Emissionen mit Holz als Hilfsenergie Variante Hilfsenergie Holz Treibhausgas-Emissionen [g CO 2 Äq./MJ] d d a 1b 2 3a 4a 3c 4c 3b 4b Biodiesel Biobenzin Bioethanol Biomethan Biomethan Transport T R A N S P O R T BioH2, BioCH4 BioH2, BioCH4 HTC-Kohle HTC-Kohle Strom und Wärme EL.&WÄRME

14 14 Nutzungspfade: Veränderung Treibhausgas- Emissionen mit Holz als Hilfsenergie 0% Veränderung Treibhausgas-Emissionen bei Ersatz fossiler Energie [%] -20% -40% -60% -80% -100% -120% -42%-42% -69% -49%-49% -75% -73% Veränderung >60 % 200d 200d -49% -88% -90%-92% -62% -68% -94% -97% -60% -66% -95%-97% Variante Hilfsenergie Holz 1a 1b 2 3a 4a 3c 4c 3b 4b Biodiesel Biobenzin Bioethanol Biomethan Biomethan Transport T R A N S P O R T BioH2, BioCH4 BioH2, BioCH4 HTC-Kohle HTC-Kohle Strom und Wärme EL.&WÄRME Im Vergleich zu fossilen Energieträgern

15 Nutzungspfade: Transportdienstleistung Transportdienstleistung der Biotreibstoffe [1.000 PKW-km/ha] d d a 1b 2 3a 4a Biodiesel Biobenzin Bioethanol Algen Energiesysteme mit Algen Biomethan Biomethan Biodiesel aus Raps Bioethanol aus Weizen Erneuerbare Referenzsysteme Erneuerbare Referenzsysteme

16 16 Investitionskosten Prozessschritte

17 17 Investitionskosten Prozessschritte

18 18 Ökologische Bewertung ecoduna Anlage in Bruck/Leitha! Bewertung von! THG-Emissionen! Energiebedarf! Im Vergleich zu! Fischöl! Fossile Treibstoffe! Erdgas! Synthetische Düngemittel Fokus

19 19 FUEL4ME Future European League for Microalgal Energy! Projekt gefördert im Programm FP7-ENERGY ! Ziel:! Einrichtung einer nachhaltigen Kette zur kontinuierlichen Produktion von Biokraftstoffen aus Mikroalgen! Biokraftstoffe der 2. Generation als wettbewerbsfähige Alternativen zu fossilen Brennstoffen

20 20 FUEL4ME Elemente und Prozesskette Beispiele der Elemente der Nachhaltigkeitsbewertung! Ökonomisch:! Investitionskosten, Produktionskosten! Marktaspekte! Ökologisch:! THG-Emissionen! Energiebedarf! Wasserbedarf! Landnutzung Fokus! Sozial:! Arbeitsbedingungen! Regionale Kooperationen! Produktverantwortung

21 21 Referenzsystem FUEL4ME FUEL4ME integrierter Prozess PUFAs (Omega 3/6) Biotreibstoff (Diesel Qualität) Biotreibstoff (Benzin Qualität) Heizgas Wasserstoff Dünger Proteine Referenzsystem Fischöl Diesel Benzin Erdgas Wasserstoff aus Erdgas Synthetischer Dünger Sojafutter

22 FUEL4ME integrated process Reference system with conven.onal products Algal cul.va.on Area Other resources Crude oil, natural gas Lipid extrac.on Reference use Extrac.on Transport Frac.ona.on Lipid transport Hydrotreatment Distribu.on biofuels Passenger car biofuels Protein separa.on Hydrogen produc.on Soy cul.va.on Fish oil pro- duc.on Synthe.c fer.lizer produc.on Hydrogen produc.on Refinery Distribu.on diesel, gasoline Passenger car diesel, gasoline *Distribu)on of products not shown PUFAs, transporta.on service, hydrogen, fer.lizer, proteins

23 Schlussfolgerungen! Optimale und effiziente Nutzung von Algen durch Bioraffineriekonzepte möglich: kombinierte Produktion von Bioenergie und Wertstoffen! Bedingungen in Österreich! Klima: Sonnenscheindauer, Temperatur! Flächenbedarf: v.a. im Umkreis von CO 2 -Emissionsquellen geringe ungenutzte landwirtschaftliche Flächen in Österreich verfügbar! Beitrag der Algen für das österreichische Energiesystem! Mittelfristig: wahrscheinlich eher gering auf Basis der Ergebnisse der ökonomischen und ökologischen Bewertung! Langfristig: höherer Beitrag möglich bei entsprechenden Entwicklungen! F&E-Bedarf im internationalen Umfeld! Kultivierung und Ernte! Algenkultivierung in Kombination mit Abwasserreinigung! Upscaling

24 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Quelle: JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh Maria Hingsamer Elisabethstraße 18, 8010 Graz

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