Ökonomische und ökologische Optimierung des Anbaus und der Verwertung von Energiepflanzen

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Ingrid Boer
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1 Ökonomische und ökologische Optimierung des Anbaus und der Verwertung von Energiepflanzen Konrad Scheffer Fachkonferenz Perspektiven der BioEnergiewirtschaft in der Region Uckermark-Barnim, , Prenzlau

2 Rest 11% Stillegung 10% Weizen 24% Raps 9% übr. Getreide 14% Gerste 18% 30% Energieund Rohstoffpflanzen Mais 14%

3 Ziele bei Biomassenutzung: Kombination von Ökologie, Ökonomie und regionaler Wertschöpfung

4 Potenzial an verfügbarer Biomasse 1. Landwirtschaft: PJ 4 Mio. ha Ackerfläche, 20 t TM/ha = 80 Mio.t = Mio. ha Grünland, 6 t TM/ha= 12 Mio. t = Mio. ha Reststoffe 4 t TM/ ha= 16 Mio.t = 280 weitere Reststoffe z.b. Gülle, Lebensmittel = Forst 10 Mio. ha Wald und Hecken Rest-, Durchforstungs-, Brennholz, 4 t TM/ha=40 Mio.t = Landschaft 2,5 Mio. ha Naturschutzflächen, Ödland, Parks, Gewässer- und Straßenränder 3 t TM/ha = 7,5 Mio. t = Industrieabfälle, Altholz, Müll = 200 Summe PJ = 25 % vom Primärenergieverbrauch

5 Ökologischer und ökonomischer Anbau der ENERGIEPFLANZEN

6 Ökonomische und ökologische Anforderungen hohe Flächenproduktivität Artenvielfalt Nutzung genetischer Ressourcen Tolerierung von Wildpflanzen niedriger Düngeraufwand durch Nährstoffkreisläufe keine Nitratauswaschung keine Bodenerosion keine oder wenig Herbizide keine Insektizide und Fungizide höchste Konversionseffizienz emissionsarme, saubere Brenn- und Kraftstoffe Anbau und Nutzung der Biomasse

7 t/tm/ha Milchreife Vollreife Getreide W.Erbsen Raps u.a. Mais Sonnenblumen Zuckehirse Hanf u.a März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Verlauf der Trockenmasseentwicklung verschiedener Energiepflanzen

8 Raps mit Mohn

9 t TM/ha EC 79 EC 81 EC 83 EC 85 EC 87 EC Tage Biomasseerträge von Raps In versch. Stadien der Reife (EC), Mittel aus 3 Jahren

10 RAPS N-Salden (Versuchsjahr 2001 / Hebenshausen) 100 Körnerernte Rapsganzpflanzenernte 50 Ertrag: 39,7 dt TM/ ha ohne Sonnenblumen 132 dt TM/ ha mit Sonnenblumen 194 dt TM/ ha 0 kg N/ ha Düngung: 230 N/ ha davon 159 mineralisch und 71 als Gülle -150 Nach der Ernte von Raps auf dm Acker verbleibende und auswaschungsgefährdete Stickstoffüberschüsse bei Körnerraps, bzw. entstehende Stickstoffdefizite bei Ganzpflanzenraps und nachfolgenden Sonnenblumen

11 Genetische Ressourcen bei Sonnenblumen

12 Hanf

13 Kritik an herkömmlicher Biogasproduktion Biogasanlagen ohne ausreichende Wärmevergütung sind mittelfristig nicht rentabel Wärmenutzung ist (oft) mit teuren Nahwärmenetzen verbunden und erfordert zusätzliche Spitzenlastenergie (Bioenergiedorf) Wärmenutzung verlangt Ortsnähe der Biogasanlage Nutzung von solarthermischer Wärme ist kontraproduktiv Biogasanlagen sind technisch und energetisch zu aufwändig (Rührwerke, Beschickung, Verweilzeiten) Ansprüche an Biomassequalität schränkt Pflanzenvielfalt erheblich ein (Maismonokulturen) Konversionseffizienz zu gering

14 Kritik an herkömmlicher Biogasproduktion Biogasanlagen ohne ausreichende Wärmevergütung sind mittelfristig nicht rentabel

15 Kostenkalkulation für eine erfolgreiche Biogasanlage (Laufzeit 20 Jahre) Daten: Inbetriebnahme kw el., h Laufzeit/Jahr, 17 Cent/kWh (50 % der Wärme mit KWK-Bonus), Invest. Einnahmen/Jahr Kosten: 1.Kapitaldienst u. Abschreib Arbeit Reparaturen, Wartung Versicherungen, u.a Gülleausbringung Biomasse Summe 2 bis 5: Überschuss:

16 Wie steht es mit der Rentabilität bei jährlichen Kostensteigerungen für Biomasse, Reparaturen und Wartung von 1,0 % 1,5 % 2,0 % 2,5 %?

17 Gewinn/Verlust ( ) % Jahre jährl. Kostensteigerung 1,50% 2% 2,50% Gewinn/Verlustrechnung einer Biogasanlage in Abhängigkeit von einer jährlichen Kostensteigerung von 1, 1,5, 2 und 2,5 %

18 Kritik an herkömmlicher Biogasproduktion Biogasanlagen ohne ausreichende Wärmevergütung sind mittelfristig nicht rentabel Wärmenutzung ist (oft) mit teuren Nahwärmenetzen verbunden und erfordert zusätzliche Spitzenlastenergie (Bioenergiedorf) Nutzung von solarthermischer Wärme ist kontraproduktiv Wärmenutzung verlangt Ortsnähe der Biogasanlage

19 Technisches Konzept Strom Dorf Nahwärmeleitung Block-Heiz- Kraftwerk Strom Holzhackschnitzel Biogasanlage Silage Heizanlage

20 Kritik an herkömmlicher Biogasproduktion Biogasanlagen ohne ausreichende Wärmevergütung sind mittelfristig nicht rentabel Wärmenutzung ist (oft) mit teuren Nahwärmenetzen verbunden und erfordert zusätzliche Spitzenlastenergie (Bioenergiedorf) Wärmenutzung verlangt Ortsnähe der Biogasanlage Nutzung von solarthermischer Wärme ist kontraproduktiv Biogasanlagen sind technisch und energetisch zu aufwändig (Rührwerke, Beschickung, Verweilzeiten)

21 Kritik an herkömmlicher Biogasproduktion Biogasanlagen ohne ausreichende Wärmevergütung sind mittelfristig nicht rentabel Wärmenutzung ist (oft) mit teuren Nahwärmenetzen verbunden und erfordert zusätzliche Spitzenlastenergie (Bioenergiedorf) Wärmenutzung verlangt Ortsnähe der Biogasanlage Nutzung von solarthermischer Wärme ist kontraproduktiv Biogasanlagen sind technisch und energetisch zu aufwändig (Rührwerke, Beschickung, Verweilzeiten) Ansprüche an Biomassequalität schränkt Pflanzenvielfalt erheblich ein (Maismonokulturen)

22 Kritik an herkömmlicher Biogasproduktion Biogasanlagen ohne ausreichende Wärmevergütung sind mittelfristig nicht rentabel Wärmenutzung ist (oft) mit teuren Nahwärmenetzen verbunden und erfordert zusätzliche Spitzenlastenergie (Bioenergiedorf) Wärmenutzung verlangt Ortsnähe der Biogasanlage Nutzung von solarthermischer Wärme ist kontraproduktiv Biogasanlagen sind technisch und energetisch zu aufwändig (Rührwerke, Beschickung, Verweilzeiten) Ansprüche an Biomassequalität schränkt Pflanzenvielfalt erheblich ein (Maismonokulturen) Konversionseffizienz zu gering

23 Primärenergieverbrauch Endenergieverbrauch Kraftstoffe, Wie ist das Verhältnis bei Biomassenutzung? Wärme Strom Verhältnis zwischen Primärund Endenergieverbrauch bei gegenwärtiger Energieversorgung

24 Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) Kraftstoff Strom Wärme Biogas aus Mais Raps Getreide Getreide BTL RME Ethanol

25 Das neue Nutzungskonzept Optimierung der Energieausbeute aus silierter Biomasse. Vereinfachte Biogastechnik Herstellung von sauberem Brennstoff für die dezentrale Verbrennung, Vergasung oder zentrale Kraftstoffproduktion (BTL)

26 Vielfalt der Pflanzenarten 2 Roggen Silage mechanische Entwässerung Stroh Gehalte in % TS 1,5 1 0,5 Presssaft Pressgut 0 N P K Ca Mg Na Cl Trocknung Brennstoff Fermentation Dünger Biogas CH 4 BHKW Pellets Strom Wärme

27 Vorteile des neuen Konzeptes: unabhängig von Ortsnähe unabhängig von Biomassequalität Biogasproduktion: Verweilzeit < 10 Tage, kleiner Fermenter Wirkungsgrad ca. 90 % (OTS Biogas) Methangehalt 55 bis 60 % keine störanfällige Rührtechnik keine störanfällige Förderschnecken volle Wärmenutzung

28 Brennstoffproduktion Wärmeversorgung ohne aufwändige Nahwärmenetze Brennstoff für eine Region niedriger Aschegehalt geringe Mengen an brenntechnisch störenden Mineralstoffen (N, K, Cl ) niedrige Kosten bei Pelletherstellung (Biomassepellets billiger als Holzpellets)

29 Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) Zweikulturnutzung + neues Verfahren Kraftstoff Strom Wärme Biogas aus Mais Raps Getreide Getreide Pellets BTL RME Ethanol

30 Fazit: Jede Form der Biomasse von Acker und Grünland ist willkommen Erträge können erheblich gesteigert werden Pflanzenvielfalt steigert die Akzeptanz für Bioenergie in der Bevölkerung Standortwahl ist beliebig Aus Biogas und Brennstoff kann bei hohem Flächenertrag Wasserstoff hergestellt werden

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