Energiepflanzen für die Verbrennung

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1 Energiepflanzen für die Verbrennung Dipl.-Ing. Thomas Hering , Colditz/Zschadraß 8. Mitteldeutscher Bioenergietag Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft 35 Anteile erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung in Deutschland 30 mind.30 1) Ziele der Bundesregierung ) [%] 15 15,1 14 1) 12 4) ,5 4,8 3,1 3,5 Anteile EE am gesamten Endenergieverbrauch (Strom, Wärme, Kraftstoffe) 1) Anteile EE am gesamten Bruttostromverbrauch 7,4 Anteile EE an der gesamten Wärmebereitstellung 0,2 5,9 Anteile EE am gesamten Kraftstoffverbrauch Quellen: Erneuerbare-Energien-Gesetz, (EEG 2009) vom und Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) vom ; 2) Quelle: Neue EU-Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen 3) Anteil Primärenergieverbrauch berechnet nach (der offiziellen) Wirkungsgradmethode; nach Substitutionsmethode: 9,2 %; 2,1 7,0 3) Anteile EE am gesamten Primärenergieverbrauch 4) Ziel: 12 % energetisch; Quelle: Nationaler Biomasseaktionsplan für Deutschland EE: Erneuerbare Energien; Quelle: BMU Publikation "Erneuerbare Energien in Zahlen nationale und internationale Entwicklung", KI III 1; Stand: Juni 2009; Angaben vorläufig 1

2 Energieeffizienzen der verschiedenen Nutzungspfade Energieeffizienz in % Wärme KWK Kraftstoff Strom (Quelle: Biomasseaktionsplan der Bundesregierung) Prognostizierte Deckungslücke für Deutschland im Jahr 2020: 20 bis 40 Mio. m³ 2

3 Statistik für fossile befeuerte KFA (1.BImSchV) [Quelle: ZIV, 2010] Öl-KFA Gas KFA Anzahl der messpflichtigen Anlagen 2010 [Stück Anzahl bis 100 kw Bis 20 MW Öl - KFA Gas - KFA > 100 Leistungsklassen in kw Statistik für mechanisch beschickte Feuerungsanlagen (1.BImSchV) feste Brennstoffe [Quelle: ZIV, 2010] Staub- und CO-Gehalt zu hoch nur CO-Gehalt zu hoch nur Staubgehalt zu hoch Anzahl der messpflichtigen Anlagen 2010 [Stück] Gesamt handbeschickt automatisch Gesamt kw Holz BlmSchV eingehalten Gesamtanlagenzahl kw Restholz kw Stroh Koks/Kohle Natur-Holz Pellets Restholz Stroh eingesetzter Brennstoff

4 Regelbrennstoffe nach 1. BImSchV Holzbrennstoffe - Sortimente 4

5 Park- und Landschaftspflegematerial (holzartig) Alternative Brennstoffe Energieholzplantagen (z. B. aus KUP, Agroforst) Alternative Brennstoffe 5

6 Brennstoffe nach Nr. 8 3 der 1. BImSchV (NEU) Grenzwerte (Typenprüfung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 3 der 1. BImSchV (Bezugs O 2 13 %) Stroh von Getreide, Ölsaaten, Körnerleguminosen Energie aus Halmgut 6

7 Alternative naturbelassene biogene Festbrennstoffe Getreidereste etc. sind seit Brennstoff nach 3 Nr. 8 der 1. BImSchV hohe Anforderungen bei Typenprüfung Stroh- und Mischpellets (Holz-Stroh) Energie aus Halmgut Chinaschilf (Miscanthus sinensis) Energie aus Halmgut 7

8 Potenzial für Deutschland nach Humusbilanz Ca. 7 bis 13 Mio. t / a [Repro, VDLUFA] Sachsen: Sachsen-Anhalt: Thüringen t FM Quelle: Weiser & Vetter; TLL (2011) t FM t FM Energie aus Halmgut 8

9 Vortrag Dr. A. Schütte FNR e.v. (Agrarholz 2010, Berlin) Energieholz KUP/Agroforst jähriger Umtrieb - Standort Dornburg ( ) 1. Umtrieb (93-96) 2. Umtrieb (97-99) 3. Umtrieb (00-02) 4. Umtrieb (03-05) 5. Umtrieb (06-08) Ertrag [dt TM/a*ha] M. Larsen Androscoggin Max 1,3,4 Max 2 Unal Raspalje Beaupre Donk Korbweide Silberweide Energieholz KUP/Agroforst 9

10 220 5-jähriger Umtrieb - Standort Dornburg ( ) Umtrieb (93-98) 2. Umtrieb (99-03) 3. Umtrieb (04-08) 160 Ertrag [dt TM/a*ha] Muhle Larsen Androscoggin Max 1,3,4 Max 2 Unal Raspalje Birke Robinie Energieholz KUP/Agroforst Brennstoffeigenschaften - Vergleich Rohaschegehalte 16,0 Rohaschegehalt [% d. TM] 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Körner Stroh Ganzpflanze Holz B A 2 A 1 0,0 n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 12 n = 51 Roggen Weizen Gerste Triticale Hafer Raps Roggen (Avanti) Hafer Raps Weizen Gerste (Flämlingslord) (Express) (Batis) (Theresa) Triticale - Pappel Laubholz Nadelholz GP M AX 2,0 1,9 3,0 2,1 4,9 4,8 8,4 12,8 9,3 10,9 12,0 7,6 4,5 1,2 2,2 M IN 1,5 1,3 1,9 1,6 3,0 4,1 2,6 3,2 3,0 4,8 4,0 3,4 0,6 0,3 0,2 M W 1,7 1,6 2,5 2,1 3,5 4,4 5,5 6,3 6,5 8,0 8,0 5,0 2,0 0,6 0,8 Stand der Halmgutverbrennung 10

11 Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff 4,50 Stickstoffgehalt [% d. TM] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Körner Stroh Ganzpflanze Holz B A 2 A 1 0,50 0,00 n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 55 n = 41 Roggen Weizen Gerste Triticale Hafer Raps Roggen (Avanti) Weizen (Batis) Gerste (Theresa) Hafer Raps (Flämlingslord) (Express) Triticale - GP Pappel Laubholz Nadelholz M AX 1,97 2,59 2,22 2,18 2,27 3,85 1,13 0,93 1,27 1,13 1,49 1,42 1,22 2,66 0,28 M IN 1,51 2,10 1,59 1,66 1,54 3,21 0,33 0,28 0,29 0,22 0,42 0,38 0,19 0,11 0,07 M W 1,72 2,36 1,96 1,91 1,87 3,51 0,59 0,58 0,63 0,53 0,76 1,06 0,56 0,49 0,14 Stand der Halmgutverbrennung 300,0 Entwicklung der Erträge von Miscanthus Gigantheus auf unterschiedlichen Thüringer Standorten Rohrbach Friemar Burkersdorf Kirchengel Großenstein 250,0 200,0 ab 1995 ab 1996 ab 1995 ab 1995 ab 1995 Ertrag in [dt TM / ha] 150,0 100,0 dt TM / a*ha Rohrbach 178,0 Friemar 185,6 Burkersdorf 60,3 Kirchengel 89,8 Großenstein 100,8 50,0 Jahre (N = ) , Erntejahr Hering, Th. Thüringer Zentrum für Nachwachsende Rohstoffe - TZNR 11

12 0,80 Entwicklung spezifischer Inhaltsstoffe Miscanthus Gigantheus Standort Rohrbach 4,50 0,70 N S Cl K Ca Ra 4,00 0,60 3,50 N, S, Cl, K, Ca [% d. TM] 0,50 0,40 0,30 3,00 2,50 2,00 1,50 Ra [% d. TM] 0,20 1,00 0,10 0,50 0, ,00 Standortvariabilität von 1,3,5-jährigem Umtrieb Pappel (6 Standorte, 1,2,4 Rotationen) 4,50 4,00 3,50 HS 3,0 HP 3,0 Inhaltstoffkonzentration [%] 3,00 2,50 2,00 1,50 HS 1,0 HP 1,0 HS 0,1 HP 0,04 1,00 0,50 HS 0,05 HP 0,03 0,00 Cl (n = 318) N (n = 288) S (n = 350) Na (n = 98) K (n = 288) Ca (n = 350) Mg (n = 350) Ra (n = 350) Mittelwert 0,02 0,56 0,05 0,69 0,34 0,58 0,07 2,0 Maximalwert 0,11 1,22 0,12 2,60 0,63 1,00 0,16 4,5 Minimalwert 0,00 0,19 0,02 0,01 0,15 0,30 0,04 0,6 12

13 Mischbrennstoffe - Brennstoffeigenschaften Rohaschegehalt [% d. TM] Chlorgehalt [% d. TM] 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Weizenstroh GP-Triticale DIN- Holzpellets Stickstoffgehalt [% d. TM] Weizenstroh GP-Triticale DIN- Holzpellets WW/Holz 50:50 WW/Holz 50:50 GP/Holz 50:50 GP/Holz 50:50 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 Weizenstroh GP-Triticale DIN- Holzpellets Schwefelgehalt [% d. TM] MISCHBRENNSTOFFE Weizenstroh GP-Triticale DIN- Holzpellets WW/Holz 50:50 WW/Holz 50:50 GP/Holz 50:50 GP/Holz 50:50 NOx-Emissionen in Abhängigkeit von Stickstoff im Brennstoff NO x [mg/nm 3, tr.;13% O 2 ] WWSP GTP MP WWSP/HP MP GTP/HP HP y = 600,09x 0,4605 R 2 = 0, ,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Stickstoffgehalt Brennstoff [% d.tm] Stand der Halmgutverbrennung 13

14 HCl-Emissionen in Abhängigkeit von Chlor im Brennstoff HCl [mg/nm 3, tr.; 13% O 2 ] WWSP GTP MP WWSP/HP MP GTP/HP HP y = 215,03x + 13,734 R 2 = 0, ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Chlorgehalt Brennstoff [% d. TM] Stand der Halmgutverbrennung Energie aus Halmgut 14

15 Grenzwerte für Halmgutfeuerungsanlagen von 4 bis 100 kw Halmgut Leistungsbereich (FWL) 1. BImSchV 4 x < 100 kw Neuanlagen ab nach O2-Bezug 13% 13% nach CO 5 Absatz 1 1,0 g/m³ 0,4 g/m³ Staub 5 Absatz 1 0,10 g/m³ 0,02 g/m³ Besonderheiten Anforderungen an die Kessel-Typenprüfung [nach 1.BImSchV Anlage 4 Punkt 2] Dioxine / Furane 0,1 ng/m³ 0,1 ng/m³ NOx CO 0,6 g/m³ 0,25 g/m³ 0,5 g/m³ 0,25 g/m³ Energie aus Halmgut Perspektiven gemischte Brennstoffe Mischbrennstoffe Erprobung innovativer Brennstoffe, Brennstoffmischungen Feuerungssysteme und Abscheidetechniken TLL TZNR Dornburg bei Jena Mischanlage wassergekühlte Metallvliesfilter Vorschubrostfeuerung Energie aus Halmgut 15

16 Zusamenfassung Vor- und Nachteile alternativer Brennstoffe Vorteile: Erweiterung Brennstoff-Potential Erweiterung der Brennstoffpalette ggf. Minimierung von Emissionen Erreichung Emissionsgrenzwerte Minderung Brennstoffkosten Probleme: Nachteile: Qualitätssicherung Brennstoffqualitäten Anlagentauglichkeit??? Wirkungsgrad??? Emissionsminderung??? rechtliche Einordnung der Brennstoffe (100 kw FWL) hohe Anforderungen bei Typenprüfung emissionsseitige Einordnung von Mischungen (Grenzwerte) Alternative Brennstoffe Weitere Informationen unter bzw. 16