Ökologische Bewertung verschiedener Pflanzenkohle-Nutzungspfade Environmental assessment of different biochar utilization paths Donnerstag, 5. Oktober 2011 Dipl. Wi.-Ing. Jan-Markus Rödger HAWK Fakultät Ressourcenmanagement, Göttingen MSc Environmental Sustainability Jim Hammond Biochar Research Center, University of Edinburgh Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen HAWK Fakultät Ressourcenmanagement, Göttingen Dr. Simon J. Shackley Biochar Research Center, University of Edinburgh 1
Agenda 1. Allgemeines Vorgehen 2. Modellierung 3. Ziel und Untersuchungsrahmen a) Bereitstellung b) Pyrolyse c) Nutzungspfade 4. Vergleichende Ökobilanz 5. Weiteres Vorgehen 2
1. Allgemeines Vorgehen a) Projektbeschreibung Umweltbilanz der Herstellung von Pflanzenkohle und eine vergleichende Analyse von verschiedenen Nutzungspfaden im Rahmen des Interreg Projekts Biochar: Climate Savings soils b) Normativer Rahmen ISO 14040 und 14044 c) Ganzheitliche Bewertung von Prozessen und Produkten Bereitstellung der Ausgangsmaterialien Prozess der Pyrolyse Nutzungspfade d) Umweltwirkungen Humantoxität (Schwermetalle) Treibhauspotenzial (GWP) Eutrophierung etc. 3
2. Ansatz zur Modellierung - Grundlagen - Gesamtprozess ist in drei Teilprozesse zu unterteilen: - Bereitstellung der Biomasse - Pyrolyse - Nutzungspfade Wie können diese automatisch miteinander verknüpft werden? 4
2. Modellierung des gesamten Prozesses - Am Beispiel der Bereitstellung von Weide aus KUP - Gesamtprozess von der Bereitstellung der Biomasse bis zur Aufbringung von 1 kg Pflanzenkohle auf eine landwirtschaftliche Fläche - Umsetzung mit Hilfe der Bilanzierungssoftware GaBi - Teilrückverknüpfte Prozesse vorhanden, wie z.b. die Bereitstellung von Diesel oder Strom - ISO 14040/44 konform - Einbindung von globalen Parametern und somit Verknüpfung von Teilprozessen möglich - Berechnung der weiteren Säulen der Nachhaltigkeit (Kosten und Soziale Aspekte) 5
3. Ziel und Untersuchungsrahmen - Bereitstellung des Ausgangsmaterials - 1. Bereitstellung der Ausgangsmaterialien Ausgangsmaterialen auf Basis von Daten aus Deutschland Holzartige Biomasse mit geringem ( 15%) bis mittleren bis hoher Wassergehalt ( 50%) Weide und Landschaftspflegematerial Kohlenstoffspeicherung durch Anbau der Biomassen nicht einbezogen Landnutzungsänderungen (indirekt und direkt) werden bisher nicht betrachtet Transportparameter länderspezifisch analysiert Energieaufwand zur Trocknung korreliert mit dem Wassergehalt Berechnungen basieren bisher auf Literaturwerten 6
3. Ziel und Untersuchungsrahmen - Pyrolyseprozess- 2. Pyrolyse Niedrige Temperatur ~ 400 C Mittlere Verweilzeit 30 min Erträge bezogen auf die Holztrockenmasse 35 % Biochar 35 % Synthesegas (Syn-gas) 30 % Bio-Öl (Bio-Liquid) Gutschriften auf Basis des deutschen Strommixes (2010) und der Wärmebereitstellung 10 % Wärmeverluste und 10 % Eigenverbrauch bezogen auf den unteren Heizwert der eingesetzten Biomasse 7
3. Ziel und Untersuchungsrahmen - Nutzungspfade - 3. Nutzungspfade Ist die Pflanzenkohle mit Schwermetallen kontaminiert? Abgleich mit Grenzwerten für die Ausbringung auf Böden Beispiel: Pflanzenkohle des Interreg-Projektes Welchen Nutzungspfaden kann die Pflanzenkohle zugeführt werden? 8
3. Ziel und Untersuchungsrahmen - Überprüfung der Kontamination - Biochar (Interreg) - Blei Die Pflanzenkohle liegt innerhalb der Grenzwerte des jeweiligen Landes Bei Änderung der Verfügbarkeit ist ebenfalls keine Grenzwertüberschreitung zu beobachten Gewählte Pflanzenkohle kann in landwirtschaftlichen Böden eingesetzt werden 9
3. Ziel und Untersuchungsrahmen - Auswahl der Nutzungspfade - 3. Nutzungspfade Aufbringung auf landwirtschaftliche Böden Feldversuch in Schottland (Edinburgh), reale Daten Sequestrierung der Kohle in unterirdischen Lagerstätten Einsatz als Substitut für Steinkohle KWK-Kraftwerk in Deutschland (84% Gesamtwirkungsgrad) 10
4. Vergleichende Ökobilanz - verschiedene Nutzungspfade, Weide aus Kurzumtrieb - Einsatz in der Landwirtschaft bietet in diesem Fall größtes Potenzial 11
3. Vergleichende Ökobilanz - Landwirtschaft, unterschiedliches Ausgangsmaterial, Transportentfernung - Landschaftspflegematerial hat höheres Treibhauspotential in der Bereitstellung Dezentrale Bereitstellung der Pflanzenkohle notwendig 12
3. Vergleichende Ökobilanz - Landwirtschaft, Auswirkungen unterschiedlicher Kohlenstoffstabilitäten - Kohlenstoffstabilität hat enormen Einfluss auf das absolute Potenzial 13
4. Weiteres Vorgehen und Forschungsbedarf Bereitstellung von Biomassen Ausweitung auf weitere Biomassen in der Nordseeregion Analyse des jeweiligen Potenzials Landnutzungsänderungen werden berücksichtigt Pyrolyse Einbindung von verschiedenen Pyrolyseanlagen und realen Daten Ermittlung von Skaleneffekten in der Produktion Feldversuche Einbindung weiterer Fallbeispiele des Interreg-Projektes Forschungsbedarf: Ausweitung der Modellierung auf weitere Umweltpotenziale Ermittlung der Lebenszykluskosten 14
Vielen Dank und eine gute Heimreise! Fakultät Ressourcenmanagement Fachgebiet Nachhaltige Energie- und Umwelttechnik NEUTec Rudolf-Diesel-Str. 12 37075 Göttingen Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen Tel.: 0551 / 5032-257 E-Mail: loewen@hawk-hhg.de Dipl.-Wi.-Ing. Jan-Markus Rödger Tel.: 0551 / 30738-16 E-Mail: roedger@hawk-hhg.de 15