Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Naumburger Str. 98, 07743 Jena, Biogasanlagen wirtschaftlich betreiben -CO 2 -Bilanz und Emissionen Dr. Gerd Reinhold Fragen der Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen 16.4.2008 in der TLUG Jena Aufbau einer BGA Ko-Substrate: 2004 Bioabfall NAWARO Kosten! und Reststoffe (Silage, Getreide,...) Biogas BHKW-Anlage G Vorgrube 30...55 C Reaktor Stromeinspeisung Wärmenutzung (Wirtschaftlichkeitsfaktor) Wirtschaftsdünger bzw. Biogasgülle Wirtschaftsdüngermanagement
Einordnung von Biogas hinsichtlich Nutzbarkeit und Flächeneffizienz Biogas-Nutzungspfade Landwirtschaftliche Rohstoffe Erdgas-Ersatz Rohstoff Methan Kraftstoff Substitution Strom u. Wärme gasnetz-unabhängig BHKW,... Flächeneffizienz Flächen für Kraftstoffzumischquote 1) Biogasgülle NPK, Humus C Raps Getreide Energiefrüchte Produkt: RME 2) Ethanol 2) BtL Bio-CH 4 Summe 13,4 % 11,4 % 4,8 % 3,8 % 1) Diesel 4,4 % und Otto 3,6 %; 2) ohne Koppelprodukte (Rapskuchen, Schlempe) EEG Einspeisung - alles ohne Wind 700 MW davon 100 MW solare (5 %) Leistungspitzen 85% - 100% 01.8... 02.09.2007 http://www.vattenfall.de
Gliederung Stand Biogastechnik in Thüringen Substrate, Anlagenauslegung Wirtschaftlichkeitsfragen Umwelteffekte und Umweltbelastungen Rechtsrahmen Biogasprozess CO 2 -Bilanz der BGA Emissionen und Minderungspotentiale Quelle: www.tll.de/ainfo Biogasanlagenbau in Thüringen Stand: 1.1.2007 Anzahl 100 80 60 40 20 0 Anlagen/Jahr Anlagen gesamt Mittlere Leistung kw/anlage Altanlagen 1995-2000 2001 errichtet 2002 errichtet 2003 errichtet 2004 errichtet 2005 errichtet 2006 errichtet 1.000 800 600 400 200 - Leistung kw Stand 1.1.2007: 80 Anlagen mit 41,7 MW installiert und 255 000 m³ Faulraum zz. im Betreib Mittelwerte: 520 kw/anlage 3200 m³/anlage 104 Anlagen 52 MW (installiert) Jan. 2007 REINHOLD, TLL Jena
Entwicklung der Anlagengröße (102 Angebote für BGA im Raum Thüringen) 1200 1000 kw/anlage 800 600 400 200 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Anteile an der Biogasbildung (Thüringen 2007) WD 2003 66 % 2005 53 % 2006 50 % 2007 30 % 2008* 27,7 % Bioabfall 13 % 2 % 2 % 8 % 5,7 % NAWARO 22 % 45 % 48 % 62 % 66,6 % NAWARO - Fläche (ha) 537 3 964 5 218 15 816 22 600 Nutzung des Güllepotenzials 11 % 18 % 21 % 27 % 31,3 % * Vorläufige Zahlen
Politischer Entscheidungsbereich Food-Produktion - Nahrungsmittel - Tierfutter No-Food-Produktion -ind. Rohstoffe -Energie begrenzte Fläche Schutz Biosphäre -Artenvielfalt -Boden, Wasser, EEG-Novelle 2004 Feste Vergütung Basis: 7...12 /dt Getreidepreis Anpassungspotenzial über Novelle Agrarpreisanstieg ab Mai/Juni 2007 EEG-Novelle Entwurf vom 5.12.07
Wirkung der Substratpreissteigerung 800 Substratkosten: 30 /t FM 40 /t FM Verlusthöhe 600 T /a 400 200 Biomasse Stromverkauf Kapitalbedingt Versicherung Personal, L+V 0 Kosten Leistungen Kosten Leistungen Wartung Prozessstrom usw. Folgen der Agrarpreisentwicklung
Rentabilitätssicherung 1. Senkung der Substratkosten 1. Zusatzsubstrate (z.b. mobiler Antransport von WD) 2. Erschließung von neuer WD und Reststoffemengen 3. Reduzierung der Anlagenleistung 2. Effizienzsteigerung (Hydrolyse, Hilfsstoffeinsatz,...) 3. Wärmenutzung (standortabhängig, Jahreszeit) 4. Gaseinspeisung (nur neue Großanlagen) 5. EEG-Novelle EEG- Gestaffelte Einspeisevergütung Kleinanlagenförderung - Größendegression der spez. Investitionen (85 Angebote für BGA im Raum Thüringen; ohne Silo und Güllelager) 6000 5000 /kw 4000 3000 y = 13192x -0,2655 R 2 = 0,3305 2000 1000 0 EEG-Vergütung 0 16,54 250 16,07 500 Cent/kWh (2006) kw 14,93 750 1000 14,35 1250 Einspeiseleistung: EEG-Vergütung (5.12.07) Cent/kWh (2009) 250 kw 18,67 Stand 5.12.2007 500 kw 17,93 750 kw 16,03 1 MW 15,09
Gliederung Stand Biogastechnik in Thüringen Substrate, Anlagenauslegung Wirtschaftlichkeitsfragen Umwelteffekte und Umweltbelastungen Rechtsrahmen Biogasprozess CO 2 -Bilanz der BGA Emissionen und Minderungspotentiale Rechtsrahmen BauGB BioAbV BimSchG 4., 11., 9 BimSchV EEG TA Luft Energetische Verwertung von NAWARO`s in Biogasanlagen TA Lärm AbfKlärV UVPG DüMG/DüMV WHG EU 1774 + 808 TierNebG GIRL Futtermittelgesetz KrW-/AbfG Viehverkehrsverordnung.
CO 2 -Klimabilanz einer BGA THG- Emissionen BHKW CO, NOx, C n H m... CH 4 Leckagen CH 4 aus Gärerstlager - WD Reduzierung - NAWARO Erhöhung? CO 2 -Prozessstrom 0,62 kg CO2/kWh (5...10 % d.erzeug. bzw. 10 W/m³) NAWARO CO 2 aus Produktion DK 3,4 kg CO2/l = 0,35 t/ha NPK-Saldierung zu Gärrest G Energieerzeugung: Elektroenergie 0,62 kg CO 2 /kwh Wärmeenergie (η =90 %) 1,8 kg CO 2 /m³ (Erdgas) 3,5 kg CO 2 /l (Heizöl) Düngeersparnis bzw. Saldierung N 2,2 kg CO 2 /kg,... WD CH 4 Emissionsvermeidung NH 4 -N WD: 40 % d. N t?, NAWAR 0 %, Gärrest 60... 80 % Nt mög. Mehrertrag und mög. Verluste Biogas CO2-Vermeidung Thüringen 2008 Installierte Leistung: 52 MW x 8 000 h Laufzeit/Jahr bei 80 % Auslastung Energieerzeugung: ca. 100... 120 Mio. l Heizöl - Elektroenergie (38 % Wirkungsgrad) = 332 800 MWh/a * 616 kg CO2/MWh = 205.000 t CO 2 /a (IST Einsparung) = ca. 4 t/kw inst. -Wärmeenergie (40 % Wirkungsgrad) = 350 000 MWh/a * 350 kg CO2/MWh = 123.000 t CO 2 /a (Potenzial) = ca. 2,3 t/kw inst. IST-Wert ist abhängig von Wärmenutzung, ca. 20...40 %
Energieeinsatz für Energiepflanzenproduktion Aufteilung des kumulierter Energieaufwand (KEA) auf die Betriebsmitte Quelle: ZALF 2008 DK + N-Dünger = 75 % des KEA gesamt Biogas CO2-Vermeidung Thüringen 2008 Installierte Leistung: 52 MW x 8 000 h Laufzeit/Jahr bei 80 % Auslastung Energieerzeugung: - Elektroenergie (38 % Wirkungsgrad) = 332 800 MWh/a * 616 kg CO2/MWh = 205.000 t CO 2 /a (IST Einsparung) = ca. 4 t/kw inst. - Wärmeenergie (40 % Wirkungsgrad) = 350 000 MWh/a * 350 kg CO2/MWh = 123.000 t CO 2 /a (Potenzial) = ca. 2,3 t/kw inst. (IST-Wert ist abhängig von Wärmenutzung, ca. 20...40 %) Substrateinsatz:(2008) -Wirtschaftsdünger (RG 3216 t/d, SG 1134 t/d, HTK 99 t/d, Mist 119 t/d) - Feldfrüchte DK-Produktionsbedarf - Mais 589 t/d = 6139 ha - AWS 166 t/d = 3570 ha 2.268.000 l DK/a *3,38 kg CO2 /l = - GPS 94 t/d = 1568 ha = 7.666 t CO2 /a - Getreide 219 t/d = 11437 ha = 3,7 % d. CO2 Einsparung (ELT) (DK Silage 120 l/ha, Getreide 80 l/ha
Abschätzung der Klimawirkung BGA Thüringen 2008 CO 2 Minderung 205.000 CO 2 t/a + bei 30 % Wärmenutzung 33.000 CO 2 t/a CO 2 Aufwand NAWARO Produktion 7.660 t CO 2 /a (3,7 %) Prozessstrom (10 %) 20.500 t CO 2 /a (10 %) NPK Saldierung gegen Biogasgülle CO 2 Nettogewinn 210.000 t CO 2 /a = 9,20 t CO 2 /ha = 4,04 t CO 2 /kw inst. Weitere Emissionsquellen Gerüche Abgedeckte Vorgrube??? Offene Behälter bei Rezirkulation, Substratantransport, geschlossene Dosierer? Eingehaust Annahmehalle??? Überdrucksicherungen,... Lärm (BHKW-Betrieb) Motorkapslung, Abstandsreglung,...
Maßnahmen zur Minderung Gerüche u. CH 4 -Emissionen Vermeidung Leckagen und Methanschlupf (Gasspeicher i.d.r. < 20 % Füllung) Wartung/Kontrolle d. Überdrucksicherungen Lange Verweilzeit geringe Belastung weitgehende Ausgasung Gasdichte Gärrestlagerabdeckung (besonders bei hoher Belastung) für 10...30 d Lagerzeit (Nachgärer) bzw. Gärrestabkühlung Bevorzugte Nutzung von Gaskessel als Gasfackelersatz Biogasbildung und Restgaspotenzial in Abhängigkeit von der Verweilzeit erzeugte Gasmenge 0 50 100 150 Tage Restgaspotenzial Einflussfaktoren: - Verfahrenstechnik (Belastung,Verweilzeit, Gasausbeute,..) - Substratart -Temperatur im Lager Verweilzeit (besser Teaktorbelastung)
Emissionsgrenzwerte Wirkungsgrad kontra Emissionsgrenzwert Bewertung Schadstoff gegen Energiegewinn, Grenzwert = technisch machbarer Wert?? Effiziente Konversationstechnik (Methanschlupf bei Gasaufbereitung, Prozessenergie, Emissionen,...) Auswahl der Nutzenergieform für NAWARO Wärme(Biodisel) Strom(Großkraftwerke) Kraftstoff (Biodisel, Ethanol, BtL,...) Wirkung der Thüringer Biogasanlagen (2008) auf: Klima u. Umwelt 100-120 Mio. l Heizöl Einsparung 210.000 t/a CO 2 Vermeidung Reduzierung von CH 4 - Emissionen aus WD Verringerung der Geruchsemission Hygienische Verbesserung der Gülle Erhöhte Düngewirkung durch bessere Steuerung Wirtschaft 30 Mio. /a Investsumme (regionale Wertschöpfung) Umsatz 36 Mio. /a (Stromverkauf) Strom für 110.000 Haushalte Arbeit in der strukturschwachen Region 70 Mio vermiedener Heizölimport (65...70 ct/l)
weitere Infos www.tll.de/ainfo Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!