Bioabfall als Ressource zur lokalen Energieversorgung und Schließung von Stoffkreisläufen Handlungsspielräume für Kommunen zur Strom, Wärme und Kraftstoffbereitstellung Frank Scholwin (Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie / Universität Rostock), Rene Zacher (TEN Thüringer Energienetze GmbH, Erfurt) 1.12.2014 www.biogasundenergie.de Ilmenau Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft und Energie Langjährige Erfahrungen in Beratung und Forschung. Wissenschaftliche Beratung. Virtuelles Institut Prof. Frank Scholwin & Experten Biogas / Biomethan Begutachtungen Dienstleistungen zur Systemintegration und in Forschungsprojekten. Nationales und internationales multidisziplinäres Netzwerk. Kreislaufwirtschaft Energie Netzwerkarbeit. Wissenstransfer. Veröffentlichungen. 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin www.biogasundenergie.de 2
Ausbau der erneuerbaren Energien Pfeiler der Energiewende Die Transformation des Energiesystems wurde begonnen Biomasse vielfach in Diskussion Aber Biomasse ist nach wie vor Träger der Erneuerbaren! Biomasse ist bietet einzigartige Flexibilität Vielfache Forderung: Ausbau der Nutzung von Abfällen und Reststoffen Nutzungspfade Strom (in einem sich verändernden Energiesystem), Wärme und Kraftstoff sind möglich Regionale Nutzung ist vielversprechend und leistet größten Beitrag zur Energiewende 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page www.biogasundenergie.de 3 25,3 % Erneuerbare an der Strombereitstellung 2013 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page www.biogasundenergie.de 4
9 % Erneuerbare an der Wärmebereitstellung 2013 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page www.biogasundenergie.de 5 5,3 % Erneuerbare an der Kraftstoffbereitstellung 2013 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page www.biogasundenergie.de 6
Bioenergie Beitrag 2013 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Datenquelle: BMWi www.biogasundenergie.de 2014 7 Politische Zielstellungen in Deutschland Anteil Erneuerbarer Energien am Energieverbrauch 1998-2013 und Ziele 2020 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Datenquelle: BMWi www.biogasundenergie.de 2014 8
Nutzungswege von Biogas Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Gülzow, http://www. http://biogas.fnr.de/biogas-nutzung/, 13.06.2014 9 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin www.biogasundenergie.de Charakteristik der Biogasbereitstellung 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin www.biogasundenergie.de 10
Biogasnutzung: Beispiel gekoppelte Strom- und Wärmebereitstellung 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin www.biogasundenergie.de 11 Biogasnutzung: Wärmebereitstellung 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin www.biogasundenergie.de 12
Biogasnutzung: Kraftstoffbereitstellung 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin www.biogasundenergie.de 13 Rolle der Kommunen Besitzer von Abfällen Verwerter/Entsorger von Abfällen Nährstoffsenke Netzwerker (Abfall, Biomasse, Energiebedarf und bereitstellung ) 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 14 www.biogasundenergie.de
Bioabfall: Vielfältige Ressource! 2010: 8,8 Mio. t/a getrennt erfasste Bio und Grünabfälle in Deutschland im Hausmüll: ca. 4,6 Mio. t/a Bio und Grünabfälle erschließbar: ca. 2 Mio. t/a Bio und Grünabfälle zzgl. Landschaftspflege etc. Praxis in Biogasanlagen: < 2 Mio. t Bio und Grünabfälle 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 15 www.biogasundenergie.de Getrennterfassung in Deutschland Anteil Organischer Abfälle im Restmüll in Abhängigkeit von der Siedlungsstruktur (Frühjahrssortierung) Untersuchungsgruppe unverpackter Küchenabfall verpackter Küchenabfall Gartenabfall andere Organik Summe [% FM] [% FM] [% FM] [% FM] [% FM] Kleines Dorf 28.9 3,6 6,1 0,9 39,5 Dorf 28,4 6,6 2,4 2,7 40,0 Kleinstadt 37,2 4,5 2,6 0,8 45,1 Stadtrand 38,3 5,0 5,0 2,7 51,0 City 22,5 5,9 13,9 5,3 47,6 Mittelwert 31,1 5,1 6,0 2,5 44,6 Quelle: Schüch, Universität Rostock, 2009 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 16 www.biogasundenergie.de
Rolle der Kommunen Energieversorger Energieverbraucher Netzwerker (Energiebedarf und bereitstellung ) Politische Ziele (CO 2 Reduzierung, Erfüllung der Bundes und Landeszielstellungen EE, Autarkieziele ) 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 17 www.biogasundenergie.de Kommune: Teil des Energie und Stoffstromsystems 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 18 www.biogasundenergie.de
Charakteristik des Energiebedarfes (Beispiel Strom) Produktion Solar + Wind Standardlastprofil MW el 0 6 12 Stunden 24 19 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin www.biogasundenergie.de Potenzialerschließung relevante Hürden Ausschreibungsmodalitäten der Bioabfälle zur Behandlung durch die zuständigen Körperschaften; Unkenntnis von Optimierungsoptionen Noch nicht abgeschriebene Anlagenteile in der Kompostierung Geringe Jahresmengen, für die nur begrenzt Technologien verfügbar sind Genehmigungsrechtliche Voraussetzungen für den Umbau einer Bestandsanlage Rechtliche Regelungen im Abfallrecht wie auch im Energierecht (z.b. 150 Tage Abdeckung von Gärrestlagern nach EEG; tierische Fette bei der Nutzung als Kraftstoff) Nichtausweitung der getrennten Bioabfallsammlung Interkommunale Zusammenarbeit Maßnahmen zur Erhöhung von Sammelqualität und quantität Unkenntnis des lokalen Energiesystems Reale ökonomische Grenzen Häufig sind die Hürden nicht ökonomischer Natur! 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 20 www.biogasundenergie.de
Zwischenfazit Die Ressource Bioabfall kann deutlich besser genutzt werden als heute üblich Lokale Kreisläufe bieten erhebliche Aktivitätspotenziale für Kommunen Gesamtkonzepte sind sehr bedeutend Beitrag zur Energiewende: Systembedarf flexible KWK Beitrag erneuerbare KWK Dezentrale Energiebereitstellung (verlustarm) Beitrag zur Zielerfüllung lokaler Ziele erneuerbarer Energien und Klimaschutz Umsetzung der Forderungen des KrWAbfG hochwertige Nutzung und Bioabfallerfassung 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin 21 www.biogasundenergie.de Agenda Teil 2 1 Bioabfallbehandlung und Potenziale in Thüringen Sammlung und Aufkommen Potenziale und Ausblick 2 Stadtgebiet Gera Geraer Umweltdienste GmbH (GUD) Ausgangssituation Bioabfallaufkommen 3 Umsetzungskonzepte Biogas Verfahren Anlagenmodelle und Preise Nutzungsvarianten für Biogas 4 Wirtschaftlichkeit Erlöse, Kosten und Gewinn 5 Ergebnisse 6 Ausblick 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin 22 www.biogasundenergie.de
1 Bioabfallbehandlung und Potenziale in Thüringen Sammlung erfolgt durch öffentliche rechtliche Entsorger 7/14 tägige Abfuhr der getrennten Sammlung / Biotonne 2012 62% (1,39 Mio.) thür. Bürger angeschlossen etwa 50 60% nutzen die Biotonne tatsächlich 13 von 20 öre bieten getrennte Bioabfallsammlung an Bildung von Abfallwirtschaftszweckverbänden 2011 48 kg/e*a in Thür. (mit Biotonnen Anschluss) Quelle: Ecoprog GmbH 2011 52 kg/e*a in D (mit Biotonnen Anschluss) Seit 6/2012 neues KrWAbfG ab 1/2015 getrennte Sammlung Pflicht größer 1/3 Organik Anteil im Restabfall wirtschaftlich zumutbar 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 23 www.biogasundenergie.de 1 Bioabfallbehandlung und Potenziale in Thüringen Aufkommen getrennt gesammeltes Bioabfallaufkommen gestiegen 2011 66.500 t erfasst Ø 30 kg/e*a für ländliches Thür. 2011 ländliches D Ø 38,1 kg/e*a Kyffhäuser Kreis 87 kg/e*a LK Nordhausen 60 kg/e*a Stadt Jena 117 kg/e*a Quelle:wochenblatt.ch Behandlung 54 Kompostierungsanlagen (2010) 197.897 t an Bioabfall behandelt Überkapazität nutzen andere Bundesländern geringer Behandlungspreis 2 Biogasanlagen für getrennt erfasste Bioabfälle in Thüringen verwerten ca. 20.000 t/a & besitzen eine Leistung von 1.710 kwel 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 24 www.biogasundenergie.de
1 Bioabfallbehandlung und Potenziale in Thüringen Potenziale an Bioabfall und Biogas Maßnahmen: Anschluss aller LK in Thüringen an die getrennte Bioabfallsammlung alle erfassten Bioabfälle in Thüringen in kombinierte Anlagen Effizienzsteigerung bei der getrennten Sammlung ländliche Gebiete laut Studien BGK e.v. 66,9 kg/e*a erreichbar 56.400 t/e*a + 35.720 t/e*a + 66.500 t/e*a = ca. 159.000 t/a 72 kg/e*a Tech. Potenzial gesamt : 0,8* 290.000 t/a = 232.000 t/a Biogas und Energie aus Thüringer Bioabfall: Brennwert: Bioabfall: Je nach Verfahren: 5 7 kwh/nm³ 9,7 10,83 kwh/nm³ spez. Gasertrag 80 140 m³/t Stromertrag: 180 280 kwhel/t Wärmeertrag: 150 320 kwhth/t Biogas: 25,51 Mio. Nm³, Strom: 53,6 Mio. kwhel, Wärme: 54,5 Mio. kwhth 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 25 www.biogasundenergie.de 1. Bioabfallbehandlung und Potenziale in Thüringen Ausblick durch beschlossene rechtlich verbindliche Forderungen (KrWAbfG) Erhöhung der Anschlussquote ab 2015 übrige Landkreise in der Pflicht getrennte Sammlung einzuführen/auszubauen öre müssen mehr Anreize bei den Bürgern schaffen Resultat Restmüllpotentiale werden erschlossen und wichtige Nährstoffe gehen nicht in MVA verloren getrennt erfasste Bioabfälle könnten in kombinierte Anlagen aus Vergärung mit anschließender Kompostierung gelangen und energetisch/stofflich genutzt werden einige wenige SW/ EnV/ AZW / Entsorger haben das Potenzial der getrennt erfasste Bioabfälle zur lokalen Energieerzeugung erkannt!!!! 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 26 www.biogasundenergie.de
2. Stadtgebiet in Thüringen Ausgangssituation Thüringer Entsorger betreibt Recyclinganlage mit Kompostierung & Deponiegas mit 250 m³/h 500kWel zur Stromeinspeisung Probenentnahme Bioabfall: 60% Methan, ca. 93 138 Nm³/t Abfallaufkommen lokal 63,3 kg/e*a 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 27 www.biogasundenergie.de 2. Stadtgebiet in Thüringen Getrennt gesammeltes Bioabfallaufkommen 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 28 www.biogasundenergie.de
3. Umsetzungskonzepte Biogasanlage mit 10.000.15.000 t/a an Bio und Grünabfall Umsetzungskonzepte gliedern sich in 1. Aufbereitung 2. Biogasverfahren 3. Biogasnutzung & Nachbehandlung Biogasverfahren Anbieter 1 3,87 Mio. mit Aufbereitungsanlage + BHKW Anbieter 2 3,85 Mio. mit BHKW, ohne Aufbereitungsanlage + 0,75 Mio. Anbieter 3 3,45 Mio. mit BHKW, ohne Aufbereitungsanlage + 0,75 Mio. Biogasnutzung Tankstelle 212.000 Gaseinspeisung mit Trasse 460.000 BHKW (500kWel) 600.000 DWW 700.000 Nahwärmekonzept 630.000 ORC Anlage 330.000 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 29 www.biogasundenergie.de 3. Umsetzungskonzepte ARCHEA Konzept Aufbereitung: Druckstrangpresse Verfahren: Pfropfenstrom Nachbehandlung: Separator mit Mietenkompostierung 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 30 www.biogasundenergie.de
3. Umsetzungskonzepte mechanische Aufbereitungsanlage GICON Verfahren BIOFerm Verfahren 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 31 www.biogasundenergie.de 3. Umsetzungskonzepte Erdgastankstelle für Kraftfahrzeuge in Sigmaringen, BW Nahwärmenetz Quelle: Erdgastankstelle für Kraftfahrzeuge in Sigmaringen, Baden Württemberg Erdgas Zündstrahl BHKW ORC Anlage Quelle: CEEQUAL Quelle: SCHNELL motor.de Quelle: http://www.umsicht.fraunhofer.de/de/presse medien/pressefotos.htmlt 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 32 www.biogasundenergie.de
4. Wirtschaftlichkeit lk 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 33 www.biogasundenergie.de 4. Wirtschaftlichkeit lk 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 34 www.biogasundenergie.de
5. Bewertung lk 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 35 www.biogasundenergie.de 5. Bewertung Stromeinspeisung gute Nutzungsmöglichkeit in Verbindung mit ORC Anlage würde der Erlös deutlich steigen Hohe Investitionen bei allen anderen Nutzungskonzepten Gastankstelle beste Variante für die Zukunft 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 36 www.biogasundenergie.de
6. Ausblick Getrennte Sammlung weiter ausbauen Integration von Vergärungsanlagen in bestehende Kompostierung vorantreiben ungenutzte Potentiale für Energiegewinnung nutzbar machen Beispiele zeigen das es wirtschaftlich und technisch umsetzbar ist Energetische und stoffliche Nutzung optimale Lösung für die Zukunft Biogas aus kommunal organischen Reststoffen auch zukünftig ein vielseitig nutzbarer Energieträger 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Page 37 www.biogasundenergie.de Biogas Schlüsseltechnologie für Stoffund Energiekreisläufe Mehr zur Biogasaufbereitung: 2 nd International Conference on Renewable Energy Gas Technology 7 8 May 2015; Barcelona, Spain www.regatec.org Partner network biogas: Inter Baltic Biogas Arena IBBA www.ibba.se Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie www.biogasundenergie.de Henßstraße 9, D 99423 Weimar Tel +49 (0)3643 7 40 23 64 Mobil +49 (0)177 2 88 56 23 Fax +49 (0)3643 7 40 23 63 scholwin@biogasundenergie.de 2014 Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft & Energie, Prof. Dr. Ing. Frank Scholwin 38 www.biogasundenergie.de