Optimierungspotenziale von Biokraftstoffanlagen Maria Braune, Elias Grasemann, Arne Gröngröft, Marcel Klemm, Katja Oehmichen 3. Projekttag Bioenergie, Berlin 11.06.2013
Agenda 1. Hintergrund 2. Bioethanol 3. Biodiesel 4. Zusammenfassung und Ausblick 2
Hintergrund Systemwechsel der Biokraftstoffquote in DE Biokraft-NachV: 35% THG-Minderung 50% 60% bei Neuanlagen Vorgabe Biokraftstoffquote 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% Benötigte Biokraftstoffmenge beim Einsatz von Biokraftstoffen mit nur 35% THG-Minderung energetisch Benötigte Biokraftstoffmenge sinkt durch den Einsatz von z.b. Reststoffen (mit z.b. 80% THG-Minderung) Biokraftstoffmenge beim Einsatz von Biokraftstoffen mit durchschnittlich 45% THG-Minderung THG-Quote Mögliche Bandbreite Erhöhung des THG-Einsparziels durch Quote führt in Abhängigkeit der THG-Minderung zu unterschiedlich hohen Mengenbedarfen 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 300 200 100 0 Biokraftstoffmenge absolut in PJ/a Biokraftstoffquote: energetische Quote THG-Quote Kraftstoffbedarf nach Leitstudie BMU 2011 60% THG-Vermeidung ab 2018 für alle Biokraftstoffe Biokraftstoffmenge: nach Mindestanforderung Biokraftstoffmix 2011 80% THG-Minderung Quelle: DBFZ 2012 3
Hintergrund Änderungsvorschlag für EU-Direktiven RED/FQD EE-Strom, 2,5fache Wertigkeit Non-Bio-Kraftstoffe, 4fache Wertigkeit Biokraftstoffe 4facher Wertigkeit Mindestens 5% Biokraftstoffe aus Abfall- und Reststoffen sowie sonstigen EE Biokraftstoffe 2facher Wertigkeit 10% EE in 2020 Maximal 5% Biokraftstoffe aus Nahrungsmittelrohstoffen Biodiesel/ Pflanzenöl/HVO Bioethanol Quelle: DBFZ 2012 4 4
Hintergrund Schwerpunkte Forschungsvorhaben Verfahrenstechnische Bestandsaufnahme der Biodiesel- und Bioethanolanlagen in Deutschland Modellierung und Bilanzierung von repräsentativen Anlagentypen Erhebung und Analyse möglicher Optimierungsansätze zur Senkung der THG- Emissionen Bewertung und Diskussion der Optimierungsansätze unter Berücksichtigung der THG-Minderungskosten 5
Bioethanol Bestandsaufnahme Zuckerrüben Getreide/Zuckerrüben Sonstiges Getreide >200.000 t/a 50.000 t/a 200.000 t/a <50.000 t/a Außer Betrieb Kein Bioethanol als Kraftstoff 6
Bioethanol Repräsentativer Anlagentyp Bsp. Stärke Absolutierung Ethanol 99,9 Vol% Dampf Destillation/ Rektifikation Schlempe Dekanter Dickschlempe Eindampfung Dünnschlempe Hefe Fermentation CO2 Biogas DDGS Enzyme Verzuckerung Verflüssigung Maischebereitung Vermahlung Gluten/ Kleie Stärkehaltige Pflanzen Hauptpfad Nebenpfad optional 7
Bioethanol Optimierungspotenziale 1 alternative Trennverfahren Absolutierung Ethanol 99,9 Vol% Dampf Destillation/ Rektifikation Schlempe Dekanter Dickschlempe Eindampfung Dünnschlempe Hefe Fermentation CO2 Biogas DDGS Enzyme Verzuckerung Verflüssigung Maischebereitung Beimischung/ Vermarktung von Kleie und Gluten Vermahlung Gluten/ Kleie Stärkehaltige Pflanzen Hauptpfad Nebenpfad optional 8
Bioethanol Optimierungspotenziale 2 Absolutierung Ethanol 99,9 Vol% Einsatz von lignocellulosehaltigen Rohstoffen Dampf Hefe Destillation/ Rektifikation Fermentation Schlempe CO2 Dekanter Dünnschlempe Biogas Dickschlempe Eindampfung DDGS Hydrolyse Enzyme Verzuckerung Verflüssigung Prozesswärmebereitstellung Vorbehandlung Maischebereitung Lignocellulose Vermahlung Stärkehaltige Pflanzen Gluten/ Kleie Hauptpfad Nebenpfad optional 9
Bioethanol Optimierungspotenziale 3 Absolutierung Ethanol 99,9 Vol% Dampf Destillation/ Rektifikation Schlempe Dekanter Dickschlempe Eindampfung Dünnschlempe Hefe Fermentation CO2 Biogas DDGS Enzyme Verzuckerung Verflüssigung Maischebereitung erweiterte Reststoffnutzung Vermahlung Gluten/ Kleie Stärkehaltige Pflanzen Hauptpfad Nebenpfad optional 10
Bioethanol Optimierungspotenziale 4 Absolutierung Ethanol 99,9 Vol% Dampf Destillation/ Rektifikation Schlempe Dekanter Dickschlempe Eindampfung Dünnschlempe Hefe Fermentation CO2 Biogas DDGS Enzyme Verzuckerung Verflüssigung Maischebereitung Reduzierung des Anfalls von Prozessabwasser Vermahlung Gluten/ Kleie Stärkehaltige Pflanzen Hauptpfad Nebenpfad optional 11
Biodiesel Bestandsaufnahme Spezielles Verfahren AT-Verfahren Connemann-Verfahren Lurgi-Verfahren BDI-Verfahren Verfahren unbekannt >200.000 t/a 50.000 t/a 200.000 t/a <50.000 t/a Außer Betrieb 12
Biodiesel Repräs. Anlagentyp Bsp. zentral mit Ölmühle Ölsaat Saatgutaufbereitung Biodiesel Ölpresse Rohöl Ölreinigung Neutralwaschung Glycerinaufbereitung Glycerin Presskuchen Lösemittelextraktion Miscella Destillation Raffination H2SO4 Sauerwaschung Toaster 2. Umersterungsstufe Methanolrück gewinnung Pflanzenöl 1. Umesterungsstufe Glycerin/ / Zentrale Ölmühle Umesterung 13
Biodiesel Optimierungspotenziale 1 14 Zentrale Ölmühle Umesterung 1. Umesterungsstufe 2. Umersterungsstufe Sauerwaschung Neutralwaschung Methanolrück gewinnung Glycerin/ / Saatgutaufbereitung Ölpresse Ölreinigung Raffination Lösemittelextraktion Rohöl Toaster Presskuchen Destillation Miscella Ölsaat Pflanzenöl Biodiesel Glycerin Glycerinaufbereitung H2SO4 erweiterte Reststoffnutzung Dünge- mittel
Biodiesel Optimierungspotenziale 2 Ölsaat Saatgutaufbereitung Einsatz von Altspeisefetten Biodiesel Ölpresse Rohöl Ölreinigung Neutralwaschung Glycerinaufbereitung Glycerin Presskuchen Lösemittelextraktion Miscella Destillation Raffination H2SO4 Sauerwaschung Toaster Einsatz von biogenem Methanol Pflanzenöl 2. Umersterungsstufe 1. Umesterungsstufe Glycerin/ / Methanolrück gewinnung Zentrale Ölmühle Umesterung 15
Biodiesel Optimierungspotenziale 3 16 Zentrale Ölmühle Umesterung 1. Umesterungsstufe 2. Umersterungsstufe Sauerwaschung Neutralwaschung Methanolrück gewinnung Glycerin/ / Saatgutaufbereitung Ölpresse Ölreinigung Raffination Lösemittelextraktion Rohöl Toaster Presskuchen Destillation Miscella Ölsaat Pflanzenöl Biodiesel Glycerin Glycerinaufbereitung H2SO4 Prozesswärmebereitstellung
Biodiesel Optimierungspotenziale 4 17 Zentrale Ölmühle Umesterung 1. Umesterungsstufe 2. Umersterungsstufe Sauerwaschung Neutralwaschung Methanolrück gewinnung Glycerin/ / Saatgutaufbereitung Ölpresse Ölreinigung Raffination Lösemittelextraktion Rohöl Toaster Presskuchen Destillation Miscella Ölsaat Pflanzenöl Biodiesel Glycerin Glycerinaufbereitung H2SO4 nichtdestillative Stofftrennung
Zusammenfassung und Ausblick Aktualisierte Datenbank zu Verfahren und Anlagen in Deutschland Erstellung von Flowsheet-Modellen für Biodiesel und Bioethanol in der Simulationssoftware ASPEN Plus Erarbeitung und Simulation möglicher und geeigneter Optimierungspotenziale Definition von erforderlichen Paramtern für Treibhausgasbilanzierung bereits erfolgt Bewertung des THG Minderungspotenzials 18
Forschung für die Energie der Zukunft Wir laden Sie ein! Ansprechpartner M.sc. Maria Braune +49 (0)341 2434 368 maria.braune@dbfz.de Das Projektteam dankt der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. / BMELV für die freundliche Finanzierung des Vorhabens (FKZ 22403111). DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D-04347 Leipzig Tel.: +49 (0)341 2434 112 E-Mail: info@dbfz.de www.dbfz.de