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Energetische Nutzung biogener Reststoffe mit AER-Technologie

Ziel des Vorhabens der TBM Technologieplattform Bioenergie und Methan GmbH & Co. KG ist es, die wirtschaftliche und nachhaltige Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme aus Biomasse mit Hilfe der neu entwickelten AER (Absorption Enhanced Reforming)-Vergasungstechnologie in einer Anlagengröße von 10 MW Brennstoffwärmeleistung zu demonstrieren. Das neue Verfahren wurde vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) entwickelt. Im Vergleich zu bereits existierenden Biomasseanlagen kommen ein neuartiges Bettmaterial und eine veränderte Betriebsweise zur Anwendung, bei der ein wasserstoffreiches Gas erzeugt wird. Das als Bettmaterial eingesetzte Kalziumoxid bewirkt, dass das entstehende Produktgas weniger unerwünschtes CO2 und Teer enthält. Geringere Vergasungstemperaturen erlauben außerdem den Einsatz von holzartigen Biomassereststoffen aus der Landschaftspflege. Dies trägt den hohen Anforderungen an den Standort in der Nähe des Biosphärenreservats Schwäbische Alb Rechnung. Das Produktgas soll in einem Gasmotor in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Prozessabwärme soll zum einen in einem ORC-Prozess zur zusätzlichen Erzeugung elektrischer Energie dienen und zum anderen als Fernwärme abgegeben werden. Bei optimalem Betrieb und gleichzeitiger Wärmenutzung können insgesamt rund 26.000 Tonnen CO2 pro Jahr und Anlage eingespart werden.

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung Rauchgasreinigung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Mit dem Vorhaben BioBrauS wird das Ziel verfolgt, biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, energetisch zu verwerten. Dadurch sinkt der Verbrauch fossiler Primärressourcen wie Braunkohle, deren Einsatz mit einem hohen CO2-Ausstoß verbunden ist. Dazu soll ein Brennstoff aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist entwickelt und mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung verwertet werden. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und die Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparametern der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärresten und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.

Optimierung von Buchweizen durch moderne Züchtungsmethoden zur Produktion von Nahrungsmitteln und Wertschöpfung biobasierter Rohstoffe, Teilvorhaben A

Entwicklung und Demonstration einer brennstoffflexiblen SCR-Nachrüstlösung für Reststofffeuerungen, Weiterentwicklung der HF-Analyse zur Diagnose von SCR-Katalysatoren

Die bei der energetischen Nutzung biogener Reststoffe entstehenden Schadstoffemissionen müssen mittels geeigneter Abgasreinigungssysteme gemindert werden. Bei der Konversion biogener Reststoffe entstehen neben Partikelemissionen aufgrund relativ hoher Stickstoffgehalte im Brennstoff auch erhöhte NOx-Emissionen, welche am effektivsten durch das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) gemindert werden können. In dem Forschungsvorhaben soll eine SCR-Nachrüstlösung für mit biogenen Rest- und Abfallstoffen betriebene Kesselanlagen im kleinen und mittleren Leistungsbereich (< 1 MWth) entwickelt werden. Dabei kommt eine innovative Hochfrequenztechnik zum Einsatz, die kontinuierlich den NH3-Beladungszustand des SCR-Katalysators misst und die Reduktionsmittelmenge automatisch an den tatsächlichen brennstoff- und lastabhängigen Bedarf anpasst. Die Funktionsweise des SCR-Systems soll an einer Feuerungsanlage mit verschiedenen biogenen Rest- und Abfallstoffen demonstriert werden, wobei neben der erreichbaren NOx-Minderung auch die Effekte einer Kombination mit Systemen zur Partikelabscheidung untersucht werden sollen.

Geringes ILUC-Risiko von Biokraftstoffen aus Abfall- und Reststoffen - Stroh, Forstabfälle, Altspeiseöl, Maiskolben

In einer Studie im Auftrag der deutschen, niederländischen und dänischen Regierungen schätzt Ecofys, dass 17 Mio. t Rohöläquivalent an Biokraftstoffen mit niedrigem ILUC-Risiko mithilfe von europäischen Holzabfällen und Stroh sowie weltweit verfügbarem Altspeiseöl produziert werden könnten. Dies würde bei Einfachzählung fast 60Prozent der gesamten prognostizierten Menge an Biokraftstoffen für 2020 in der EU entsprechen. Zur Berechnung des Potenzials der einzelnen Abfall- und Reststoffe für ein geringes ILUC-Risiko wurde in dieser Ecofys-Studie zunächst die theoretisch verfügbare Menge eines jeden Rohstoffs ermittelt. In einem nächsten Schritt wurde die Menge berechnet, die nachhaltig geerntet oder gesammelt werden könnte. Dazu gehört unter anderem der Schutz der Bodenqualität. Zum Schluss wurde das Risiko für ILUC geschätzt, welches auch die aktuelle Verwendung dieser Rohstoffe außerhalb des Bioenergie-Sektors beinhaltet. Denn würde die Bioenergieproduktion mit anderen Bereichen konkurrieren, bestünde eine erhöhte Gefahr der ILUC. Deshalb wurden bereits bestehende Verwendungen vom nachhaltigen Potenzial abgezogen. Die Berechnung des Potenzials für Altspeiseöl bezieht die ganze Welt ein, weil der Rohstoff weltweit gehandelt wird, alle anderen Stoffe wurden auf der EU-Mitgliedsstaat-Ebene analysiert. Die robuste Quantifizierung des verfügbaren Potenzials von Abfall- und Reststoffen ist schwierig. Im Gegensatz zu Feldfrüchten gibt es keine Daten über die Verfügbarkeit von Abfall- und Reststoffen. Diese Studie basiert ihre Berechnungen auf der vorhandenen Literatur und zahlreichen Experteninterviews. Der Datenmangel bedeutet, dass quantifizierte Potenziale in dieser Studie beste Schätzungen darstellen.

Industrielle Umsetzung von Wasserstoff-Produktion aus Fruchtsaft-Abfällen mit Hilfe von Purpurbakterien, Teilvorhaben: Prozessoptimierung, Überführung des Prozesses in den industriellen Maßstab

Oekonomische Analyse von Verfahren zur Verwertung organischer Reststoffe in der Tierernaehrung

Unter den Alternativen zur Verwertung organischer Reststoffe (vor allem von Speiseabfaellen) ist die Verfuetterung an Haustiere ein Verfahren, das Umweltaspekten weitgehend gerecht wird. Eine oekonomische Analyse in landwirtschaftlichen Betrieben setzt Untersuchungen zur Futter- und Fleischqualitaet voraus, verbunden mit Optimierungsplanungen im Fuetterungsbereich. Das geplante Versuchsprogramm erstreckt sich auf insgesamt fuenf kooperierende Betriebe in Sachsen-Anhalt, Thueringen und Westfalen.

Entwicklung und Zusammenstellung einer PILOTANLAGE einer containerbasierten Hochleistungsbiogasanlage mit Testeinsatz in realen Umgebungsbedingungen zur Erschließung von biogenen Rest- und Abfallstoffen, Teilvorhaben: Planung, Entwicklung und Bau der Module

Im Projekt 'Modulare Bioenergie' (ModBioEn) wird eine Pilotanlage einer containerbasierten Biogasanlage errichtet. Diese basiert auf den Vorarbeiten von zwei renommierten Forschungseinrichtungen: dem Fraunhofer IKTS und der Hochschule Zittau/Görlitz (HSZG). An der HSZG wurde in den vergangenen vier Jahren eine Hochleistungsbiogasanlage mit Festbett entwickelt. Die entstandene Technikumsanlage wird in Containerbauform gebracht und in eine Pilotanlage überführt. Das Fraunhofer IKTS stellt zusätzlich zwei entwickelte Komponenten in Containerform bereit; die Substrataufbereitung und die Gasreinigung. Die am IKTS vorhandene Technik und die an der HSZG entwickelte MHL-BGA-Technologie wird in eine Gesamtanlage mit 4 Containern zusammengesellt. Durch den vorgeschalteten Aufbereitungscontainer (1) mit u.a. einem Extruder kann eine deutliche Erweiterung des Substrateinsatzspektrums dieser modularen Bioenergieanlage erreicht werden. Bewusst wird im Projekt ModBioEn auf das Ziel 'Erweiterung des Substrateinsatzspektrums für Bioenergieanlagen' des Förderprogrammes 'Energetische Biomassenutzung' eingegangen. Dafür wurden drei regionale Partner gewonnen: A) die Kommune Reichenbach, B) die Brauerei Eibau und C) die Safterei Linke. Zunächst erfolgt der Einsatz am Standort 'Real-Technikum Reichenbach' (A) als Beispiel für einen kommunalen Anwender. Zweiter Standort ist die Brauerei Eibau. Bisher leitet die Brauerei die Reststoffe (Heißtrub, Hefewasser und Biervorlauf), die durch den Brauprozess in größeren Mengen entstehen, energetisch völlig ungenutzt und kostenpflichtig in das Abwasser ein. Es handelt sich somit um wirkliche Rest- und Abfallstoffe im Sinne des Förderprogramms. Dritter Standort ist die Safterei mit Trester als Reststoff. Es erfolgt eine wissenschaftliche Begleitung beim Betrieb der Anlage sowie die Auswertung der Versuchsdaten hinsichtlich Gasquantität und Gasqualität und eine Prozessoptimierung speziell für die einzelnen Reststoffe.

Verfahrensentwicklung zur Produktion von Biokoksbriketts aus pyrolysierten Siebüberläufen als Substitution von fossilem Gießereikoks in Kupolöfen, Teilvorhaben: Untersuchung zur Aufbereitung von Siebüberläufen für die reproduzierbare Produktion von Biokohlebriketts

Nutzung eisenbasierter Module zur Versorgung mit hochreinem Wasserstoff unter Druck auf der Basis der Luftvergasung biogener Reststoffe, Teilvorhaben: Reinigung wasserstoffhaltiger Gase aus der Biomassevergasung, Speicherung und Generierung hochreinen Wasserstoffes

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