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Entwicklung eines Verfahrens zur Vergasung von Biomasse nach dem Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht

Klassifizierung und physikalisch-chemische Charakterisierung der Einsatzstoffe (Ermittlung von Grunddaten). Durchfuehrung von Foerderversuchen mit verschiedenen Einsatzstoffen. Vergasungsversuche in einer zirkulierenden Wirbelschicht. Dabei Variation der Einsatzstoffe, der Feuchte derselben und der Reaktionstemperatur. Durchfuehrung von Langzeitversuchen zur Demonstration der Verfuegbarkeit des Verfahrens bei optimalen Betriebsbedingungen. Entwurf eines Verfahrensschemas zur Produktion von niederkalorigem Heizgas auf der Basis der Versuchsergebnisse.

Primärenergieverbrauch

<p>Der Primärenergieverbrauch ist seit Beginn der 1990er Jahre rückläufig. Bis auf Erdgas ist der Einsatz aller konventionellen Primärenergieträger seither zurückgegangen. Dagegen hat die Nutzung erneuerbarer Energien zugenommen. Ihr Anteil ist kontinuierlich angestiegen, besonders seit dem Jahr 2000.</p><p>Definition und Einflussfaktoren</p><p>Der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ (PEV) bezeichnet den Energiegehalt aller im Inland eingesetzten Energieträger. Der Begriff umfasst sogenannte Primärenergieträger, wie zum Beispiel Braun- und Steinkohle, Mineralöl oder Erdgas, die entweder direkt genutzt oder in sogenannte Sekundärenergieträger, wie zum Beispiel Kohlebriketts, Benzin und Diesel, Strom oder Fernwärme, umgewandelt werden. Berechnet wird er als Summe aller im Inland gewonnenen Energieträger zuzüglich des Saldos der importierten und exportierten Mengen sowie der Lagerbestandsveränderungen abzüglich der auf Hochsee gebunkerten Vorräte.</p><p>Statistisch wird der Primärenergieverbrauch über das Wirkungsgradprinzip ermittelt. Dabei werden die Einsatzmengen der in Feuerungsanlagen verbrannten Energieträger mit ihrem Heizwert multipliziert. Für Strom aus Wind, Wasserkraft oder Photovoltaik wird dabei ein Wirkungsgrad von 100 %, für die Geothermie von 10 % und für die Kernenergie von 33 % angenommen. Im Ergebnis wird durch diese internationale Festlegung für die erneuerbaren Energien ein erheblich niedrigerer PEV errechnet als für fossil-nukleare Brennstoffe. Dies hat in Zeiten der Energiewende methodenbedingte Verzerrungen bei der Trendbetrachtung zur Folge: Der Primärenergieverbrauch sinkt bei fortschreitender Substitution von fossil-nuklearen Brennstoffen durch erneuerbare Energien, selbst wenn die gleiche Menge an Strom zur Nutzung bereitgestellt wird. Dieser rein statistische Effekt überzeichnet den tatsächlichen Verbrauchsrückgang, wie die Entwicklung des <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-erneuerbare-energien">Bruttoendenergieverbrauchs</a> zeigt, welcher von diesem statistischen Effekt unbeeinflusst ist.</p><p>Der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Primärenergieverbrauch steigt aufgrund des Wirkungsgradprinzips dagegen unterproportional (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch“). Es wird –bedingt durch oben beschriebene Festlegungen – ein langsamerer Anstieg des Erneuerbaren-Anteils am PEV verzeichnet. Dies kann einen geringeren Ausbaueffekt suggerieren. Diese Effekte werden umso größer, je mehr Stromproduktion aus beispielsweise Kohlekraftwerken durch erneuerbare Energien und/oder Stromimporte (ebenfalls mit Wirkungsgrad von 100 % bewertet) ersetzt werden, weil immer weniger Umwandlungsverluste in die Primärenergiebilanzierung einfließen.</p><p>Der Primärenergieverbrauch wird in erheblichem Maße durch die wirtschaftliche Konjunktur und Struktur, Energieträgerpreise und technische Entwicklungen beeinflusst. Auch die Witterungsverhältnisse und damit verbunden der Bedarf an Raumwärme spielen eine wichtige Rolle.</p><p>Entwicklung und Ziele</p><p>Der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ in Deutschland ist seit Beginn der 1990er Jahre rückläufig (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch“). Das ergibt sich zum einen aus methodischen Gründen beim Umstieg auf erneuerbare Energien (siehe Abschnitt „Primärenergieverbrauch erklärt“). Zum anderen konnten aber auch ein wirtschaftlicher Strukturwandel sowie Effizienzsteigerungen beobachtet werden – letztere zum Beispiel durch bessere Ausnutzung der in Energieträgern gespeicherten Energie (Brennstoffnutzungsgrad) in <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/kraftwerke-konventionelle-erneuerbare">Kraftwerken</a>, Motoren oder Heizkesseln.</p><p>Im 2023 in Kraft getretenen Energieeffizienzgesetz (EnEfG) hat der Gesetzgeber festgelegt, dass der Primärenergieverbrauch bis zum Jahr 2030 um 39,3 % unter dem Wert des Jahres 2008 liegen soll. In den „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/szenarien-projektionen/treibhausgas-projektionen/aktuelle-treibhausgas-projektionen">Treibhausgas-Projektionen 2025</a>“ wurde auf der Basis von Szenarioanalysen untersucht, ob Deutschland seine Klimaziele im Jahr 2030 erreichen kann. Wichtig ist dabei auch die Frage nach der zu erwartenden Entwicklung des Primärenergieverbrauchs. Das Ergebnis der Untersuchung: Wenn alle von der Regierungskoalition geplanten Maßnahmen umgesetzt werden, ist im Jahr 2030 mit einem PEV von etwa 9.800 Petajoule (PJ) zu rechnen (Mit-Maßnahmen-⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=Szenario#alphabar">Szenario</a>⁠). Das wäre gegenüber dem Jahr 2008 ein Rückgang von lediglich etwa 32 %. Weitere Maßnahmen zur Senkung des PEV sind also erforderlich, um die Ziele des EnEfG zu erreichen.</p><p>Primärenergieverbrauch nach Energieträgern</p><p>Seit 1990 hat sich der Energieträgermix stark verändert. Der Verbrauch von ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ auf Basis von Braunkohle lag im Jahr 2024 um 75 %, der von Steinkohle um etwa 67 % unter dem des Jahres 1990. Der Energieverbrauch auf Basis von Erdgas stieg an: Noch im Jahr 2021 lag das Plus gegenüber dem Jahr 1990 bei 44 %. In der Folge des Krieges in der Ukraine und den daraus erwachsenden Versorgungsengpässen und der wirtschaftlichen Rezession sank der Gasverbrauch in den Jahren 2022 und 2023 gegenüber dem Jahr 2021 jedoch deutlich. Im Jahr 2024 war erneut ein Anstieg zu verzeichnen: Der Energieverbrauch für Erdgas lag 19 % über dem des Jahres 1990. Der Einsatz erneuerbarer Energieträger hat sich seit 1990 mehr als verzehnfacht (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch nach Energieträgern“).</p>

Treibhausgas-Projektionen 2025 für Deutschland - Datentabelle (ehemals Kernindikatoren)

Für die Treibhausgas-Projektionen sind die Treibhausgas-Emissionen der wesentliche Indikator, um die Erreichung der Klimaschutzziele zu kontrollieren. Allerdings umfassen klima- und energiepolitische Strategien der Bundesregierung weitere Ziele und Indikatoren. Deshalb haben das beauftragte Forschungskonsortium, das Thünen-Institut und das Umweltbundesamt neben Treibhausgas-Emissionen und Rahmendaten weitere Projektionsdaten im Sinne eines Nachschlagewerks zusammengestellt, um Steuerungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Thematisch beziehen sich die Projektionsdaten auf die Bereiche Energiebezogene Indikatoren, neue Brennstoffe, Energiewirtschaft, Industrie, Gebäude, Verkehr, Landwirtschaft, Abfallwirtschaft sowie Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft (LULUCF). Sie bieten unter anderem Informationen zu möglichen Entwicklungen von Angebot und Nachfrage sowie der installierten Leistung wichtiger Energieträger, Kosten und Produktionsmengen von Industriegütern, der Verkehrsleistung sowie zu Emissionen, Flächennutzung und Düngereinsatz in der Land-, Forst- und Abfallwirtschaft. Das Datenportal Data Cube des Umweltbundesamtes bietet erweiterte Filter- und Darstellungsmöglichkeiten der Projektionsdaten im Vergleich zur Veröffentlichung als Datentabelle.

Treibhausgas-Projektionen 2023 für Deutschland - Kerdindikatoren des Projektionsberichtes 2023

Für die Treibhausgas-Projektionen sind die Treibhausgas-Emissionen der wesentliche Indikator, um die Erreichung der Klimaschutzziele zu kontrollieren. Allerdings umfassen klima- und energiepolitische Strategien der Bundesregierung weitere Ziele und Indikatoren. Deshalb haben das Umweltbundesamt und das beauftragte Forschungskonsortium neben Treibhausgas-Emissionen und Rahmendaten sogenannte Kernindikatoren zusammengestellt, um Steuerungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Thematisch beziehen sich die Kernindikatoren auf die Bereiche Energiebezogene Indikatoren, neue Brennstoffe, Energiewirtschaft, Industrie, Gebäude, Verkehr, Landwirtschaft, Abfallwirtschaft sowie Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft (LULUCF). Sie bieten unter anderem Informationen zu möglichen Entwicklungen von Angebot und Nachfrage sowie der installierten Leistung wichtiger Energieträger, Kosten und Produktionsmengen von Industriegütern, der Verkehrsleistung sowie zu Emissionen, Flächennutzung und Düngereinsatz in der Land-, Forst- und Abfallwirtschaft. Das Datenportal Data Cube des Umweltbundesamtes bietet erweiterte Filter- und Darstellungsmöglichkeiten der Kernindikatoren im Vergleich zur Veröffentlichung als Datentabelle. Über das Feld \

Treibhausgas-Projektionen 2025 für Deutschland - Datentabelle (ehemals Kernindikatoren)

Für die Treibhausgas-Projektionen sind die Treibhausgas-Emissionen der wesentliche Indikator, um die Erreichung der Klimaschutzziele zu kontrollieren. Allerdings umfassen klima- und energiepolitische Strategien der Bundesregierung weitere Ziele und Indikatoren. Deshalb haben das beauftragte Forschungskonsortium, das Thünen-Institut und das Umweltbundesamt neben Treibhausgas-Emissionen und Rahmendaten weitere Projektionsdaten im Sinne eines Nachschlagewerks zusammengestellt, um Steuerungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Thematisch beziehen sich die Projektionsdaten auf die Bereiche Energiebezogene Indikatoren, neue Brennstoffe, Energiewirtschaft, Industrie, Gebäude, Verkehr, Landwirtschaft, Abfallwirtschaft sowie Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft (LULUCF). Sie bieten unter anderem Informationen zu möglichen Entwicklungen von Angebot und Nachfrage sowie der installierten Leistung wichtiger Energieträger, Kosten und Produktionsmengen von Industriegütern, der Verkehrsleistung sowie zu Emissionen, Flächennutzung und Düngereinsatz in der Land-, Forst- und Abfallwirtschaft. Das Datenportal Data Cube des Umweltbundesamtes bietet erweiterte Filter- und Darstellungsmöglichkeiten der Projektionsdaten im Vergleich zur Veröffentlichung als Datentabelle. Über das Feld \

Analytical data from stepped thermal analysis of agricultural soils in Saxony

The continuous agricultural soil monitoring program (BDF) by the Saxon State Office for Environment, Agriculture, and Geology (LfULG) is operational since 1995, collecting and analysing samples periodically from 60 monitoring sites across Saxony, Germany. Stepped thermal analysis allows for the fast and cost-effective determination of different carbon fractions of ground soil samples. This dataset reports the analysis of 902 archive samples from the Soil Monitoring Program of the State Office for Environment, Agriculture, and Geology (LfULG) collected between 1995 and 2023, and 462 samples collected during a sampling campaign in September 2023. We report the thermal soil carbon fractions TOC400, ROC (ROC600), and TIC900 measured in air-dried and ground samples according to DIN19539 / DIN EN 17505 using an Elementar soliTOC cube. This dataset is part of a mid-infrared soil spectral library for agricultural soils in Saxony, Germany.

UBA erstellt Emissionsfaktoren zur Treibhausgasbilanzierung

<p>Immer mehr Unternehmen beschäftigen sich mit der Frage, wie viele Treibhausgasemissionen sie verursachen. Um ihnen dies zu erleichtern, erarbeitet das Umweltbundesamt derzeit eine Liste von Emissionsfaktoren zur Treibhausgasbilanzierung. Die Liste soll im Herbst 2025 veröffentlicht und regelmäßig aktualisiert werden. Ein Entwurf wird derzeit von ausgewählten Fachleuten erprobt und bewertet.</p><p>Immer mehr Unternehmen und andere Organisationen müssen ihre Treibhausgasemissionen ermitteln, sei es aufgrund von EU-Vorgaben zur Nachhaltigkeitsberichterstattung, Regelungen des Bundes und der Länder zur klimafreundlichen Verwaltung oder Anforderungen wichtiger Vertragspartner und Kunden. Hierzu benötigen sie passgenaue Emissionsfaktoren für die Treibhausgasbilanzierung. Zwar gibt es bereits zahlreiche Quellen, in denen entsprechende Emissionsfaktoren angegeben sind. Meist sind diese jedoch nicht zentral zugänglich, nicht vollständig und ohne ausreichende Angaben zu Methodik, Passgenauigkeit und Konsistenz der Emissionsfaktoren. Dies führt nicht nur zu zusätzlichem Aufwand, sondern auch zu sehr unterschiedlicher Qualität der Treibhausgasbilanzen.</p><p>Vor diesem Hintergrund möchte das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ eine einheitliche, qualitätsgesicherte und regelmäßig fortgeschriebene Liste erstellen, die die Emissionsfaktoren für alle gängigen Brennstoffe sowie die wesentlichen klimaschädlichen Aktivitäten, Prozesse und Vorprodukte von Unternehmen zusammenfasst. Damit will das UBA nicht nur den Aufwand von Unternehmen zur Ermittlung ihrer Treibhausgasemissionen verringern, sondern auch die methodische Basis der Treibhausgasbilanzen vereinheitlichen und deren Qualität verbessern. Ein erster Entwurf der Liste wird durch ausgewählte Fachleute und Organisationen praktisch erprobt und im Hinblick auf Verständlichkeit, Praktikabilität und methodische Konsistenz bewertet. Die Rückmeldungen aus dieser Erprobung will das UBA dazu nutzen, bis zum Herbst 2025 eine fundierte und anwendungsfreundliche Emissionsfaktorenliste zu erstellen und zu veröffentlichen.</p><p>Organisationen, die an der Erprobung und Evaluation des Entwurfs der Emissionsfaktorenliste teilnehmen möchten, können dies unter probas [at] uba [dot] de erfragen.</p>

Feste Brennstoffe

Brennstoffe werden zur Wärmegewinnung eingesetzt und dienen der Erzeugung von elektrischem Strom im Dampfkraftwerk. Die Landwirtschaft verfügt über ein großes Potenzial an energetisch nutzbarer fester Biomasse. Das sind zum einen Getreidestroh, Grünland- und Landschaftspflegeaufwüchse zum anderen Energiepflanzen (Getreidekorn, Miscanthus, Schnellwachsende Baumarten), die gezielt angebaut werden. Im Zuge des weiteren Preisanstieges für fossile Energieträger und im Interesse der Umweltschonung (Klimawandel) gewinnen diese nachhaltigen Ressourcen zunehmend an Bedeutung.

Erneuerbare Wärmenetze für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung ländlicher Siedlungen

Der ländliche Raum stellt eine besondere Herausforderung für die Wärmewende dar. Während in den Städten auf einen deutlichen Ausbau der Fernwärme gesetzt wird, findet regenerative Nahwärmenetze in ländlichen Siedlungen bisher zu wenig Berücksichtigung in den Studien für die Wärmewende. Hier setzt das Projekt ruralHeat an. Das Projektziel ist zum einen die wissenschaftliche Begleitung von Planung und Umsetzung der solaren Nahwärme in Bracht und Rüdigheim sowie zum anderen die Übertragbarkeit auf andere ländliche Siedlungen. Die Innovation in Bracht und Rüdigheim liegt darin, dass über 70% des Wärmebedarfs durch Solarwärme in Verbindung mit einem saisonalen Wärmespeicher gedeckt wird. Somit ist die Solarthermie nicht mehr ein 'fuel saver', sondern der Hauptwärmeerzeuger. Komplettiert wird das System mit einer Großwärmepumpe zur Speicherentladung und zwei Holzkesseln für die Spitzenlast. Das 100% regenerative Nahwärmekonzept ist zudem günstiger und wesentlich schneller umsetzbar als Maßnahmen an Einzelgebäuden (energetische Sanierung, Umstellung der Heizung). Die wissenschaftliche Begleitung unterstützt die beiden Bürgergenossenschaften bei Planung und Bau durch Simulationen zum Betrieb und Regelung der komplexen Anlage. Die Ergebnisse aus den beiden Demonstrationsanlagen sollen anhand von 10 Fallstudien auf die Übertragbarkeit auf andere ländliche Gebiete geprüft werden. Hierbei werden auch weitere technologische und energiewirtschaftliche Konzepte für 100% erneuerbare Nahwärmelösungen betrachtet und verglichen. Aus den Erkenntnissen wird ein webbasiertes Vorauslegungstool entwickelt, dass interessierten Kommunen oder Bürgerinitiativen bereits im frühen Stadium (d.h. mit wenig Inputdaten) eine Vorauswahl möglicher Nahwärmelösungen auf Basis erneuerbarer Wärme ermöglicht. Das Ziel des Vorauslegungstools ist somit eine Lenkungswirkung hin zur EE-Wärme und eine Hilfestellung für Kommunen, um den Aufwand für die Betrachtung möglicher Varianten zu reduzieren.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Entwicklung eines neuartigen Spannkonzept zur Leistungssteigerung eines (Brennstoffzellen) Stacks

Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Im Projekt werden hierfür aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance berücksichtigt. HoKon befasst sich in seinen Arbeitspaketen mit der Auslegung, Entwicklung und Fertigung eines geeigneten Verspannsystems für die großflächigen Brennstoffzellen.

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