Wärme aus Gras und Grünschnitt

Wärme aus Gras
und Grünschnitt
Energetische
Verwertung von
halmgutartiger
Biomasse
nach dem
BE -Verfahren
®
Bioenergie hat Zukunft
Der Klimawandel und die Endlichkeit fossiler Energien
begründen die Notwendigkeit einer Energiewende.
Erneuerbare Energien spielen bei der Sicherstellung
einer zuverlässigen, wirtschaftlichen und umweltverträglichen Energieversorgung die zentrale Rolle. Dabei
sind Wind und Sonne für die Bereitstellung von elektrischer Energie unverzichtbar. Auch die Bioenergie und
vor allem die Bereitstellung von Wärme mittels Festbrennstoffen werden einen bedeutenden Anteil an der
Energieversorgung der Zukunft haben.
Wärmeenergie
Die Energiewende ist viel mehr, als nur die Produktion von Strom aus erneuerbaren Energien. Der weitaus größere Teil des Energieverbrauchs findet sich in
der Bereitstellung von Wärme. In Privathaushalten
in Deutschland wird mehr als 3/4 des Energieverbrauchs für Raumwärme verwendet* und hiervon ca.
70% durch die Verbrennung von Gas und Öl erzeugt.
Um auch in diesem Bereich eine Energiewende zu
erreichen, ist neben Einsparmaßnahmen auch ein
Wechsel zu erneuerbaren Energien wie biogenen
Brennstoffen erforderlich.
Als biogener Brennstoff wird überwiegend Holz verwendet. Holzartige Brennstoffe als Pellets lassen sich gut
lagern, transportieren und dosieren und haben somit
erhebliche Vorteile gegenüber Scheitholz und Holzhackschnitzeln. Holz steht aber nur begrenzt zur Verfügung.
Daher werden zukünftig andere Arten von Biomasse
wie beispielsweise die halmgutartige Biomasse benötigt.
Gegenwärtige Verfahren zur energetischen Nutzung
nachwachsender Rohstoffe
Die gängigen Verfahren zur energetischen Verwertung
halmgutartiger Biomasse basieren im Wesentlichen
darauf, Methangas zu produzieren. Das Biomethan
wird in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Erzeugung von Strom und Wärme verwendet. Da die Erlöse
aus dem Stromverkauf jedoch deutlich höher sind
als die Erlöse aus dem Verkauf der Wärme, werden
die BHKW‘s möglichst das ganze Jahr über mit voller
*Quelle: Umweltbundesamt. Die privaten Haushalte benötigten im Jahr 2011 ca. 66 % der Energie für das Heizen und 16 % für das Warmwasser.
http://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/endenergieverbrauch-der-privaten-haushalte
Aufgrund der guten Vergärbarkeit und hohen
Gaserträge werden für
gängige Verfahren zur
energetischen Nutzung
nachwachsender Rohstoffe Energiepflanzen
(überwiegend Mais)
angebaut, mit der Folge
ökologisch nicht unbedenklicher Monokulturen
und einem zunehmenden
Wettbewerb zur Nahrungsund Futtermittelproduktion.
Wärmeleistung Q in %
Stromleistung gefahren. Die Wärme kann in den meisten Fällen nur zur Gebäudebeheizung und Warmwasserzubereitung eingesetzt werden. Sie ist aus wirtschaftlichen Gründen über längere Zeit nicht speicherbar und
kann daher im Sommerhalbjahr nur in einem geringen
Umfang genutzt werden. Dies ist im Wesentlichen der
Grund dafür, dass der
Gesamtwirkungsgrad
Jahreswärmebedarf
- selbst bei einer vollstän100
digen Verwertung der
Wärme - selten mehr als
40% beträgt.
80
60
40
Heizung
20
Warmwasserbereitung
0
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Quelle: Wikipedia
Das BtE®-Verfahren
Das BtE®-Verfahren (Biomass to Energy) ist ein neues,
effizientes Verfahren zur energetischen Verwertung von
halmgutartiger Biomasse. Bei diesem Verfahren wird
die Biomasse nach einer Konditionierung mechanisch
in eine flüssige und eine feste Phase getrennt. Die flüssige Phase mit einem hohen Anteil leicht vergärbarer
Pflanzeninhaltsstoffe wird einem Fermenter zur Erzeugung von Biogas zugeführt und das so erzeugte Biogas
in einem Blockheizkraftwerk verstromt. Die an mineralischen Pflanzeninhaltsstoffen abgereicherte feste Phase
wird mit der Abwärme des BHKW‘s getrocknet und
zu Pellets oder Briketts gepresst. Beim BtE®-Verfahren
werden kaum Anforderungen an die Qualität der Substrate gestellt. Es ist daher besonders für die Verwertung von Rest- und Abfallstoffen wie Grünschnitt und
Landschaftspflegematerial geeignet. Zudem kann das
Entsorgungsproblem dieser Rest- und Abfallstoffe gelöst
werden, da statt einer Kompostierung die Herstellung
eines werthaltigen Produkts erfolgt.
Monate
BE
®
Die nach dem BtE®-Verfahren
hergestellten Brennstoffe aus
halmgutartiger Biomasse
unterscheiden sich von Brennstoffen aus naturbelassenen
Pflanzen dadurch, dass ihr
Gehalt an Mineralstoffen
wesentlich reduziert ist. Der
Chlor- und Kaliumgehalt in
der festen Phase entspricht in
etwa dem von hochwertigen
Holzbrennstoffen. Außerdem
wird der Ascheerweichungspunkt angehoben. Somit
werden Probleme mit der
Verschlackung von Feuerungsanlagen vermieden.
Mit Pellets aus teilverholzten
Gräsern aus der Landschaftspflege sind Verbrennungsversuche durch das Deutsche
Biomasseforschungszentrum
(DBFZ) in Leipzig mit vielversprechenden Ergebnissen
durchgeführt worden. Die
Ergebnisse lassen erkennen,
dass mit dem BtE®-Verfahren
Brennstoffe mit ähnlichen
Verbrennungseigenschaften
wie Holz produziert werden
können.
Schematische Darstellung des BtE-Verfahrens
zur energetischen Verwertung von Biomasse
Gras, extensiv / Grünschnitt etc.
Verwiegung
Silo
Dosierung
Vorwärmung
Sandabscheidung
Konditionierung
Flüssige Phase
Separierung
Fermentation
Frischwasser
(optional)
Feste Phase
Trocknung
Speicherung
Biogas
Vermahlung
Gärrest
Pelettierung
Lagerung
Kühlung
Siebung
Stand By
Pelletkessel
Zwischenlager
Lagersilos
Verladesilo
Sand
Dünger
Vorteile des BtE®-Verfahrens sind:
Stand: Juni 2014
Nutzung einer großen Bandbreite an Pflanzenarten
Erschließung bisher kaum genutzter Ressourcen
Herstellung eines werthaltigen Produktes aus Rest- und Abfallstoffen
Schonung der Ressourcen durch eine hohe Konversionseffizienz
Vermeidung einer Konkurrenzsituation zur Nahrungsmittelproduktion
Energie in Form lagerfähiger Festbrennstoffe für eine bedarfsgerechte Verwertung
Hochwertige Brennstoffe aus halmgutartiger Biomasse können Holzpellets ersetzen
Strom
Pellets
Die BtE®-Versuchsanlage zur Produktion von Brennstoff
aus halmgutartiger Biomasse in Borgstedt
Bi.En GmbH & Co. KG hat eine Versuchs- und Demonstrationsanlage nach dem BtE®-Verfahren auf dem Gelände
der Abfallwirtschaftsgesellschaft Rendsburg-Eckernförde
mbH in Borgstedt/Schleswig-Holstein errichtet. Die Inbetriebnahme war im Herbst 2013, die offizielle Einweihung
erfolgte im April 2014.
Während eines 2-jährigen Forschungs- und Entwicklungsprogrammes mit Demonstrationscharakter sollen folgende
Bereiche des BtE®-Verfahrens für die Markteinführung
untersucht, optimiert und demonstriert werden:
Die Trennung von halmgutartiger Biomasse in eine feste und eine flüssige Phase
Die Entwicklung und Erprobung eines nicht durchmischten Fermenters und eines
Verfahrens für die thermophile Vergärung von Pflanzensäften
Die Optimierung der Verbrennungseigenschaften und die Sicherstellung der Qualität von Brennstoffen aus halmgutartiger Biomasse
Als Ausgangsmaterial sollen Bioabfälle in Form von halmgutartiger Biomasse von Naturschutzflächen und Grünschnitt aus der Pflege von Parks und Gärten verwendet
werden.
Projektförderung und Kooperation:
Um die Biomasse richtig aufzubereiten, müssen geeignete
Prozesse entwickelt werden. Seit 2004 hat Bi.En in die Entwicklung des BtE®-Verfahrens mehrere Millionen Euro investiert. Für die Entwicklung und Erprobung des Kernprozesses
des Verfahrens mit dem Titel „Trennung von halmgutartiger
Biomasse zur Produktion von Strom und Brennstoff“ erhielt
Bi.En im November 2011 einen Zuschuss zur Förderung von
„Umweltinnovationen“ (UI) aus dem Zukunftsprogramm
Wirtschaft des Landes Schleswig-Holstein.
Zudem haben Bi.En und die Hochschule für angewandte
Wissenschaften in Hamburg (HAW) aus dem Zentralen
Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie Mitte 2013 einen
Zuschuss für die Entwicklung und Erprobung eines nicht
durchmischten Fermenters für eine thermophile Vergärung
der flüssigen Phase des BtE®-Verfahrens erhalten. Hierbei
werden die Vermeidung des Substratschlupfes und die
gleichzeitige Hygienisierung der verwendeten Abfallstoffe
gemäß Bioabfallverordnung angestrebt.
Die Durchführung des Vorhabens erfolgt in Kooperation
mit der HAW. Unter der Leitung von Prof. Paul Scherer
werden die erforderlichen analytischen Untersuchungen
durchgeführt und ein neuartiges „Quantitatives Mikroskopisches Fingerprinting“ (QMF) zur Optimierung des
Fermentationsprozesses angewendet.
Bi.En GmbH & Co. KG
Bi.En GmbH & Co. KG wurde 2009 als 100-prozentige
Tochtergesellschaft der seit vielen Jahren im Bereich
regenerative Energien tätigen getproject GmbH & Co. KG
gegründet. In Zusammenarbeit mit Prof. Scheffer von
der Universität Kassel hat getproject seit 2004 das
Verfahren zur Energieerzeugung aus halmgutartiger
Biomasse entwickelt. Die weitere Entwicklung und
Vermarktung dieses Verfahrens ist inzwischen unter
dem Markennamen BtE® auf die Tochtergesellschaft
Bi.En übertragen worden.
Das Europäische Patentamt hat für das BtE®-Verfahren
das Patent EP 1 829 829 „Trennung von Biomassen“
erteilt. Darüber hinaus hat das Patentamt die Erteilung
eines Patentes für den nichtdurchmischten Fermenter zur
Vergärung von Pflanzensäften angekündigt. Für weitere
Komponenten des BtE®-Verfahrens sind Patentanträge gestellt worden. Auch diverse Markennamen und
Gebrauchsmuster sind von Bi.En angemeldet worden.
Bi.En GmbH & Co. KG
Russeer Weg 149a
24109 Kiel
Telefon 0431 38960-0
[email protected]
www.bi-en.eu