Regenerative Energie
Qualitative und Quantitative Betrachtung von Petro- und Biokraftstoffen mittels GCxGC-TOFMS:
Neue Entwicklungen und Anwendungen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Die umfassend zwei-dimensionale Gaschromatographie (GCxGC; engl.: comprehensive two-dimensional gas chromatography) und die Detektion mittels Flugzeit-Massenspektrometrie (TOFMS; engl.: time-of-flight mass spectrometry) ermöglicht es komplexe Stoffgemische wie petrochemische Proben in Einzelbestandteile bzw. Substanzklassen zu trennen. Die Kombination charakteristischer Elutionsprofile mit der Möglichkeit, Massenspektren mittels auf Visual Basic basierender Algorithmen zu analysieren ermöglicht eine automatisierte und sehr detaillierte qualitative und quantitative Auswertung auch großer Datenmengen. Die GCxGC-TOFMS Analytik bietet somit im Vergleich zur konventionellen Gaschromatographie eine enorm gesteigerte Selektivität, die zur Analyse hochkomplexer Rohstoffe (z.B. Pyrolyseöl) notwendig ist. Darüber hinaus ist es mögliche eine Quantifizierung, gegliedert nach Kohlenstoffanzahl durchzuführen.
Gemeinsame Hydrierung von Pflanzenölen mit Straight-run-Gasölfraktionen
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Hydriertes Pflanzenöl (HVO) besteht nahezu ausschließlich aus Alkanen. Es kann daher im Gegensatz zu Biodiesel (FAME) prinzipiell in beliebigen Anteilen zu Dieselkraftstoff gemischt werden. Die Zumischraten werden nur durch normative Parameter (z.B. Dichte, Siedeverhalten) begrenzt. Die industrielle HVO-Herstellung erfolgt gegenwärtig in sogenannten Stand-Alone-Anlagen. Eine vielversprechende Alternative besteht in der Mithydrierung von Pflanzenölen bei der Entschwefelung von Gasölfraktionen in Raffinerien. Beide Prozesse laufen unter vergleichbaren Reaktionsbedingungen ab. Dadurch kann bestehende Raffinerieinfrastruktur mitgenutzt werden.
Die Biokraftstoffproduktion in Deutschland - Stand der Technik und Optimierungsansätze
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Nach der Ermittlung des Status Quo deutscher Biokraftstoffanlagen liegt eine umfangreiche Datenbasis der Verfahrenstechnik vor. Daraus wurden virtuelle Biokraftstoffanlagen als Simulationsmodelle entwickelt, die für weitere Untersuchungen zur Verfügung stehen.
Energetische Nutzung von biogenen Reststoffen -
Untersuchung der Aufbereitung und Verbrennungseigenschaften am Beispiel von Pferdemist-Pellets
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Der im Bereich der Biomasse verwendete Energieträger Holz ist in seiner wirtschaftlichen Verfügbarkeit begrenzt. Dem entsprechend findet die energetische Nutzung von Reststoffen der Landwirtschaft verstärktes Interesse, die sich aber hinsichtlich ihrer chemischen Eigenschaften und damit ihres Verbrennungs und Emissionsverhaltens zum Teil deutlich von den üblichen Holzbrennstoffen unterscheiden.
Betriebsmodi einer Schwachgas- Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage zur flexiblen Stromerzeugung unter Nutzung von Holzkohle
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Es wurden an einer mit Holzkohle betriebenen, selbstentwickelten Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage Untersuchungen zur hochflexiblen Strombereitstellung durchgeführt. Während dieser Untersuchungen konnten fünf mögliche Betriebsmodi identifiziert werden, welche für den flexiblen Betrieb von Bedeutung sind. Neben einer schnellen Regelfähigkeit besitzt die Anlage weiterhin die Fähigkeit in einem großen Bereich eine Lastverschiebung zwischen elektrischer und thermischer Last vorzunehmen. Die Modulationsfähigkeit der Anlage beträgt 18-100 % im normalen Betrieb mit Drosselung der Brennstoffzufuhr und 36-100 % im Betrieb mit Lastverschiebung.
Großbaustelle Wärmewende
Herausforderungen bei der Umsetzung von Wärmeprojekten in Bioenergie-Regionen
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Im Gegensatz zum Ausbau der erneuerbaren Strombereitstellung ist die Bereitstellung von Wärme aus erneuerbaren Energieträgern ein bisher weniger beachtetes Thema. Zur Umsetzung der eingeleiteten Energiewende ist es jedoch notwendig, neben dem verstärkten Einsatz von regenerativem Strom auch die Wärmeversorgung stärker zu fokussieren. Der Einsatz von Biomasse trägt aufgrund eines vielseitigen Einsatzspektrums zur Deckung des Bedarfs entscheidend bei. Die Umsetzung regenerativer Wärmeprojekte ist eine sehr komplexe und dezentrale Angelegenheit. Eine besondere Schwierigkeit besteht dabei, Erzeuger und Verbraucher zusammen zu bringen und so eine Win-Win-Situation für alle Beteiligten herbei zu führen. Gute Beispiele für die Initiierung und Umsetzung solcher biogenen Wärmeprojekte lassen sich in den 21 deutschlandweiten Bioenergie-Regionen finden. Der Beitrag möchte diese Erfahrungen darstellen und insbesondere auf die Rolle der Regionalmanagements bei der Gestaltung von biogenen Wärmeprojekten eingehen. Ferner werden politische Rahmenbedingungen erläutert und Herausforderungen bei der Umsetzung solcher Projekte aufgezeigt.
Integrierte stoffliche und energetische Wertschöpfung aus Biomasse - Koppelprozesse im BMBF-Spitzencluster BioEconomy
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Die Transformation des fossil-basierten in ein bio-basiertes Wirtschaftssystem ist ein wichtiges langfristiges Ziel der Bundesregierung. Basierend auf einer Forschungs- und Politikstrategie für eine Bioökonomie entsteht, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), in der Region Sachsen-Anhalt und Sachsen um den Chemiestandort in eine Modellregion für eine bio-basierte Wirtschaft. Dieser Spitzencluster weist ein starkes Portfolio Non-Food Biomasse verarbeitender Verbundprojekte entlang einer Wertschöpfungskette für Buchenholz auf. Die Akteure verfolgen im Verbund die Herstellung von Plattformchemikalien, deren Veredelung zu End- und Hilfsprodukten sowie deren Einsatz in der Holzwirtschat und im Automobilbau. In Koppelproduktion werden Prozessenergie und Energieträger bereitgestellt und die eingesetzte Biomasse mit höchst-möglicher Wertschöpfung genutzt. Eine umfassende Begleitforschung stellt wichtige Erkenntnisse für eine Fortgestaltung der eingeschlagenen Bioökonomiestrategie bereit. Der vorliegende Beitrag beleuchtet die Chancen für Bioenergieprozesse anhand einiger Projektbeispiele genauer und gibt einen Überblick über die Struktur und die Aktivitäten im Spitzencluster BioEconomy.
Modellbasierte Flexibilisierung der Biogasproduktion
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Der Einsatz von Windkraft und Photovoltaik ist, bei wechselnden Witterungsbedingungen, mit einer Volatilität der Energiebereitstellung verbunden. Diese Schwankungen können auf Verbraucherseite nur eingeschränkt abgefangen werden. Auf Erzeugerseite ist, neben Wasserkraft, die Bereitstellung von Energie aus Biomasse die einzige direkte Möglichkeit, die Volatilität auszugleichen.
Optimierung von Halmgutpellets aus Paludikultur mit Beimischungen von Holz
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Paludikultur ('palus': lat. Sumpf) ist nasse Landwirtschaft auf Moorstandorten bei gleichzeitigem Erhalt des Torfkörpers als Kohlenstoffspeicher. Die aufwachsende Biomasse kann als regenerativer Energieträger genutzt werden. In der vorliegenden Studie wurde Biomasse aus Paludikultur im Technikumsmaßstab sowie im Praxisversuch pelletiert und prozessspezifische Kennwerte und Eigenschaften der Pellets analysiert. Die Bewertung erfolgt hinsichtlich der normativen Anforderungen nach DIN EN ISO 17225-6. Neben der Herstellung der Pellets war die brennstoffseitige Charakterisierung der Pellets zur bewertenden Einordnung der energetischen Verwertung Inhalt der Arbeit. Zur weiteren Optimierung wurde den einzelnen Paludikultur-Biomassen Kiefernholz zugemischt (Anteil von 50 und 80 %).
Anteil fester Biomasse am deutschen Energiemix
Ausblick auf zukünftige Bereitstellungsstrategien infolge zunehmender Rohstoffknappheit von Holz
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Die politischen Zielvorgaben der Bundesregierung sehen u.a. eine Steigerung des Anteils der Wärme- und Kälteerzeugung aus erneuerbaren Energien (EE) vor. Da biogene Festbrennstoffe den größten Anteil innerhalb der EE zur Wärmebereitstellung beitragen und mittelfristig gesehen adäquate, erneuerbare Alternativen nicht zur Verfügung stehen, werden biogene Festbrennstoffe auch in Zukunft einen bedeutenden Beitrag im Wärmesektor leisten. Außerdem können Biomasse-Festbrennstoffanlagen den Strom flexibel einspeisen und sind folglich in der Lage, die fluktuierende Stromeinspeisung aus PV- und Windkraftanlagen anteilig auszugleichen. Grenzen der Verfügbarmachung fester Bioenergieträger sind neben Flächenkonkurrenzen, Nachhaltigkeitsgesetz, Zertifizierungssystemen vor allem Konkurrenzen mit der stofflichen Nutzung. Letztere werden nachfolgend dargelegt und Beispiele für zukünftige Bereitstellungs- und Nutzungsstrategien aufgezeigt.