Infobrief der FNR 03 / 2021: Bioenergie

Förderaufruf: Modell- und Demonstrationsvorhaben zur Erhöhung des Anteils von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen

Der Förderaufruf konzentriert sich auf die Förderung von Maßnahmen, Technologien und Konzepten, die beispielgebende Impulse zur Vergärung von Wirtschaftsdüngern setzen und so dazu beitragen, mehr Wirtschaftsdünger in Biogasanlagen energetisch zu nutzen und damit einhergehend die Treibhausgas-Emissionen aus der Tierhaltung zu verringern.

Das BMEL will mit der Förderung von Modell- und Demonstrationsvorhaben bundesweit Leuchtturmprojekte zur Erhöhung des Anteils von Wirtschaftsdüngern als Substrat in Biogasanlagen initiieren. Es sollen beispielhafte und innovative Konzepte mit Vorbildcharakter für eine klimafreundliche und effiziente Energiegewinnung aus Wirtschaftsdüngern entwickelt werden, die sich auf möglichst viele Standorte deutschlandweit übertragen lassen.

Einreichungsfrist für Skizzen: 31. Januar 2022

Gefördert aus: Sondervermögen „Energie- und Klimafonds“

Wärmekompass: Heizkosten- und Kohlendioxid-Vergleich für erneuerbare Wärme

Ob privater Gebäudeeigentümer, gewerblicher Immobilienverwalter oder Beschaffer für kommunale Liegenschaften: Wer die Heizung auf nachhaltige, erneuerbare Energie umstellen will, der kann mit dem Online-Wärmekostenrechner der Agentur für Erneuerbare Energien (AEE) die Treibhausgaseinsparung und die Kosten für das Heizen mit Biomasse- und Solarthermie sowie Wärmepumpen berechnen. Der Wärmekostenrechner ermöglicht den direkten Vergleich von Wirtschaftlichkeit und Klimabilanz verschiedener erneuerbarer Wärmeerzeuger und Hybridlösungen.

Bei Eingabe von individuellen Daten u. a. zu Gebäudetyp und Heizbedarf bzw. bisherigem Heizölverbrauch kann mit dem Online-Wärmekostenrechner im Internet eine unabhängige Vollkostenanalyse auf Basis der tatsächlichen Verbrauchsdaten vorgenommen werden. Die Heizkostenberechnung berücksichtigt dazu Anschaffungs- und Betriebskosten sowie den CO2-Ausstoß durch Brennstoffeinsatz, Vorketten und Betrieb von Heizungsanlagen. Für unterschiedlichste Gebäudetypen, wie Altbauten und Neubauten, Ein- und Mehrfamilienhäuser, Gewerbeimmobilien und größere Gebäudekomplexe liefern die Berechnungsalgorithmen zuverlässige Werte für die Planung einer Energieträgerumstellung bzw. Erneuerung der Heizung.

Der mit Förderung des BMEL von der AEE und dem IER an der Universität Stuttgart entwickelte Wärmekompass gibt einen Überblick über die nutzbaren Technologien und Brennstoffe sowie einen Einblick in die Vollkosten des Heizens und die damit verbundenen Treibhausgasemissionen. Er bietet so eine Orientierung, welche Optionen zum Heizen mit erneuerbaren Energien in Hinblick auf Treibhausgaseinsparung und Kosten in die engere Wahl genommen werden sollten.

Aus stadtplanerischer und energietechnischer Sicht ist es dabei oft sinnvoll, die Planung über Einzelgebäude hinausgehend für Gebäudekomplexe bzw. Quartiere vorzunehmen. Dazu ergänzt der der AEE-Leitfaden „Wärmewende für Quartiere“ den Rechner. Mit den Leitfäden „Wärmewende für landwirtschaftliche Betriebe“ und „Wärmewende in kommunalen Liegenschaften“ zeigt die AEE zudem, wie die Wärmewende auch in Landwirtschaftsbetrieben und für kommunale Liegenschaften möglich und wirtschaftlich darstellbar ist.

Wärmekompass – Berechnen Sie Ihre Heizkosten und CO2-Einsparung, Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien e. V.

Wärmekompass – Berechnen Sie Ihre Heizkosten und CO2-Einsparung, Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien e. V.

Broschüre Holzpellets

Das Heizen mit Holzpellets ist nicht nur hoch effizient und besonders emissionsarm, sondern erfreut sich auch zunehmender Beliebtheit. Vom kleinen Pelletofen bis hin zu Heizwerken im Megawattbereich, von der Mietwohnung über Einfamilienhäuser bis zu Bioenergiedörfern und städtischen Quartieren: Holzpellets liefern in den verschiedensten Anwendungsbereichen erneuerbare und weitgehend klimaneutrale Wärme.

Holzpellets sind ein regional und nachhaltig verfügbarer Brennstoff, der in Deutschland an über 50 Standorten aus Sägeresten der Sägewerke produziert wird. Hierzulande tragen mittlerweile über 500.000 Pelletheizungen maßgeblich zur Einsparung von CO2-Emissionen bei der Wärmeerzeugung bei.

Die Broschüre „Holzpellets“ bietet eine Auswahlhilfe für Pelletheizungen und erlaubt Ihnen zu prüfen, ob für Ihr Gebäude eher ein Pelletkaminofen oder ein Pelletheizkessel in Betracht kommt. Erläutert werden Aspekte zur Planung und Ausführung von Pelletlagern und Austragsystemen ebenso wie Anforderungen an Heiz- und Lagerräume. Sie informiert aber auch über Rohstoffe für die Pelletherstellung und die Rohstoffpotenziale. Die Herstellung von Holzpellets wird ebenso dargestellt sowie die Bedeutung von Produktnormen und zugehörigen Zertifikaten, die für eine hohe Pelletqualität bürgen. Hinweise auf das Gebäudeenergiegesetz und die Bundesförderung für effiziente Gebäude sowie Adressen und Literatur runden die Broschüre ab.

Nutzen Sie die Gelegenheit, sich über Holzpellets und Pelletheizungen zu informieren! Die Broschüre Holzpellets kann auf in der Mediathek der FNR bestellt oder als PDF-Dokument kostenfrei heruntergeladen werden.

Regionales Restholz effizient verwerten

Biomassekleinvergaser ermöglichen es, Restholz in Form von Hackschnitzeln oder Holzpellets für die erneuerbare Wärme- und Stromproduktion zu nutzen. Das BMEL fördert Entwickler, Hersteller und Betreiber von Biomassekleinvergasern, um die Technologie weiterzuentwickeln und den wirtschaftlichen Anlagenbetrieb von Holzgas-BHKW durch höhere Robustheit und Ressourceneffizienz zu verbessern.

Die Technik der Holzvergasung hat sich in den letzten Jahren sehr dynamisch entwickelt. Die Anlagen können durch die Modulierbarkeit der Leistung inzwischen Anforderungen des Strommarktes erfüllen und so einen Beitrag zur Systemstabilität bzw. zur Integration weiterer erneuerbarer Energien leisten. Einige Hersteller konnten die Serienfertigung weiter ausbauen andere die prinzipielle Marktfähigkeit ihrer Anlagen unter Beweis stellen.

Momentan stellt die Wirtschaftlichkeit des Betriebs von Biomassevergasern zur Strom- und Wärmebereitstellung die größte Herausforderung dar. Für eine erfolgreiche Etablierung von weiteren Biomassevergasern zur Strom- und Wärmebereitstellung aus nachwachsenden Rohstoffen sind technische und ökonomische Optimierungen notwendig. Hier setzen aktuelle Forschungsvorhaben an, um die Leistungsfähigkeit von Holzgas-BHKW durch die Steigerung der Leistung bei gleichbleibender Anlagengröße sowie durch die Verbreiterung der Brennstoff-/Rohstoffbasis zu verbessern.

Die Burkhardt GmbH wird ihre im Gleichstromvergaserverfahren arbeitenden Biomasse-Kleinvergaser zur energetischen Nutzung von Biomassepellets im Leistungsbereich bis 340 kWel weiterentwickeln und verbessern. Insbesondere gilt es, die Anlagenrobustheit zu erhöhen und einen weitgehend automatisierten Betrieb sicherzustellen. Die Anlagensteuerung soll kritische Zustände mittels Algorithmen erkennen und ein Fernwartungssystem die Instandhaltung von Biomasse-Kleinvergaseranlagen erleichtern.

Den Einsatz gering aufbereiteter Waldresthölzer zur Holzvergasung untersuchen Stadtwerke Rosenheim GmbH & Co. KG. Das Vorhaben zielt ab auf die Weiterentwicklung der Biomassekleinvergaser nach dem Rosenheimer Verfahren durch eine Steigerung der Energieeffizienz und die Verbreiterung des Brennstoffspektrums. Die Rosenheimer Biomassekleinvergaser funktionieren nach dem gestuften Pyrolyse-Gleichstrom-Wirbelbett-Verfahren und werden mit bis zu 180 kWel und 380 kWth angeboten. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Erweiterung des Vergaserkennfelds, so dass der Prozess in Abhängigkeit von den Brennstoffeigenschaften und bei variabler Last zuverlässig mit hohem Gesamtwirkungsgrad betrieben werden kann.

Die ReGaWatt GmbH entwickelt ihr hocheffizientes Energiesystem im Leistungsbereich von 2 bis 4,5 MWth (bzw. 400 - 1400kWel) weiter und strebt hierbei ein breiteres Brennstoffsortiment wie zum Beispiel Rinden aus Sägewerken, Maisspindeln, Sonnenblumenschalen und holzartige Siebrückstände aus Kompostwerken an. Auch hier lassen sich Wartungsintervalle über Trendalgorithmen, Störfallprognosen und Betriebsdaten vorausschauend planen und erhöhen gleichzeitig die Anlagenverfügbarkeit.

Die Vorhaben von Burkhardt GmbH, Stadtwerke Rosenheim GmbH & Co. KG und ReGaWatt GmbH werden vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. Informationen zu den Projekten sind über die Projektdatenbank auf www.fnr.de unter den Förderkennzeichen 2219NR289, 2219NR296, 2220NR139X abrufbar.

ReGaWatt-Vergaseranlage für Waldholz-Hackschnitzel in Puidoux, Val-de-Charmey, Kanton Freiburg/Schweiz, Bildquelle: ReGaWvatt GmbH

ReGaWatt-Vergaseranlage für Waldholz-Hackschnitzel in Puidoux, Val-de-Charmey, Kanton Freiburg/Schweiz, Bildquelle: ReGaWvatt GmbH

 

Mit Zuckerrüben die Biogasproduktion flexibilisieren

Forscher der Universität Ulm und der Georg-August-Universität Göttingen haben in einem vom BMEL geförderten Verbundvorhaben gezeigt, dass sich Zuckerrübensilage für eine bedarfsgerechte Biogasproduktion eignet und dadurch Mehrerlöse generiert werden können. Darüber hinaus konnten Handlungsempfehlungen für ein flexibles Fütterungsmanagement und die damit verbundene Strom- und Gasproduktion abgeleitet werden.

Die Umstellung von grundlastbetriebenen Biogasanlagen auf eine flexible Fahrweise erfordert in der Regel relativ hohe Investitionen in die Anlagen, z. B. für zusätzliche BHKW-, Gasspeicher- oder Wärmekapazitäten. Die flexible Stromerzeugung, d. h. der zeitlich gezielte Betrieb des BHKW, muss jedoch nicht ausschließlich über die Gasspeicherung erfolgen. Eine Alternative zum zusätzlichen Gasspeicher bietet die Flexibilisierung der Biogaserzeugung. Dass sich die Biogasproduktion zeitlich beeinflussen lässt, zeigten nun Forscher in dem Verbundvorhaben „Verfahrenstechnische, enzymatische und genomische Charakterisierung einer flexiblen Biogasproduktion mit gezieltem Einsatz von Zuckerrüben – FLEXIZUCKER“.

Ziel ist eine bedarfsgerechte Methanproduktion durch eine gezielte Zufuhr von Zuckerrübensilage. Um einen schnellen, zeitlich vorhersehbaren und gleichzeitig stabilen Biogasprozess zu erreichen, wurden mittels kontinuierlicher Gärversuche im Labormaßstab verfahrenstechnische und enzymatische Aspekte bei stoßweisem Einsatz von Zuckerrüben untersucht. Maissilage diente dabei als Basissubstrat.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Zuckerrübensilage zu einem raschen Umsatz der schnell verfügbaren Kohlenhydrate und einer unmittelbaren Methanproduktion führt. Somit eignet sich Zuckerrübensilage sehr gut als Spitzenlastsubstrat. Ein Mischungsverhältnis von 3:1 (Maissilage:Zuckerrübensilage auf oTS-Basis) lieferte die besten Ergebnisse. Allerdings können zu hohe Zuckerrübenanteile zu Prozessinstabilitäten führen. Für hohe spezifische Biogas- und Methanerträge und einen langfristig stabilen Biogasprozess soll der Anteil der Zuckerrübe an der Gesamtzufuhr basierend auf der organischen Substanz 25 % nicht übersteigen. Die Untersuchungen zeigten auch, dass der Biogasertrag signifikant gesteigert werden kann, wenn die Zuckerrübensilage nicht stündlich, sondern stoßweise in einer bzw. in zwei Portionen zugeführt wird. Der Methanmehrertrag lag dabei um bis zu 24 % höher verglichen mit der quasi-kontinuierlichen Fütterung. Außerdem ist bei stoßweiser Substratzugabe – insbesondere bei schnell umsetzbaren Substraten – eine intensivere Prozessüberwachung zu empfehlen.

Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse zeigte, dass die Verwendung der Zuckerrübensilage für die bedarfsgerechte Biogaserzeugung Mehrerlöse generieren kann. Für die Wirtschaftlichkeitsanalyse wurden verschiedene Vergütungssätze und unterschiedliche Mischungen von Mais- und Zuckerrübensilage berücksichtigt. Es wurde deutlich, dass die mittlere tageszeitliche Preisspanne an der Strombörse alleine keinen wirtschaftlichen Betrieb der hier untersuchten flexibel geführten Biogasanlagen erlaubt und diese auf die staatliche Förderung über höhere Vergütungssätze angewiesen sind. Durch die höheren spezifischen Substratkosten ist der Einsatz der Zuckerrübe vor allem im Verhältnis von 3:1 (Maissilage: Zuckerrübensilage auf oTS-Basis), wirtschaftlich vorteilhaft. Darüber hinaus zeigte auch das Vorgängerprojekt "Optimierung der anaeroben Vergärung von Substratmischungen durch Zuckerrüben" (FKZ 22013511), dass die Zugabe von Zuckerrübensilage in den Fermenter den Abbau faserreicher Substrate wie Grassilage und Landschaftspflegegras fördert.

Die ausführlichen Handlungsempfehlungen der Verbundpartner sind im FLEXIZUCKER-Abschlussbericht der Universität Ulm nachzulesen. Die Abschlussberichte sind in der Projektdatenbank der FNR verfügbar.

Multi-Fuel-Traktor mit Biokraftstoffen erfolgreich

Der Landmaschinenhersteller John Deere, das Technologie- und Förderzentrum Straubing und die Technische Universität Kaiserslautern haben gemeinsam ein Konzept für einen Multifuel-Traktor bzw. für Multifuel-Motoren in Landmaschinen entwickelt. Das Motorsystem erlaubt den Einsatz zweier nachhaltiger Biokraftstoffe, wie Pflanzenölkraftstoff oder Biodiesel, oder konventionellem Dieselkraftstoff. Die Kraftstoffe können als Mischungen oder als Reinkraftstoffe genutzt werden.

Neben dem Preisabstand zum Dieselkraftstoff ist die Beschränkung auf einen Kraftstoff für die gesamte Nutzungsdauer eines Schleppers ein Hemmnis für die Nutzung von Biokraftstoffen in der Landwirtschaft. In dem Projekt „Entwicklung und Feldtest eines Abgasstufe 5 Multi-Fuel-Traktors (Must5-Trak)“ wurden Pflanzenölkraftstoff, Biodiesel, aber auch konventioneller Dieselkraftstoff als Reinkraftstoffe und in diversen Mischungen erfolgreich getestet. Verschiedene Sensoren erkennen diese Kraftstoffmischungen, so dass über die Motorsteuerung die Wahl der optimalen Betriebspunkte erfolgt.

Damit könnten Land- und Forstbetriebe CO2-Emissionen senken und auf Preisvolatilität bzw. unterschiedliche Verfügbarkeit am Kraftstoffmarkt reagieren. Die Abgasvorschriften nach EU Stufe V werden mit allen Kraftstoffkombinationen eingehalten. Ein Hemmnis beim Einsatz von Biokraftstoffen wäre damit beseitigt, was Landwirten ermöglicht, hohe Anteile erneuerbarer, klimafreundlicher Kraftstoffe zu nutzen.

Das Verbundforschungsvorhaben MUST5-TRAK wurde vom BMEL gefördert.

Multi Fuel Traktor für den Einsatz von Biokraftstoffen in der Landwirtschaft, Quelle: Technologie- und Förderzentrum (TFZ)

Multi Fuel Traktor für den Einsatz von Biokraftstoffen in der Landwirtschaft, Quelle: Technologie- und Förderzentrum (TFZ)

Klimafreundlicher Kreislauf: Heizen mit Holz

Heizen mit Holz ist treibhausgasneutral, weil zeitgleich heranwachsende Bäume das freigesetzte Kohlendioxid wieder aufnehmen. Beim Heizen mit fossilen Brennstoffen gibt es einen solchen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf nicht.

Die aktuelle Pressegrafik der FNR verdeutlicht den klimafreundlichen Kreislauf: Bäume nutzen beim Wachsen u. a. Sonnenenergie und Kohlendioxid (CO2) und speichern Kohlenstoff und Energie im Holz. Beim Heizen mit Holz wird die gespeicherte Sonnenenergie als Nutzenergie in Form von Wärme wieder frei; der Kohlenstoff geht als CO2 zurück in die Atmosphäre. Dabei wird nur so viel CO2 frei, wie der Baum im Wachstum als Kohlenstoff im Holz gespeichert hat. Zeitgleich heranwachsende Bäume gleichen die Emissionen wieder aus, denn sie binden Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

Bei nachhaltiger Waldbewirtschaftung in Deutschland halten sich – trotz Nutzung von Holz für Produkte und Energie und bei Berücksichtigung der Waldschäden – Aufnahme und Abgabe von CO2 die Waage. Dabei binden heranwachsende jüngere Baumaltersklassen je Hektar Waldfläche eine größere Menge CO2 als alte Baumbestände.

Mit Blick auf die CO2-Bindung ist ein ungenutzter Wald also nicht von Vorteil. Verrottet das Holz im Wald, wandelt sich der Kohlenstoff ebenfalls wieder in CO2 um. Doch die langjährige Kohlenstoffspeicherfähigkeit von Holzprodukten – etwa in Möbeln oder Dachstühlen – und auch die im Holz gespeicherte Energie bleibt dann ungenutzt.

Die Wiederverwendung von Holz in Produkten – vom Bauholz bis zum Pappkarton – erhöht die im Kreislauf gespeicherte Kohlenstoffmenge erheblich. Erst wenn am Ende einer Mehrfachnutzungskaskade Holzabfälle zur Energieerzeugung verwertet werden, wird der ursprünglich vom Baum eingelagerte Kohlenstoff in Form von CO2 wieder freigesetzt.

Deshalb ist Holzenergie eine erneuerbare Energie und treibhausgasneutral.

Neben der Gebäudesanierung und Energieeinsparung ist eine Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien unumgänglich, um die 2015 in Paris vereinbarten internationalen Klimaziele zu erreichen. Förderprogramme, etwa die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG), erleichtern den Umstieg auf klimafreundliche Heizsysteme.