Nachhaltigkeit von Biogasanlagen

Deutsches BiomasseForschungsZentrum
German Biomass Research Centre
13. NRW-Biogastagung
Sources: www.google.com
Nachhaltigkeit von Biogasanlagen Ansätze zur Treibhausgasbilanzierung
Katja Oehmichen, Stefan Majer
Landwirtschaftszentrum Haus Düsse, 22. März 2012
Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, www.dbfz.de
Inhaltsübersicht
Einleitung
Methodik der THG-Bilanzierung
Die THG-Bilanz von Biogasanlagen
Zusammenfassung
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Einleitung
Treiber der Förderung von Produktion und Nutzung von Biogas
Der Wunsch zur Einsparung von anthropogenen THG-Emissionen,
Die Erhöhung der Energieversorgungssicherheit bzw. die Reduzierung von
Importabhängigkeiten
Entwicklung zusätzlicher Wertschöpfungsoptionen in ländlichen Räumen
öffentliche Akzeptanz ist eine wesentliche Voraussetzung zum
Erreichen dieser Ziele
Ökologisch, ökonomisch und sozial nachhaltige Produktion und
Nutzung von Biogas
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Einleitung
Gefahren einer steigenden
Bioenergienachfrage
Starke Zunahme von Verschmutzung,
Eutrophierung, Versauerung und
klimawirksamen Emissionen durch höheren
Düngemitteleinsatz
Verlust von Biodiversität
Zerstörung von natürlichen Ökosystemen und
Lebensräumen
Starke Emissionen im Zuge von direkten und
indirekten Landnutzungsänderungen
Verlust von Grünland und nat. Wäldern
Photos: www.google.de
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Einleitung
Diskussion zur ökologischen Nachhaltigkeit
Begriff Nachhaltigkeit beinhaltet die Zielstellung Natur und Umwelt zu
erhalten
Zielstellung umfasst Aspekte wie Erhalt Biodiversität, Klimaschutz,
Landschaftspflege, den Schutz natürlicher Fläche usw.
In der Diskussion um Bioenergie starker Fokus auf Klimaschutz
Vor dem Hintergrund förderpolitischer Ziele gewinnt THG-Bilanz von
Bioenergieträgern an Bedeutung
Für Biokraftstoff THG-Minderungspotential Voraussetzung für
Marktzugang
Zukünftig Ausweitung auf den gesamten Bioenergiebereich
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Methodik der THG-Bilanzierung
Grundlagen der Ökobilanzierung
Ökobilanz als Werkzeug zur
Bewertung potentieller
Umweltwirkungen von Produkten und
Dienstleistungen
Inhaltliche Beschreibungen in
internationalen Normen DIN ISO
14040 u. 14044
THG-Bilanzierung Bestandteil der
Ökobilanzierung
Rahmen einer Ökobilanz
Umfasst gesamten Produktlebensweg
von der “Wiege bis zu Bahre”
Ziel und Untersuchungsrahmen
Sachbilanz
Auswertung
Wirkungsabschätzung
Quelle: DIN EN ISO 14040
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Grundlagen der Ökobilanzierung
Ziel und Untersuchungsrahmen
Systemgrenzen
Quelle: DBFZ 2012
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Grundlagen der Ökobilanzierung
Sachbilanz – Prozesskettenanalyse
Quelle: DBFZ 2012
OUTPUT
Haupt-, Nebenprodukte
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Grundlagen der Ökobilanzierung
Wirkungsabschätzung
UMWELTWIRKUNG
CHARAKTERISTIKA
Primärenergie-verbrauch
Kumulierter Verbrauch an Ressourcen, Fokus fossile Energieträger
(z.B. Kohle, Erdgas, Mineralöl, Uran)
Global Warming Effekt
Erwärmung der globalen Atmosphäre durch anthropogene
Treibhausgasemissionen; im wesentlichen: CO2 und seine
Äquivalente CH4 (23 CO2eq), N2O (296 CO2eq)
Versauerung
Verschiebung des Säuregleichgewichts in Böden und Gewässern
durch Säure bildende Gase: SO2 und Äquivalente, z.B. NOx (0,7
SO2eq), NH3 (1,88 SO2eq), HCl (0,88 SO2eq)
Eutrophierung
Einbringen von Nährstoffen in Böden und Gewässer durch PO43und Äquivalente NOx (0,13 PO43-eq), NH3 (0,35 PO43-eq)
Photo- / Sommersmog
Entstehung von Photooxidantien (z.B. Ozon) in der Atmosphäre
durch Zusammenspiel von Sonnenstrahlung, NOx und FCKW
Ozonabbau
Abbau der schützenden Ozonschicht in der Stratosphäre durch z.B.
FCKW, N2O
Humantoxizität
Humantoxische Wirkung von Feinstaub (PM10) in der Luft; direkt
oder indirekt durch z.B. NOx, FCKW, NH3, SO2
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THG-Bilanz von Biogasanlagen
ANLAGENPARAMETER
Anlagenleistung
500kW
Substrat
100% Maissilage
Substratinput
11.632 tFM/a
Betriebsstunden
8.000 h/a
Wirkungsgrad el
38%
Wirkungsgrad th
40%
Eigenbedarf el
10%
Eigenbedarf th
10%
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THG-Bilanz von Biogasanlagen
Substratbereitstellung
Anbaudaten Silomais
47.400 kg Silomais/a
140 kg N-Dünger/ha
80 kg P2O5-Dünger/ha.
213 kg K2O-Dünger/ha
99 l Diesel/ha
Hohe Emissionen aus
landwirtschaftlichen Prozessen
Wesentliche Treiber N-Düngung
Vorteile beim Einsatz von Restund Abfallstoffen
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THG-Bilanz von Biogasanlagen
Fermentation
300
250
Strom Fermenterbetrieb ab öffentlichem Netz
Fermenter
Rohstoffbereitstellung
Basisszenario
- 1% Methanverlust
- Interne Energiebereitstellung
200
Variation I
150
- 0,5% Methanverlust
100
- Interne Energiebereitstellung
Variation II
50
- 1% Methanverlust
0
- Externe Strombereitstellung
0,5% Methanverlust
über Fermenter
Strom ab Netz
Wesentliche Treiber:
-Methanleckagen infolge von Undichtigkeiten und Störungen
-Bereitstellung des betriebsbedingten Energiebedarfs
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THG-Bilanz von Biogasanlagen
Gärrest
300
250
Offenes Gärrestlager
Fermenter
Rohstoffbereistellung
Basisszenario
- Abgedecktes Gärrestlager
200
Variation I
150
- Offenes Gärrestlager
100
50
0
offenes Gärrestlager
Ein nicht abgedecktes Gärrestlager, kann im Zusammenspiel mit kurzen
Verweilzeiten zu signifikanten THG-Emissionen führen
Auch bei nicht abgedeckte Güllelager kann es zu signifikanten
klimarelevanten Emissionen kommen
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THG-Bilanz von Biogasanlagen
Biogasnutzung im BHKW
Basisszenario
0,5% Methanverlust über BHKW
Variation I
0,12% Methanverlust über BHKW
Variation II
1% Methanverlust über BHKW
Klimarelevante Emissionen durch unverbranntes CH4 im Abgasstrom
Unterschiede zwischen Zündstrahl- und Ottomotor
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THG-Bilanz von Biogasanlagen
Zusammenführung
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THG-Bilanz von Biogasanlagen
Biogasaufbereitung und
Biomethannutzung
Prozessenergie
Substratbereitstellung
Fermentation
Biogasaufbereitung
Biomethan
BHKW
Strom 1kWhel
Wärme
Gärrest
ANLAGENPARAMETER
Leistung
2MW
Substrat
100% Silomais
Bedarf elektrische
Energie DWW
0,25 kWh/m 3
Rohgas
Methanschlupf
DWW
0,5%
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Konventionelle Biokraftstoffe
Zukünftige Biokraftstoffe
Fossiler Kraftstoff
BTL/DME (Kulturholz)
BTL/Methanol (Kulturholz)
BTL/FT-Diesel (Kulturholz)
BTL/FT-Diesel (Abfallholz)
HVO (Palmöl)
HVO (Rapsöl)
Biomethan (Mist)
Biomethan (Gülle)
Biomethan (Abfälle)
Bioethanol (Weizenstroh)
Anbau
Bioethanol (Abfallholz)
60
Bioethanol (Zuckerrohr)
Fossiler Kraftstoff
Lieferung
Verarbeitung
THG-Minderung 35%
30%
50
40%
Min 50% ab 2015
40
50%
Min 60% ab 2017
30
60%
70%
20
10
0
THG-Minderungspotenzial
70
Bioethanol (Zuckerrübe)
80
Bioethanol (Mais)
Bioethanol (Getreide)
Biodiesel (Altfett)
Biodiesel (Sonnenblume)
Biodiesel (Palm)
Biodiesel (Soja)
Biodiesel (Raps)
Palmöl
Sojaöl
Rapsöl
THG-Emissionen in gCO2-Äq. je MJ Kraftstoff
THG-Bilanz von Biogasanlagen
Default Werte der EU Richtlinie
0%
10%
20%
80%
90%
100%
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Zusammenfassung
THG-Bilanz der Energiepflanzenproduktion in erster Linie durch Einsatz von
Düngemitteln beeinflusst
Nicht abgedeckte Gülle- und Gärrestlager führen zu signifikanten THG-Emissionen
Methanleckagen und die betriebsbedingte Energiebereitstellung sind die
wesentlichen Treiber der THG-Bilanz des Fermenterbetriebs
Das Kriterium der THG-Bilanz gewinnt zunehmend an Bedeutung
Die öffentliche Diskussion um eine nachhaltige Nutzung von Biokraftstoffen führte
zur Verankerung verbindliche Nachhaltigkeitskriterien (u.a. THG-Einsparung) auf
europäischer und nationaler Ebene
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13. NRW-Biogastagung
Nachhaltigkeit von Biogasanlagen Ansätze zur Treibhausgasbilanzierung
Deutsches BiomasseForschungsZentrum
gemeinnützige GmbH
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D-04347 Leipzig
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