Projekt 10524/01

Feucht- und Trockengutlinien zur Energiegewinnung aus biogenen Festbrennstoffen

Projektdurchführung

Universität StuttgartInstitut für Energiewirtschaft und RationelleEnergieanwendung
Heßbrühlstr. 49 a
70565 Stuttgart

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel ist es, eine Energiebereitstellung aus Biomasse durch die Feucht- und Trockengutlinie anhand ökologischer Parameter und anhand der Kosten für folgende Fragestellungen zu vergleichen.
· Wie ist die Feuchtgutlinie im Vergleich zu der Trockengutlinie bzw. zu den substituierbaren fossilen Energieträgern hinsichtlich der Energie- und Emissionsbilanzen sowie der Kosten zu bewerten?
· Welche Verfahrensketten der Trockengut- und Feuchtgutlinie sind zu bevorzugen?
· Sind bestimmte Kulturarten günstiger oder ungünstiger zu bewerten als andere?
Es sollen Aussagen darüber gemacht werden, ob bzw. unter welchen Bedingungen die Feuchtgutlinie aus umweltlichen und ökonomischen Gründen eine Option für zukünftige Energieversorgungssysteme auf der Basis von Biomasse darstellen könnte. Insbesondere sollen die Vor- und Nachteile der Feucht- gegenüber der Trockengutlinie analysiert, quantifiziert und diskutiert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Bearbeitung des Themengebiets soll in folgenden Arbeitsschritten durchgeführt werden:
1. Erarbeitung einer einheitlichen Methodik und Festlegung der Systemgrenzen und der Rahmenannahmen mit a) Methodik; b) Definition der Versorgungsaufgabe; c) Spezifizierung der Verfahrensketten
2. Erhebung der erforderlichen Daten zur Ermittlung der Energieaufwendungen und Emissionen sowie der Kosten für Produktion und Bereitstellung von Biomasse nach der Feucht- und Trockengutlinie
3. Erhebung und Aufbereitung der erforderlichen Daten zur Ermittlung der Energieaufwendungen und Emissionen sowie der Kosten für die energetische Nutzung von feucht konservierter Biomasse und von trockener Biomasse (jeweils: Untersuchung der Brennstoffeigenschaften; energetische Nutzung durch Verbrennung bzw. Vergasung; Rückführung der Asche auf die Fläche)
4. Erstellung der Energie- und Emissionsbilanzen über den gesamten Lebensweg sowie der Kosten a) für die Feuchtgutlinie; b) für die Trockengutlinie und Analyse des Einflusses ausgewählter Parameter
5. Vergleich der Lebenswege der Bioenergieträger mit den Lebenswegen der substituierbaren fossilen Energieträger
6. Interpretation der Ergebnisse und Ableitung von Empfehlungen


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass eine Energiegewinnung nach der Feucht- und nach der Trockengutlinie merklich zu einer umwelt- und klimaverträglichen Energieversorgung in Deutschland beitragen kann. Durch eine vermehrte energetische Biomassenutzung auf Basis beider Verfahrensketten kann ein deutlicher Beitrag zur Einsparung der nur begrenzt vorhandenen fossilen Ressourcen geleistet werden.
Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass die energetische Nutzung von biogenen Festbrennstoffen, die nach der Feucht- und nach der Trockengutlinie produziert und bereitgestellt werden, mit Ausnahme der Treibhausgasfreisetzungen, oft zu höheren Schadstofffreisetzungen im Vergleich mit substituierbaren fossilen Energieträgern führt. Dies liegt insbesondere an den direkten Emissionen aus der Biomasseverbrennung. Aufgrund des mit der mechanischen Entwässerung von Silagen verbundenen Austrags schadstoffrelevanter Inhaltsstoffe aus der Biomasse und die damit möglich werdende Nährstoffrückführung auf die Felder (idealerweise als Beimischung zu Gülle) ist diese Verfahrenskette durch etwas gerin-gere Schadstoffemissionen gekennzeichnet als die Trockengutlinie. Die mechanische Entwässerung spielt damit eine Schlüsselrolle im Rahmen einer energetischen Nutzung von entwässerten Silagen.
Die ökologischen Vorteile einer Energiegewinnung aus Biomasse können unter den gegenwärtigen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen, die durch hohe Produktions- und Bereitstellungskosten der Bioenergieträger und durch ein geringes Preisniveau fossiler Brennstoffe geprägt sind, nur sehr eingeschränkt erschlossen werden. Alle untersuchten Varianten einer Energiebereitstellung aus Biomasse sind im Vergleich zu den substituierbaren Energieanlagen auf Basis fossiler Energieträger mit Mehrkosten verbunden. Dies gilt auch, wenn die Zahlung von Flächenstillegungsprämien auf den Anbauflächen der Energiepflanzen unterstellt wird. Die Energiegewinnung aus entwässerten Silagen führt - wenn keine Rauchgaskondensation stattfindet - zu höheren Energiegestehungskosten als die Energiegewinnung aus Triticaleganzpflanzen, die nach der Trockengutlinie produziert und bereitgestellt werden.
Von den untersuchten Energieversorgungskonzepten hätte die Biomassezufeuerung in Stein- und Braunkohlekraftwerken aus ökologischer Sicht eine hohe Priorität. Der Einsatz der Bioenergieträger in Heiz- und Heizkraftwerken führt dagegen zu vergleichsweise geringen Kostensteigerungen gegenüber den mit fossilen Brennstoffen befeuerten Energieanlagen. Hier ist die Ausgangssituation gegenüber der Zufeuerung in Kohlekraftwerken aber meist ungünstiger, da ökologisch verträglichere Brennstoffe wie leichtes Heizöl oder Erdgas substituiert werden. Durch Einsatz einer Rauchgaskondensationsanlage in Heiz- und Heizkraftwerken lassen sich jedoch die Kosten und auch die Umweltwirkungen einer Energieversorgung auf Basis von Biomasse, insbesondere bei Einsatz entwässerter Silagen, reduzieren. Der Vergleich einer Vergasung und Verbrennung von Bioenergieträgern führt in allen untersuchten Versorgungsaufgaben zu sehr ähnlichen Umwelteffekten und erhöhten Energiegestehungskosten.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass alle hier getroffenen Aussagen ausschließlich für die in dieser Arbeit bilanzierten Parameter gelten. Dies gilt sowohl für den Vergleich der biogenen mit den fossilen Energieträgern als auch für den Vergleich der Bioenergieträger untereinander.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Abgeschlossen: Vortrag anlässlich der Tagung Fortschrittliche Energiewandlung und -anwendung, 16./17. März 1999, München;
Geplant: weitere Präsentationen auf Fachtagungen, Publikationen in deutsch- und englischsprachigen Fachzeitschriften.


Fazit

Die erhaltenen Ergebnisse sind als wichtiger Bestandteil einer abschließenden Gesamtbewertung einer Energiegewinnung nach der Feucht- und nach der Trockengutlinie unter technischen, ökologischen und ökonomischen Aspekten zu verstehen. Weiteren Studien ist es vorbehalten, unter Einbeziehung weiterer Aspekte eine weiterführende Bewertung von Feucht- und Trockengutlinien vorzunehmen.
Durch Demonstrationsanlagen zur Verwertung von Biomassen sollten bei Bereitstellungsverfahren weiterentwickelt werden. Insbesondere bei der energetischen Nutzung von Biomassen sind noch Erfahrungen zu sammeln. Sollten hier - vor allem im Bereich der Verbrennung - weitere Verbesserungen erzielt werden, sind auch Biomassen aus der Landwirtschaft aufgrund der verfügbaren hohen Potentiale eine vielversprechende Option. Flankierend hierzu ist der Anbau der Biomassen und die Aufbereitung zu Brennstoff durch Anbauversuche sowie durch Versuche zur Entwässerung von Silagen weiter zu optimieren, um die Qualität der Biomassen für die thermische Wandlung weiter zu verbessern.