Biomass steam processing (BSP)
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t Rostock (6/2015)
Die langfristig gesetzten Ziele zur Minderung der CO2-Emission haben in den letzten Jahren dazu gef√ľhrt, dass vermehrt erneuerbare Energietr√§ger zur Deckung des Prim√§renergiebedarfs eingesetzt werden. Mit √ľber 60 % stellt Biomasse den gr√∂√üten Anteil der regenerativen Energietr√§ger dar, weswegen die effiziente und nachhaltige Nutzung vorhandener Biomassen hohe Priorit√§t hat. Vermehrt in den Fokus r√ľcken dabei auch Abfallbiomassen, wie zum Beispiel pflanzliche Haushaltsreststoffe (‚ÄěBiotonne‚Äú), R√ľckst√§nde aus Fermentationsverfahren oder Kl√§rschlamm. Das BSP-Verfahren ist f√ľr diese Stoffstr√∂me einsetzbar ebenso wie auch f√ľr klassische Biomassen (Holz, Stroh etc.). Das BSP-Verfahren kombiniert vorteilhafte Elemente der langsamen Pyrolyse und der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) bei moderateren und verfahrenstechnisch einfach zu realisierenden Prozessparametern. Die Biomasse wird in √ľberhitzter Dampfatmosph√§re drucklos bei Temperaturen von etwa 350 ¬įC und kurzen Reaktionszeiten zwischen 30 und 150 min behandelt. Die daraus resultierenden trockenen Biokohlen haben im Vergleich zu durchschnittlichen HTC-Produkten √§hnliche elementare Zusammensetzungen und Brennwerte. In der vorliegenden Arbeit wurden Experimente in einem Technikumsreaktor mit maximalen Durchsatz von 0,5 kg/h durchgef√ľhrt und diese Erkenntnisse zur Planung und Umsetzung einer vergr√∂√üerten Pilotanlage mit bis zu 50 kg/h Durchsatz verwendet.

Langzeitstudie zum Wirkungsgrad von Gärstrecken von 5 Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t Rostock (6/2015)
In der vorliegenden Studie wurden die G√§rstrecken von 5 Biogasanlagen hinsichtlich ihres energetischen Umsatzgrades/Wirkungsgrades w√∂chentlich √ľber eine Dauer von 52 Wochen untersucht. Dabei wurde die Methode der ‚ÄěTheoretischen 100 %‚Äú verwendet, bei der die Eingangs- und Ausgangsstoffe aufgrund Ihrer Brennwertes bewertet werden. Die Messwerte wurden mittels Zeitreihenanalyse ausgewertet. Die errechneten energetischen Wirkungsgrade der 5 Anlagen liegen durchschnittlich zwischen 67,0 und 77,4 %. Im Jahresverlauf schwankten diese Werte bei einer Anlage bis ¬Ī11%. Daraus geht die Notwendigkeit einer regelm√§√üigen, wenigstens wiederholten Messung der Effizienz hervor, wenn solide √∂konomische Entscheidungen getroffen werden sollen. Die Schwankungen im Wirkungsgrad waren vordergr√ľndig durch die schwankende Energiezufuhr mit den Substraten zu begr√ľnden. Die vor verdauten Reststoffe (tierische Exkremente) schwankten deutlich st√§rker in ihrem spezifischen Brennwert als die eingesetzten Energiepflanzen. Substratwechsel und erh√∂hte Futtermengen f√ľhrten ebenfalls zu sichtbaren Schwankungen im Wirkungsgrad. Die Langzeituntersuchung des Wirkungsgrades von Biogasanlagen mittels Zeitreihenanalyse erm√∂glicht es, Ver√§nderungen der Anlageneffizienz auf Ursachen in der Vergangenheit zur√ľckzuf√ľhren.

Analytische Untersuchung der thermischen Optimierung von Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t Rostock (6/2015)
Eine Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen ist mit den neuen gesetzlichen Rahmenbedingungen schwieriger darstellbar als mit den Bonussystemen der vorangegangen Novellierungen des EEG. Um diese zu steigern ergeben sich mehrere Varianten, die oftmals mit weiteren Investitionen verbunden sind. Direkte technische Verbesserungen, aus denen schnelle √∂konomische Erfolge resultieren, bed√ľrfen daher einer genaueren Analyse der Randbedingungen. Im Rahmen dieses Beitrages wird der W√§rmebereich landwirtschaftlicher Biogasanlagen untersucht, insbesondere die Optimierung des Eigenw√§rmebedarfs, die in der Vergangenheit kaum ber√ľcksichtigt wurde und somit einiges an Potential erwarten l√§sst. Als Datengrundlage dienen 10-j√§hrige Dokumentationen von Eigenw√§rmeverbr√§uchen, F√ľtterungsprotokolle sowie Temperaturmessungen verschiedener W√§rmebilanzparameter wie Substrat, Biogas, Umgebung etc. Nach Auswertung der Messungen und erster Bilanzierungen wurde festgestellt, dass die Aufrechterhaltung der Fermentertemperatur die meiste W√§rmeenergie verbraucht und gleichzeitig auch das gr√∂√üte Optimierungspotenzial aufweist. Erste Optimierungsm√∂glichkeiten im Substratbereich wurden identifiziert, wie passive und aktive D√§mmung der Substrat-Einbringsysteme und W√§rmer√ľckgewinnung aus dem Nachg√§rablauf. Dabei wurden Einsparpotenziale von mehreren hundert Megawattstunden im Jahr kalkuliert, je nach Menge und Temperaturanhebung der eingesetzten Substrate.

Wirtschaftliche Bewertung von Anlagenkonzepten zur Bioabfallvergärung
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t Rostock (6/2015)
Gegenw√§rtig spielt der Einsatz von Bio- und Gr√ľnabf√§llen aus getrennter Sammlung, gewerblichen organischen Abf√§llen (Lebensmittel; Speisereste aus Kantinen, Gro√ük√ľchen und Gastronomie) sowie Abf√§llen aus der Nahrungsmittelindustrie bei der Biogaserzeugung in Deutschland nur eine untergeordnete Rolle. Die Zahl der Abfallverg√§rungsanlagen steigt jedoch kontinuierlich. Infolge der Novellierungen des Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) 2012 und 2014 r√ľckt die Verg√§rung von Bioabf√§llen neben der Installation von landwirtschaftlichen G√ľlle- Kleinanlagen st√§rker in den Fokus. Zum Stand 31.12.2014 sind in Deutschland knapp 140 Abfallverg√§rungsanlagen in Betrieb, die ausschlie√ülich oder √ľberwiegend organische Abf√§lle verg√§ren. Dabei werden in 83 Anlagen Bio- und Gr√ľnabf√§lle aus der getrennten Sammlung (Biotonne) eingesetzt ‚Äď mit sehr unterschiedlichen Anteilen am Gesamtinput der Anlage. Insgesamt handelt es sich nach Datenlage des DBFZ bei 68 Anlagen um Bioabfallverg√§rungsanlagen, in denen ausschlie√ülich oder √ľberwiegend Bioabf√§lle gem√§√ü ¬ß 27a EEG 2012 bzw. ¬ß 45 EEG 2014 Einsatz finden. Mit der im EEG 2012 eingef√ľhrten Direktvermarktung und der Flexibilit√§tspr√§mie wurden weitere Anreize geschaffen, die auf eine st√§rker systemorientierte Stromeinspeisung von Biogasanlagen abzielen. Inwieweit diese Erwartungshaltung umgesetzt wird, entscheidet die Wirtschaftlichkeit √ľber die Gesamtbetriebslaufzeit. Eine Verdopplung der installierten elektrischen Leistung stellt f√ľr eine durchschnittliche Modellanlage gegenw√§rtig die wirtschaftlich sinnvollste Variante dar.

Mykotoxine in Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t Rostock (6/2015)
In der letzten Zeit werden Mykotoxine als eine m√∂gliche Ursache f√ľr Hemmungen im Biogasprozess besprochen. Neben den m√∂glichen Hemmungen im Prozess f√ľhren Mykotoxine auch zu Lagerungsverlusten und bewirken somit in zweierlei Hinsicht wirtschaftliche Verluste. Als eines der wichtigsten Substrate kommt Maissilage eine besondere Bedeutung zu. Daher werden Mykotoxine, die in Maissilage vorkommen k√∂nnen besprochen und die derzeitigen Kenntnisse √ľber die Mykotoxine in Biogasanlagen kurz vorgestellt. Zum Schluss wird auf den Forschungsbedarf in dem Gebiet hingewiesen.

Technisch-√∂konomisch-√∂kologische Analyse der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) von Gr√ľnschnitt und sich anschlie√üender Nutzungsoptionen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t Rostock (6/2015)
Die √∂konomische Analyse der Konversion von biogenen Restsoffen zu hochwertigen Energietr√§gern zeigt, dass die daraus erzielte Erweiterung des Nutzungsspektrums auch mit einer deutlichen Steigerung der Brennstoffkosten einhergeht ‚Äď besonders bei Aufbereitungsverfahren mit hohem Neuigkeitscharakter und entsprechend hohem Investitionsbedarf und geringerer Verf√ľgbarkeit. Zudem erh√∂ht eine Kompaktierung der HTC-Kohle f√ľr einen besseren Transport die Brennstoffkosten signifikant, weshalb eine Nutzung vor Ort mit wesentlichem Kostensenkungspotenzial verbunden ist.

Qualitative und Quantitative Betrachtung von Petro- und Biokraftstoffen mittels GCxGC-TOFMS: Neue Entwicklungen und Anwendungen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t 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) erm√∂glicht es komplexe Stoffgemische wie petrochemische Proben in Einzelbestandteile bzw. Substanzklassen zu trennen. Die Kombination charakteristischer Elutionsprofile mit der M√∂glichkeit, Massenspektren mittels auf Visual Basic basierender Algorithmen zu analysieren erm√∂glicht eine automatisierte und sehr detaillierte qualitative und quantitative Auswertung auch gro√üer Datenmengen. Die GCxGC-TOFMS Analytik bietet somit im Vergleich zur konventionellen Gaschromatographie eine enorm gesteigerte Selektivit√§t, die zur Analyse hochkomplexer Rohstoffe (z.B. Pyrolyse√∂l) notwendig ist. Dar√ľber hinaus ist es m√∂gliche eine Quantifizierung, gegliedert nach Kohlenstoffanzahl durchzuf√ľhren.

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 ‚Äď Stand der Technik und Optimierungsans√§tze
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Nach der Ermittlung des Status Quo deutscher Biokraftstoffanlagen liegt eine umfangreiche Datenbasis der Verfahrenstechnik vor. Daraus wurden virtuelle Biokraftstoffanlagen als Simulationsmodelle entwickelt, die f√ľr weitere Untersuchungen zur Verf√ľgung stehen.

Energetische Nutzung von biogenen Reststoffen ‚Äď Untersuchung der Aufbereitung und Verbrennungseigenschaften am Beispiel von Pferdemist-Pellets
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakult√§t Universit√§t Rostock (6/2015)
Der im Bereich der Biomasse verwendete Energietr√§ger Holz ist in seiner wirtschaftlichen Verf√ľgbarkeit begrenzt. Dem entsprechend findet die energetische Nutzung von Reststoffen der Landwirtschaft verst√§rktes Interesse, die sich aber hinsichtlich ihrer chemischen Eigenschaften und damit ihres Verbrennungs und Emissionsverhaltens zum Teil deutlich von den √ľblichen Holzbrennstoffen unterscheiden.

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