Biogasgewinnung aus Energiepflanzen:Effizienz und Umweltwirkungen

D A d W bDr. Andreas WeberDr. Mathias Effenberger

LfL - Institut für Landtechnik und Tierhaltung, g,Freising

2 A i h ftli h S i d2. Agrarwissenschaftliches Symposium desHans Eisenmann-Zentrums,28.09.2011, Weihenstephan

Gliederung

• Biogas aus Energiepflanzen• Wichtige Umweltwirkungeng g• Betrachtungen zur Effizienz• Praktische Herausforderungen und ForschungsbedarfPraktische Herausforderungen und Forschungsbedarf

Weber ILT2 111 Wa 002 -2

Weber ILT2 111 Wa 002 - 3

Biogaspotential Deutschland [PJ•a-1]

Abfälle aus Industrie &

Gewerbe, 9,3

Organische Siedlungsabfälle,

12,5

Abwasser, 19,5Deponien, 18

Landschaftspflege-material, 12

Ernterückstände, 13,7

Energiepflanzen(2 Mio ha) 236

Tierische Exkremente & (2 Mio. ha), 236Exkremente & Einstreu, 96,5

Weber ILT2 111 Wa 002-4

(Hartmann & Kaltschmitt, 2002)

Basisszenario für Ökobilanz

100% Maissilage / 100% Rindergülle

2,5% Methanverlust1% Methanverlust

0 5% M th l tBreitverteiler

0,5% Methanverlust Einarbeitung innerhalb 24 h

10% Stromeigenbedarf

500 kWel37 5% 43%

20% Wärmenutzung

g

ηel=37,5%, ηth=43%

Weber ILT2 111 Wa 002-5

(IFEU, 2008)

Bedeutende Umweltwirkungen

Weber ILT2 111 Wa 002-6

(IFEU, 2008)

Praxisanlagen in Bayern

0,60

0,80

1,00kWh•kWhel-1

ie-

nd

0 060,24 0,24

0,19 0,220,20

0,40

,E

nerg

aufw

a

-0,42

-0,13

0,06

-0,22

-0 40

-0,20

0,00

en

-0,62

0,42-0,53

-0,80

-0,60

0,40

Gut

schr

ifte

-1,00E C F D J G B I H A

Pflanzenproduktion Errichtung Biogasanlage

Betrieb Biogasanlage Wärmegutschrift

Gutschrift für Düngerabgabe Gesamter Energieressourcenverbrauch

Weber ILT2 111 Wa 002-7

Praxisanlagen in Bayern

300

400

en

g CO2-eq•kWhel-1

163 164 177 207 216 223 251

100

200

Em

issi

one

85

16 29

100

0

-85

-200

-100

tsch

rifte

n

-300

Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb Biogasanlage

Gut

Errichtung Biogasanlage Betrieb BiogasanlageMethanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeSumme CO2-eq-Emissionen

Weber ILT2 111 Wa 002-8

q

Effizienz der Energieumwandlung

Wi k d Ph t thWirkungsgrad Photosyntheserechnerisch: η ≈ 0,044realiter: η ≈ 0,003-0,01Sonnenein-

strahlung BiomasseBiomasse

Wärme

Nutzbare Biomasse

BiogasStrom

Wärme

Biomasse

Quellen: Pehnt & Vogt, 2007; Pelte, 2002

Weber ILT2 111 Wa 002-9

1 00

Biomasseerzeugung

k h k h 1

0,60

0,80

1,00kWh•kWhel-1

ie-

and

0,05 - 0,22 kWh•kWhel-1

19 – 99% des Energieaufwands

0,20

0,40

Ene

rgau

fwa

-0,40

-0,20

0,00

en

-0,80

-0,60

0,40

Gut

schr

ift

-1,00E C F D J G B I H A

Pflanzenproduktion Errichtung Biogasanlage

Betrieb Biogasanlage Wärmegutschrift

Gutschrift für Düngerabgabe Gesamter Energieressourcenverbrauch

Weber ILT2 111 Wa 002-10

1 00

Anlagenbetrieb / Biogasproduktion

0,60

0,80

1,00kWh•kWhel-1

ie-

and

0 – 0,56 kWh•kWhel-1

0 – 81% des Energieaufwands

0,20

0,40

Ene

rgau

fwa

-0,40

-0,20

0,00

en

-0,80

-0,60

0,40

Gut

schr

ift

-1,00E C F D J G B I H A

Pflanzenproduktion Errichtung Biogasanlage

Betrieb Biogasanlage Wärmegutschrift

Gutschrift für Düngerabgabe Gesamter Energieressourcenverbrauch

Weber ILT2 111 Wa 002-11

400g CO kWh 1

Biomasseerzeugung

68 166 g CO Äq kWh 1

300

400

nen

g CO2-eq•kWhel-1 68 - 166 g CO2-Äq.•kWhel

-1

31 – 58% der THG-Emissionen

100

200

Em

issi

o

-100

0

-200

100

Gut

schr

iften

-300

Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb Biogasanlage

G

Methanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeSumme CO2-eq-Emissionen

Weber ILT2 111 Wa 002-12

Anlagenbetrieb / Biogasproduktion32 - 213 g CO2-Äq •kWh l

-1

300

400g CO2-eq•kWhel-1

32 213 g CO2 Äq. kWhel18 – 59% der THG-Emissionen

200

300m

issi

onen

0

100Em

-200

-100

hrift

en

-300

200

Pfl d kti L h i i NAWARO A b

Gut

sch

Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb BiogasanlageMethanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift fürDüngerabgabeWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeSumme CO2-eq-Emissionen

Weber ILT2 111 Wa 002-13

1 001

Biogasverwertung

0,00

0,50

1,00kWh•kWhel-1

-1,00

-0,50

Ersatz fossiler Energieträger:

-2,50

-2,00

-1,50g g

2,18 – 3,08 kWh•kWhel-1

-3,50

-3,00

2,50

-4,00E C F D J G B I H A

Pflanzenproduktion Errichtung BiogasanlagePflanzenproduktion Errichtung BiogasanlageBetrieb Biogasanlage WärmegutschriftGutschrift für Düngerabgabe Stromgutschrift (Kraftwerksmix BRD)Ressourceneinsparung

Weber ILT2 111 Wa 002-14

Biogasverwertung

100200300400

en

g CO2-eq•kWhel-1

-300-200-100

0100

Em

issi

one

573 - 910 g CO2-Äq.•kWhel-1

Einsparung an THG-Emissionen

-700-600-500-400300

gegenüber Referenzsystem

-1100-1000

-900-800

tsch

rifte

n

-1200Pflanzenproduktion Lachgasemissionen NAWARO-AnbauErrichtung Biogasanlage Betrieb Biogasanlage

Gä f

Gut

Methanemissionen aus Gärrestlager Methanschlupf BHKWMethanemissionen Biogasproduktion Minderemissionen aus WirtschaftsdüngerWärmegutschrift Gutschrift für DüngerabgabeStromgutschrift (70% SK, 30% Erdgas-GuD) THG-Einsparung gegenüber Referenzg ( , g ) p gg g

Weber ILT2 111 Wa 002-15

Zusammenfassung

• Biogas ist ein erneuerbarer Energieträger– Einsparung fossiler Ressourcenp g– Verringerung der THG-Emissionen der

Energieversorgung

• Biogas ist kein risikofreier Energieträger– Leckagen– Bodenbürtige THG-Emissionen– Eutrophierung, Versauerung, Ökologie

Bi i t i t ll E i t ä• Biogas ist ein wertvoller Energieträger– steuerbar und speicherbar

ielfältige N t ngspfade– vielfältige Nutzungspfade

Weber ILT2 111 Wa 00216