M. Kaltschmitt • H. Hartmann (Hrsg.)

Energie aus Biomasse

Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

M. Kaltschmitt H. Hartmann (Hrsg.)

Energie aus Biomasse

Grundlagen, Techniken und Verfahren

Mit 285 Abbildungen und 124 Tabellen

'Springer

Herausgeber:

Priv.-Doz. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt Institut für Energetik und Umwelt GmbH Torgauer Str. 116 D-04347 Leipzig

Dr. Hans Hartmann Technische Universität München(TUM) Bayerische Landesanstalt für Landtechnik Vöttinger Str. 36 D-85350 Freising

ISBN 978-3-662-07026-0

Die Deutsche Bibliothek- CIP-Einheitsaufnahme Energie aus Biomasse : Grundlagen, Techniken und Verfahren I Hrsg.: Martin Kaltschmitt; Hans Hartmann. Mit Beitr. von B. Widmann ... -

ISBN 978-3-662-07026-0 ISBN 978-3-662-07025-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-07025-3

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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New Y ork 2001 Softcoverreprint ofthe bardeover Istedition 2001 Die Wiederl!;abe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk be­rechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jeder­mann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B. DIN, vm, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die ei­genen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzu­zuziehen.

Einbandgestaltung: MEDIO GmbH, Berlin Satz: Reproduktionsfertige Vorlagen der Herausgeber Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: 11371052 62/3111 - 5 4 3 2

Vorwort

Ein wesentlicher Bestandteil einer nachhaltigen Energieversorgung ist der schonende Umgang mit den der Menschheit insgesamt zur Verfügung stehenden natürlichen Ressourcen. Hierzu kann die Nutzung regenerativer Energien (z. B. Biomasse, Solarstrahlung, Windenergie, Wasserkraft, Erdwärme) in Europa und auch in Deutschland einen anerkannt hohen Beitrag leisten. Deshalb wird auch die Nutzung dieser umweltfreundlichen und klimaverträglichen Energien durch umfangreiche Maßnahmen der öffentlichen Hand auf europäischer und nationaler Ebene zum Teil erheblich unterstützt. Dadurch wurde und wird erreicht, dass regenerative Energien zunehmend stärker zur Deckung der Energienachfrage bei­tragen.

Biomasse ist in Europa und Deutschland der regenerative Energieträger, der bisher am weitgehendsten genutzt wird; beispielsweise tragen biogene Festbrenn­stoffe rund drei mal mehr zur Deckung der Energienachfrage in Deutschland bei als die Wasserkraft, die oft als die "klassische" regenerative Energie angesehen wird. Nach dem Wunsch der Kommission der Europäischen Union soll Bio­masse- aufgrundder großen unerschlossenen Potenziale und der relativen Markt­nähe im Vergleich zu vielen anderen Optionen zur Nutzung regenerativer Ener­gien - in Zukunft einen noch größeren Beitrag im Energiesystem leisten und da­mit merklich am Aufbau einer zukünftig umwelt- und klimaverträglicheren und damit nachhaltigeren Energieversorgung mitwirken.

Zur schnellen und zielorientierten - und damit letztlich auch erfolgreichen -Umsetzung dieser politischen Zielvorgaben müssen die physikalischen, chemi­schen und biologischen Grundlagen einer Energiegewinnung aus Biomasse sowie deren verfahrens- und systemtechnische Umsetzung zur End- bzw. Nutzenergie­bereitstellung schnell und einfach - nach dem aktuellen Stand des Wissens und der Technik - verfügbar sein. Dies ist das Ziel des vorliegenden Buches. Dazu werden zunächst die verschiedenen Energiepflanzen bzw. Biomassefraktionen dargestellt und die Techniken und Verfahren zur Produktion bzw. Bereitstellung lehrbuchartig diskutiert. Anschließend werden die vielfältigen Möglichkeiten einer thermochemischen, physikalisch-chemischen und biochemischen Umwand­lung von Biomasse in End- bzw. Nutzenergie detailliert erörtert. Damit liegt der Schwerpunkt auf der Diskussion der zum Verständnis einer Energiebereitstellung aus Biomasse notwendigen physikalischen und chemischen Grundlagen und der nach dem aktuellen Stand der Technik vorhandenen verfahrens- sowie system­technischen Verfahren. Ökonomische und ökologische Gesichtspunkte sowie energiewirtschaftliche Analysen ebenso wie sonstige nicht technische Aspekte sind damit nicht Gegenstand der nachfolgenden Darstellungen.

VI Vorwort

Die Herausgeber möchten den Autoren, die zum Gelingen des vorliegenden Buches beigetragen haben, sehr herzlich danken. Ohne ihr hohes Engagement und ihre sehr weitgehende Kooperationsbereitschaft sowie ihr über das übliche Maß deutlich hinausgehendes Entgegenkommen wäre diese Publikation in ihrer jetzigen Form nicht möglich gewesen. Besonderer Dank gilt auch Frau Helga Nielsen und Frau Heike Eismann, Bayerische Landesanstalt fiir Landtechnik, die den größten Teil der Zeichnungen angefertigt haben. Neben den genannten Autoren, die zum Teil auch an Kapiteln mitgewirkt haben, fiir die sie nicht verantwortlich zeichnen, waren weitere Fachleute an der Durchsicht der Texte beteiligt. Unser ganz besonderer Dank gilt hier Herrn em. o. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Paul Viktor Gilli fiir die komplette Durchsicht des Manuskriptes. Herzlich danken möchten wir ferner Frau Dr.-Ing. Daniela Thrän und Herrn Dr.-Ing. Joachim Fischer, Institut fiir Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER), Universität Stuttgart, Herrn Dipl.-Ing. Thomas Launhardt, Dr. Arno Strehler und Wemer Krauß von der Bayerischen Landesanstalt fiir Landtechnik, Herrn Dipl.­FW Norbert Remler, Bayerische Landesanstalt fiir Wald- und Forstwirtschaft, sowie Herrn Dipl.-FW Thomas Hering, Thüringer Landesanstalt fiir Landwirt­schaft (TLL), Herrn Dipl.-Phys. Hans Frieß, Bayerisches Landesamt fiir Um­weltschutz, Herrn Dipl.-Ing. Peter Heinrich, Fichtner GmbH & Co. KG sowie Herrn Ao.Univ.Prof.DI Dr. Thomas Amon, Institut fiir Land-, Umwelt- und Energietechnik der Universität fiir Bodenkultur Wien. Auch ist vielen weiteren ungenannten Mitarbeitern unser aufrichtiger Dank auszusprechen; ohne ihre tatkräftige Unterstützung wäre die Realisierung dieses Buches nicht möglich gewesen. Nicht zuletzt gilt unser Dank auch denjeweiligen Institutionen.

Trotz der hohen Sorgfalt, mit der die Autoren und Herausgeber sowie die Lektoren sich bemüht haben, die dargestellten Zahlen und Fakten sowie die auf­gezeigten Zusammenhänge nach dem aktuellen Stand des Wissens und der Tech­nik zu recherchieren, können Fehler leider niemals ganz ausgeschlossen werden. Über konstruktive Anmerkungen und zielorientierte Verbesserungsvorschläge fiir eine mögliche zweite Auflage würden sich die Herausgeber und Autoren deshalb sehr freuen.

Stuttgart, Freising; im Oktober 2000

Martin Kaltschmitt und Hans Hartmann

Liste der Autoren

Prof. Dr.-Ing. Günter Baumbach Institut fur Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen (IVD), Universität Stuttgart, Deutschland

Dr. W emer Edelmann arbi GmbH, Baar, Schweiz

Dr. Jürgen Good VERENUM- Ingenieurbüro fur Verfahrens-, Energie- und Umwelttechnik, Zürich, Schweiz

Dr. Hans Hartmann Technische Universität München, Bayerische Landesanstalt fur Landtechnik, Freising-Weihenstephan, Deutschland

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Hermann Hofbauer Institut fur Verfahrens-, Brennstoff- und Umwelttechnik, Technische Universität Wien, Österreich

Dr. Iris Lewandowski Institut fur Pflanzenbau und Grünland, Universität Hohenheim, Deutschland

PD Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt Institut fiir Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER), Universität Stuttgart, Deutschland

Dr. Dietrich Meier Institut fiir Holzchemie und chemische Technologie des Holzes, Bundesforschungsanstalt fiir Forst- und Holzwirtschaft (BFH), Hamburg, Deutschland

Dipl.-Ing. Dr.techn. Andreas Mory VERBUND- Austrian Hydro Power AG, Klagenfurt, Österreich

PD Dr. Thomas Nussbaumer VERENUM- Ingenieurbüro fur Verfahrens-, Energie- und Umwelttechnik, Zürich, Schweiz

Univ.-Doz. Dipl.-Ing. Dr.techn. Ingwald Obernherger Ingenieurbüro BIOS, Graz, Österreich Institut fur Grundlagen der Verfahrenstechnik und Anlagentechnik, Technische Universität Graz, Österreich

Dipl.-Ing.agr. Edgar Remmele Technische Universität München, Bayerische Landesanstalt fur Landtechnik, Freising-W eihenstephan, Deutschland

PD Dr. Thomas Senn Institut fiir Lebensmitteltechnologie, Universität Hohenheim, Deutschland

VIII Liste der Autoren

Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff Section Thermal Power Engineering, Faculty of Design, Construction and Production, Technical University of Delft, Niederlande

Dr.-Ing. Thomas Stelzer Alfons Stelzer GmbH, Kempen, Deutschland

Dr. Johannes Welling Institut für Holzphysik und mechanische Technologie des Holzes, Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft (BFH), Hamburg, Deutschland

Dr. Bernhard Widmann Technische Universität München, Bayerische Landesanstalt für Landtechnik, Freising-Weihenstephan, Deutschland

Inhaltsübersicht

1 Einleitung und Zielsetzung 1.1 Biomasse als nachwachsender Energieträger 1.2 Biomasse im Energiesystem 1.3 Aufbau und Abgrenzungen

2 Biomasseentstehung 2.1 Aufbau und Zusammensetzung 2.2 Primärproduktion 2.3 Einflussfaktoren auf die Biomasseentstehung 2.4 Zeitliche und räumliche Angebotsunterschiede

3 Energiepflanzenproduktion 3 .1 Lignocellulosepflanzen 3.2 Ölpflanzen 3.3 Zucker- und Stärkepflanzen

4 Nebenprodukte, Rückstände und Abrälle 4.1 Holzartige Biomasse 4.2 Halmgutartige Biomasse 4.3 Sonstige Biomasse

5 Bereitstellungskonzepte 5.1 Holzartige Biomasse 5.2 Halmgutartige Biomasse 5.3 Sonstige Biomasse

6 Ernte und Aufbereitung 6.1 Ernteverfahren 6.2 Aufbereitung

7 Transport, Lagerung, Konservierung und Trocknung 7.1 Transport 7.2 Lagerung 7.3 Feuchtkonservierung 7.4 Trocknung

8 Grundlagen der Festbrennstoffnutzung 8.1 Begriffsdefinitionen 8.2 Brennstoffzusammensetzung und -eigenschaften 8.3 Grundlagen der thermochemischen Umwandlung 8.4 Systemelemente zur End-/Nutzenergiebereitstellung

X Inhaltsübersicht

9 Direkte thermische Umwandlung (Verbrennung) 9.1 Grundlagen 9.2 Feuerungsanlagentechnik 9.3 Abgasreinigung und -kondensation 9.4 Stromerzeugungstechniken 9.5 Aschen und deren Verwertung

10 Thermochemische Umwandlung 10.1 Vergasung 10.2 Pyrolyse 10.3 Verkohlung

11 Nutzung von Biomasse mit fossilen Energieträgern 11.1 Einteilung und Abgrenzung 11.2 Mitverbrennung in Kohlekraftwerken 11.3 Vergasung und Gasnutzung in Kohlekraftwerken

12 Produktion und Nutzung von Pflanzenölkraftstoffen 12.1 Rohstoffbereitstellung 12.2 Pflanzenölgewinnung 12.3 Weiterverarbeitung von Pflanzenölen 12.4 Produkte und energetische Nutzung 12.5 Anlagenbeispiele

13 Grundlagen der biochemischen Umwandlung 13.1 Biochemische Abbaumöglichkeiten 13.2 Beteiligte Phasen 13.3 Technische Nutzbarmachung

14 Ethanolerzeugung und Nutzung 14.1 Grundlagen 14.2 Maischprozess 14.3 Fermentation 14.4 Destillation, Rektifikation, Absolutierung 14.5 Produkte und energetische Nutzung 14.5 Anlagenbeispiele

15 Biogaserzeugung und Nutzung 15 .1 Grundlagen 15.2 Verfahrenstechnik 15.3 Produkte und energetische Nutzung 15.4 Anlagenbeispiele

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung und Zielsetzung ................................................................. ! MARTIN KAL TSCHMITT

1.1 Biomasse als nachwachsender Energieträger. .......................................... 1

1.1.1 Definition "Biomasse" ................................................................. 2 1.1.2 Aufbau typischer Bereitstellungsketten ....................................... 3 1.1.3 Wandlungsmöglichkeiten in End- bzw. Nutzenergie .................. .4

Thermochemische Umwandlung (5); Physikalisch-chemische Umwandlung (6); Biochemische Umwandlung (6)

1.2 Biomasse im Energiesystem .................................................................... 6

1.2.1 Definition der Energiebegriffe .................................................... 7 Energien und Energieträger (7); Energievorräte und -quellen (8)

1.2.2 Potenziale und Nutzung ............................................................... 9 Begriffsdefinitionen (10); Welt (11); Deutschland (14)

1.2.3 Gesamtes Energiesystem ........................................................... 19 Welt (19); Deutschland (23)

1.2.4 Umwelteffekte ........................................................................... 26 Welt (28); Deutschland (28)

1.3 Aufbau und Abgrenzungen .................................................................... 28

1.3.1 Teil I- Biomasseaufkommen .................................................... 30 1.3.2 Teil II- Biomassebereitstellung ................................................ 31 1.3.3 Teil III- Direkte Verbrennung und thermochemische

Umwandlung ............................................................................. 31 1.3.4 Teil IV- Physikalisch-chemische Umwandlung ....................... 32 1.3.5 Teil V- Biochemische Umwandlung ........................................ 32

2 Biomasseentstehung ........................................................................... 35 IRIS LEWANDOWSKI

2.1 Aufbau und Zusammensetzung .............................................................. 35 Aufbau (35); Zusammensetzung (37)

2.2 Primärproduktion ................................................................................... 39 Photosynthese (39); Atmung (43); Wirkungsgrad der Primärproduktion (44)

XII Inhaltsverzeichnis

2.3 Einflussfaktoren auf die Biomasseentstehung ...................................... .47

2.3.1 Standortfaktoren ........................................................................ 47 Einstrahlung (47); Wasser (48); Temperatur (49); Boden und Nährstoffe (50)

2.3.2 Pflanzenbauliche Maßnahmen .................................................. 51

2.4 Zeitliche und räumliche Angebotsunterschiede ..................................... 53

2.4.1 Zeitliche Angebotsunterschiede ................................................ 53 2.4.2 Räumliche Angebotsunterschiede ............................................. 54

3 Energiepflanzenproduktion .............................................................. 57 IRIS LEW ANDOWSKI

3.1 Lignocellulosepflanzen .......................................................................... 57

3 .1.1 Schnellwachsende Baumarten ................................................... 57 Energieträgerrelevante Eigenschaften (57); Standortansprüche und Anbau (58); Nutzung und Ertragspotenzial (59); Ökologische Aspekte (59)

3.1.2 Miscanthus ................................................................................ 60 Energieträgerrelevante Eigenschaften (60); Standortansprüche und Anbau (60); Nutzung und Ertragspotenzial (62); Ökologische Aspekte (62)

3.1.3 Rutenhirse ................................................................................. 62 Energieträgerrelevante Eigenschaften (63); Standortansprüche und Anbau (63); Nutzung und Ertragspotenzial (63); Ökologische Aspekte (63)

3.1.4 Rohrglanzgras ........................................................................... 64 Energieträgerrelevante Eigenschaften (64); Standortansprüche und Anbau (64); Nutzung und Ertragspotenzial (65); Ökologische Aspekte (65)

3 .1.5 Futtergräser ............................................................................... 65 Geeignete Arten (65); Energieträgerrelevante Eigenschaften (66); Standortansprüche und Anbau (66); Nutzung und Ertragspotenzial (67); Ökologische Aspekte (67)

3.1.6 Getreideganzpflanzen ................................................................ 67 Geeignete Arten (68); Energieträgerrelevante Eigenschaften (69); Standortansprüche und Anbau (69); Nutzung und Ertragspotenzial (71); Ökologische Aspekte (72)

3.2 Ölpflanzen ............................................................................................. 72

3.2.1 Raps ........................................................................................... 73 Energieträgerrelevante Eigenschaften (73); Standortansprüche und Anbau (73); Nutzung und Ertragspotenzial (75); Ökologische Aspekte (75)

3.2.2 Sonnenblume ............................................................................. 75 Energieträgerrelevante Eigenschaften (75); Standortansprüche und Anbau (76); Nutzung und Ertragspotenzial (77); Ökologische Aspekte (78)

Inhaltsverzeichnis XIII

3.2.3 Hanf ........................................................................................... 78 Energieträgerrelevante Eigenschaften (78); Standortansprüche und Anbau (78); Nutzung und Ertragspotenzial (79); Ökologische Aspekte (79)

3.3 Zucker- und Stärkepflanzen ................................................................... 80

3.3.1 Zuckerpflanzen .......................................................................... 80 3.3 .1.1 Zuckerrübe .................................................................. 80

Energieträgerrelevante Eigenschaften (80); Standortan­sprüche und Anbau (80); Nutzung und Ertragspotenzial (82); Ökologische Aspekte (82)

3.3.1.2 Zuckerhirse .................................................................. 82 Energieträgerrelevante Eigenschaften (83); Standortan­sprüche und Anbau (83); Nutzung und Ertragspotenzial (84); Ökologische Aspekte (84)

3.3.2 Stärkepflanzen ........................................................................... 84 3.3.2.1 Kartoffel ...................................................................... 84

Energieträgerrelevante Eigenschaften (85); Standortan­sprüche und Anbau (85); Nutzung und Ertragspotenzial (86); Ökologische Aspekte (87)

3.3.2.2 Topinambur ................................................................. 87 Energieträgerrelevante Eigenschaften (87); Standortan­sprüche und Anbau (87); Nutzung und Ertragspotenzial (88); Ökologische Aspekte (89)

3.3.2.3 Getreide ....................................................................... 89 Energieträgerrelevante Eigenschaften (89); Standortan­sprüche und Anbau (90); Nutzung und Ertragspotenzial (91); Ökologische Aspekte (91)

3.3.2.4 Mais ............................................................................. 91 Energieträgerrelevante Eigenschaften (91 ); Standortan­sprüche und Anbau (91); Nutzung und Ertragspotenzial (93); Ökologische Aspekte (93)

4 Nebenprodukte, Rückstände und Abfälle ....................................... 95

4.1 Holzartige Biomasse .............................................................................. 95

MARTIN KALTSCHMITT, HANS HARTMANN

4.1.1 Durchforstungs- und Waldrestholz ........................................... 96 4.1.2 Landschaftspflegeholz ............................................................. 1 00

Straßenbegleitholz (101); Gehölze in der freien Landschaft (101); Baumschnitt aus Parks, Anlagen und Friedhöfen (102); Baum­schnitt aus Obstplantagen, Streuobstwiesen, Rehflächen u. ä. (103); Schwemmholz (104)

4.1.3 Industrierestholz ...................................................................... 104 4.1.4 Altholz ..................................................................................... 105

Gruppe BI: Unbehandeltes Altholz (106); Gruppe BII: Abfälle von behandeltem Holz ohne schädliche Verunreinigungen (107); Gruppe Bill: Holzabfälle aus erheb!. belasteten Holzabfällen (1 09)

XIV Inhaltsverzeichnis

4.2 Halmgutartige Biomasse ...................................................................... 109

MARTIN KALTSCHMITT, HANS HARTMANN

4.2.1 Stroh ........................................................................................ 110 Getreidestroh (110); Ölsaalenstroh (112); Maisstroh (112); Kör­nerleguminosenstroh ( 113)

4.2.2 Weitere Erntereste aus der Landwirtschaft .............................. 113 4.2.3 Halmgüter aus der Landschaftspflege ..................................... 114

Straßengrasschnitt (114); Grasschnitt aus Parks, Anlagen und Friedhöfen (115); Grasschnitt von Naturschutzflächen (115)

4.3 Sonstige Biomasse ............................................................................... 116

MARTIN KALTSCHMITT, WERNER EDELMANN

4.3.1 Exkremente aus der Nutztierhaltung ....................................... 116 4.3.2 Abfälle aus Haushalten, Gewerbe und Industrie ..................... 117

Haushalte ( 117); Industrie und Gewerbe ( 118) 4.3.3 Organisch belastete Abwässer ................................................. 121

Kommunal-Abwasser (121); Industrielle Abwässer (122)

5 Bereitstellungskonzepte .................................................................. 123 HANS HARTMANN, MARTIN KALTSCHMITT

5.1 Holzartige Biomasse ............................................................................ 124

5.1.1 Stückholz ................................................................................. 125 Stückholz aus dem Wald (125); Stückholz aus Industrierestholz (126); Stückholz aus Altholz (126)

5.1.2 Hackschnitzel .......................................................................... 126 Hackschnitzel aus dem Wald (127); Hackschnitzel aus Kurzum­triebsplanlagen (131); Hackschnitzel aus Industrierestholz (134); Hackschnitzel aus Altholz (134); Hackschnitzel aus Landschafts­pflegeholz (134)

5.1.3 Rinde ....................................................................................... l35 5.1.4 Sonstige Holzbrennstoffe ........................................................ 136

5.2 Halmgutartige Biomasse ...................................................................... l36

Ballenketten (138); Langgutketten (139); Häckselketten (140); Pelletketten (140) 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4

5.2.5

Stroh ........................................................................................ 141 Halmgut von Dauergrünlandflächen und Feldgrasanbau ........ 142 Straßengrasschnitt ................................................................... 143 Getreideganzpflanzen .............................................................. 144 Absätzige Ernteverfahren (144); Vollernteverfahren (145) Miscanthus .............................................................................. 146 Absätzige Ernteverfahren (146); Vollernteverfahren (147); Rekul­tivierung (148)

5.2.6 Feuchtgut. ................................................................................ 150

Inhaltsverzeichnis XV

503 Sonstige Biomasse .. o ...... o ...... o ...... o .............. o ............ o ........................ o .. 150

50301 Ölsaaten ........ o .......... o ...... o ........................ o .................. o ............ 151 50302 Zucker- und stärkehaltige Stoffe ............................................ 0151

Zuckerrüben (!51); Zuckerhirse (152); Kartoffeln und Topinam-bur (153); Winterweizen (!53); Mais ( 153)

50303 Ausgangsstoffe für die Biogaserzeugung ................................ l54

6 Ernte und Aufuereitung .................................................................. 155 HANS HARTMANN

601 Ernteverfahren .. o .. o .... o ............ o ...................... o .. o .................................. o155

60101 Holzartige Biomasse ................................................................ 156 6010101 Holz aus dem Wald .................................................. ol56

Fällen (!56); Rücken und Vorliefern (!57) 601.1.2 Holz aus Kurzumtriebsplantagen .............................. 159

Fäll-Lege-Maschinen (160); Fäll-Bündel-Maschinen ( 160); Hackgut-Vollerntemaschinen ( 161)

601.103 Holz aus der Landschaftspflege ................................ 163 60102 Halmgutartige Biomasse ........................................................ 0164

6010201 Mähgut ...................................................................... 164 Mähverfahren (165); Wendeverfahren (165); Schwad­verfahren (165); Schwadmähverfahren ( 165)

6010202 Häckselgut.. .. o ................................................ o .......... o166 601.203 Ballen ........................................................................ 167

Hochdruckballenpressen ( 167); Quaderballenpressen ( 168); Rundballenpressen ( 169); Compactrollenpressen (170); Zusatzfunktionen ( 170)

60102.4 Presslinge .................................................................. 170 60103 Ölhaltige Pflanzen .................................................................. 0 172

6010301 Raps .......................................................................... o172 60103 02 Sonnenblumen .......................................................... 0 173

601.4 Zucker- und stärkehaltige Pflanzen ........................................ 0173 601.401 Getreidekörner .......................................................... o173 601.402 Mais .......................................................................... o175 601.403 Zuckerrüben .............................................................. 175 601.4.4 Zuckerhirse ................................................................ 176 601.405 Kartoffeln und Topinambur ...................................... 176

602 Aufbereitung .... o 0 ........................................ o ........................................ 0 177 60201 Zerkleinern .............................................................................. 177

6020101 Scheitholzbereitung .................................................. 0 177 Keilspalter ( 178); Spiralkegelspalter ( 179); Messerrad­spalter ( 179); Kombinierte Säge-Spaltmaschinen ( 179)

6020102 Hacker und Zerspan er .............................................. 0 180 Hacker (180); Schredder (184); Zerspaner (184)

6020103 Mahlzerkleinerung .................................................... 185 60201.4 Ballenauflöser .......................................................... 0 186

XVI Inhaltsverzeichnis

6.2.2 Sieben und Sortieren ............................................................... 188 Scheiben- und Sternsiebe (l88); Trommelsiebe (189); Plansiebe (189)

6.2.3 Pressen ..................................................................................... 189 6.2.3.1 Brikettierung ............................................................. 190

Strangpressverfahren ( 190); Presskammerverfahren (192); Walzenpressverfahren (192)

6.2.3.2 Pelletierung ............................................................... 192 Kollergangpressen ( 193); Zahnradpressen ( 195)

7 Transport, Lagerung, Konservierung und Trocknung ............... 197 HANS HARTMANN

7 .I Transport. ............................................................................................. 197

7 .1.1 Straßentransporte ..................................................................... 197 7 .1.1.1 Land- und forstwirtschaftliche Transporte ................ 198

Allzweckkipper ( 199); Hochkipper (200); Silieranhän-ger (200); Sonderbauarten (200); Transport auf Ernte­maschinen (20 1)

7.1.1.2 Lkw-Transporte ......................................................... 201 Lkw mit Plattformanhänger (201 ); Sattelkipper (20 I); Wechselcontainer (20 I); Pumpwagen (202)

7 .1.2 Schienentransporte .................................................................. 203 7 .1.3 Schiffstransporte ...................................................................... 203

7.2 Lagerung .............................................................................................. 204

7 .2.1 Biologische Vorgänge ............................................................. 204 Selbsterhitzung (204); Pilzwachstum und Sporenbildung (206)

7 .2.2 Lagerungsrisiken ..................................................................... 207 Substanzabbau (208); Selbstentzündung und Brandrisiko (21 0); Gesundheitliche Risiken (211 ); Entmischung und Feinabrieb (212)

7 .2.3 Lagerungstechniken ................................................................ 212 7.2.3.1 Bodenlagerung im Freien .......................................... 212

Bodenlagerung ohne Witterungsschutz (212); Bodenla­gerung mit Witterungsschutz (212)

7.2.3.2 Lagerung in Gebäuden .............................................. 213 Hallen (213); Hochbehälter (214)

7 .2.3.3 Kurzzeitlagerung ....................................................... 216 7 .2.4 Lagerbeschickung ................................................................... 218

7 .2.4.1 Lagere in- und -austragssysteme ................................ 218 Ladefahrzeuge (218); Blattfederrührwerke (220); Dreh­schnecken, Konusschnecken, Austragsfräsen (220); Schubböden (221 ); Wanderschnecken (221 ); Krananla-gen (222)

7 .2.4.2 Fördersysteme ........................................................... 222

Inhaltsverzeichnis XVII

7.3 Feuchtkonservierung ........................................................................... 225

Konservierung unter Luftabschluss (225); Konservierung durch Zuschlag­stoffe (225)

7.4 Trocknung ............................................................................................ 226

7 .4.1 Grundlagen .............................................................................. 226 Trocknungsvermögen von Luft (227); Trocknungsverlauf und Dauer (228); Strömungswiderstand (229)

7 .4.2 Trocknungsverfahren .............................................................. 231 7.4.2.1 Natürliche Trocknung ............................................... 231

Bodentrocknung (231); Trocknung durch natürliche Konvektion (232); Trocknung durch Selbsterwärmung (232)

7 .4.2.2 Trocknung durch Belüftung ...................................... 233 Belüftungskühlung (233); Belüftungstrocknung (233); Warmlufttrocknung (234)

7 .4.3 Trocknungseinrichtungen ........................................................ 235 Systeme ohne Gutförderung (235); Systeme mit Gutförderung (237)

8 Grundlagen der Festbrennstoffnutzung ........................................ 239

8.1 Begriffsdefinitionen ............................................................................. 239

THOMAS NUSSBAUMER, MARTIN KALTSCHMITT

8.1.1 Energieträgerspezifische Begriffe ........................................... 239 Heiz- und Brennwert (239); Wassergehalt und Brennstoff-Feuchte (240); Flüchtige Bestandteile (241); Verbrennungswasser und Taupunkt (241)

8.1.2 Begriffe der thermochemischen Umwandlung ........................ 242 Luftüberschusszahl (Luftüberschuss) (242); Verbrennung (243); Vergasung (244); Pyrolyse (244); Verflüssigung (245); Verkoh-lung (245)

8.1.3 Wirkungs- und Nutzungsgrade ................................................ 245 Feuerungstechnischer Wirkungsgrad (245); Kesselwirkungsgrad (246); Nutzungsgrad (246)

8.2 Brennstoffzusammensetzung und -eigenschaften ................................ 248

HANS HARTMANN

8.2.1 Molekularer Aufbau ................................................................ 249 8.2.2 Elementarzusammensetzung ................................................... 251

8.2.2.1 Hauptelemente ........................................................... 251 Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff (251); Stickstoff (251); Kalium (252); Kalzium, Magnesium, Phosphor (254); Schwefel (254); Chlor (255)

8.2.2.2 Spurenelemente ......................................................... 256

XVIII Inhaltsverzeichnis

8.2.3 Weitere energieträgerspezifische Eigenschaften ..................... 259 Wassergehalt (260); Heizwert (260); Brennwert (262); Flüchtige Bestandteile (263); Aschegehalt (263); Ascheerweichungsverhal-ten (263)

8.2.4 Physikalisch-mechanische Eigenschaften ............................... 266 Stückigkeil (Abmessungen, Oberflächenbeschaffenheit, Geome-trie) (266); Größenverteilung und Feinanteil (267); Brückenbil­dungsneigung (Rieselfähigkeit) (268); Lagerdichte (Schütt- und Stapeldichte) (268); Rohdichte (Einzeldichte) (270); Abriebfestig-keit (271)

8.3 Grundlagen der thermochemischen Umwandlung .............................. 272

MARTIN KALTSCHMITT, GÜNTER BAUMBACH

8.3. I Aufheizung und Trocknung .................................................... 274 8.3.2 Pyroiytische Zersetzung .......................................................... 275 8.3.3 Vergasung ............................................................................... 278 8.3.4 Oxidation ................................................................................. 280

8.4 Systemelemente zur End-/Nutzenergiebereitstellung .......................... 28 I

MARTIN KAL TSCHMITT

Verbrennung (282); Vergasung (284); Pyrolyse (286)

9 Direkte thermische Umwandlung (Verbrennung) ....................... 287 9.1 Grundlagen .......................................................................................... 288

THOMAS NUSSBAUMER

9. I .I Festbrennstoffverbrennung ...................................................... 288 Teilprozesse (290); Verbrennungstemperatur (291)

9 .1.2 Emissionsentstehung ............................................................... 293 9.1.2.1 Stoffe aus vollständiger Oxidation der

Hauptbrennstoffbestandteile ...................................... 295 Kohlenstoffdioxid (295); Wasserdampf (295)

9. 1.2.2 Stoffe aus unvollständiger Oxidation der Hauptbrennstoftbestandteile ...................................... 295 Ascheausbrand (296); Synthese- und Abbaumechanis-men von CO, Ruß und Kohlenwasserstoffen (297); Bil-dung höherer aromatischer Kohlenwasserstoffe und Ruß (298); Heterogene Reaktionen von Kohlenstoff (300); Luftüberschuss und CO/Lambda-Diagramm (300); Beeinflussung (30 I)

9 .1.2.3 Stickstoffoxide .......................................................... 303 Entstehung (303 ); Beeint1ussung (306)

9. 1.2.4 Emissionen aus Schwefel, Chlor und Kalium ........... 3 I 2 Entstehung (312); Konsequenzen (313)

9 .1.2.5 Partikelemissionen und Aerosole .............................. 314 Entstehung (315); Beeinflussung (319)

9.1.2.6 Emissionen polychlorierter Dioxine und Furane ....... 3I9 Entstehung (320); Beeinflussung (322)

Inhaltsverzeichnis XIX

902 Feuerungsanlagentechnik oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo323

Konstruktive Anforderungen (323); Unterschiede von hand- und automa-tisch beschickten Feuerungen (324) 90201 Handbeschickte Feuerungen und Pelletöfen oooooooooooooOOOOooOOOOo000326

HANS HARTMANN, THOMAS NUSSBAUMER

9 o2olol Feuerungsprinzipien oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 327 Durchbrand (328); Oberer Abbrand (328); Unterer Ab­brand (330)

9 020102 Einzelfeuerstätten 00 00 00 000 00 00 000000 0 00 00 0 0 0 00 0 oo 000 oooo 00 00 Ooo 00 00 0000 330 Offene Kamine (332); Geschlossene Kamine (332); Zimmeröfen (332); Kaminöfen (333); Speicheröfen (334); Küchenherde (335); Pelletöfen (336)

9020103 Erweiterte Einzelfeuerstätten oooooooooooooooooooooooooooooooooooo338 Zentralheizungsherde (338); Erweiterte Kachelöfen oder Kamine (339); Pelletöfen mit Wärmeübertrager (340)

90201.4 Zentralheizungskesselooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 340 Funktionsweise (340); Anwendungsbereiche und Vari­anten (341)

9020105 Systemintegration oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 342 Lastvariabilität (342); Wärmespeicher (342); Kombina-tion mit anderen Wärmeerzeugern (344)

90202 Automatisch beschickte FeuerungenooooooooooooOOOOooooooooooooooooooooooo345 THOMAS NUSSBAUMER, HANS HARTMANN

9 020201 Feuerungsprinzipien 00 00 00 00 0000000 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 00 00 0 00 00 0 0 000 0 0 00 00 00 0 345 9020202 Holz- und Rindenfeuerungen 000000000000000000000000000000000000 348

Unterschubfeuerungen (348); Vorschubrostfeuerungen (349); Unterschubfeuerungen mit rotierendem Rost (351); Vorfeuerungen (Voröfen) (352); Feuerungen mit Fallschacht (als Pelletfeuerungen) (352); Feuerungen mit Wurfbeschickung (353); Feuerungen mit Rotations­gebläse (354); Einblasfeuerungen (355); Stationäre Wir­belschichtfeuerungen (356); Zirkulierende Wirbel­schichtfeuerungen (357)

9020203 Halmgutfeuerungenooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo358 Chargenweise beschickte Ganzballenfeuerungen (359); Zigarrenabbrandfeuerungen (360); Ballenfeuerungen mit Ballenteiler (362); Ballenauflöser- und Schüttgut­feuerungen (363)

90203 WärmeübertragerooooooooooooooooooooooooOOOooOOOOoooOOOooooooooooOOoooooooooooooooooo363 HANS HARTMANN

9020301 RauchrohrkesseloooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooOOOooOOOO 365 9020302 WasserrohrkesseloooooooooooooooooooooooooooooooooooOOooooOOoooOOOoooooo366

902.4 Regelung ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooOOOoooOOOoooOOOoOOOOOoooooooooooo366 THOMAS NUSSBAUMER, JÜRGEN GOOD

902.401 Regelung handbeschickter Feuerungsanlagenooooooooooo367

XX Inhaltsverzeichnis

9.2.4.2 Regelung automatisch beschickter Feuerungsanlagen ...................................................... 368 Unterdruckregelung (368); Leistungsregelung (369); Verbrennungsregelung (370); Kombination von Leis­tungs- und Verbrennungsregelung (373)

9.3 Abgasreinigung und -kondensation ..................................................... 374

THOMAS NUSSBAUMER

9.3.1 Staubabscheidung .................................................................... 375 Zyklon (375); Gewebefilter, Schüttschichtfilter, Keramikfilter (377); Elektrofilter (378); Wäscher (381)

9.3.2 Stickstoffoxidminderung ......................................................... 382 Selektive nicht-katalytische Reduktion (SNCR) (382); Selektive katalytische Reduktion (SCR) (383)

9.3.3 HCl-Minderung ....................................................................... 385 Trockensorption (385); Wäscher (386)

9.3.4 Minderung von Dioxinen und Furanen ................................... 386 9.3.5 Abgaskondensation ................................................................. 387

Funktionsprinzip (387); Anwendung (388); Stauhabscheidung und Kondensatbehandlung (389)

9.4 Stromerzeugungstechniken .................................................................. 390

MARTIN KALTSCHMITT, HARTMUT SPLIETHOFF

9.4.1 Dampfkraftprozesse ................................................................ 391 9.4.1.1 Betriebsweisen .......................................................... 392

Kondensationsbetrieb (392); Gegendruckbetrieb (393); Entnahme-Kondensations-Betrieb (394)

9.4.1.2 Arbeitsmaschinen ...................................................... 395 Dampfturbinen (395); Dampfmotoren (397)

9.4.2 ORC-Prozesse ......................................................................... 400 9 .4.3 Stirlingprozesse ....................................................................... 402 9.4.4 Direkte Gasturbinen- und Gasmotorenprozesse ...................... 405

9.4.4.1 Holzstaubturbine und -motor ................................... .405 9.4.4.2 Direkt gefeuerte Gasturbinenprozesse ...................... .407

9.4.5 Indirekte Gasturbinenprozesse ................................................ 408

9.5 Aschen und deren Verwertung ........................................................... .412

INGW ALD ÜBERNHERGER

9.5 .I Eigenschaften .......................................................................... 413 9.5 .1.1 Fraktionsanteile, Korngrößen, Dichten und

Schüttdichten ............................................................. 413 9.5.1.2 Nährstoffgehalte ........................................................ 415

Holz-, Stroh- und Ganzpflanzenaschen (415); Industrie-rest- und Altholzaschen (416)

9.5 .1.3 Schwermetallgehalte ................................................. 416 Holz-, Stroh- und Ganzpflanzenaschen (416); Industrie-rest- und Altholzaschen ( 417)

Inhaltsverzeichnis XXI

9.5.1.4 Organische Schadstoffe und Gehalte an organischem Kohlenstoff .......................................... 418 Holz-, Stroh- und Ganzpflanzenaschen (418); Industrie-rest- und Altholzaschen (419)

9.5.1.5 pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit... .................. .419 9.5.1.6 Gehalte an Si, Al, Fe, Mn, Sund Karbonat... ........... .420 9.5.1.7 Eluatverhalten ........................................................... 421

9.5.2 Verwertung .............................................................................. 422 9.5.2.1 Anfall und Aufbereitung .......................................... .424 9.5.2.2 Ausbringung .............................................................. 425

Ausbringungstechnik (425); Ausbringungsmengen und sonstige Randbedingungen (425)

10 Thermochemische Umwandlung .................................................... 427

10.1 Vergasung ............................................................................................ 427

HERMANN HOFBAUER, MARTIN KALTSCHMITT

10.1.1 Grundlagen .............................................................................. 428 Aufheizung und Trocknung (428); Pyrolytische Zersetzung (428); Oxidation (429); Reduktion (429)

10.1.2 Vergasungstechnik .................................................................. 431 1 0.1.2.1 Festbettvergaser ......................................................... 433

Gegenstromvergaser (433); Gleichstromvergaser (435); Sonderbauformen (438)

1 0.1.2.2 Wirbelschichtvergaser .............................................. .439 Stationäre Wirbelschicht (441); Zirkulierende Wirbel­schicht (443); Zweibett-Wirbelschichten mit umlaufen-dem Wärmeträger ( 444)

1 0.1.2.3 Flugstromvergaser ..................................................... 446 Funktionsweise (446); Stand der Technik (446)

1 0 .1.3 Produktgas ............................................................................... 44 7 10.1.3.1 Einflussgrößen ........................................................... 448

Biomasseart (448); Vergasungsmittelart und -menge (449); Vergaserart (449); Temperatur (450); Druck (451)

10.1.3.2 Verunreinigungen ...................................................... 451 Partikel (452); Teere (452); Alkalien (453); Schwefel-, Halogen- und Stickstoffverbindungen (453); Konse­quenzen (454)

1 0.1.4 Gasreinigungstechnik ............................................................. .454 1 0.1.4.1 Anforderungen ......................................................... .454

Nutzung zur Wärmebereitstellung (455); Nutzung in Motoren (455); Nutzung in Gasturbinen (455); Nutzung in Brennstoffzellen (456); Nutzung zur Methanolsynthe-se (457)

10.1.4.2 Nasse Gasreinigung .................................................. .457 Teerahscheidung (457); Partikelabscheidung (459)

XXII Inhaltsverzeichnis

10.1.4.3 Trockene Gasreinigung ............................................ .459 Teerahscheidung (459); Partikelabscheidung (460)

10.1.5 Gasnutzungstechnik ................................................................ 461 1 O.I.5 .I Wärmebereitstellung ................................................. 46I 10.1.5 .2 Stromerzeugung mit externer Verbrennung .............. 462

Dampfprozess (462); Stirlingmotor (462); Indirekt be­feuerte Gasturbine (Heißluftturbine) (462); Zufeuerung in kalorischen Kraftwerken (463)

I 0.1.5.3 Stromerzeugung mit interner Verbrennung .............. .463 Gasmotoren (463); Gasturbinen (464); Brennstoffzellen (464)

10.1.5.4 Bereitstellung flüssiger Energieträger ...................... .465 I O.I.6 Anlagenbeispiele ..................................................................... 467

10.I.6.1 Wärmebereitstellung ................................................ .467 Bioneer-Vergaser (467); Wirbelschichtvergaser für einen Kalkbrennofen (468)

I O.I.6.2 Motorische Nutzung .................................................. 4 70 Imbert-Vergaser (470); Open Top Vergaser (471); Car-bo-V-Verfahren ( 4 72)

10.1.6.3 Nutzung in Turbinen ................................................ .473 Värnamo-Anlage (474); Arbre Projekt (475)

I0.2 Pyrolyse ............................................................................................... 477

DIETRICH MEIER

I0.2.I Grundlagen .............................................................................. 477 Zersetzungsmechanismen ( 4 78); Reaktionskinetik ( 480)

10.2.2 Flash-Pyrolyse ......................................................................... 481 Reaktoren mit stationärer Wirbelschicht ( 481 ); Reaktoren mit zirkulierender Wirbelschicht (484); Reaktoren mit ab1ativer Wirkung (484); Reaktoren mit Vakuum (486)

I 0.2.3 Druckverflüssigung ................................................................. 487 10.2.4 Produkte und deren Nutzung .................................................. .490

Charakterisierung (490); Aufbereitung (491); Nutzung (492)

I0.3 Verkohlung .......................................................................................... 494

JOHANNES WELLING

10.3.I Grund1agen .............................................................................. 494 10.3.2 Verfahrenstechnik ................................................................... 495

Meilerverfahren ( 496); Retortenverfahren ( 498); Spülgasverfahren (500); Sonstige Verfahren (501); Verfahrensbewertung (503)

10.3.3 Produkte .................................................................................. 503 Charakterisierung (503); Produktion (504); Nutzung (504)

Inhaltsverzeichnis XXIII

11 Nutzung von Biomasse mit fossilen Energieträgern ..................... 507 HARTMUT SPLIETHOFF, MARTIN KALTSCHMITT, ANDREAS MORY

11.1 Einteilung und Abgrenzung ................................................................. 507 Konzepte (507); Eingrenzung (510)

11.2 Mitverbrennung in Kohlekraftwerken .................................................. 512

11.2 .1 Rahmenbedingungen ............................................................... 512 11.2.2 Biomasseaufbereitung ............................................................. 513

Staubfeuerungen (514); Wirbelschichtfeuerungen (514) 11.2.3 Staubfeuerungen ...................................................................... 514

Brennstoff- und Abgasvolumenstrom (515); Verbrennungsablauf (517); Verschlackung und Versehrnutzung (518); Korrosion und Erosion (518); Emissionen (519); Abgasreinigung (520); Asche­anfall und -Verwertung (521)

11.2.4 Wirbelschichtfeuerungen ......................................................... 523 Verbrennungsablauf (523); Verschlackung und Versehrnutzung (518); Korrosion und Erosion (518); Emissionen (519); Asche­anfall und -Verwertung (526)

11.2.5 Anlagenbeispiele ..................................................................... 526 Nijmegen/Niederlande (526); St. Andrä/Österreich (527)

11.3 Vergasung und Gasnutzung in Kohlekraftwerken ................................ 528

11.3 .1 Rahmenbedingungen ............................................................... 528 11.3.2 Biomasseaufbereitung ............................................................. 530 11.3.3 Vergasung ............................................................................... 531 11.3 .4 Mitverbrennung des Gases ...................................................... 531 11.3 .5 Anlagenbeispiele ..................................................................... 533

Zeltweg/Österreich (533); Lahti/Finnland (535)

12 Produktion und Nutzung von Pflanzenölkraftstoffen .................. 537 BERNHARD WIDMANN, THOMAS STELZER, EDGAR REMMELE,

MARTIN KALTSCHMITT

12.1 Rohstoffbereitstellung .......................................................................... 537

12.2 Pflanzenölgewinnung ........................................................................... 538

12.2.1 Pflanzenölgewinnung in Großanlagen ..................................... 538 12.2.1.1 Vorbehandlung .......................................................... 540 12.2.1.2 Pressung .................................................................... 541 12.2.1.3 Extraktion .................................................................. 54!

Vorbereitung ( 542); Lösemittel ( 542); Extraktion ( 542); Miscella-Destillation ( 544 ); Schrot-Entbenzinierung (544)

12.2.1.4 Raffination ................................................................. 545 Chemische Raffination (546); Physikalische Raffination (549); Miscella-Raffination (549); Extraktive Raffina­tion mit überkritischen Lösemitteln (550)

XXIV Inhaltsverzeichnis

12.2.2 Pflanzenölgewinnung in Kleinanlagen .................................... 550 12.2.2.1 Vorbehandlung .......................................................... 550 12.2.2.2 Pressung .................................................................... 551 12.2.2.3 Ölreinigung ............................................................... 552

Sedimentationsverfahren (553); Filtrationsverfahren (554); Sicherheitsfilter (557)

12.3 Weiterverarbeitung von Pflanzenölen .................................................. 557

12.3.1 Umesterung ............................................................................. 557 Grundlagen (557); Anforderungen an das Öl (559); Diskontinuier­liche Verfahren (560); Kontinuierliche Verfahren (561)

12.3.2 Verarbeitung in Mineralölraffinerien ...................................... 563 12.3.3 Mischungsverfahren ................................................................ 564

12.4 Produkte und energetische Nutzung .................................................... 565

12.4.1 Pflanzenöle und PME .............................................................. 565 12.4.1.1 Chemischer Aufbau ................................................... 565 12.4.1.2 Lagerung ................................................................... 567 12.4.1.3 Kenngrößen ............................................................... 569 12.4.1.4 Nutzung als Kraftstoff.. ............................................. 572

Rapsölmethylester (RME) (572); Pflanzenölkraftstoff aus Mineralölraffinerien (573); Mischkraftstoff (573); Naturbelassenes Pflanzenöl (573)

12.4.1.5 Nutzung als Brennstoff .............................................. 576 12.4.2 Kuppel- und Nebenprodukte ................................................... 577

12.4.2.1 Stroh .......................................................................... 578 12.4.2.2 Presskuchen und Extraktionsschrot ........................... 578

Tierfutter (578); Düngemittel (579); Verbrennung (579); Biogasproduktion (580); Weitere Einsatzmöglichkeiten (580)

12.4.2.3 Glycerin ..................................................................... 580 12.4.2.4 Sonstige Kuppelprodukte .......................................... 580

12.5 Anlagenbeispiele .................................................................................. 581

12.5.1 Motoren-Heizkraftwerk im Reichstagsgebäude in Berlin ........ 581 12.5.2 Blockheizkraftwerk Greußenheim ........................................... 583

13 Grundlagen der biochemischen Umwandlung .............................. 585 WERNER EDELMANN

13.1 Biochemische Abbaumöglichkeiten ..................................................... 5 85

Aerober Abbau (586); Anaerober Abbau (586)

13.2 Beteiligte Phasen ................................................................................. 587

Aerober Abbau (587); Anaerober Abbau (588)

13.3 Technische Nutzbarmachung ............................................................... 588

Inhaltsverzeichnis XXV

14 Ethanolerzeugung und Nutzung ..................................................... 591 THOMAS SENN

14.1 Grundlagen .......................................................................................... 591

14.1.1 Rohstoffe ................................................................................. 591 Zuckerhaltige Rohstoffe (592); Stärkehaltige Rohstoffe (593); Cellulosehaltige Rohstoffe (596)

14.1.2 Biochemische Grundlagen ....................................................... 597 Zuckerabbau (597); Stärkeabbau (597); Celluloseabbau (602)

14.2 Maischprozess ..................................................................................... 602

14.2.1 Auf- bzw. Vorbereitung ........................................................... 603 Reinigung ( 603 ); Zerkleinerung ( 603)

14.2.2 Aufschlussprozesse ................................................................. 605 Stärkeaufschlussverfahren unter Druck (605); Drucklose Stärke­aufschlussverfahren (607); Kontinuierliche großtechnische Stärke­aufschluss-Verfahren (61 0); Celluloseaufschluss-Verfahren (612)

14.3 Fermentation ........................................................................................ 614

14.3 .1 Hefebereitstellung ................................................................... 614 14.3.2 Absatzweise Fermentation ....................................................... 614 14.3.3 Kontinuierliche Fermentation .................................................. 617

14.4 Destillation, Rektifikation, Absolutierung ........................................... 618

14.4.1 Destillation .............................................................................. 618 14.4.2 Rektifikation ............................................................................ 622

Alkohol aus Rohalkohol (622); Alkohol aus Maische (624) 14.4.3 Absolutierung .......................................................................... 626

14.5 Produkte und energetische Nutzung .................................................... 628

14.5.1 Ethanol .................................................................................... 628 Einsatz als Reinkraftstoff (630); Einsatz als Mischkraftstoff (631 ); Einsatz nach chemischer Umwandlung (632)

14.5.2 Schlempe ................................................................................. 633 Flüssiges Futtermittel (633); Festes Futtermittel (633); Düngemit­tel (633); Energiegewinnung (634)

14.6 Anlagenbeispiele .................................................................................. 634

14.6.1 Kleintechnisches Anlagenkonzept... ........................................ 634 14.6.2 Mittelgroßes Anlagenkonzept ................................................. 635 14.6.3 Großtechnisches Anlagenkonzept ........................................... 637 14.6.4 Anlagenkonzepte für den Cellulose-Aufschluss ...................... 638

15 Biogaserzeugung und -nutzung ...................................................... 641 WERNER EDELMANN

15. 1 Grundlagen .......................................................................................... 641

15.1.1 Substrate .................................................................................. 641

XXVI Inhaltsverzeichnis

15 .1.2 Biologische Grundlagen .......................................................... 645 15.1.3 Verfahrenstechnische Messgrößen .......................................... 64 7

Temperatur (647); pH-Wert (648); Redoxpotenzial (648); Hernm­stoffgehalt (649); Gaszusammensetzung (651 ); Trockenmasse-und CSB-Gehalt (652); Gehalt an niederen Fettsäuren und Ammo­nium (653); Gehalt an suspendierten und anderen Inhaltsstoffen (654)

15.1 .4 Verfahrenstechnische Betriebsgrößen ..................................... 654 Faulraumbelastung (654); Abbauleistung (655); Aufenthaltszeit (656); Gasausbeute (657)

15.2 Verfahrenstechnik ................................................................................ 658 15.2.1 Substrataufbereitung ................................................................ 658

Aufbereitung flüssiger Substrate (658); Aufbereitung pastöser und fester Substrate (659); Hygienisierung (660)

15.2.2 Gärverfahren ........................................................................... 662 Elemente von Fermentern (662); Einteilung der Gärverfahren (665); Behandlung flüssiger Substrate (668); Behandlung fester Substrate (670)

15.2.3 Verfahrenswahl ....................................................................... 672 Abbauleistungen (672); Auswahlkriterien (674)

15.3 Produkte und energetische Nutzung .................................................... 675 15.3.1 Biogas ...................................................................................... 675

Gaseigenschaften (675); Gasreinigung (677); Gasspeicherung (678); Gasnutzung (679)

15.3 .2 Weitere Gärprodukte ............................................................... 683 Gärkompost (683); Gülle (684); Industrieabwässer und Klär­schlämme (685); Presswasser (686)

15.4 Anlagenbeispiele .................................................................................. 688 15.4.1 Landwirtschaftliche Covergärung ............................................ 688 15.4.2 Reinigung von Abwässern aus der Zuckergewinnung ............. 689 15 .4.3 Reinigung von Abwässern aus der W ellkarton-

Rohpapierherstellung ............................................................... 691 15.4.4 Vergärung von festen Bioabfällen ........................................... 692

Literatur ................................................................................................. 695

Sachverzeichnis ...................................................................................... 7 43