Perspektiven von Biogas Was kommt nach dem EEG? … · 𝑡/𝑎 24000 25500 19000 11000 9249000 ... in BK und SLK viele Einwohner noch nicht an Biotonne angeschlossen SLK umso interessanter

© Fraunhofer IFF, Magdeburg 2016Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk

Dipl.-Ing. Torsten Birth, Marcel Scheffler

Perspektiven von Biogas – Was kommt nach dem EEG?

11. Fachtagung Biogas – Chancen und Risiken

Inhalt

1. Ausgangspunkt EEG2. Randbedingungen für die Zukunft –

Mehrwertsuche3. Welche Chancen gibt es aktuell für Neuanlagen?4. Welche Chancen gibt es aktuell für

Bestandsanlagen?5. Power-to-X die Lösung?6. Zusammenfassung


2

Die Bewertung der EEG Novelle 2016, sowie der Energiepolitische Stand Deutschlands sind unterschiedlich.


Ausgangssituation EEG

…und die anderen so….

Die einen bewerten / sehen es so…


3

Ausgangssituation:

ca. 9000 Biogasanlagen die zw. 2020 und 2040 aus dem EEG rutschen

Randbedingungen:

Anfänge des EEG

Attraktive Geschäftsmodelle fürkl. und gr. Anlagen von KWK bisBiomethan in komplexen Einsatz-gebieten bis hin zu Leerflächen-Anlagen

Heute:

Mehrwert ist Lukrativ

Strom

Wärme

Gas

Alternative Anwendungen

Alternative Substrate


Randbedingungen


4

Bioabfall

100%ige Verwertung:

meistens in Kompostieranlagen um entstehenden Humus wiederzuverwerten

Beginn Biomüll auch energetisch zu nutzen, Behandlung in Biogas- und Vergärungsanlagen


Welche Chancen gibt es aktuell für Neuanlagen?


5



2012 Magdeburg Jerichower Land Salzlandkreis Landkreis

Börde Deutschland

Hausmüll

𝑡/𝑎 47000 16000 46500 19000 13989000

𝑘𝑔

𝐸∗𝑎230 169 226 108 171

Biotonne

𝑡/𝑎 10000 8500 19000 6500 3944000

𝑘𝑔

𝐸∗𝑎42 90 92 37 48

Bioabfälle

𝑡/𝑎 24000 25500 19000 11000 9249000

𝑘𝑔

𝐸∗𝑎104 270 92 63 112

Biomüll-Verwertung

𝑡/𝑎

100% 100% 100% 100 % 99,9 %𝑘𝑔

𝐸∗𝑎


6



2012 Magdeburg Jerichower Land Salzlandkreis Landkreis

Börde Deutschland

Hausmüll

𝑡/𝑎 47000 16000 46500 19000 13989000

𝑘𝑔

𝐸∗𝑎230 169 226 108 171

Biotonne

𝑡/𝑎 10000 8500 19000 6500 3944000

𝑘𝑔

𝐸∗𝑎42 90 92 37 48

Bioabfälle

𝑡/𝑎 24000 25500 19000 11000 9249000

𝑘𝑔

𝐸∗𝑎104 270 92 63 112

Biomüll-Verwertung

𝑡/𝑎

100% 100% 100% 100 % 99,9 %𝑘𝑔

𝐸∗𝑎


7

JL und SLK für zusätzliches Abfallaufkommen interessant

wegen hohem spezifischen Aufkommen ≈ 90kg

E∙𝑎

ab 2015 bundesweit Biotonnen-Pflicht(außer bei Eigenkompostierung)

in BK und SLK viele Einwohner noch nicht an Biotonne angeschlossen SLK umso interessanter

SAW / HZ am interessantesten weil man Konzept von 0 beginnen kann




8

JL und SLK für zusätzliches Abfallaufkommen interessant

wegen hohem spezifischen Aufkommen ≈ 90kg

E∙𝑎

ab 2015 bundesweit Biotonnen-Pflicht(außer bei Eigenkompostierung)

in BK und SLK viele Einwohner noch nicht an Biotonne angeschlossen SLK umso interessanter

SAW / HZ am interessantesten weil man Konzept von 0 beginnen kann




9




10*NV – Nutzvolumen (180 – 200 t/Fermenterbefüllung)

Beispielprojektebestehende Abfallvergärungsanlagen (BHKW)

Kassel-Lohfelden (Herhof) Erfurt (BEKON) Witten (Kompogas) Trittau (Kompogas) Deißlingen (BRS)

Inbetriebnahme 2012 2009 2013 2013 2005

Input22000 t/a

(Bioabfall + Grünschnitt)18200 t/a

(Bioabfall)25000 t/a

(Biotonne)30000 t/a

(Biotonne)25000 t/a

(Bioabfall)

Outputin Kompostieranlage (71% Kompost, 7 % Brennstoffe,

22% Rückgut)

64 % zertifizierterKompost, 4 % Störstoffe,

32 % Prozessabwasser

Kompost, Flüssigdünger und Störstoffe

in Kompostieranlage(80 % Kompost, 20 %

Störstoffe), Flüssigdünger

Düngekompost, Abwasser (anliegende

Kläranlage)

Aufbereitung keine keineStörstoffabtrennung,

Zerkleinerung, SiebungZerkleinerung, Siebung

Störstoffabtrennung, Zerkleinerung, Siebung

Verfahren

TNS-Trockenverfahren (Helector – Loock TNS),

1-stufig, mesophil, Batch-Betrieb

TNS-Trockenverfahren,1-stufig, mesophil,

Batch-Betrieb

Trockenverfahren, 1-stufig, thermophil,

Pfropfenstrom

Trockenverfahren, 1-stufig, thermophil,

Pfropfenstrom

Nassverfahren, mehrstufig, mesophil,

kontinuierlich

Verweildauer imFermenter

21 Tage 4-5 Wochen 11 - 21 Tage 7 Tage 20 Tage

Behälter8 Fermenter (NV* = 325 m³),

Perkolattank (1000 m³)7 Garagenfermenter

(à 826 m³)Pfropfenstrom-

fermenter (1600 m³)Pfropfenstromfermenter -/-

Biogasproduktion 1,5 Mio. m³/a 1,6 Mio. m³/a 2,3 Mio. m³/a 2,5 Mio. m³/a 2,8 Mio. m³/a

Output-Leistung (gesamt)

3 BHKW‘S, 450 kW 2,6 GWhel/a + 3,4 GWhth/a

2 BHKW‘s, 660 kW 3,1 GWhel/a + 4,3 GWhth/a

2 BHKW‘s5 GWhel/a

2 BHKW‘s, 800 kW 3 GWhel/a + 4,4 GWhth/a

950 kW 5,9 GWhel/a + 5,1

GWhth/a

Investition 6,8 Mio. € (Umbau) 4,8 Mio. € (Umbau) 15 Mio. € 5 Mio. € (Umbau) 13,2 Mio. DM


11

Beispielprojektebestehende Abfallvergärungsanlagen (BHKW)

Rothmühle (KOMPOFERM, FITEC) Borgstedt (BEKON) Bassum (BEKON) Steinfurt (BEKON) Freudenstadt (LARAN)

Inbetriebnahme (2007) 2014 2008 2009 2013 2012

Input 25000 t/a (Biotonne)30000 t/a (Biotonne) Erweiterung auf 40000t

18000 t/a(Bio- und Grünabfall)

45000 t/a Bioabfall 18000 t/a

Output14000 t/a Gärrest fest

14000 m³/a Gärrest flüssigKompost

Kompost ausKompostieranlage

17000 t/a Kompost10000 t/a Gärrest flüssig,

3000 t/a Gärrest fest

Aufbereitungkeine, für Nassfermentation

Zerkleinerung und Pressekeine

Zerkleinerung, Siebung vor Kompostierung

erst Kompost (Siebung, Windsichtung, Magnet)

Zerkleinerung, Siebung

Verfahren

Nassvergärung: einstufig, mesophil

Trockenvergärung: einstufig, mesophil, Batch-Betrieb

Trockenverfahren,zweistufig, mesophil,

Batch-Betrieb

Trockenverfahren, einstufig, mesophil,

Batch-Betrieb

Trockenverfahren, einstufig, thermophil,

Batch-Betrieb

einstufig, thermophil, Pfropfenstrom


ca. 4 Wochen 28 Tage ca. 4 Wochen 30 Tage 21 Tage

Behälter

2 Nassfermenter (1000 m³),1 Gärrestlager (6600 m³),

Gasspeicher (9200 m³)

8 Fermenter (à 400 m³), 1 Perkolatfermenter

10 Fermenter (á 800 m³), Gasspeicher (2000 m³)

6 Boxenfermenter (á 800 m³)

12 Boxenfermenter1 Fermenter TF 1400

Gärrestlager (5250 m³)

Biogasproduktion 5 Mio. m³/a 2,5 Mio. m³/a 1,25 Mio. m³/a 3,9 Mio. m³/a 2 Mio. m³/a


250 kW, 360 kW, 2 à 400 kW 7,3 GWhel/a + 7 GWhth/a

2 BHKW‘s,1150 kW 5 GWhel/a + 7 GWhth/a

625 kW

3,7 GWhel/a + 4 GWhth/a2 BHKW‘s, 1054 kW

8,2 GWhel/a + 7,8 GWhth/aSatelliten-BHKW: 190 kW

+ 360 kW

Investition 10 Mio. € 6 Mio. € (Umbau) 5,2 Mio. € (Umbau) 20 Mio. € 9,5 Mio. €


12

Beispielprojektebestehende Abfallvergärungsanlagen (Aufbereitung)

Berlin (LARAN) Fulda (Kompogas, BIOferm,) Augsburg (TTV) Pohlsche Heide (BEKON)

Inbetriebnahme 2013 [2,7 ha] 2012/2013 2013 2009

Input 60000 t/a (Biotonne)21000t Lebensmittelreste,

11000t Gülle, 22000t Biotonne, 8000t Gewerbeabfälle

55000 t/a Bioabfälle und Grünschnitt

40000 t/a Bioabfall + 10000 t/a Grünabfälle

Output32200t feste, 13400t flüssige

Gärreste38.000t Dünger,12.500t Kompost

12000t Kompost, 15000t flüssiger Dünger

80% Kompost, 20% Störstoffe

AufbereitungSiebung, Zerkleinerung,

MagnetZerkleinerung, Siebung, Magnet

Zerkleinerung, Siebung, Magnet

Zerkleinerung, Siebung

Störstoffabtrennung

Verfahreneinstufig, thermophil,

Pfropfenstrom

Nass: mesophil, einstufig

Trocken: thermophil, einstufig,Pfropfenstrom

einstufig, thermophil,Pfropfenstrom

einstufig, mesophil, Batch-Betrieb


21 Tage50-60 Tage

20-25 Tage15-20 Tage 3-4 Wochen

Behälter2 Fermenter (à 2.200 m3)Gasspeicher (2.500 m3)

2 Nassfermenter, 4 Gärrestelager

2 Pfropfenstromfermenter

2x1600m³ Pfropfenstromfermenter

12 Fermenter (à 525 m³)

Biogasproduktion 6 Mio. m³/a 8 Mio. m³/a 5 Mio. m³/a 3,6 Mio. m³/a


425 Nm³/h Biomethan 28 Mio. kWh

650 Nm³/h Biomethan 42 Mio. kWh

360Nm³/h Biomethan 30 Mio. kWh

250 Nm³/h Biomethan 21,6 Mio. kWh

Investition 30 Mio. € 30 Mio. € 17,4 Mio. €


13

Beispielprojektegeplante Abfallvergärungsanlagen

WastERGY Rehau Heppenheim (Herhof) Brandholz (TTV)

Inbetriebnahme 2015 2014 2016

Input33000 t/a

(Gewerbliche und kommunale Bioabfälle)

31000 t/a(Bioabfall)

25000 t/a(Bioabfall)

Output11500 t/a Kompost, Brennstoff-

und/oder Kompost-Pellets

Kompost und flüssige Gärreste 21000 t flüssige und feste Gärrest

AufbereitungZerkleinerung, Siebung,

Störstoffabtrennung (danach)keine

Zerkleinerung, Siebung, Störstoffabtrennung, Magnet

VerfahrenNassverfahren, mehrstufig

(Helixhydrolyse), kontinuierlichTNS-Trockenverfahren, 1-stufig,

mesophil, Batch-VerfahrenPfropfenstrom, einstufig thermophil

BehälterHydrolyse-VorlagebehälterRundfermenter (7000m³)

8 Trockenfermenter, Prozesswasserspeicher,

6 Kompostierungsboxen

1 Pfropfenstromfermenter3 Gärrestespeicher

Output-Leistung BHKW, 9 GWhel/a2 BHKW‘s

5 GWhel/a + 5,7 GWhth/a

2,6 Mio. m³ Biogas/aBHKW, 750 kW

6 GWhel/a

Investition 10 Mio.€ 18 Mio. € 13,6 Mio. €


14

VergärungsanlageBeispielprojekte

Kriterium Variante Merkmal

Trockensubstanzgehalt Nassvergärung bis ca. 15% TS-Gehalt (pumpfähig)

Trockenvergärung <25% TS-Gehalt (stapelbar)

Art der Beschickung kontinuierlichtäglich gleiche Substratmenge wird aus-

und eingetragen

diskontinuierlich Komplettbefüllung und -entleerung

Anzahl der Prozessphasen einstufig alle Abbaustufen in einem Behälter

zweistufig Trennung von Hydrolyse und Methanbildung

mehrstufigTrennung von Hydrolyse, Säurebildung und

Methanbildung

Prozesstemperatur psychrophil bis 20 °C

mesophil 35 °C

thermophil 55 °C


15



Verfahren Trockenfermentation Nassfermentation

kontinuierlich diskontinuierlich

Kompogas X (Pfropfenstrom)

BEKON X (Garagenfermenter)

BTA-Prozess X

KOMPOFERM X (Fermentertunnel)

FITEC X

GICON X (2-stufig) X (2-stufig)

Herhof X (TNS)

DRANCOX (vertikaler,

rührwerksloser Fermenter)

BIOfermX (Garagenfermenter;

TNS-Prinzip)

LARAN X (Pfropfenstrom) X

TTV X (Pfropfenstrom)

UTS X (kein Bioabfall)


16




17




18


Welche Chancen gibt es aktuell für Neuanlagen? – Bestandsanlagen?

Strom

Erneuerbare Quellen

Elektrolyseur

H2

Methanisierung

Alternativ: Methanolherstellung

Industrie

Bio-Kraftstoffquote

$CO2

Biomethananlage

SubstratErdgasnetz

Tankstelle Mobilität

Strom

Wärme

GärrestkonditionierungThermische Behandlung

Optimierter Gärrest

Speicher + Kaufstrategien


19


Welche Chancen gibt es aktuell für Neuanlagen? – Bestandsanlagen?

Gärrestkonditionierung

Düngemittelverordnung

260 Tage hydraulisch Dichte Lagerung

Alternative zur Lagererweiterung bei minimierter Ausbringmenge zu prüfen

Thermische Verfahren: Verbrennung/Vergasung/Pyrolyse

Mobilität

Biomethan in bestehende und neue Infrastrukturen

Alternativ: H2 durch Biogasreformierung

Industrie

Methanol


20


Power-to-X die Lösung?

Power-To-Gas: Biomethan aus Rest-CO2 und Wind-H2 - Ein ganzheitlicher Energie und Reststoffstromansatz

Hauptziel:

Entwicklung eines Anlagenkonzeptes für die Methanisierung von Rest-CO2 und Wind-H2

Nebenziele:

Abhängigkeiten zw. Biogasanlage, Elektrolyseur, Gasnetz und Methanisierungidentifizieren und analysieren

Arbeitsbereiche

AB0: Voruntersuchungen (Datenerhebung)

AB1: Simulation

AB2: Experimente

AB3: Konzeptentwicklung


21



Prozess-Industrie 4.0

Vertikale Integration zur Flexibilisierung der chemischen Produktion

Flexible Komponenten Bereitstellung

Industriepark


22



Bedarfsgerechte PtX-Infrastrukturen für Industrie- und Gewerbeparks, als auch Energieanlagen und Energieanlagenparks


23



Industriepark

Erneuerbare H2-VersorgungH2-Speicher

E-H2-Infrastruktur

Phase 1Phase 2

E-H2-Mobilität

Kleintransporter

Niederflurfahrzeuge

Gabelstapler

Sonderbau


24



E-H2-Mobilität

Kleintransporter

Niederflurfahrzeuge

Gabelstapler

Sonderbau

H2-Notstromversorgung

schwarzstartfähige H2-BHKW

Industriepark

Strom

SpeicherErzeugung


25



E-H2-Mobilität

Kleintransporter

Niederflurfahrzeuge

Gabelstapler

Sonderbau



Sauerstoffnutzung

Abfüllung für Schweißanwendungen

Verbrennungsanlagen (Klärschlammverbrennung)

Biogasanlagen (Entschwefelung)

Kläranlagen (4. Klärstufe)

H2O2


26



E-H2-Mobilität

Kleintransporter

Niederflurfahrzeuge

Gabelstapler

Sonderbau



Sauerstoffnutzung





Autonomere Strombereitstellungsvarianten (PtP)

direkte Versorgung mit erneuerbaren Energien

Überschuss wird per Elektrolyse gespeichert

Bedarfsgerechte Rückverstromung

Industriepark

Strom


27



E-H2-Mobilität

Kleintransporter

Niederflurfahrzeuge

Gabelstapler

Sonderbau



Sauerstoffnutzung





Autonomere Strombereitstellungsvarianten (PtP)

direkte Versorgung mit erneuerbaren Energien

Überschuss wird per Elektrolyse gespeichert

Bedarfsgerechte Rückverstromung

Weitere Anwendungen (Fetthärtung, Kühlung, Oberflächenbearbeitung,…)


28



Großprojekte

Industriepark

Energieanlagen

Heimanwendungen und Infrastrukturferne

Systeme

Insellösungen


29



Erzeugung Netze Speicherung

Wind/Solar-to-Power

Strom

Gas Wärme

Power-to-Heat

Power-to-GasGas-to-Power

Power-to-Product

Residue-to-Power

Power-to-Power


30



Bewertung durch Optimalmethodiken

Akzeptanz durch Offenlegung

Wind/Solar-to-Power

Strom

Gas Wärme

Gas-to-Power

Residue-to-Power

Power-to-Energy

Power-to-Gas

H2

CH4

Power-to-Liquid

CH3OH

Markt


31


Zusammenfassung

EEG

unzuverlässiges Auslaufmodell

Bioabfall

Aktuell einzige wirkliche Chance für sinnvollen Zuwachs im Biogassektor

Mehrwert-Systeme

Lukrativität folgt aus Attraktivität

Strom, Wärme, Gas, Alternative Substrate, Alternative Nutzung

Power-to-X

einzelne Projekte zeigen die Möglichkeiten auf

Zukunft


Dipl.-Ing. Torsten Birth, Marcel Scheffler


11. Fachtagung Biogas – Chancen und Risiken

Inhalt

1. Ausgangspunkt EEG2. Randbedingungen für die Zukunft –

Mehrwertsuche3. Welche Chancen gibt es aktuell für Neuanlagen?4. Welche Chancen gibt es aktuell für

Bestandsanlagen?5. Power-to-X die Lösung?

Torsten BirthDipl.-Ing.

Projektleiter | LaborleiterProzess- und AnlagentechnikFraunhofer-Institut fürFabrikbetrieb und -automatisierung IFF

Sandtorstraße 22 | 39106 MagdeburgTelefon +49 391 4090-355 | Fax +49 391 [email protected]

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Documents

Perspektiven von Biogas Was kommt nach dem EEG? … · 𝑡/𝑎 24000 25500 19000 11000 9249000 ... in BK und SLK viele Einwohner noch nicht an Biotonne angeschlossen SLK umso interessanter