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PFI-Forschung zur stofflich-energetischen Nutzung

von ligno-cellulosehaltiger Biomasse


Vorstellung der Abteilung Biotechnologie

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• Geräteausstattung zur

Untersuchung von Biomasse

und der Fermentationsprodukte

(HPLC, GC-MS, CHNS-EA, ICP,

AAS, etc.).

• 6 automatisierte 100-Liter

Fermenter (dynamische Gärtest)

• Ausstattung für statische

Gärtests (60 Pl.), Anlagen für

den hydrothermalen Aufschluss,

Fermentationsanlage zur

Gewinnung von Xylitol

• Externes Forschungslabore an

der TDH-Anlage an der

Kläranlage Blümeltal und eine

Versuchsanlage zur PEH an der

Biogasanlage Wallhalben.

• Aktuelle Mitarbeiterzahl: 12

(4 Wissenschaftler, 6 Diplom-

Ingenieure, 1 Doktorand,

1 Diplomand)

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• Aufbau und Einsatz einer Pilotanlage zur Thermodruckhydrolyse zur Verbesserung der energetischen Nutzung von Biomasse am Beispiel von Belebtschlamm

• Steigerung des spezifischen Methanertrages aus landwirtschaftlicher Biomasse durch Kombination innovative Verfahrensansätze

• Thermodruckhydrolyse zur Verbesserung der Biogasausbeute bei Traubentrester

• Effizienzsteigerung beim Betrieb landwirtschaftlicher Biogasanlagen durch Optimierung der Prozessbiologie

• Monitoringprogramm zur Optimierung der Energieerzeugung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen

• Höherwertige Verwertung von xylanhaltiger Biomasse am Beispiel von Biertreber

• Charakterisierung der methanogenen Archaebakterien in landwirtschaftlichen NaWaRo-Biogasanlagen

• Stoffliche und energetische Nutzung von Stroh

• Fermentative Gewinnung von Polyhydroxybuttersäure (PHB) aus lignifizierten Biomassen

• Biotechnologische Herstellung von Biomethan aus Überschüssen regenerativer Energieproduktion (Wind, Photovoltaik) und Kohlendioxid (EE-Gas)

Projektübersicht der Abteilung Biotechnologie


Gesamtkonzept für eine PFI-Bioraffinerie

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Biogas

TDH

PEH

Fermenter

Blockheiz-

kraftwerk

Stroh

Elektrische Energie

Konversion

Zuckerkonzentrat

Grundchemikalien

Biopolymere (PHB)

Lösemittel (Ethyllactat)

Lebensmittel

Zuckerersatzstoff Xylit

Restbiomasse zur Methanisierung Entwässerung

Hydrolysat

Gasreinigung

Biomethan

im Erdgasnetz

Pflanzennährstoffe

ORC/

HTW

Naturfasern

z. B. Flachs

Naturstoffe

z. B. Stärke

Bedarfsmittel


Verknüpfung Schuhtechnik - Biotechnologie

Laufsohle (5):

Stärkecompounds, PHB oder PLA in Verbindung

mit spez. Weichmachern, geschäumte Thermoplaste

Ober- (4) und Innenmaterial (1,2):

Cellulose – und Naturfasern

wie z.B.: Hanf, Flachs, Ramie,

Kenaf, Baumwolle, etc.

Vorder- und Hinterkappen (3):

PHB (Polyhydroxybuttersäure),

PLA (Polylactid), Polymere auf

Stärkebasis

Textiltechnik

Kunststofftechnik

Biopolymere

Biotechnologie Schuhtechnik

Nachwachsende Rohstoffe

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6

Notwendigkeit der Nutzung von Biopolymeren

Unabhängigkeit von Erdöl

Energieeinsparung bei der Kunststoffherstellung

Verbesserung der Recyclingkonzepte

Schutz von Meeresbewohnern

Vermeidung der Schadstoffbelastung in den Weltmeeren

Vogelsterben: Fressen Seevögel die im Meer schwimmenden und am Strand

liegenden Plastikteile, können die Kunststoffpartikel ihren Verdauungstrakt verstopfen

- und die Vögel verenden qualvoll. Dieses Albatross-Küken war an dem Plastikmüll,

mit dem ihn seine Eltern gefüttert hatten, gestorben.


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Aus 49 Mio. t Stroh in Deutschland könnten auf Basis des vorgestellten Bioraffineriekonzeptes folgende Produkte und Energieträger entstehen:

- 5 Mio. t des Zuckerersatzstoffes Xylitol

- 10 Mio. t des Biopolymers Polyhydroxybuttersäure

- 30 Mio. t Biomethan (aus Biogas in Verbindung mit

Methanisierung von Wasserstoff, der über die

Wasserelektrolyse mit Wind- und Solarstrom entsteht.

Erzeugung von vielen weiteren Rohstoffen für die Industrie (z. B. Bernsteinsäure, Ethylactat, Milchsäure, etc.)

Herstellung von nachhaltig recycelbaren Konsumgütern aus Nachwachsenden Rohstoffen

Stoffliche und energetische Potentiale aus Stroh


Gebiets-

körperschaft

Strohaufkomme

n in t/a

Strohdüngung

in t/a

Einstreubedarf

in t/a

Strohnutzungen

in t/a

Verfügbares

Strohpotential

Bad Kreuznach 65.544 32.772 12.734 45.506 20.038

Mayen-Koblenz 133.278 43.982 37.356 81.338 51.940

Rhein-

Hunsrück

102.859 33.943 26.874 60.817 42.042

Rhein-Lahn 72.291 23.856 26.034 49.890 22.401

Alzey-Worms 116.725 58.363 2.550 60.913 55.813

Donnersbergk. 90.112 45.056 20.713 65.769 24.343

Mainz-Bingen 73.371 36.686 4.715 41.401 31.971

…

Südliche

Weinstraße

32.333 16.167 3.241 19.408 12.926

Bad Dürkheim 25.434 12.717 2.489 15.206 10.228

Rheinland-Pfalz 1.302.147 527.788 546.761 1.074.549 227.589

bei Verzicht auf Strohdüngung: 755.377

Quelle: Studie zur Weiterentwicklung der energetischen Verwertung von Biomasse in Rheinland-Pfalz, IfaS Birkenfeld

Strohaufkommen in Rheinland-Pfalz

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Keine Flächenkonkurrenz zur Lebensmittelproduktion

Kohlendioxideinsparpotential für Deutschland von bis zu 80 Mio. t/a

Möglichkeit zur Speicherung von Regelenergie im Erdgasnetz und damit Reduktion des kostenintensiven Ausbaus der Stromnetze

Regionale Bioraffineriekonzepte schaffen Wertschöpfung und Beschäftigung in der Fläche

Größere Unabhängigkeit von erdölbasierenden Rohstoffen

Vorteile der stofflich-energetischen Nutzung von ligno-cellulosehaltiger Biomasse

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Biogas

TDH

PEH

Fermenter

Blockheiz-

kraftwerk

Warmwasser

Kaltwasser

Stroh

Elektrische Energie

Energetische Nutzung

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Aufgeschlossene Biomasse zur Methanisierung

Gasreinigung

Biomethan

im Erdgasnetz

Pflanzennährstoffe Forschungsschwerpunkt: Biogasreinigung / „EE-Gas“

- Senkung „des Methanschlupfes durch methanotrophe

Bakterien - Senkung des Investions- und Energiekosten

- Biogasaufbereitung mit Methanbakterien unter

Verwendung von Wasserstoff gewonnen aus Regelenergie

(Wind, Sonne) durch Elektrolyse von Wasser


Entwicklungsbedarf zu Speichertechnologien

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Bewertungskriterien für Speichertechnologien

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Szenario zur Bruttostromerzeugung in Deutschland

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Katalytische Windgasherstellung

Stromnetz

CH4, CO2

H2

Wind

Sonne

Biogas

Elektrolyse

Gasspeicher

Speicherung

im Erdgasnetz Verstromung

CO2, H2

Gasnetz

Chemisch-physikalische Methanisierung

Gasspeicher

Aminwäsche

CH4,

Gastrocknung

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Biotechnologische Windgasherstellung

Stromnetz

CH4, CO2

H2

Wind

Sonne

Biogas

Elektrolyse

Gasspeicher

Speicherung

im Erdgasnetz Verstromung

CH4, CO2, H2

Gasnetz

Biologische Methanisierung

in Festbettfermentern

Gastrocknung

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CO2-Quelle CO2-Gehalt In Vol. %

Weitere Gas-bestandteile

Giftige Spurengase

CO2-Produktions-kosten

Luft 0,04 % Stickstoff, Sauerstoff, Argon

- ca. 740 €/t

Rauchgas 8 – 10 %

Stickstoff, Sauerstoff, Wasser

Kohlenmon-oxid, Stickoxi-de, Schwefel-dioxid

> 150 €/t

Biogas 40 – 50 % Methan, Wasser

Schwefel-wasserstoff, Ammoniak

keine Zusatzkosten bei Direktnutzung

Kalkbrennen/ Kohlever-gasung, etc.

50 – 100 % Wasserstoff, Kohlen-monoxid

prozess-bedingt

80 – 150 €/t

Kostenschätzung für die CO2-Bereitstellung

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Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens durch das PFI

Erstellung einer Studie zum Stand der Biomethanisierung und Durchführung eines Forschungsprojektes zur Optimierung der biotechnologischen EE-Gasherstellung (mit finanzieller Unterstützung des Landes Rheinland-Pfalz und EFRE)

Erste großtechnische Umsetzung der innovative Technologie im Energiepark Pirmasens zur Optimierung des Verfahrens (2013/14)

Vermarktung und Einsatz der Technologie an geeigneten Standorten mit der Pfalzgas GmbH und den Pfalzwerken

Vorgehensweise zur Förderung von EE-Gas

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Leitstelle - Schulungs- und Büroräume - Laborhalle - Technikhalle - BHKW

Festbett- fermenter

Gärrestlager

Fermenter

Erdbecken - Rübenmus

Abfüllstation Entschwefelung

Gasaufreinigung

Hydrolyse

Substratlagerhalle - Maissilage - Strohballen - Getrockneter Gärrest

Bioraffinerie Energiepark Pirmasens-Winzeln

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Unterstützung der praxisnahen Forschung für die Wende im Bereich Nutzung regenerativer Energie und biomassebasierende Rohstoffproduktion für hochwertige Industrieprodukte.

Aufbau von Pilotanlagen zur Weiterentwicklung von hocheffizienten, exportierbaren Technologien an geeigneten Standorten (z. B. Energiepark Pirmasens).

Anwendungsorientierte Beratung von Interessenten durch Institutionen mit langjähriger Erfahrung auf einem bestimmten Kompetenzgebiet.

(als Koordinator z. B. Energieagentur Rheinland-Pfalz GmbH)

Enge Verknüpfung zwischen anwendungsnaher Forschung, industrieller Entwicklung und der Umsetzungsberatung.

Umsetzungsvorschläge für Rheinland-Pfalz

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Ansprechpartner PFI Pirmasens:

Benjamin Pacan Tel: 06331/2490840 E-Mail: [email protected]

Marie-Curie Str. 19

66953 Pirmasens

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Unsere Vergangenheit und Zukunft -

Energie und Rohstoffe aus Biomasse

mailto:[email protected]



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