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Biogas soll die sinkende Deponiegasmenge ersetzen

Beim biologischen und chemischen Abbau von organischem Abfall entsteht Methan, das sich in einem Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umwandeln lässt. Seit 2005 ist es in Deutschland aber verboten, Abfälle einzulagern ohne sie vorzubehandeln, so dass kaum noch organisches Material auf den Deponien anfällt. Diese an sich erfreuliche Entwicklung führt dazu, dass die Menge des Deponiegases sinkt und seine stärker schwankende Qualität Probleme beim Verbrennen bereitet. In den 300 bereits oder bald geschlossenen deutschen Deponien entstehen gleichzeitig in den nächsten Jahren noch etwa 180 Mio. Kubikmeter Deponiegas, das die Betreiber wegen seiner minderen Qualität oft abfackeln müssen.

Die badenova Wärmeplus zusammen mit der Abfallwirtschaft und Städtereinigung Freiburg (ASF) und der Firma Remondis BKF lösten das Problem mit einem innovativen Verfahren, das schwaches Deponiegas mit Biogas aufwertet. Anschließend verwertet das Blockheizkraftwerk Landwasser das neue Gasgemisch zur Erzeugung von Strom und Heizwärme und erbringt so in zehn Jahren 101.500 Megawattstunden mehr als unkombinierte Verfahren. Das Biogas dafür stammt aus der Biogasanlage der Firma Remondis in der Freiburger Tullastraße, die den Bioabfall aus der Biotonne verarbeitet. Weil Regel- und Verfahrenstechnik noch unerprobt waren prüfte der Testlauf in verschiedenen Phasen unterschiedliche Gasgemengen, um den Prototyp zu optimieren.

Mindestens 45 weitere Deponien in Deutschland eignen sich für das Verfahren und lassen mit einem Potential von 27 Millionen Kubikmetern Deponiegas eine Ausbeute von 100 Gigawattstunden klimafreundlicher Strom- und Wärmeerzeugung erwarten.

Weiterführende Informationen zum Vorhaben und den Ergebnissen aus dem Projekt finden Sie im beigefügten Abschlussbericht. Spannende Hintergründe zu weiteren ökologischen Aktivitäten finden Sie unter anderem in einem aktuellen Förderprojekt zur Verwertung biogener Abfälle.

Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt

  • Die Brennstoffzusammensetzung hat einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebs. Je nach Brennstoffzusammensetzung ergeben sich sehr unterschiedliche Brennstoffmischkosten (Reformgas, Biogas, Biomethan) und weiterhin wird der eingespeiste Strom entsprechend den Brennstoffbestandteilen unterschiedlich hoch vergütet.
  • Die schnell schwankenden Änderungen der Brennstoffzusammensetzung und der Brennstoffmenge, als auch die fehlende Versorgungssicherheit bei Ausfall einer Gasproduktionsstätte führen zu höheren Stillstandszeiten im Vergleich zu erdgasgasversorgten BHKW-Konzepten.
  • Zur Regelung der Brennstoffzusammensetzung ist ein MSR-System erforderlich, welche die Druckverhältnisse, Heizwerte und Mengenanteile so aufeinander abstimmt, dass sämtliche Anlagen innerhalb ihrer vorgegebenen Parameter betrieben werden können.

Projektdaten

Projektnummer 2009-08
Projektart Forschung und Studien
Projektträger badenova Wärmeplus
Laufzeit November 2008 bis November 2015
Zuschuss 199.710

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Dezentrale Stromerzeugung in der Fläche mit Kleinwindkraft
Lörrach

Kleine Windkraftanlagen auf Lörrachs Dächern

Lörrach eignet sich auf Grund seiner Lage und der durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten nicht für große, kommerzielle Windanlagen. Kleinere Anlagen für Privathaushalte jedoch könnten dazu beitragen, das städtische Potential an erneuerbaren Energien noch besser zu nutzen. Wie Solaranlagen können kleine Windkraftwerke dezentral Strom erzeugen, sind jedoch in privaten Haushalten bisher selten. Während sogenannte Solarkataster mittlerweile recht genau vorhersagen, wie viel Sonnenenergie im Jahresverlauf auf einzelne Dächer fällt, ist eine solche Prognose für Wind noch kaum möglich. Zwar bietet das Land Baden-Württemberg einen online-Windatlas, dessen Vorhersagen beziehen sich jedoch auf Höhenlagen für größere, kommerzielle Rotoren und sagen nur wenig aus über die Luftströme auf Wohnhausebene. Marktlage und Bauvorschriften sind ebenfalls unübersichtlich. Ohne Fachwissen und ausführliche Recherche erschließt sich dem einzelnen Verbraucher kaum, ob sich eine Anlage überhaupt lohnt und welches Model sich am besten für sein Dach eignet. Auch Zulassungsverfahren sind oft noch nicht eindeutig. Die Stadt Lörrach untersucht diese Fragen und evaluiert das Stadtgebiet auf sein Windkraftpotential. Dazu recherchieren die Mitarbeiter, welche Geräte überhaupt auf dem Markt sind, wie solide ihre Funktionsweise ist, wie hoch die Lärmentwicklung der Rotoren ist und ob deren Vibration möglicherweise Dach oder Gebäude schädigt. Auch wie Gebäudebesitzer und Nachbarn zu individuellen Windkraftanlagen in Wohngebieten stehen, untersucht die Studie und kann damit möglichen Vorurteilen entgegenwirken. Mit diesem Marktüberblick kommt das Projekt letztlich zu einer Aussage, welche Modelle technisch und wirtschaftlich sinnvoll sind. Diese allgemeinen Daten ergänzen sie mit Messungen, die sich speziell auf Lörrach beziehen. In ein computerbasiertes Geoinformationssystem (GIS) integriert, können Wind- und Wetterdaten dabei helfen, das Windpotential an einem einzelnen Grundstück zu bestimmen. Das Projekt verleiht außerdem Messgeräte und Datenlogger, so dass interessierte Bürger die Windgeschwindigkeit auf ihren Dächern über einen längeren Zeitraum verfolgen können. Die Windkraftstudie ergänzt Lörrachs Erneuerbare Energien Konzept und ist ein weiterer Baustein, um das städtische Potential an erneuerbaren Energien zu evaluieren und voll auszuschöpfen.

Studie zu den Abwasserwärmepotenzialen in Freiburg
Freiburg

Energie aus warmem Abwasser

Warmes Abwasser aus Industrie und Haushalten in die Kanalisation zu leiten verschwendet Energie. Außerdem trägt es dazu bei, das Grundwasser zu erwärmen, was für die Ökosysteme problematisch ist. Deshalb ist es sinnvoll, die restliche Wärme energetisch zu nutzen. In Kombination mit einer gasbetriebenen Wärmepumpe kann ein in die Rohre eingebauter Wärmetauscher die Energie zurückgewinnen, beispielsweise um Gebäude mit Grundwärme zu versorgen. Die Energie ins Fernwärmenetz einzuspeisen oder zum Kühlen zu nutzen sind weitere Optionen. Für Freiburg untersuchte Badenova wie effizient dieses ‚energetische Recycling’ ist. Dafür werteten sie die Daten des Freiburger Kanalnetzes aus. In Freiburg sind demnach 31 Kilometer Kanal gut und weitere 33 Kilometer eingeschränkt nutzbar. Kanalwärme eignet sich am besten für Systeme, deren Heiztemperatur nah am Wärmeangebot liegt wie beispielsweise bei Fußbodenheizungen. Weil dann viel Wärme anfällt, wenn auch der Verbrauch groß ist, liefert das Konzept kontinuierlich Energie. Gerade für Kommunen, die ohnehin erwägen, ihre Kanäle zu sanieren, lohnt es sich Wärmetauscher miteinzurechnen. Auch sonst, so das Ergebnis der Studie, müssen viele Faktoren zusammenkommen, damit es sich im Vergleich zu anderen regenerativen Energiequellen lohnt, Kanalwärme zu nutzen. Als problematisch stellte sich heraus, dass sich im Laufe der Zeit ein isolierender Biofilm auf den Wärmetauschern ablagerte. Die jährliche Kanalreinigung entfernte ihn aber effizient. Auch rechtliche Fragen kamen auf: Als Entsorger sind die Gemeinden Eigentümer des Abwassers und der darin enthaltenen Wärme. Auch deshalb empfiehlt die Freiburger Studie Wärmetauscher bei Kläranlagen zu nutzen. Ergänzt durch ein Projekt zum Kanalwärmepotential in Offenburg, erstellten die Experten ein Informationssystem zum Freiburger Potential.

Gülleanwendung auf Grünland: Verminderung gasförmiger und gelöster Stickstoffverluste durch Zusatz pyrogener Pflanzenkohle zum Güllelager
Merzhausen

Biokohle gegen Stickstoffverluste in der Gülledüngung

Gülle ist ein altbewährtes Düngemittel. Beim Austragen von Gülle wie auch von mineralischen Düngern lösen sich jedoch Stickstoffverbindungen. Ammoniak oder Nitrat sickern ins Grundwasser; Lachgas trägt zur Klimaerwärmung bei. Verschiedene Ansätze bekämpfen dieses Problem seit Jahren und haben schon wesentlich dazu beigetragen, die Gülledüngung effizienter und nachhaltiger zu machen. Der Einsatz von Pflanzenkohle aus Pyrolyseanlagen bietet einen weiteren innovativen Baustein, um Stickstoffemissionen zu vermindern. Pyrolyseöfen wandeln bei hoher Hitze Biomasse in Verbrennungsgas und Biokohle um. Zum Einsatz kommt vor allem Material, das anderweitig kaum verwertbar ist. Ein Innovationsfondsprojekt aus dem Jahr 2011 beispielsweise nutzt eine mobile Pyrolyseanlage, um Biomasse aus Rebstockrodung direkt am Weinberg zu verkohlen. Die so gewonnene Kohle reduziert das Volumen der eingesetzten Biomasse drastisch, lässt sich somit leicht transportieren und ist vielseitig einsetzbar. Besonders in der Landwirtschaft zeigt die Biokohle ihr Potential: In den Boden eingearbeitet, speichert sie Wasser und Nährstoffe und wirkt als Kohlenstoffsenke. Aus Praxisberichten ist bekannt, dass im Boden eingearbeitete Biokohle auch Stickstoffemissionen vermindert. Wie genau die Biokohle die Stickstoffverbindungen bindet und den Nitratstoffwechsel verändert ist noch wenig bekannt. Am Mathislehof in Buchenbach erforschten Wissenschaftler vom Institut für Bodenkunde der Universität Freiburg und einer unabhängigen Agentur nun, inwiefern Biokohle Stickstoffemissionen reduziert. Dafür stellten die Forscher am Mathislehof, einem Mutterkuhbetrieb mit Weidewirtschaft, mehrere Versuchsbehälter auf. Die Fässer enthielten Gülle angereichert mit Biokohle in unterschiedlichen Konzentrationen. In regelmäßigen Abständen maßen die Forscher, welche Mengen an Stickstoffverbindungen, unter anderem Ammoniak und Lachgas, aus den Fässern entweichen. Im Frühjahr brachte der Mathieslehof diese verschiedenen Güllegemische mehrmals auf Versuchsflächen aus. Auf diesen Gebieten maßen die Forscher dann über ein Jahr hinweg die gasförmigen und flüssigen Stickstoffemissionen. Das einjährige Projekt maß außerdem, wie lange die Biokohle im Boden verbleibt, ob sie in Hanglagen stark auswäscht und wie sie sich auf das Ökosystem des Weidelandes auswirkt. Das Projekt erforschte damit ein Verfahren, das mit minimalem Aufwand Gülledüngung effizienter und gleichzeitig klimafreundlicher macht. Biokohle verwertet klimaneutral landwirtschaftliche Reststoffe und macht die Nährstoffe der Gülle für Pflanzen besser verfügbar. Weil die Biokohle Ammoniak und andere Geruchsstoffe bindet, nimmt auch der typische Geruch ab und macht so die Gülleausbringung gesellschaftlich akzeptabler. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Aufgrund einer Befragung mit Blindgeruchsproben zeigte sich, dass acht Gramm Kohle pro Liter Gülle ausreichend sind, um eine Geruchsminderung um 40 Prozent zu erzeugen Die Kohlen erwiesen sich in diversen Biotests gut verträglich für die Umwelt und Lebenswelt des Bodens. Für Regenwürmer wirkte Gülle sogar anziehender, wenn diese mit Kohle behandelt worden war Keine messbaren Unterschiede in der Ausgasung von Ammoniak oder Lachgas. Auch nach Gülleausbringung auf Grünland war die N-Freisetzung gleich, ob gasförmig oder flüssig, hier einschließlich Nitrat und Ammonium. Sehr geringe Kohlemengen im ersten Anwendungsjahr könnten die Ursache fehlender Unterschiede sein. Für die beiden verwendeten Pflazenkohlen wurden Unterschiede in ihrer Wirkungsstärke festgestellt. Inwiefern diese jedoch bestimmt werden von Parametern der Herstellungsweise oder Biomassequelle ist aufgrund der vorliegenden Daten nicht ersichtlich The main results were as follows In olfactory tests, however, significant effects were visible in the presence of biochar. Due to blind tests and interviews only 8 g biochar per liter slurry were necessary to reduce the odor by 40 percent. In various bioassays the biochars proved to be without consequences for the soil environment. For earthworms cattle manure seemed even more attractive if it was treated with bochar before. Measurable differences in the emission of ammonia and nitrous oxide were undetectable. Similarly, no effect on the N-release (gaseous or liquid) emerged after slurry spreading on grassland, here including nitrate and ammonium. The lack of differences might be due to very small amounts of biochar in the first year of application (0,08 an 0,4 t/ha). The two biochars displayed different effects during several assays. But determining the criteria responsible for these differences (either parameters of manufacture or biomass source) is not apparent from the available data.

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