Innovationsfonds
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Biomasse-Feuerung für die Zukunft fit machen (BioFfit)

Feinstaubemissionen betreffen nicht nur den Straßenverkehr, auch häusliche Kleinfeuerungsanlagen sind hierfür maßgeblich verantwortlich. BioFit will hier Abhilfe schaffen.

Die ambitionierten globalen Klimaschutzziele erfordern Maßnahmen im gesamten Energiesystem, auf zentraler und dezentraler Ebene von der Erzeugung bis zur Anwendung. Holzbetriebene Einzelfeuerungen können dabei einen nennenswerten Beitrag zur Schonung fossiler Ressourcen und Reduktion der Klimagasemissionen leisten. Allerdings liegen deren Feinstaubemissionen brennstoff- und technikbedingt bei jährlich 24.000 Tonnen und überschreiten damit deutlich die Feinstaubemissionen von Pkw und Lkw. Das Ziel des Projekts ist die Erforschung, Entwicklung und Demonstration eines hocheffizienten Partikelabscheiders für den typischen Leistungsbereich von Einzelholzfeuerungsstätten, in Kombination mit passiver, automatischer Reinigung unter dem Einsatz von funktionalen Materialien. Mit Hilfe einer gekoppelten Verbrennungsregelung soll zudem der feuerungstechnische Wirkungsgrad erhöht und die Schadstoffemissionen gesenkt werden und im Zusammenspiel mit dem Partikelabscheider analysiert werden. Durch den Betrieb mit thermoelektrisch erzeugter elektrischer Energie kann der Abscheider und/oder die Verbrennungsregelung zudem fernab von Stromnetzen betrieben werden, oder kann eine wirtschaftliche Alternative zur nachträglichen Installation einer Stromversorgung darstellen. Die Entwicklung zielt auf Neuanlagen genauso wie auf die Nachrüstung des Anlagenbestandes.

Erste Erfahrungen und wichtige Erkenntnisse zu den hier ebenfalls verwendeten Thermoelektrischen Generatoren, konnte das Fraunhofer IPM bereits in einem vorangegangenen Innovationsfonds Projekt, im Kontext eines anderen Anwendungsfalls, gewinnen.

Projektdaten

Projektnummer 2020-11
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer IPM
Laufzeit 01.11.2019 - 31.12.2021
Zuschuss 150.000€

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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:

Innovations- und Effizienznetzwerk für Industrie und Gewerbe
Freiburg

Innovations- und Effizienznetzwerk für Industrie und Gewerbe

Industrie und Gewerbe machen ein Viertel des Energieverbrauchs in Baden-Württemberg aus. Besonders für Unternehmen mit energieintensiven Herstellungsverfahren sind die Energiekosten ein wesentlicher Kostenfaktor. Gleichzeitig gibt es bei vielen Unternehmen noch ungenutzte Einsparpotentiale, z. B bei der Abwärmenutzung, auch über das eigene Unternehmen hinaus. Besonders kleinere und mittelständische Unternehmen haben oft nicht die Ressourcen, um in innovative Techniken zu investieren oder um verschiedene Effizienzlösungen zu evaluieren. Umgekehrt fehlen Universitäten und Forschungsinstitutionen oft Wirtschaftspartner, um ihre Ideen zu einem marktreifen Produkt zu entwickeln. Das Leuchtturmprojekt „Vernetzte Industrie“ bringt diese Partner zusammen und investiert in Infrastruktur und Wissenstransfer. Das Projekt besteht aus drei Teilbereichen, die sich jeweils verschiedener Aspekte und Bedürfnisse annehmen: Die Verbundforschung, das Cluster InnoEFF und der Infrastrukturträgergesellschaft (ITG). Ziel der ITG ist es, die regionale Infrastruktur effizienter zu gestalten, z. B. durch Investitionen in Energiekonversionsanlagen und in die Kommunikationsstruktur innerhalb von und zwischen Unternehmen. Unter Leitung der Fraunhofer Gesellschaft verfolgt RegioWin zweitens angewandte Forschung in den Effizienztechnologien. Diese Forschung in die Wirtschaft zu bringen und aus innovativen Ideen neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln ist wiederum die Aufgabe der ITG. Das Innovations- und Effizienzcluster (InnoEFF) bietet als dritter Teilbereich Unternehmen die Möglichkeit, sich mit anderen Firmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zu vernetzen und die gemeinsamen Ressourcen zu nutzen. Daraus ergeben sich Vorteile und Mehrwert für alle Beteiligten. Das gesamte RegioWin-Projekt sensibilisiert Unternehmen für das Thema Energieeffizienz und bietet Ressourcen zur Weiterentwicklung und Zugang zur neuesten Forschung. Forschungsinstitutionen können zusammen mit Unternehmen Forschungsprojekte zu marktreifen Produkten zu entwickeln, für die Anbieter effizienter Infrastruktur ergeben sich neue Märkte sowie die Möglichkeit, die eigenen Anlagen durch Expertenwissen zu modernisieren. Das Cluster widmet sich insbesondere den Themen nachhaltige Energiesysteme und Digitalisierung, innovative Energielösungen und Querschnittstechnologien. Über diese Themen tauschen sich die Beteiligten aus Wissenschaft und Wirtschaft mehrmals jährlich in Innovationsforen aus, um neue Lösungs- und Vermarktungswege zu finden. Ein Talentpool vermittelt zwischen hochspezialisieren Fachkräften, Unternehmen und Forschungsinstitutionen. Träger des Clusters ist der Verein Klimapartner Oberrhein, ein Zusammenschluss von 60 Unternehmen, Forschungsinstitutionen und Kommunen, der selbst aus einem Innovationsfondsprojekt hervorging. Mehr auf den Seiten der Teilprojekte innoEFF und ITG.

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.

Integrale Klärschlammverwertung
Bad Krozingen

Gas und Biokohle aus Klärschlamm

Besonders kleinere Kläranlagen verfügen meist nicht über Möglichkeiten, um Klärschlamm – das Restprodukt bei der Wasseraufbereitung – sinnvoll weiter verwerten zu können. Der Schlamm wird deshalb oft verbrannt oder unter hohen Kosten in weit entfernte Spezialanlagen transportiert. Der Abwasserzweckverband Staufener Bucht untersuchte deshalb zusammen mit dem Fraunhofer ISE und drei anderen regionalen Kläranlagenbetreibern, wie man Klärschlamm ganzheitlich betrachtet am besten verwerten kann. Die Pyrolyse oder die Vergasung schienen hierfür besonders geeignet. Bei der Pyrolyse verschwelt der eingesetzte Brennstoff ohne Zusatz von Sauerstoff zu einer kohleartigen Masse. Das Verfahren eignet sich besonders, um bisher ungenutzte Reststoffe in kompakte und transportfähige Kohle umzuwandeln. Diese eignet sich als Brennstoff und verursacht durch ihr geringes Gewicht deutlich weniger Transportkosten als der Klärschlamm. Für Klärschlamm ist die Pyrolyse in Baden-Württemberg bisher noch nicht erprobt. Das Projekt untersuchte die Möglichkeit, eine solche Anlage in die Kläranlage zu integrieren und analysierte ihr Energiepotential. Auch eine zentrale Lösung für mehrere Anlagen und andere Nutzungspfade wurden untersucht. Mit der Studie leisteten die Abwasserzweckverbände wichtige Vorarbeiten, um den energie- und nährstoffreichen Klärschlamm in Zukunft nachhaltiger und kostengünstiger zu nutzen.