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Logistikkonzept für mobile Wärmespeicher in Biogasanlagen

Im Versorgungsgebiet der badenova gibt es etwa 160 Biogasanlagen. Weil Fernwärmeleitungen relativ teuer sind, nutzen nur etwa 30 von ihnen die während der Gärung entstehende Wärme vollständig. Jährlich etwa fünf MW Wärme bleiben so bisher ungenutzt. Würde diese Wärme genutzt, würden allein in Südbaden etwa 20.000 t CO2 eingespart.

Am Beispiel der Biogasanlage Neuried entwickelte die Hochschule Offenburg deshalb ein Konzept für mobile Wärmespeicher, die die Wärme flexibel und ohne Fernleitungen direkt zum Abnehmer bringen. Mobile Wärmespeicher sind handelsübliche Container, die ein Speichermedium, beispielsweise Natriumacetat – auch bekannt als Pökelsalz - , enthalten. Ein wasserbasierter Wärmetauscher übergibt die Wärme aus der Biogasanlage in wenigen Stunden an den Speicher, den der Kunde oder ein Transportunternehmen anschließend auf einem Anhänger zum Verbrauchsort transportiert und dort anschließt.

Wärmeproduktion und Verbrauch sind so zeitlich und räumlich entkoppelt. Der im Projekt untersuchte La-Therm-Latentwärmespeicher beispielsweise speichert 2,5 MWh, was genug ist, um ein Einfamilienhaus für ein Vierteljahr mit Warmwasser und Heizwärme zu versorgen. Pro Tag verliert der Speicher Tag weniger als ein Prozent an Wärme.

Für solche Wärmespeicher fehlt bisher ein umfassendes Logistikkonzept, das die gesamte Wertschöpfungskette von der Biogasanlage zur Beladestation über den Transport der Speicher zum Verbraucher berücksichtigt. Die Wissenschaftler analysierten deshalb zuerst bestehende Übergabestationen, Speichersysteme und Technik und berechneten anschließend die Wirtschaftlichkeit. Die Speicher sind an die Neurieder Ladestation angeschlossen und bringen so die Wärme zu den Nutzern. Einem Landwirt, der damit im Herbst seine Tabakblätter trocknet, ein Schwimmbad und Wohnhäuser im Winter und im Frühjahr Gewächshäuser.

Zusammenfassend kann aus den Projektergebnissen festgestellt werde, dass die Entnahmetemperatur sowohl beim Warmwasserspeicher als auch beim PCM-Speicher durch die Bauart und das verwendete Speichermaterial festgelegt sind. Nur im Falle des Zeolithspeicher kann die Entnahmetemperatur beliebig eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil des Zeolithspeichers liegt in der pro Volumeneinheit speicherbaren Energiemenge. Diese liegt beim Zeolithspeicher ca. 220 kWh/m3. Im Gegensatz dazu kann in einem PCMSpeicher ca. 100 kWh/m3 und im Warmwasserspeicher ca. 60 kWh/m3 gespeichert werden. Die Lade- als auch die Entladezeiten sprechen auch für den Zeolithspeicher, da sie kürzer sind als bei den beiden anderen Speichersystemen.

Eine vergleichende Kostenabschätzung ist z.Z. noch nicht möglich, da im Falle des Zeolithwärmespeichers noch offende Felder existieren. Zeigen sich jedoch im Anschluss an das Projekt machbare Potentiale, ist das Konzept nicht nur für Biogasanlagen in attraktiv, sondern auch für andere Wärmeproduzenten wie beispielsweise Müllverbrennungs- oder Industrieanlagen. KWK-Gutschriften oder CO2 Zertifikate können die noch hohen Investitionskosten zumindest teilweise refinanzieren.

Projektdaten

Projektnummer 2011-14
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Hochschule Offenburg
Laufzeit Mai 2011 bis Frühjahr 2014
Zuschuss 70.000

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:

"CO2-Land - Regionale Klimakooperation zur Speicherung von CO2 in landwirtschaftlichen Böden "
Staufen

Speicherung von CO2 im Boden

Maßnahmen zu CO2 Einsparung und Vermeidung werden an allen Bereichen vorangetrieben. Ein Instrument das dazu beitragen soll, ist der internationale Handel mit CO2 Zertifikaten, der sich aufgrund politischer Rahmenbedingungen jedoch als wenig wirksam zeigt und durch einen Verfall der Preise für gehandelte Zertifikate gekennzeichnet ist. Auch in der Landwirtschaft ist der Ausstoß von CO2 ein aktuelles und vielseitig diskutiertes Thema. Ursachen hierfür sind die intensive, humuszehrende Bewirtschaftung landwirtschaftlich genutzter Böden, einseitig mineralische Düngung und der Energie‐ und Ressourceneinsatz bei der Bewirtschaftung. Nachhaltige und regenerative Landwirtschaft die sowohl boden- als auch klimaschonend betrieben wird ist für viele Landwirte zu kostenintensiv und kann durch den reinen Erlös aus den Produkten nur schwer kostendeckend betrieben werden. Genau hier gibt es jedoch einen Ansatzpunkt der viel Potential bietet, stellen doch die Böden weltweit betrachtet das größte Kohlenstoff‐Reservoir auf der Welt dar und sind damit eine hervorragende CO2-Senke. Dieses Gut zu heben soll in Verbindung mit der Etablierung eines Zertifikathandels für Humusaufbau einen wirksamen Beitrag gegen den Klimawandel umgesetzt werden. Dabei können Firmen und Bürger mit dem Erwerb von CO2-Zertifikaten die Landwirte beim Humusaufbau motivieren und unterstützen und damit gemeinsam Klimaschutz voranzutreiben. Dafür soll für den Humusaufbau ein regional angepasster Maßnahmenkatalog entwickelt und ein freiwilliger regionaler CO2 Zertifikathandel etabliert werden. Mehr über die Speicherung von CO2 im Boden erfahren Sie auf der Webseite von CO2-Land. ++ Das Projekt CO2-Land sucht noch Landwirte, die sich und ihre Ackerflächen mit einbringen und Dauerkulturen wie beispielsweise eine Durchwachsene Silphie anplanzen. Pro Hektar stellt das Projekt 200 Euro als finanzielle Unterstützung bereit. ++ Bei Interesse nehmen Sie doch direkt Kontakt mit den Projektleitern auf: CO2-Land Projekt Schwegler Consulting Schöneck 1 79219 Staufen michael.schwegler@posteo.de k.mueller-saemann@cult-tec.de

Mobile Pyrolyse in Weinberg- und Landschaftspflege für effiziente Biomassenutzung, Klimaschutz und CO2-Reduktion
Ihringen

Mobile Pyrolyse in Weinberg- und Landschaftspflege für effiziente Biomassenutzung, Klimaschutz und CO2-Reduktion

Bei der Landschaftspflege sowie beim Reb- und Obstschnitt fallen jährlich große Mengen Biomasse an. Diese bleiben bisher meist ungenutzt, denn Blätter, Gras und manchen Holzschnitt zu transportieren ist aufwändig und zeitintensiv. Das Material eignet sich nur wenig für die Verbrennung und auch kaum, um Biogas zu produzieren. Mobile Pyrolysegeräte hingegen eignen sich bestens für diese Situation. Unter großer Hitze und ohne Sauerstoffzufuhr wandelt die Pyrolyse Biomasse in Verbrennungsgas und Biokohle um. Dabei verringert sich das Volumen stark: Aus 10 cbm Grünschnitt – das entspricht in etwa drei Tonnen Trockenmasse – entstehen etwa 500-700 kg leicht transportfähige Biokohle. Gas und Biokohle kann man anschließend energetisch nutzen. In den Boden eingearbeitet bietet die Biokohle außerdem weitere Vorteile. Da sie Nährstoffe- und Wasser speichert, verbessert die schwarze Masse den Boden. Viele Biokohlen (allgemein gesagt „Pflanzenkohlen“ oder bei holzigem Material „Holzkohle“) sind mit ihrer enormen Oberfläche ein effektiver Nährstoff- und Wasserspeicher. Richtig angewandt, kann die schwarze Masse daher den Boden verbessern. Die bodenverbessernde Wirkung von Holzkohle ist zwar auch in Europa schon lange bekannt. Außerdem eignet sie sich als Kohlenstoffsenke: Anders als herkömmliche Verfahren, deren CO2-Bilanz 1:1 beträgt, speichert die Kohle den Großteil des pflanzlichen Kohlenstoffes langfristig im Boden. Das Projekt testete für zwei Jahre eine mobile Pilotanlage im Weinbau und in der Landschaftspflege und prüfte, wie rentabel und klimaschützend das Verfahren mit dem ist. Der BiGchar-Prototyp, der hierfür verwendet wurde, stammt aus Australien, wo man die ofenartigen Geräte schon erfolgreich mit verschiedenen Biomassen einsetzte. Die Anlage passt auf einen herkömmlichen Anhänger und eignet sich somit bestens für die steilen südbadischen Weinberge. Außerdem prüften die Forscher, wie sich die Biokohle für den Boden eignet und ob eventuell Begleitstoffe wie Dioxine entstehen. Eine Nachverbrennung oder andere Abgasreinigungstechnik soll die deutschen Abgasstandards sicherstellen. Die Pilotanlage zeigt so neue Wege, die Landschaftspflege zu vereinfachen und mit Biokohle neue Einkommensquellen zu finden.

Bergwelt Kandel - Untersuchung flexibler Energiespeicherlösungen auf Wasserstoffbasis zum Ausgleich fluktuierender Energieerträge und -verbräuche
Glottertal

Energiespeicher auf Wasserstoffbasis

Die steigende Nachfrage von Tages- und Übernachtungsgästen auf dem Ausflugs- und Aussichtsberg Kandel führte zu dem Entschluss, die „ Bergwelt Kandel “ wieder neu zu beleben. Im Zuge dessen entsteht mit der konsequenten Umsetzung des Nachhaltigkeitsprinzips eine SB-Berggaststätte mit Übernachtungsmöglichkeiten in Doppel- und Mehrbettzimmern, Ferienwohnungen und ein Bergchalet-Dorf. Ziel ist eine zu 100% autarke Energieversorgung, welche durch den Einsatz von hochflexible Energiespeicherlösungen die stark wechselnden Anforderungen zuverlässig abdeckt. Im Fokus der geplanten Vorstudie / Konzeptentwicklung standen im Kontext der o.g. Anforderungen Energiespeicherkonzepte auf Wasserstoffbasis, welche durch ihre hohe Flexibilität sehr gut geeignet sind, zwischenzeitliche Stromüberschüsse aus fluktuierenden Energiequellen (Sonne, Wind), in einen energetisch hochwertigen und gut speicherbaren Energieträger umzuwandeln und anschließend je nach Bedarf beliebig lange zwischenzuspeichern. Somit sollten durch die Konzeptionsentwicklung wertvolle Erkenntnisse für die Umsetzung in einem Gesamtenergiekonzept mit einem möglichst hohem Autarkiegrad gewonnen werden. Diese Ergebnisse liegen nun vor und können im Abschlussbericht nachgelesen werden. Weitere Informationen rund um die Konzeptionierung der neuen Bergwelt Kanel finden sich unter www.Bergwelt-Kandel.de Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: 1. Wirtschaftlichkeit: Ein wesentlicher Faktor für den wirtschaftlichen Betrieb der H2-Anlage stellt die Auslastung ( Anzahl der Vollaststunden) der zentralen Anlagenkomponenten (Elektrolyseur, Brennstoffzellen-BHKW) dar. Eine wirtschaftliche Auslastung kann ab ca 4.000 Vollaststunden/a erreicht werden. Dies lässt sich jedoch aktuell im BV Bergwelt Kandel allein mit der möglichen PV-Ausbeute von ca. 1.500 Vollaststunden/a nicht erzielen. Möglicherweise kann durch einen zukünftigen Erweiterung der Eigenenergieversorgung bspw. durch eine Kleinwindkraftanlage die Energieausbeute (Volllaststunden) gesteigert werden und damit verbunden auch die Wirtschaftlichkeit verbessert werden. 2. Wahrnehmung und Akzeptanz: Der verfahrenstechnische Charakter und die Komplexität der H2-Anlage wird von den Bauherrn der Bergwelt Kandel (Gastronomie- und Hotelbranche) eher als eine Anlagetechnik mit Bezug zum industriellen Umfeld (bspw. Verdichtungsdrücke bis zu 300 bar ü) wahrgenommen, welches für sie ein fremdes Terrain mit einem schwer einzuschätzenden unternehmerischen Risiko darstellt. 3. Flächenplanung und notwendiger Platzbedarf: Die frühzeitige Berücksichtigung des notwendigen Platzbedarfs für die Integration eines bzw. mehrerer 30 bar - H2-Speicher, ermöglicht die sog. „Direkte Speicherung“ (d.h. eine H2-Speicherung ohneDruckerhöhung) und damit verbunden die Nutzung einer ganzen Reihe von positiven Auswirkungen aufdas geplante Projektvorhaben:- geringerer Komplexitätsgrad (weniger Anlagenkomponenten) - kein zusätzlicher Verdichter inkl. Druckluftkompressor notwendig - höherer Wirkungsgrad - geringere Investitionskosten - geringer Betriebskosten (Eigenenergiebedarf, Wartungskosten) -Steigerung der Akzeptanz (s.a. Pkt. 2)