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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.

Projektdaten

Projektnummer 2011-12
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Kiss/Holweg Ihringen
Laufzeit Mai 2011 bis April 2014
Zuschuss 94.410

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:

Vertiefende Konzeptstudie – Viti-Photovoltaik in der Weinbauregion Kaiserstuhl
Freiburg

Viti-Photovoltaik

PV-Anlagen auf Rebflächen (Viti-PV) sind bisher noch kaum erprobt, haben aber zahlreiche Vorteile, die von emissionsarmer Energiegewinnung bis zum Schutz der Reben vor Wettereinflüssen reichen. In diesem Projekt sollen die Möglichkeiten und Umsetzung von Viti-PV-Anlagen im Rahmen einer Konzeptstudie erforscht werden. Agrarphotovoltaik, kurz Agri-PV (APV), beschreibt die parallele und synergistische Nutzung von Agrar-Flächen zur Ernte von Lebens- oder Futtermitteln und Energie durch Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen). Chancen der APV liegen in der Entschärfung des Flächennutzungskonfliktes, der erneuerbaren Energiegewinnung (Klimaschutz), der Erhöhung der Resilienz bezüglich der landwirtschaftlichen Erträge sowie in der Bereitstellung zusätzlicher Schutzfunktionen bei Extremwetterereignissen (Klimaanpassung). Der Weinanbau ist eine wichtige Sonderkultur in der sonnenreichen Oberrheinregion. Die zusätzliche Nutzung von Rebflächen zur Grünstromerzeugung, im Folgenden als Viti-PV bezeichnet, bietet große Potenziale in der funktionalen Verknüpfung von Klimaschutz und Klimaanpassung. Der rasch voranschreitende Klimawandel stellt bereits heute die Winzer*innen vor große Herausforderungen. Dazu zählen Trockenperioden, verstärkte Sonneneinstrahlung, Spätfröste und Hagel, die die Weinpflanze und die Weinqualität negativ beeinflussen können. Viti-PV-Anlagen können potentiell einige dieser Auswirkungen des Klimawandels abmildern und gleichzeitig einen Beitrag zum Klimaschutz (Energiewende) leisten. Ausgehend von einer Initiative eines lokalen Winzers in Riegel wurden im Rahmen einer Projektarbeit zur Errichtung einer Viti-PV-Pilotanlage in Riegel von Kursteilnehmer*innen der Fortbildung „Kommunales Energie- und Klimaschutzmanagement (KEM)“ erste Voruntersuchungen durchgeführt. Die Gemeinde Riegel hat großes Interesse, weiteres Projektengagement zu fördern und ein entsprechendes Leuchtturmprojekt als Teil des örtlichen Klimaschutzkonzeptes zu integrieren. Da es bisher noch keine Viti-PV-Anlage in Deutschland gibt, ergeben sich vielfältige Fragestellungen hinsichtlich der Anlagenkonzeption sowie der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit. Als Voraussetzung zur Realisierung einer derartigen Pilotanlage wurden, um eine fundierte Konzeptstudie erstellen zu können, Fördermittel aus dem badenova-Innovationsfonds beantragt. Ziele der Studie sind u. a. die Minimierung von Projektrisiken, indem die technische und wirtschaftliche Machbarkeit untersucht werden. Außerdem sollen valide Kosteneinschätzungen für den Bau, den Betrieb und das Monitoring einer Pilotanlage erstellt werden. Die Analyse der Anforderungen an eine Viti-PV-Anlage im Weinbau ist ein weiterer zentraler Punkt der Studie. Um die Anlagenkonzeption und Vorplanung erstellen zu können, sollen geeignete PV-Module sowie Steuertechnik und Modul-Tragkonstruktion identifiziert werden. Im Rahmen des Projekts sollen außerdem baurechtliche Fragen geklärt werden und nicht zuletzt mögliche Betreiber- und Geschäftsmodelle für den Betrieb untersucht werden. Die Projektgruppe hat bereits eine Vielzahl von Ansprechpartnern kontaktiert, die alle ihre Unterstützung bei der Ausarbeitung zugesagt haben. Das Projekt ist interdisziplinär angelegt und nicht als reines Forschungsprojekt geplant. Es ist vielmehr auch auf die praktische Umsetzbarkeit hin ausgerichtet, an den Bedürfnissen der Winzer*innen und der im Klimaschutz tätigen Gemeinden orientiert und möchte als Modellprojekt zur breitenwirksamen Nachahmung ähnlicher Viti-PV-Anlagen in den Weinbauregionen am Oberrhein beitragen. (Die Erstellung eines Folge-Förderantrages ist, insofern sich mittels der Konzeptstudie die Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit nachweisen lässt, beabsichtigt. Das hierfür erforderliche wissenschaftliche Monitoring wird im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsprüfung ermittelt. Das Projektteam setzt sich aus drei Absolvent*innen der Fortbildung „Kommunales Energie- und Klimaschutzmanagement“ zusammen und wird von der Gemeinde Riegel als Projektpartner unterstützt.)

Unterstützung der Hydrolyse durch aerobe Produktion von Enzymen unter Verwendung von Gärresten in einer Biogasanlage
Offenburg

Enzymvorstufe verbessert Biogasproduktion

Bei Energiepflanzen der zweiten Generation nutzt man zunehmend nicht nur Teile sondern die gesamte Pflanze. Dies bedeutet jedoch auch, dass zunehmend cellulosehaltige Substrate in die Biogasanlagen gelangen. Cellulose ist Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und besteht aus Kohlenhydraten, welche die Mikroorganismen nur schlecht oder schwer abbauen können. Die Forschung konzentriert sich deshalb darauf, diese Kohlenhydrate durch Hydrolyse – d.h. eine chemische Spaltung mit Wasser - besser zu zersetzen. Dafür kann man das Substrat beispielsweise mechanisch besser zerkleinern oder Druck und Temperatur in den Gärbehältern verändern. Die Hochschule Offenburg verfolgt einen dritten Weg: Sie setzt hydrolytisch wirkende Enzyme ein – ein Ansatz, der andernorts bereits erfolgreich erprobt wurde. Anstatt ständig neue Enzyme zuzusetzen, zielte man in Offenburg darauf, sie im Gärprozess selbst fortlaufend herzustellen. Dazu trennten die Forscher einen Nebenfermenter ab und füllten ihn mit einem Kultivierungsmedium aus einem Teil Gärrest sowie einem cellulosehaltigem Teilstrom. Der mineralstoffreiche Gärrest versorgt die enzymproduzierenden Pilze und Bakterien mit Nährstoffen, die Cellulose sorgt für die notwendige Stärke. Die Wärme aus dem Hauptfermenter sichert die notwendige Temperatur. Das nun enzymhaltige Gemisch fließt dann später wieder dem Hauptfermenter zu. Ziel des Projektes war es, Pilze und Bakterien zu identifizieren, die thermophil wachsen und besonders gut die gewünschten Enzyme produzieren. Anschließend entwickelten die Forscher Analyseparameter und optimieren die Zusammensetzung von Substrat und Kultivierungsmedium. Nach der Wirtschaftlichkeitsberechnung entwickelten sie dann ein Model um die Fermentationsstufe mit Enzymeinsatz vom Labor auf größere Anlagen zu übertragen. Das Offenburger Model bietet mehrere Vorteile für viele ähnliche Biogasanlagen in Deutschland: Die Ausbeute an Biogas steigt während gleichzeitig bisher ungenutzte cellulosehaltige Substrate zum Einsatz kommen können. Durch die Enzyme verbleibt das Substrat außerdem kürzer im Hauptfermenter. Weil der Gärrest als Kultivierungsmedium dient, können die Anlagenbesitzer außerdem ihre Lager verkleinern.