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Studie zur Pyrolyse von Biomasse

Anders als beim Vergasen oder Verbrennen von Biomasse benötigt die Pyrolyse (auch Verschwelung genannt) keinen Sauerstoff, um Stoffe zu zersetzen. Deshalb nennt man dieses Verfahren, dessen Name sich vom griechischen ‚pyr’ für Feuer und ‚lysis’ für Auflösung ableitet, auch eine thermo-chemische Spaltung. Alleine durch das Erhitzen verschwelt der eingesetzte Stoff zu einer kohleartigen Masse. Das macht das Verfahren interessant, um biogene Reststoffe, wie sie in der Landwirtschaft oder der Lebensmittelproduktion anfallen, energetisch zu verwerten.

Bei vielen Stoffen ist noch nicht bekannt, ob sie sich für eine Pyrolyse eignen. Ein Freiburger Projektteam testet das Pyrolyseverfahren für Kleegrasmischungen und für Okara, einem wässrigen Nebenprodukt der Tofuproduktion. Während man in Asien Okara in Suppen oder Gebäck verwendet, entsorgen hiesige Produzenten die Masse überwiegend als Abfallstoff oder verkaufen sie als Viehfutter. Wegen des hohen Wassergehaltes war es bisher schwierig, den Restenergiegehalt von Okara zu nutzen, ohne vorher viel Energie in die Trocknung zu stecken.

Mit einer Pilotanlage testet das Projekt deshalb, ob sich Okara und Kleegras für Pyrolyseverfahren nutzen lassen. Hierbei wird die Biomasse im luftdichten Reaktor zu Synthesegas und Biokohle umgesetzt, die als konzentrierter Kohlenstoff (C) anfällt. In einem zweiten Reaktor verbrennt das Synthesegas emissionsarm zur Wärmenutzung.

Biokohle – d. h. verkohlte Biomasse – zeichnet sich durch zwei Eigenschaften aus: In den Boden eingearbeitet verbessert sie dessen Fähigkeit, Wasser und Nährstoffe zu speichern. Unter dem Namen Terra Preta ist dieses Prinzip aus Südamerika bekannt, wo die Ureinwohner in präkolumbianischer Zeit so die Erträge auf den nährstoffarmen Böden verbesserten. Das Projekt untersucht, wie sich Biokohle aus Okara auf das Pflanzenwachstum und Stoffflüsse auswirkt, ob sie eventuell Schadstoffe enthält und ob sie sich überhaupt für hiesige Böden eignet.

Noch eine zweite Eigenschaft macht die Biokohle zu einem besonderen Stoff. Sie speichert einen Großteil des Kohlenstoffes, einem Hauptbestandteil von Biomasse. Anders als bei fossilen Brennstoffen, deren Nutzung große Mengen an CO2 freisetzt oder beim Verbrennen von Biomasse bzw. Biogas, bei dem die ausgestoßene Menge an CO2 dem entspricht, was die Pflanzen während ihres Wachstums aufgenommen haben, hat die Pyrolyse eine negative CO2-Bilanz. Mit dieser sogenannten C-Sequestrierung bindet man durch die langsame Zerfallsrate der Biokohle den klimaschädlichen Stoff langfristig im Boden.

Damit hat die Pyrolyse das Potential, bisher unbrauchbare oder gemischte biogene Resstoffe zu nutzen und mit dem Düngepotential der Biokohle die CO2-Bilanz verschiedenster Produktionskreisläufe zu verbessern.

Ein weiteres Projekt

Projektdaten

Projektnummer 2010-12
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Projektteam Holweg & Schill
Laufzeit Mai 2010 bis Oktober 2010
Zuschuss 11.450

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:

Aufbau eines Netzes von Mobilitätsstationen in Offenburg und Umgebung - Erstellung eines Umsetzungskonzeptes
Offenburg

Mobilitätsstationen Offenburg. Nahverkehr und Leihfahrzeuge vernetzt.

Ein flexibler öffentlicher Nahverkehr reduziert klimaschädliche Emissionen und erhöht die Lebensqualität in Städten und Gemeinden. Zunehmend bieten Kommunen nicht nur Bus- und Bahnlinien, sondern ergänzen ihr Angebot für Kurzstrecken beispielsweise mit Leihrädern. Im Rahmen ihres Klimaschutzkonzeptes, baute Offenburg seit 2010 mehrere Leihradstationen auf. (Innovationsfonds-Projekt 2010-02) Mit Mobilitätsstationen ergänzt die Stadt jetzt dieses Angebot. Neben Lastenrädern können Bürger, Touristen oder Geschäftsreisende an diesen Stationen je nach Bedarf auch Elektroräder (Pedelecs) oder Elektroautos mieten. Die Räder werden im bewährten Mietsystem in Zusammenarbeit mit der Firma Nextbike angeboten. Die Autos stehen im car-sharing zur Verfügung. Mobilstationen entstehen an Knotenpunkten der Innenstadt, in Wohn- oder Gewerbegebieten oder in benachbarten Gemeinden. Sie sind eingebunden in das Nahverkehrsnetz, so dass Nutzer nahtlos von Bus und Bahn auf Rad oder Elektroauto umsteigen können. Für viele Strecken innerhalb – und in der Zukunft auch außerhalb – des Stadtgebiets wird damit der Privat-PKW überflüssig. Gleichzeitig erreicht das System auch Nutzer, die aus finanziellen oder Altersgründen kein eigenes Auto besitzen. In der ersten Projektphase, die den Inhalt des Innovationsfonds-Projektes darstellte, ermittelt die Stadt potentielle Standorte, häufige Wegeketten und geeignete Fahrzeuge. Im Anschluss werden auf Basis der im Abschlussbericht dargestellten Erkenntnisse in einer Pilotphase 2014/2015 die ersten Stationen, vorrangig in Wohngebieten, realisiert. Nach einer Evaluation des Betriebes dieser ersten Stationen und einem erfolgreichem Abschluss der Pilotphase soll dann entschieden werden, ob weitere Stationen realisiert werden. An den Stationen werden die Elektrofahrzeuge über Photovoltaikstationen betriebsbereit gehalten. Mit einer Mobilitätskarte können die Nutzer Autos oder Räder entleihen, eine App zeigt die verfügbaren Fahrzeuge, deren Ladezustand sowie Fahrpläne des Nahverkehrs. In den folgenden Jahren plant die Stadt, Stationen in den restlichen Stadtteile und Gewerbegebieten einzurichten und ihr Angebot weiter mit dem anderer Städte und Gemeinden zu verknüpfen. Als „Modellkommune Elektromobilität“ der gleichnamigen Landesinitiative bietet Offenburg seinen Bürgern mit den Mobilitätsstationen ein flexibles Verkehrsnetz, das durch den Einsatz umweltfreundlicher Fahrzeuge klimaschädliche Emissionen reduziert.

TeWaB, Wirkungsgradsteigerung eines BHKW mittels Thermoelektrischem Wärmetauscher
Freiburg

Thermoelektrische Generatoren im Hochtemperaturbereich für BHKW

Wie wirtschaftlich ein BHKW ist, hängt wesentlich von dessen elektrischem Wirkungsgrad ab. Wärmetauscher mit thermoelektrischen Generatoren können aus dem heißen Abgas des BHKWs zusätzlich Strom gewinnen und damit den Wirkungsgrad erhöhen. Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärmeströme zwischen einer warmen und einer kalten Seite in elektrische Energie um. Sie sind robust, weitgehend wartungsfrei und langlebig, jedoch eigneten sich herkömmliche Generatoren nur für Temperaturen bis 200 °C. So bleibt die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom ungenutzt. Das Fraunhofer Institut für physikalische Messtechnik (IPM) hat in den vergangenen Jahren erstmals Module entwickelt, die sich für Temperaturen bis 550 °C eignen. Zusammen mit der Firma Schleif Automation, spezialisiert auf den innovativen Anlagenbau, entwickelt das IPM einen thermoelektrischen Generator, der parallel zum vorhandenen Wärmetauscher die BHKW-Abwärme nutzt. Hierdurch kann neben der reinen Brauchwassererwärmung zusätzlich mit Hilfe des Wärmetauschers elektrischer Strom generiert werden. Das Projektteam simuliert zunächst das Verhalten des thermoelektrischen Wärmetauschers bei Betrieb im Abgasstrom eines BHKWs, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektrischer Leistung zu erzielen. Danach wird ein eigens optimierter thermoelektrischer Wärmetauscher hergestellt und in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW eingesetzt. Die anfallenden Daten integrieren die Forscher in die BHKW-Steuerungssoftware, um einen reibungslosen und effektiven Betrieb zu garantieren. Nach dieser Testphase kommt der Wärmetauscher in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW zum Einsatz. Die Forscher rechnen damit, dass ihr System den elektrischen Wirkungsgrad der BHKW um etwa 3 % steigert. In Zukunft könnten solche thermoelektrische Generatoren nicht nur in BHKWs, sondern auch in Fahrzeugen Verwendung finden und so dazu beitragen Treibstoff und CO2 einzusparen.

Innovatives Mobilitätskonzept der Stadt Achern
Achern

Innovatives Mobilitätskonzept für Achern

Mit ihren 25.000 Einwohnern ist die Kreisstadt Achern ein wichtiges Einkaufszentrum für die umliegenden Schwarzwaldgemeinden und bis ins nahliegende Elsass. Acherns einzelne Ortsteile und die ländliche Umgebung jedoch sind nur schlecht an den öffentlichen Nahverkehr angebunden. Manche Ortsteile und anliegende Gemeinden fahren die Busse an Ferientagen gar nicht oder nur vereinzelt an. Das macht es für Menschen ohne eigenen PKW schwer, für Einkäufe oder Arzttermine ins Stadtzentrum zu kommen und erhöht die Anzahl individueller Fahrten von Autobesitzern. Deshalb erstellte die Stadt ein Mobilitätskonzept, das den Istzustand aufnimmt und anschließend ein abgestimmtes Maßnahmenpaket vorschlägt. Dazu analysierten die Planer die aktuellen Nahverkehrsangebote, die Verkehrsströme und die Nachfrage nach verbesserten und ausgeweiteten Buslinien. Wichtig warb den Acherner Planern die optimierte Verknüpfung von Individual- und öffentlichem Nahverkehr, beispielsweise durch Ruftaxis, Ladestellen für Elektroautos und E-Bikes an den Haltestellen oder flexibel buchbare Fahrzeuge. Möglich war für bestimmte Linien auch ein ehrenamtlicher Bürgerbus, wie er beispielsweise durch ein Innovationsfondsprojekt in Breisach bereits verwirklicht ist. Das Mobilitätskonzept hilft, den individuellen Autoverkehr zu vermindern und erhöht die Attraktivität der ländlichen Vororte und Bezirke. Während für größere Städte schon Mobilitätskonzepte vorliegen, ist Achern bundesweit die erste kleinere Mittelstadt, die ihren Verkehr bewusst nach nachhaltigen und bürgerfreundlichen Kriterien neu organisiert. Im Anschluss an das Projekt können so auch andere Mittelstädte von den Acherner Erfahrungen profitieren. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Mit dem RufAuto Achern konnte ein System umgesetzt werden, das der Bevölkerung in den Ortsteilen ein lückenloses, stündliches ÖPNV-Angebot schafft. Einkäufe, Erledigungen, Arztbesuche und Freizeitwege können so flexibel den ganzen Tag über durchgeführt werden. Das gilt auch für Freizeitwege von Jugendlichen, die mit ihren TGO-Zeitkarten das RufAuto verbilligt nutzen und damit Taxi Mama entlasten können. Die Kosten des Systems liegen deutlich unter denjenigen eines starren Stadtbussystems. Auch die Umweltbelastungen liegen bei der erwarteten Nachfrage deutlich niedriger als bei einem Linienbus, der erst ab einer Nachfrage von etwa sieben Fahrgästen pro Fahrt seine ökologischen Vorteile ausspielen kann. Das RufAuto-System ist sogar dazu geeignet, den vorhandenen Bussen zusätzliche Nachfrage zuzuführen, da in Kombination der Systeme neue Wegeketten für die Fahrgäste möglich sind. Die Erfahrungen der ersten Betriebsmonate bestätigen den Bedarf für ein solches System, das zwischen Dezember und März ca. 330 Personen genutzt wurde. Die Nachfrage konzentriert sich dabei weder auf die bestimmten Linien, noch auf bestimmte Tageszeiten oder bestimmte Wochentage. Die Nachfrage ist zwar nicht konstant, ist aber nahezu immer und überall vorhanden.

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