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Wie betreibt man Mini-KWK-Anlagen optimal?

Minikraftwärmekopplungsanlagen leisten bis zu 15 Kilowatt und eignen sich besonders dafür, kleinere Mehrfamiliengebäude zu heizen. Zwar ist das Ergebnis – Wärme und Strom – bei allen Geräten das gleiche, die verschiedenen Typen unterscheiden sich aber durch ihre Antriebsweise. Während in Brennstoffzellen eine elektrochemische Reaktion abläuft, nutzen andere Mini-KWK das klassische Motorenprinzip um einen Kolben anzutreiben. Auch beim Brennstoff sind die Optionen vielfältig: Brennstoffzellen brauchen hochwertig aufbereitetes Gas, Stirlingmotoren hingegen arbeiten mit einer Vielzahl von Brennmaterialien.

In einer Simulationsrechnung, die den Verbrauch eines Fünfpersonenhaushaltes nachahmte, untersuchte das Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE), wie wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll die verschiedenen Systeme sind. Dazu verglichen sie den Anteil, den die Anlagen zum Strom- und Primärenergiebedarf eines Hauses leisteten. Außerdem entwickelten die Experten ein Betriebsführungssystem, das hilft, die Versorgung sowohl im strom- als auch im wärmegeführten Betrieb sicherzustellen.

Projektdaten

Projektnummer 2002-05
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer ISE
Laufzeit November 2002 bis März 2004
Zuschuss 150.515

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. +++ Hearing im Landtag Stuttgart - am Dienstag den 22.September von 10 bis 13 Uhr findet zum Thema Humusaufbau im Ackerboden eine fachpolitische Vortragsreihe statt, mit anschließender Diskussionsrunde über die Potenziale von CO2-Senken und Zertifikatshandel. Es ist möglich, nach vorheriger Anmeldung , den Vorträgen und der Diskussionsrunde, online beizuwohnen und mitzudiskutieren. Eine Anmeldung ist bis zum 15.09.2020 möglich, unter: reinhold.pix@gruene.landtag-bw.de Weitere Informationen finden 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

Bau einer Klimaneutralen Feuerwache mit integriertem Betriebshof und Aufbau eines Qualitätsmanagements
Weil am Rhein

Klimaneutrale Feuerwache

Innovative, klimafreundliche Gebäude sind in der Praxis oft weniger energieeffizient als geplant. Das liegt einerseits häufig am Nutzerverhalten, zum anderen sind für solche Pilotprojekte wegen fehlender Vergleichsdaten Prognosen meist nur schwer möglich. Beim Neubau ihrer Feuerwache hat die Stadt Weil diese Problematik erkannt und ergänzte ihr Konzept eines klimaneutralen Gebäudes mit einem Qualitätsmanagement. Damit die Neuerungen optimal griffen, überwachten und analysierten Experten das Verbrauchsverhalten, deckten Fehler auf oder schulten und berieten die Nutzer. Der Neubau ersetzt fünf Altbauten mit schlechter Energiebilanz und integriert gleichzeitig den städtischen Betriebshof. Eine Grundwasserwärmepumpe, eine thermische sowie eine photovoltaische Solaranlage decken den Energiebedarf, der 30 Prozent unter den aktuellen Standards liegt. Obwohl der Strombedarf durch Maschinen und Geräte groß ist, deckt die Fotovoltaikanlage die Hälfte davon. Weiterhin sparen die Weiler Energie, in dem sie auf ein zentrales Warmwassernetz verzichten und das Wasser dezentral erwärmen. Das verhindert nicht nur, dass Wärme im Netz verloren geht, sondern ist außerdem besonders hygienisch. Die Toiletten nutzen Grauwasser, außerdem sammelt ein Zisternensystem Regen. Die klimaneutrale Feuerwache, die pro Jahr 95 Tonnen CO2 einspart, demonstriert, wie ein wohlüberlegtes Qualitätsmanagement über die Bauphase hinaus klimafreundliche Techniken noch optimiert.

ARTHYMES Archaea Transform Hydrogen to Methane for Energy Storage
Offenburg

Methanisierung von Wasserstoff als Speicher für Überschussenergie

Wind- und Sonnenenergie stellen einen wachsenden Anteil am deutschen Strommarkt. Beide Energiequellen sind jedoch stark wetterabhängig, so dass die Einspeisung ins Stromnetz zwischen Überschüssen und Unterversorgung schwankt. Stromspeicher können diese Schwankungen ausgleichen, sind aber noch nicht flächendeckend vorhanden. Bisher kamen vor allem Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz, die aber allein den Speicherbedarf nicht decken können. Auch Elektroautos, zeigt ein vorheriges Innovationsfondsprojekt, eignen sich prinzipiell als Speicher für überschüssige Energie. Angesichts ihres nur langsam wachsenden Marktanteils sind auch sie bisher nicht als Stromspeicher im großen Maßstab geeignet. Das Erdgasnetz hingegen bietet eine Speicherkapazität von 200 TWh, ein Vielfaches der momentan benötigten etwa 15 TWh. Um elektrische Energie ins Gasnetz einzuspeisen, wird diese genutzt, um in einem elektrolytischen Prozess zuerst aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen. Anschließend wird der Wasserstoff biologisch in Methan umgewandelt. Diese Technik ist jedoch bisher nur im Labormaßstab erprobt; die einzelnen Faktoren und beteiligten Mikroorganismen sind noch kaum erforscht. Das Projekt der Hochschule Offenburg untersuchte diesen Prozess der biologischen Methanisierung ausführlich und analysierte, inwiefern sich Wasserstoff als Cosubstrat für Biogasanlagen eignet. Biogas entsteht in einer anaeroben Fütterungskette, in der sich aus Substrat – also Energiepflanzen, Grünschnitt oder Abfallstoffen – zuerst Kohlendioxid und Wasserstoff und schließlich Methan bildet. Rohbiogas enthält allerdings immer noch 30 bis 50 Prozent CO2, das aufwändig ausgefiltert werden muss, bevor das Biogas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Durch Zugabe von zusätzlichem Wasserstoff aus Überschussstrom zum Gärprozess kann auch das restliche CO2 zu Methan umgewandelt werden. Um dieses bisher nur im Labormaßstab erprobtes Verfahren der in situ-Methanisierung zu optimieren, erforschten die Offenburger Wissenschaftler verschiedene Verfahren, um den Wasserstoff in den Vergasungsprozess einzuschleusen, so dass er optimal durch die beteiligten Mikroorganismen, den Archaeen, verwertet wird, ohne diese zu beschädigen. Mit ihren weitreichenden Erfahrungen in der Biogasforschung analysierten die Forscher der Hochschule verfahrenstechnische, mikrobiologische, chemische und physikalische Aspekte der Methanisierung. Die Hochschule setzt sich hierbei die Entwicklung eines Moduls zum Ziel, dass nach Maßstabsübertrag in etwas 7000 deutschen Biogasanlagen integriert werden könnte. Das Projekt trägt so zur Lösung zweier Problemfelder bei: Zum einen bietet es große Speicherkapazitäten für Überschussenergie, zum anderen macht es Biogasanlagen ökologisch und ökonomisch effizienter, indem es den Substratbedarf reduziert. Weil das mit Methan behandelte Biogas kaum noch CO2 enthält, entfällt auch die aufwändige Aufbereitung, bevor das Gas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Durch Einbringen von Wasserstoff über blasenfreie Membranbegasung in Biogasanlagen kann ohne pH-Regulation die Methankonzentration im Rohbiogas auf 80-90 % gesteigert werden. Dabei steigt der pH-Wert an, wird aber noch von der Mikrobiologie toleriert. Die Wasserstoffkonzentration im Produktgas liegt bei wenigen Prozent. Der eingespeiste Wasserstoff wird nahezu vollständig umgesetzt. Methankonzentrationen von nahezu 100 % werden ohne pH-Regulation nur temporär erreicht, da der durch den CO2-Verbrauch auftretende extreme pH-Wert zu Schädigungen der Mikrobiologie führt. Ein Langzeitbetrieb mit solch hohen Methankonzentrationen ist jedoch bei pH-Regulation/Pufferung denkbar. Neben hochgasdurchlässigen, relativ teuren Membranen scheinen unter Berücksichtigung der Grenzwerte für die blasenfreie Begasung auch preisgünstigere Membranmaterialien geeignet zu sein. Die im Projekt getesteten Membranen zeigten kaum Biofilmbildung, so dass sie bei ausreichender Stabilität vermutlich auch längerfristig eingesetzt werden können.