DOC

Biomasse

By Jeremy Dixon,2014-06-01 15:32
21 views 0
Biomasse

    Interuniversitäres Forschungszentrum (IFZ) der Karl- Franzens- Universität Graz

    Thema:

    Biomasse als Energieträger

    Energiesysteme der Zukunft

     Rohracher, Späth

    WS 2005/06

    Abgabe: 10.01.2006

    Andrea Lakounig

    Bakk. USW-BWL / B 033 619 151

    Matr.Nr.: 0316666

    Mondscheingasse 3 Top3

    8010 Graz

     -1-

    Literaturverzeichnis

    1. Einleitung 2

    2. Was ist Biomasse? 2

    3. Energiegewinnung 3

    3.1. thermochemischen Umwandlung 3

    3.2. physikalisch- chemischer Umwandlung 3

    3.3. biochemischen Umwandlung 4

    4. Biogene Festbrennstoffe 4

    5. Hackgut 6

    6. Pellets 7

    7. Potenziale und Nutzung 7

    7.1. Theoretisches Potenzial 7

    7.2. Technisches Potenzial 8

    8. Nutzung 9

    9. Ökonomische Analyse 10

    10. Resümee 11

     - IFZ -

     -2-

    1. Einleitung

    In meiner Arbeit möchte ich auf die Nutzung von Biomasse in Österreich eingehen. Wir leben in einer Zeit, in der die Rücksichtnahme auf das Klima und unsere Umwelt immer größere Bedeutung erlangt. Zudem steigt der Erdölpreis zusehends an und auch der Vorrat wird immer geringer. Es ist also von Nöten sich nach neuen Alternativen umzusehen. Da in Österreich das Potential für Windkraftwerke nicht in allen Regionen groß genug ist, Wasserkraftwerke immer stärkerem Druck von Umweltschützern unterliegen und Gezeitenkraftwerke in einem Binnenland nicht errichtet werden können, stellt die Biomasse eine gute Alternative dar. Neben Solarenergie ist Biomasse in Österreich sicher eine der Zukunftstechnologien. Durch die großen Wald- und Wiesenflächen, sowie die weite Verbreitung der Holzindustrie ist die energetische Nutzung nur noch eine Frage der Kosten. Ich möchte im Folgenden auf die Energiegewinnung aus Biomasse, sowie auf verschiedene Arten der Biomasse eingehen. Zudem möchte ich die Potentiale und Nutzung von Biomasse in Österreich offen legen und abschließend noch die Wirtschaftlichkeit der Anlagen betrachten.

    2. Was ist Biomasse?

    Biomasse ist gespeicherte Sonnenenergie, die Pflanzen mit Hilfe von Photosynthese in organische Materie umwandeln und so die energetische Nutzung möglich machen. Es handelt sich daher also nicht um die direkte Nutzung von Sonnenenergie wie beispielsweise bei Solarzellen und unterliegt daher auch keinen kurzfristigen Angebotsschwankungen. Unter Biomasse versteht man alle Stoffe organischer Herkunft, wie Pflanzen, Tiere, daraus resultierende Rückstände, Nebenprodukte, Abfälle und abgestorbene Pflanzenreste, wie Stroh, etc.. Auch technisch umgewandelte Stoffe wie Papier, Zellstoff, Pflanzenöl, etc. werden zur Biomasse gezählt.

    Zur energetischen Nutzung stehen in Österreich vor allem biogene Festbrennstoffe aus Holz, wie Waldrestholz, Industrierestholz und Altholz, halmgutartige Biomasse, wie Stroh und Heu, Biokraftstoffe aus Pflanzenöl und Biogas aus landwirtschaftlichen und industriellen Abfällen zur Verfügung. Vor allem Holzabfälle sind in Österreich auf Grund der großen Waldgebiete ausreichend vorhanden.

    Das Angebot an Biomasse ist, wie bereits erwähnt, nicht unbedingt von der Sonneneinstrahlung abhängig. Wesentlich wichtiger sind die Niederschlagsmenge

     - IFZ -

     -3-

    und die Bodengüte, sowie die Temperatur in bestimmten geographischen Gebieten. Dabei variiert in Österreich speziell die Niederschlagsmenge kaum, die Bodengüte hingegen schon. Auch die Nutzung durch den Menschen beeinflusst das Wachstum und somit das Angebot an Biomasse beträchtlich. Die Sonneneinstrahlung unterliegt natürlich auch tageszeitlichen und jahreszeitlichen Schwankungen, doch führen Pflanzen auch ohne direkte Sonneneinstrahlung eine photosynthetische Umwandlung durch.

    3. Energiegewinnung

    Um aus Biomasse Energie zu gewinnen gibt es mehrere Möglichkeiten. Viele Energieträger können beispielsweise durch Verbrennung direkt in Wärme umgewandelt werden. Oft ist es aber notwendig, oder sinnvoll, durch energetische Umwandlung hochwertiger zu machen. Dies kann durch thermochemische, physikalisch- chemische und biochemische Verfahren geschehen.

    3.1. thermochemischen Umwandlung

    Bei der thermochemischen Umwandlung wird die gespeicherte Energie, entweder, bei vollständiger Oxidation, als Wärme wieder freigesetzt oder in Sekundärenergieträger, wie Brenngas, umgewandelt und kann danach unter erneuter Wärmeabgabe weiter aufoxidiert werden.

    Heute hat nur die Verbrennung technische Bedeutung, wozu hauptsächlich holz- und halmgutartige Biomassen verwendet werden. Andere Verfahren der

    thermochemischen Umwandlung, wie Verkohlung oder Vergasung, sind noch in der Entwicklung, die bei der Vergasung mit nachgeschalteter Kraft- Wärme- Kopplung am weitesten fortgeschritten ist.

    3.2. physikalisch- chemischer Umwandlung

    Unter physikalisch- chemischer Umwandlung versteht man die Bereitstellung von Bioenergieträgern auf Pflanzenölbasis. Pflanzenöl wird entweder durch Pressung, oder durch Extraktion gewonnen. Bei der Extraktion werden mit Hilfe eines Lösungsmittels bestimmte Bestandteile aus festen oder flüssigen Grundstoffe gelöst. Später werden Lösungsmittel und Substanz wieder voneinander getrennt und können weiter verwertet werden.

     - IFZ -

     -4-

    3.3. biochemischen Umwandlung

    Bei der biochemischen Umwandlung unterscheidet man anaeroben und aeroben Abbau. Unter anaerobem Abbau versteht man jede Umwandlung unter

    Sauerstoffabschluss, wie beispielsweise Gärung. Auf Grund dessen findet man anaeroben Abbau in der Natur in Mooren, Sümpfen, auf Mülldeponien oder in Mägen von Wiederkäuern. Allerdings wird die Gärung auch technisch durchgeführt. Es muss dabei darauf geachtet werden, dass genug Nährstoffe für Bakterien vorhanden sind. Technisch vergärt werden heute vor allem Mais, Gras, Gülle, Molke, Fruchtrückstände, sowie Schlacht- und Gastronomieabfälle.

    Unter aerobem Abbau versteht man die Substanzen von Bakterien, Algen, oder Pilzen zersetzt. Dazu zählt in der Natur vor allem die Humusbildung im Boden, oder die Selbstreinigung von Gewässern. Auch der aerobe Abbau wird technisch forciert. Dies geschieht beispielsweise in der Abwasserreinigung, oder bei der Bioabfallkompostierung. Durch die Freisetzung von Wärme (bis zu 70?) werden beim aeroben Abbau zugleich Keime abgetötet, es kommt zu einer natürlichen Sterilisation. Die Reste werden vor allem als Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt.

    4. Biogene Festbrennstoffe

    Unter biogenen Festbrennstoffen versteht man Stoffe, die zum Zeitpunkt ihrer Verwertung in fester Form vorliegen. Dabei unterscheidet man holzartige und halmgutartige Brennstoffe. Diese können als Rückstände und Nebenprodukte bei der Primärproduktion oder bei der industriellen Verarbeitung anfallen, als Energiepflanzen angebaut werden. Es kann aber auch Klärschlamm aus der Abwasserreinigung und Ablauge aus der Papier und Zellstoffindustrie verarbeitet werden.

    Unter holzartigen Brennstoffen versteht man Waldresthölzer, Überreste aus der Holzverarbeitung, sogenannte Säge- und Industrieresthölzer, sowie nach Ende der Nutzungsdauer von Holzprodukten, Altholz. Teilweise werden in

    Kurzumtriebsplantagen auch speziell Pappeln oder Weiden angebaut, um sie energetisch zu nutzen.

    Der Weg von der Ernte bis zur Nutzung von biogenen Festbrennstoffen kann in einer Verfahrenskette (siehe Abbildung 1) dargestellt werden.

     - IFZ -

     -5-

     Energiepflanzenanbau Ernterückstände Org. Nebenprodukte

    Holz / Kurzumtriebsplantagen (z.B.Waldrestholz, Stroh) (z.B.Industrierestholz)

    Ernte und Bergung Bergung Bergung

    Aufbereitung Transport Lagerung

    (z.B. Trocknen, Zerkleinern, (z.B. LKW, Traktor, (z.B. Flachlager, Silo,

    Verdichten, Sortieren) Förderband, Schnecke) Feldmiete)

     Energetische Umwandlung

    (z.B. Verbrennung)

    End- / Nutzenergie

    Abb. 1: Genereller Aufbau der Verfahrensketten zur Bereitstellung und Nutzung biogener

    Festbrennstoffe

    Quelle: Neubarth, Kaltschmitt: Erneuerbare Energien in Österreich