Institut für Energetik und Umwelt, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, [email protected]Forschung, Entwicklung, Dienstleistung für - Energie - Wasser - Umwelt Institut für Energetik und Umwelt Institute for Energy and Environment www.ie-leipzig.de Biomasse – Übersicht Nutzungspfade Daniela Thrän, Martin Kaltschmitt Wirtschaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien & Energieeffizienz Evangelische Akademie Tutzing 14. Und 15. April 2005
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Institut für Energetik und Umwelt, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, [email protected]
Forschung, Entwicklung, Dienstleistung für
- Energie - Wasser - Umwelt
Institut für Energetik und Umwelt
Institute for Energy and Environment
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Biomasse – Übersicht Nutzungspfade
Daniela Thrän, Martin Kaltschmitt
Wirtschaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien & EnergieeffizienzEvangelische Akademie Tutzing14. Und 15. April 2005
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Inhalt
Einsatzstoffe und EndenergieträgerNutzungspfade
Thermochemische KonversionBiochemische KonversionPhysikalisch-chemische KonversionZusammenfassung der Nutzungspfade
Bedeutung heute und morgenAusblick EuropaZusammenfassung und Schlussfolgerungen
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Einsatzstoffe und Endenergieträger (1)Übersicht
Pyrolyseöl,Methanol
Synthesegas,Schwachgas
Kohle
Ver-kohlung
Ver-flüssigung
Ver-gasung
Thermochemische Umwandlung
Kraft Wärme
Energiepflanzen Rückstände Nebenprodukte Abfälle
Ernte, Sammeln, Verfügbarmachen
Aufbereitung Lagerung Transport
Ethanol Biogas
Anaerob.Abbau
Alkohol-gärung
AeroberAbbau
Biochemische Umwandlung
Verbrennung
PMEPflanzen-öl
Umesterung
Pressung/Extraktion
Phys.-chem.Umw.
gasförm.Brennst.
flüssiger Brennstofffester Brennstoff
(Quelle: Kaltschmitt, Thrän 2003)
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Einsatzstoffe und Endenergieträger (2)Potenziale und Instrumente
Technisches Brennstoffpotenzial:gegenwärtig ca. 1200 PJ/a (Deponie- / Klärgas)
Anderes BiogasLandwirt. Biogas (hpts. Gülle)
Stroh
Landschaftpfl., Gras
Altholz /Industrierestholz
Waldrestholz
Energiepflanzen
EEG Mineralölsteuer-befreiung
Investitionsbeihilfen und Kredite
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Pyrolyseöl,Methanol
Synthesegas,Schwachgas
Kohle
Ver-kohlung
Ver-flüssigung
Ver-gasung
Thermochemische Umwandlung
Kraft Wärme
Energiepflanzen Rückstände Nebenprodukte Abfälle
Ernte, Sammeln, Verfügbarmachen
Aufbereitung Lagerung Transport
Ethanol Biogas
Anaerob.Abbau
Alkohol-gärung
AeroberAbbau
Biochemische Umwandlung
Verbrennung
PMEPflanzen-öl
Umesterung
Pressung/Extraktion
Phys.-chem.Umw.
gasförm.Brennst.
flüssiger Brennstofffester Brennstoff
(Quelle: Kaltschmitt, Thrän 2003)
Thermochemische Konversion (1)Übersicht
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Thermochemische Konversion (2)Technologien
Brenngas
Umwandlung
Bio -masse
Verbrennung
Vergasung
Dampfkraftanlage(Dampfturbine, -motor)
/-
GasturbineGuD Anlage
Brennstoffzelle
Stirlingmotorgeschl. Gasturbine
- -Gas Otto Motor
(BHKW)
Wärme und
Strom
Dampf, Heißwasser
Schwel -gas
ORC-Anlage(Thermoöl Zwischenkreis)
Thermoöl
Brenngas
Abgas
Dampf
Brenngas
Fischer-Tropsch-Synthese
Brenngas Kraftstoff
Brenngas
Umwandlung Arbeitsmaschine/ Prozess
Bio -masse
Verbrennung
Vergasung
Dampfkraftanlage(Dampfturbine, -motor)
/-
GasturbineGuD AnlageGasturbineGuD Anlage
Brennstoffzelle
Stirlingmotorgeschl. Gasturbine
- -Gas Otto Motor
(BHKW)Gas Otto Motor
(BHKW)
WärmeDampf, Heißwasser
Schwel -gas
ORC-Anlage(Thermoöl Zwischenkreis)
Thermoöl
Brenngas
Abgas
Dampf
Brenngas
Fischer-Tropsch-Synthese
Brenngas Kraftstoff
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Kleiner als 5 MW Größer als 5 MW
Leistung
Biogene Festbrennstoffe
Thermochemische Konversion (3)Stromerzeugung aus Biomasse
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Thermochemische Konversion (4) Angebotscharakteristik von EE-Strom
norm. Erzeugung
Windtechnische Stromerzeugung
Photovoltaische Stromerzeugung
Stromerzeugung aus Wasserkraft
Zeit in Tagen im Jahresverlauf Zeit in Stunden im Wochenverlauf
Biomassebasierte und geothermische Stromerzeugung
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Thermochemische Konversion (4)Wärmeerzeugung aus Biomasse
7,5 Mio. Kamin-, Kachel-, Holzöfen, Beistellherde und Kamine(davon 25.000 Pelletheizungen)180.000 Zentralheizungen70.000 Kessel bei Gewerbe, Handel, Dienstleistungen (GHD)
910 Anlagen in der Industrie
Größter Deckungsbeitrag unter den Erneuerbaren Energien
Ausblick Europa (2)Energiepflanzenanbau und Handelsströme
Rahmenbedingungen für europaweiten Biomasseausbau und internationalen Handel
Biomasseausbau kann im Rahmen unterschiedlicher Energieszenarien unterschiedlich verlaufenModerne Nutzungstechnologien sind europaweit verfügbarReststoffe und Nebenprodukte können kostengünstiger nutzbar gemacht werden als EnergiepflanzenBiomassehandel beschränkt sich auf ausgewählte Sortimente mit ausreichend hoher Energiedichte
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Ausblick Europa (3) Bedeutung der Reststoffnutzung (2010 / EU15)
„Current Policy“
Wärme Strom Kraftstoffe
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Ausblick Europa (4) Bedeutung der Reststoffnutzung (2010 / EU15)
„Advanced Renewable Energy Strategy“
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Wärme Strom Kraftstoffe
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Ausblick Europa (5) Bedarf an „handelbarer“ Biomasse für EU 15
Current Policy 2010
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Szenario Mobilisierung der Rückst. Saldo
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ARS 2010
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Szenario Mobilisierung der Rück. Saldo
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Wärme Strom Kraftstoff Wärme Strom Kraftstoff
Bedarf für Biokraftstoffe:3-4 Mio. ha
für Raps, Getreide, Zuckerrüben bzw. KUP/Mehrjährige
Bedarf für Biokraftstoffe:3-4 Mio. ha
für Raps, Getreide, Zuckerrüben bzw. KUP/Mehrjährige
Bedarf für Wärme und Strom:3-4 Mio. ha
für KUP, Ganzpflanzen, Silomais etc.
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Zusammenfassung und Schlussfolgerungen (1)
Deutschland (und Europa) über sehr große und künftig voraussichtlich noch steigende Biomassepotenziale, die über unterschiedliche Konversionspfade nachhaltig nutzbar gemacht werden könnenDie Konversionspfade (und die damit verbundenen Einsatz-stoffe) entscheiden, ob eine dezentrale Nutzung oder eine zentrale Nutzung vorteilhaft ist – dies hat weitreichende Auswirkungen auf Regionalentwicklung, Importoptionen etc.Die Technologien unterscheiden sich zudem in ihrer Reife, den erwarteten Kosten und den Umwelteffekten; teilweise ist noch Technologieförderung notwendig Es gibt Anwendungsbereiche, in denen die Biomassenutzung bereits bei leicht veränderten Rahmenbedingungen (z.B. steigender Ölpreis, CO2-Zertifikate) ökonomisch tragfähig ist
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Zusammenfassung und Schlussfolgerungen (2)
Für den Strom- und Kraftstoffbereich wurden in Deutschland (und Europa) darüber hinaus Instrumente zur Nutzbarma-chung etabliert, für die Wärmenutzung stehen diese noch ausNutzungskonkurrenzen können insbesondere für besonders kostengünstige Biomassesortimente erwartet werdenEinen großen Einfluss auf den Stellenwert der künftigen Biomassenutzung haben energiewirtschaftliche Aspekte(Alternativen zur Bioenergie, Versorgungssicherheit etc.)Zur umfassenden und nachhaltigen Potenzialerschließung in Deutschland sollte ein einheitliches europäisches Vorgehenbeim Biomasseausbau gegeben sein