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TREMIS KonzeptDr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann (www.anna-consult.de)

Autarke

Energieversorgungsinseln

auf Basis Biomasse

Dr. Dieter Stockburger

Beratender Ingenieur

Energieverfahrenstechnik

TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann (www.anna-consult.de, Freiburg)

Vortrag in Trier (2006) :

Biogene Kraftstoffe in der BRD

Damaliges Fazit: Die Realisierungschancen für ein solches Konzept sind sehr gering

Gründe: 1. Der Prozess ist sehr komplex und benötigt daher viele Mitspieler:

Landwirtschaft, Mineralölwirtschaft, Energiewirtschaft, politische Parteien

2. Struktur unserer Gesellschaft

Sie ist eine nahezu unüberwindliche Barriere für die Realisierung komplexer

Prozesse mit einem strategischen Zeithorizont.

3. Die Ressourcen an freiem Kohlenstoff (ca. 1000 Jahre)

4. Die Klimaveränderung

Sie ist ein weiches Argument, das nach Belieben missbraucht werden kann.

Die physikalischen Ursachen sind zwar eindeutig, nicht aber die sich daraus

ergebenden Konsequenzen (Verlierer: Europa)

5. Der Elektroantrieb wird technisch möglich.

TREMIS KonzeptDr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann (www.anna-consult.de, Freiburg)

Alternative Strategie

Änderung der Rahmenbedingungen:

1. Drastische Verringerung der „Mitspieler“

2. Beschränkung auf lokale Räume

3. Zeitnah spürbarer Nutzen

4. Bereitstellung aller Formen von Endenergie

(el. Energie, Heizenergie, Kraftstoff )

Ein gangbarer Ansatz:

„Schaffung autarker Energieinseln“

TREMIS KonzeptDr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann (www.anna-consult.de)

Anforderungen an eine autarke Energieinsel

1. Alle Endenergieformen müssen herstellbar sein.

2. Die Produktion muss dem Bedarf flexibel angepasst werden können und zwar kurz - und langfristig.

3. Störfälle in der Produktion dürfen die Versorgung nicht unterbrechen.

4. Stoffkreisläufe müssen geschlossen werden (K,P,S u.a.).

5. Der Umweltschutz muss für alle Siedlungsformen gewährleistet sein.

6. Langfristig muss das Konzept ohne Subvention tragfähig sein (auch ohne EEG).

7. Biomasse muss überdurchschnittlich verfügbar sein.

8. Eine günstige Logistik (Wasserweg) muss gewährleistet sein.

Anforderungen an Biomasse zur energetischen Verwertung


1. Hoher Flächenertrag (Ackerflächen begrenzt verfügbar)

2. Hohe Ressourceneffizienz (Dünger, Wasser, Energie)

3. Rentabilität (Erzeugung und Verwertung)

4. Funktionierendes Logistikkonzept (geringe Energiedichte)

5. Regionale Erzeugung und Nutzung (Stoffkreisläufe, Wertschöpfung, Innovation…)

6. Umwelt- und Sozialverträglichkeit

Fazit

Quelle: Freibauer A. (2003)


1. Miscanthus ist aktuell die günstigste Energiekultur

2. Miscanthus vereinigt höchste Erträge mit höchster Wasser-, Energie- und Nährstoffeffizienz.

3. Anbau und Logistik von Miscanthus sind geklärt (bei BICAL in England werden 10 000 ha für die Ko-Verbrennung angebaut).

4. Umweltwirkungen sind minimal oder positiv


Ernte, Transport, Lagerung und Verarbeitung

Folgende Forderungen sind zu stellen:

1. Hohe Packungsdichte

2. Lagerung im Freien

3. Für die Verarbeitung einheitliche Partikelgröße und gute Fließfähigkeit

Drei Verfahren sind im Einsatz oder in der Diskussion:

1. Mähhäckseln

2. Mähen, Ballenpressen, Ballenauflösung vor der Verarbeitung

3. Mähbinden, Häckseln vor der Verarbeitung

Bewertung der Verfahren: ETL Verarbeiten

1. ungünstig günstig

2. günstig ungünstig

3. günstig günstig


Blockschaltbild für die autarke Energieversorgung einer Energieinsel

Bio-

masse

Lager

er

gas-

Ver- 1

3

2

O2

H2O-Elektro- lyse

el. Strom

H2O

CO/H2

CO/H2

Motoren- Kraft- werk

Methanol- Synthese

el. Strom

M'ol Tank

Methan- Synthese

Heizmethan

Kraft- stoff- synthese

Kraftstoff-Methan u

H2 H2

H2

H2O

LPG Alkohole

Strom

G


Blockschaltbild für die autarke Energieversorgung einer Energieinsel – Investitionsstufen-

G

Bio-

Ver- 1 CO/H2 Motoren-

Kraft- werk

el. Strom

Heizmethan

Methan- Synthese

masse

Lager

er

gas-

3

2

O2

H2O-Elektro- lyse

el. Strom

H2O

CO/H2 Methanol- Synthese

M'ol Tank

H2 H2 H2

H2O

Kraft- stoff- synthese

Kraftstoff-Methan u LP

G Alkohole

H2

Strom

G


Thermochemischer Vergaser

Grundforderungen:

1. Hoher C- Umwandlungsgrad von der Biomasse zur Endenergie

2 Niedrige spezifische Investitionskosten

3. Hohe Verfügbarkeit

Daraus folgt ein Anlagenkonzept mit geringer Komplexität. Das bedeutet:

1. Geringe Anzahl von Verfahrensstufen

2. Ruhende Apparate statt Maschinen

3. Drucklos im Feststoffbereich

4. Temperaturniveau unter Ascheschmelzpunkt

5. Keine Kohlenwasserstoffe im Synthesegas

Konsequenz: Entwicklung des TREMIS- Reaktors

Er ist eine den Forderungen angepasste Wirbelschicht.


Kostensituation einer Energieinsel für ca. 10 000 Einwohner

1. Einsatzstoffkosten (Misc. 90€/to,Fremdstrom 40€/Mwh) 9,0 Mio. €/ a

2. Fertigungskosten 7,5 Mio. €/ a

3. Herstellkosten 16,5 Mio. €/ a

4. Erlöse 21,5 Mio. €/ a

5. Überschuss 5 Mio. €/ a

6. Investitionsvolumen (ohne Zuschüsse) ca. 60 Mio. €

Die mittlere Rendite über die kalkulatorische Gesamtlaufzeit (15 a) liegt deutlich über 10% (EEG Einspeisevergütung einzige Subvention).


Bioenergiedorf


Vergleich Bioenergiedorf (B)versus

Autarkie-Insel (A)

1. Erzeugbare Endenergieformen

B: el. Strom, Wärme (Bioenergiedorf)

A: el.Strom, Wärme, Kraftstoff (Autarkie-Insel)

2. Flexibilität

B: gering, da Strom- und Wärmeerzeugung starr gekoppelt sind und keine Speicherung möglich ist.

A: hoch, da mit dem Methanoltank eine beliebig hohe Speicherung möglich ist.

3. Einsatzmöglichkeiten des Konzepts

B: gering, da beschränkt auf kleine Gemeinden ohne Gasnetz.

A: hoch, da für jede Gemeindegröße einsetzbar


Fortsetzung Vergleich B - A

4. Nachhaltigkeit des Konzeptes

B: gering, da auf Nutzung des Nahwärmenetzes angewiesen.

(Nahwärmenetz und Niedrigenergiehauskonzept widersprechen sich)

Bei reiner Stromproduktion geringe C – Ausbeute

Dauerhaft auf die Subvention durch das EEG angewiesen

A: hoch, da die Produktion flexibel an den Bedarf angepasst werden kann

Die Flexibilität kann noch erhöht werden, wenn Methanol als Chemierohstoff verkauft werden kann


Chemiestammbaum auf Basis Methanol

Alkene Aldehyde Alkohole Säuren Amine Alkane

C1 (CH2) Formaldehyd CH3OHCH3OH Armeisensäure Methylamin Methan

C2 Äthen Äthenoxid Äthanol Essigsäure Athylamin Äthan

C3 Propen Propionaldehyd Propanol Propionsäure Propylamin Propan

C4 Buten Butyraldehyd Butanol Buttersäure Butylamin Butan


Kriterien für die Auswahl eines Modellstandortes

1. Einwohnerzahl

2. Biomasse-Potential

- Bodenzahl

- Niederschlagsmenge

- Jahresdurchschnittstemperatur

- verfügbare Ackerfläche

3. Erfahrung mit Miscanthusanbau

4. Verkehrsinfrastruktur

5. Energieinfrastruktur

6. industrielle Infrastruktur


Ranking anhand von Internetdaten

Platz Gemeinde Einwohner-zahl

Landkreis Land

1.

2.

3.

.

.

.

Drochtersen

Willstätt

Karlstadt

11 800

9 700

12 000

Stade

Ortenau

Main-Spessart

Niedersachsen

Baden-

Württemberg

Bayern


Gemeinde Drochtersen (Niedersachsen)

Die Gemeinde Drochtersen mit knapp 11.800 Einwohnern entstand 1972 durch den Zusammenschluss der früheren Gemeinden Drochtersen, Assel und Hüll und umfasst bis auf das zu Stade gehörige Bützfleth

große Teile Südkehdingens. Sie grenzt mit der einstigen Insel Krautsand auf etwa 15 km Länge an das seeschifffahrtstiefe Fahrwasser der Elbe große Teile des Kehdinger Moores umfassend.

http://www.drochtersen.de/?nr=111&parent=70&show=text

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