Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- Art: Studienarbeit
- Autor: Thilo Weise
- Abgabedatum: August 2000
- Umfang: 82 Seiten
- Dateigröße: 1,5 MB
- Note: 1,7
- Institution / Hochschule: Technische Universität Berlin Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-6847-7
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-6847-7 P - ISBN (CD) :978-3-8324-6847-7 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Weise, Thilo August 2000: Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Energietechnik, regenerativ, Energie, Bioenergie, solar
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Studienarbeit von Thilo Weise
Einleitung:
Die vorliegende Studienarbeit befaßt sich thematisch mit der „Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa“. Das Ziel ist es dabei, die besondere Bedeutung von Biomasse für die energetische Nutzung zu erörtern und ausgehend von Deutschland einen länderübergreifenden Bezug zu anderen europäischen Staaten herzustellen. Wirtschaftliche Aspekte der energetischen Biomassenutzung und eine detaillierte Betrachtung der daraus resultierenden Emissionen müssen an dieser Stelle bewußt außen vor gelassen werden. Eine dafür zusätzlich notwendige ausführliche Untersuchung dieser Themen würde zu stark vom Kern der Arbeit abweichen und den angestrebten Rahmen überschreiten.
Die Arbeit ist aus sieben aufeinander basierenden Kapiteln aufgebaut, die in ihrer Reihenfolge dem Leser einen Gesamtüberblick über das Thema vermitteln. Dabei wird der Rahmen der Arbeit durch die in Deutschland und Europa vorherrschende Energie- und Umweltsituation sowie die in dieser Hinsicht formulierten politischen Ziele gebildet. Kapitel 2 gibt dafür zunächst einen allgemeinen theoretischen Überblick über wichtige Energiebegriffe sowie Grundlagen und stellt das theoretische Potential der erneuerbaren Energien dar. Am Ende des Kapitels werden als Ergebnis, die mit der energetischen Nutzung von Biomasse verbundenen Chancen verdeutlicht.
Kapitel 3 untersucht die verschiedenen möglichen Ausprägungsformen der Biomasse und geht systematisch auf deren biologisches Entstehen sowie auf deren Nutzungsmöglichkeiten als Energieträger ein. Dabei werden die unterschiedlichen Biomassearten insbesondere hinsichtlich ihrer Eignungsfähigkeit zur Energiewandlung betrachtet und einen Eindruck von ihrer energetischen Leistungsfähigkeit vermittelt.
Kapitel 4 stellt insbesondere die verschiedenen möglichen Technologien zur Energiewandlung von Biomasse dar. Es werden dabei sowohl unterschiedliche Verfahren erläutert, als auch die entstehenden Formen biogener Energieträger hinsichtlich ihres Ertrags an nutzbarer Energie untersucht. Darüber hinaus werden auch, die sich durch eine energetische Nutzung ergebenden Umwelteffekte betrachtet. Gemeinsam bilden Kapitel 3 und 4 den Kern dieser Studienarbeit.
Kapitel 5 leistet einen zusammenfassenden Überblick über die derzeit in Deutschland und in der Europäischen Union bestehenden Förderprogramme sowie über die, mit dem Betrieb von Anlagen zur Energiegewinnung aus Biomasse verbundenen, finanziellen Förderleistungen. Im Rahmen dieser Arbeit kann hier nur grob der aktuelle Stand abgebildet werden. Die Betrachtung konkrete Details betreffender Fragen sowie von Förderprogrammen der Deutschen Bundesländer und der einzelnen europäischen Staaten würde über die Zielsetzung dieser Arbeit hinaus gehen.
Kapitel 6 stellt exemplarisch verschiedene Beispielanlagen vor, anhand derer ein Eindruck des aktuellen Standes der Umsetzung von Möglichkeiten zur Nutzung von Biomasse als Energieträger vermittelt wird. Dabei geben die unterschiedlichen Praxisbeispiele in dieser Arbeit keinen repräsentativen Überblick, sondern sind jeweils anhand ihrer Anschaulichkeit und wegen ihrer interessanten Konzeption ausgewählt worden.
Kapitel 7 zieht abschließend ein Fazit der erarbeiteten Ergebnisse und gibt einen Ausblick hinsichtlich der energiepolitischen Bedeutung sowie der Entwicklungschancen von Biomasse zur Energiewandlung.
Inhaltsverzeichnis:
| Abbildungsverzeichnis | 5 | |
| Tabellenverzeichnis | 6 | |
| 1. | Einleitung und Aufbau | 7 |
| 2. | Energiesystematik | 9 |
| 2.1 | Energiebegriffe und Grundlagen | 9 |
| 2.1.1 | Energieformen | 9 |
| 2.1.2 | Energieträger | 10 |
| 2.1.3 | Energiebasis | 11 |
| 2.1.3.1 | Energievorräte | 11 |
| 2.1.3.2 | Energiequellen | 13 |
| 2.1.4 | Erneuerbare Energiequellen | 13 |
| 2.1.5 | Potential erneuerbarer Energiequellen | 15 |
| 2.2 | Energiesituation | 16 |
| 2.2.1 | Energiesituation Deutschland | 17 |
| 2.2.2 | Energiesituation Europa | 19 |
| 2.3 | Umweltsituation | 22 |
| 2.4 | Politische Bestrebungen | 23 |
| 2.5 | Kapitelzusammenfassung | 25 |
| 3. | Biomasse | 26 |
| 3.1 | Definition von Biomasse | 26 |
| 3.2 | Abgrenzung von Biomasse | 26 |
| 3.3 | Systematisierung von Biomasse | 27 |
| 3.3.1 | Primäre Biomasse | 28 |
| 3.3.1.1 | Aufbau von Phytomasse | 28 |
| 3.3.1.2 | Entstehen von Reststoffen | 31 |
| 3.3.2 | Sekundäre Biomasse | 31 |
| 3.3.2.1 | Aufbau von Zoomasse | 31 |
| 3.3.2.2 | Entstehen von Abfallstoffen | 32 |
| 3.4 | Nutzung von Biomasse als Energieträger | 32 |
| 3.4.1 | Energiepflanzen | 33 |
| 3.4.1.1 | Pflanzliche Festbrennstoffe | 33 |
| 3.4.1.1.1 | Getreidepflanzen | 33 |
| 3.4.1.1.2 | Schnellwachsende ein- oder mehrjährige Pflanzen | 35 |
| 3.4.1.1.3 | Kurzumtriebsplantagen schnellwachsender Baumarten | 36 |
| 3.4.1.1.4 | Energiewaldkonzepte | 37 |
| 3.4.1.2 | Pflanzliche Flüssigbrennstoffe | 38 |
| 3.4.1.2.1 | Ölfrüchte | 38 |
| 3.4.1.2.2 | Stärkehaltige und zuckerhaltige Pflanzen | 40 |
| 3.4.2 | Reststoffe | 40 |
| 3.4.2.1 | Rückstände von Nahrungs- und Futtermittelpflanzen | 41 |
| 3.4.2.2 | Waldrestholz | 41 |
| 3.4.2.3 | Rückstände der Landschaftspflege | 42 |
| 3.4.2.4 | Industrierestholz und biogenes Recyclingmaterial | 43 |
| 3.4.3 | Abfallstoffe | 43 |
| 3.4.3.1 | Gülle und Festmist | 43 |
| 3.4.3.2 | Haus-, Gewerbe- und Industrieabfälle | 45 |
| 3.5 | Kapitelzusammenfassung | 45 |
| 4. | Energiewandlung von Biomasse | 49 |
| 4.1 | Mechanische Umwandlung | 50 |
| 4.1.1 | Darbietungsformen von Holz | 50 |
| 4.1.2 | Darbietungsformen von Stroh | 51 |
| 4.1.3 | Thermochemische Umwandlung | 52 |
| 4.1.3.1 | Verflüssigung | 52 |
| 4.1.3.2 | Vergasung | 53 |
| 4.1.3.3 | Verkohlung | 53 |
| 4.1.4 | Physikalisch-chemische Umwandlung | 54 |
| 4.1.4.1 | Pressung | 54 |
| 4.1.4.2 | Extraktion | 54 |
| 4.1.4.3 | Veresterung | 55 |
| 4.1.5 | Biochemische Umwandlung | 55 |
| 4.1.5.1 | Anaerober Abbau | 55 |
| 4.1.5.2 | Aerober Abbau | 56 |
| 4.1.5.3 | Alkoholische Gärung | 57 |
| 4.2 | Umwelteffekt von Biomasse | 57 |
| 4.3 | Kapitelzusammenfassung | 58 |
| 5. | Förderprogramme | 60 |
| 5.1 | Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland | 60 |
| 5.2 | Förderung durch die Europäische Union | 63 |
| 6. | Ausgewählte Beispielanlagen | 66 |
| 6.1 | Vergasung von Holz im Biomasseheizwerk Eckernförde (Deutschland) | 66 |
| 6.2 | Anaerobe Fermentation in Laab am Walde (Österreich) | 67 |
| 6.3 | Herstellung von Ethanol aus Gras in Märwil (Schweiz) | 69 |
| 6.4 | Verbrennung von Holz im Biomasseheizkraftwerk Brista (Schweden) | 70 |
| 6.5 | Verbrennung von Stroh im Biomasseheizwerk Sabro (Dänemark) | 71 |
| 7. | Zusammenfassung und Ausblick | 74 |
| 8. | Literaturverzeichnis | 76 |
Als Rückstand der Stammholz- und Industrieholzgewinnung bei Einschlag- und Pflegemaßnahmen fällt Waldrestholz an. Begrifflich wird unter Waldrestholz das gesamte Holz außerhalb der Aufbearbeitungsgrenzen und Qualität von Industrieholz verstanden. Es setzt sich vornehmlich aus Ästen, Kronenmaterial, Stammschnitten und qualitativ minderwertigem Holz sowie schwachen Bäumen zusammen. Bislang verbleibt der Schlagabraum in den Wäldern und übernimmt dort die Funktion der Wahrung des Nährstoffgleichgewichts im Ökosystem Wald. Bei zurückbleiben der nährstoffreichen Bestandteile wie Blüten, Früchte, Laub- und Nadelmasse sowie Rinde im Wald, kann das Restholz jedoch ohne gravierende ökologische Auswirkungen genutzt werden. Ein Entzug der Biomasse kann sich zusätzlich sogar positiv auf die Reduzierung der Anfälligkeit des Forstbestandes hinsichtlich Schädlingsbefall auswirken. [...]
Mit Hilfe von Verfahren mechanischer Pressung oder chemischer Extraktion kann der Ölinhalt bestimmter Pflanzenkomponenten gewonnen werden. Häufig erfolgt auch eine Kombination beider Technologien. Dafür mögliche nutzbare Ölpflanzenarten sind unter anderem Fenchel, Koriander, Lein, Raps, Rübsen, Schlafmon und Senf sowie Sonnenblumen. Da die Erträge der Ölpflanzen mit den Temperatur- und Niederschlagsbedingungen sehr schwanken können, ist eine sinnvolle Auswahl der Pflanzen hinsichtlich der klimatischen Gegebenheiten des Anbauortes erforderlich. In Mitteleuropa wird daher vornehmlich die Saat von Sommer- und Winterraps oder von Sonnenblumen sowie Sojabohnen eingesetzt. Für den Ölfruchtanbau vorteilhaft gestalten sich die langjährigen Anbauerfahrungen, die großtechnisch verfügbare und gut entwickelte Technik der Ölgewinnung sowie der mögliche Einsatz von angepaßten Pflanzenölen in herkömmlichen Dieselmotoren. Relativ geringe Hektarerträge bilden dagegen Nachteile der energetischen Nutzung von Ölfrüchten. Das gesamte durch den Prozeß der Pflanzenölgewinnung erzielbare Energieaufkommen ergibt sich darüber hinaus zusätzlich aus dem bei der Ernte anfallenden Stroh, dem bei [...]
Hecken-, Strauch und Baumgewächse besitzen ebenfalls ein oberirdisches, energetisch nutzbares Biomassepotential. Schnellwachsende Baumarten wie Aspen, Pappeln oder Weiden können hierzu kultiviert und in mehrjährigen Zyklen geerntet werden. Das nur einmalig erforderliche Anlegen von Kurzumtriebsplantagen und der relativ geringe Pflegeaufwand der Kulturen erweisen sich als vorteilhaft. Die nach der Ernte im Boden verbleibenden Pflanzenstöcke treiben nachfolgend erneut aus und ermöglichen so mehrjährige Erträge. Vergleichsweise geringe Erntemengen, hoher Feuchtegehalt der geernteten Biomasse und bislang noch nicht großtechnisch verfügbare Erntetechnologie sind dagegen zur Zeit noch ungünstige Parameter. Bei den schnellwachsenden Baumarten determinieren ebenfalls der Wassergehalt und die chemische Zusammensetzung den Heizwert der Biomasse. Die verschiedenen Holzarten können einen Wassergehalt zwischen 12 % und 40 % aufweisen. Dieser ist abhängig vom Alter der Gehölze. Sehr junge Bäume weisen oft wegen ihres großen Rindeanteils einen noch höheren Feuchtegehalt auf. [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832468477
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Energietechnik, regenerativ, Energie, Bioenergie, solar



