Direkt zum Inhalt | Direkt zur Navigation

Eingang zum Volltext

Lizenz

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-51702
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/5170/


Kappler, Gunnar Oliver

Systemanalytische Untersuchung zum Aufkommen und zur Bereitstellung von energetisch nutzbarem Reststroh und Waldrestholz in Baden-Württemberg : eine auf das Karlsruher bioliq-Konzept ausgerichtete Standortanalyse

A system-analytical study on the emergence and supply of energetically usable remnant straw and forest residues in Baden-Württemberg : a location analysis related to the Karlsruhe bioliq-concept

Dokument1.pdf (24.017 KB) (md5sum: f9ea5575d5d2445075217310562142a1)

Kurzfassung in Deutsch

Mit Blick auf die Sicherstellung einer nachhaltigen Mobilität wird dabei zunehmend auch die Notwendigkeit herausgehoben, innovative Verfahren zu entwickeln, durch die die Bioenergieträger neben der Strom- und Wärmebereitstellung auch zur Erzeugung von biogenen Kraftstoffen verwendet werden können.
Aus diesem Grunde wird derzeit am Forschungszentrum Karlsruhe ein innovatives Konzept verfolgt, welches die Nutzung und Bereitstellung von Biomasse zur Kraftstofferzeugung sowohl technisch als auch logistisch erleichtern soll. Dieses sogenannte bioliq®-Konzept basiert auf einer Kombination von mehreren regional verteilten dezentralen Anlagen zur Schnellpyrolyse, in denen die Biomasse in eine Pyrolyseöl-Koks-Suspension (Slurry) konvertiert und in dieser konditionierten Form anschließend zu einer zentralen Vergasungsanlage transportiert wird.
Für die Gewinnung von Biokraftstoffen nach dem bioliq®-Konzept sind insbesondere die mengenmäßig bedeutsamen und bis dato weitestgehend ungenutzten Brennstoffe Waldrestholz und (Getreide-) Reststroh interessant, die als energetisch nutzbare Rückstände bzw. Nebenprodukte in der land- und forstwirtschaftlichen Produktion anfal¬len.
Vor diesem Hintergrund war es Ziel dieser systemanalytischen Arbeit der Frage nachzugehen, an welchen Aufkommensorten welches Potenzial an (Getreide-) Reststroh und Waldrestholz (nur Baden-Württemberg) für die energetische Nutzung zur Verfügung steht und inwieweit dies durch das räumlich dezentral-zentral gekoppelte bioliq®-Konzept ökonomisch bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus sollte in diesem Kontext auch analysiert werden, welche Gebiete (nur Baden-Württemberg), unter Berücksichtigung der vor Ort vorhandenen Infrastruktur, als Standort für eine Pyrolyseanlage geeignet erscheinen.
Die Potenzialabschätzung zum Reststroh, ergab für Baden-Württemberg und das Jahr 2003 ein Bruttostrohaufkommen von rund 2,9 Mio. Mg FM, was einem durchschnittlichen Ertrag von 6 Mg FM pro ha Getreideanbaufläche gleichkommt. Unter Einberechnung des Bedarfs für die Viehhaltung (rd. 0,9 Mio. Mg FM) und derjenigen Menge, die für den Erhalt der Humusbilanz (rd. 0,8 Mio. Mg FM) des Bodens abzuziehen ist, verbleiben schließlich rund 1,2 Mio. Mg FM bzw. 1,0 Mio. Mg TM Stroh, welches dauerhaft einer energetischen Nutzung zugeführt werden könnte.
Für Baden-Württemberg ergab sich ein theoretisch verfügbares Waldrestholzpotenzial von jährlich rund 3 Mio. m3, was annähernd 1,6 Mio. Mg TM entspricht. Unter Berücksichtigung weiterer Holzsortimente (z.B. Schwachholz/Industrieholz) könnte diese Menge auf bis zu 2,7 Mio. Mg TM erhöht werden. Bedingt durch restriktive Faktoren, wie z.B. Erschließungssituation und Besitzstruktur, dürfte hiervon allerdings lediglich ein Potenzial von ca. 1,2 Mio. Mg TM tatsächlich mobilisierbar sein.
Für die Erfassung und Bereitstellung von Stroh ergaben sich für die Verhältnisse von Baden-Württemberg in Abhängigkeit von Schlaggröße und Aufkommensdichte geschätzte Erfassungskosten von ungefähr 40 bis 70 €/Mg TM (Durchschnittswert unter Beachtung ortspezifischer Gegebenheiten: 63 €/Mg TM).
Für die Erfassung und Bereitstellung des Waldrestholzes in Form von Hackschnitzel resultiert eine Kostenspanne von 30 bis 180 €/Mg TM (Durchschnittswert unter Beachtung ortspezifischer Gegebenheiten rund 80 €/Mg).
Da durch die Konversion der Biomasse zu Slurry höhere Energiedichten erreicht werden, sind die spezifischen Transportkosten im Vergleich zur unbehandelten Biomasse deutlich geringer. Unter Berücksichtung der Slurry-Produktionskosten ergeben sich letztlich ab einer Transportstrecke von ca. 150 km Kostenvorteile zugunsten der Slurrybereitstellung.
Letztlich zeigte sich, dass besonders vorteilhafte Standorte für Pyrolyseanlagen ausschließlich in denjenigen Gebieten Baden-Württembergs zu finden sind, welche über eine überdurchschnittlich hohe Reststroh-Aufkommensdichte verfügen. In Anbetracht der gewonnenen Ergebnisse scheinen für Baden-Württemberg zum gegenwärtigen Zeitpunkt insbesondere aufgrund hoher Bereitstellungskosten, nur einige wenige (n < 4) Standorte für eine Pyrolyseanlage (100 MWin) geeignet zu sein.
Die Gestehungskosten für den BtL-Kraftstoff betragen unter den in dieser Arbeit getroffenen Annahmen bei gemeinsamer Nutzung von Holz und Stroh rund 1 € pro Liter (exkl. Energie- und Mehrwertsteuer).
Wie die Analysen in dieser Arbeit zeigten, stehen in Baden-Württemberg theoretisch freie Potenziale der beiden mengenmäßig bedeutendsten Bioenergieträger Reststroh und Waldrestholz für eine energetische Nutzung zur Verfügung. Doch kann vor dem Hintergrund der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse eine umfassende Versorgung von BtL-Großanlagen mit ausreichenden Mengen an kostengünstiger Biomasse unter den gegenwärtigen Gegebenheiten aller Voraussicht nach kaum erreicht werden.


Kurzfassung in Englisch

In light of guaranteeing sustainable mobility, increased emphasis is being placed upon the necessity to develop innovative procedures through which the bioenergy carriers can be applied for the generation of biogenic fuels along with the supply of electricity and heat.
Therefore, an innovative BtL-concept, which aims to technically and logistically facilitate the use and supply of biomass for fuel generation, is presently being developed at the Karlsruhe Research Center. This so-called bioliq®-concept is based upon a combination of several regionally dispersed decentral plants for flash pyrolysis in which the biomass is converted into pyrolysis-oil-suspension (slurry) and, in this conditioned form, transported afterwards to a central gasification plant.
In order to produce biofuels according to the bioliq®-concept, the quantitatively significant and, to date, largely unused biomasses, namely forest wood residues and (grain-) remnant straw, which accumulate as energetically usable residues in agriculture and forestry, are of particular interest.
Against this background, it was the aim of this system-analytical dissertation to pursue the question in regard to which potential of (grain-) remnant straw and forest wood residues is available for energetic use in which sites of emergence and to what extent these can be economically supplied through the spatially coupled (decentral-central) bioliq®-concept. Furthermore, in this context, the question should be analysed in regard to which areas (only in the Federal State of Baden-Württemberg) are suitable as locations for a pyrolysis plant, thereby taking the existent infra-structure into consideration.
The potential estimation of remnant straw, revealed a gross remnant straw emergence of about 2.9 million Mg FM for Baden-Württemberg in 2003 which is equal to an average yield of 6 Mg FM per ha (area for the cultivation of grain). Calculating the need for livestock keeping (about 0.9 million Mg FM) and the amount to be deducted for the preservation of humus balance (about 0.8 million Mg FM), approximately 1.2 million Mg FM, or rather, 1.0 million Mg DM straw remain in the end, which could be permanently removed from the agricultural production process and supplied for energetic use.
Baden-Württemberg revealed a theoretically available amount of forest wood residue potential of annually 3 million m³, which corresponds to nearly 1.6 million Mg DM. Taking other sortiments of wood (e.g., small dimensional wood and pulp wood) into consideration, this amount could be increased to as much as 2.7 million Mg DM.
Due to restrictive factors, i.e., developmental situation and property structure, a mere potential of approximately 1.2 million Mg DM may actually be mobilizable, whereby only half can be regarded as easily accessible.
For the collection and supply of straw in bale form – a common procedure –, the conditions in Baden-Württemberg, depending on the size of the removal area and emergence density, revealed estimated collection costs of approximately 40 to 70 €/Mg DM (average value with regard to specific local conditions: 63 €/Mg DM).
According to respective local conditions, different mechanized harvesting systems can be used for the collection and supply of forest wood residues in form of wood chips. This resulted in a cost span of 30 to 180 €/Mg DM (average value with regard to specific local conditions: 80 €/Mg DM).
Because higher energy density is achieved through the conversion of biomass to slurry, the specific transport costs are much less than those for unprocessed biomass. Considering slurry production costs, the supply of slurry shows cost advantages from a transport distance of approximately 150 km.
Ultimately, it became apparent that particularly advantageous locations for pyrolysis plants are exclusively to be found in those areas of Baden-Württemberg which have an above-average density of remnant straw emergence. In view of the findings, particularly due to the high supply costs, only a few locations (n<4) in Baden-Württemberg appear to be currently suitable as locations for a pyrolysis plant (100 MWin, powered by straw and forest wood residues).
Under the assumptions made in this dissertation regarding the combined use of wood and straw, the production costs for the BtL-fuels amount to about 1 € per liter (excl. energy tax and VAT).
As the assessments in this dissertation have shown, there are theoretically sufficient free potentials of both of the most quantitatively significant bioenergy resources, namely remnant straw and forest wood residues, available in Baden-Württemberg for energetic use. However, against the background of the insights gained in this dissertation, an extensive supply of large BtL-plants with sufficient amounts of economical biomass can hardly be achieved under the present conditions.


SWD-Schlagwörter: Kraftstoffherstellung , Holzabfall , Strohbergung , Baden-Württemberg , Standortplanung , Standortkarte , Standortfaktor , Transportkosten , Logistik
Freie Schlagwörter (deutsch): bioliq , Waldrestholz , Energieholz , Potenzial , Stroh , Biomasse , Bioenergie , Strohenergie , Biokraftstoff , biogene Abfälle , Holzaufkommen
Freie Schlagwörter (englisch): bioenergy , biomass , forest residues , remnant straw , biomass supply , biomass potential
Institut: Institut für Forstökonomie
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Koch, Barbara (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 14.02.2008
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 02.06.2008
Indexliste