CO2-neutrale Dampferzeugung zur Bioethanolproduktion aus landwirtschaftlichen Brennereien

Abhitze-Dampferzeuger

Ein Wärmebild von einer Speisewasserpumpe

Einleitung

Im Rahmen der Machbarkeitsstudie der FH-Münster bei den landwirtschaftlichen Brennereien Glitz-Ehringhausen soll untersucht werden, in welchem Maße die Dampfproduktion aus Biogas-Blockheizkraftwerken zur Reduzierung der Produktionskosten und Verbesserung der Klimabilanz beitragen kann. Gefördert wird diese Studie durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV).

Projektbeschreibung

Die landwirtschaftliche Brennerei Glitz-Ehringhausen mit Sitz in Werne möchte sich durch die Produktion von Bioethanol eine zusätzliche Einkommensquelle erschließen und die Auslastung der vorhandenen Anlagen steigern. Im Hinblick sowohl auf die Produktionskosten als auch in Bezug auf die Klimabilanz stellt die energetische Versorgung der Produktionsprozesse einen wesentlichen Aspekt dar.

Herkömmliche Anlagen zur Bioethanolproduktion (Industrie und landwirtschaftliche Brennereien) verwenden fossile Energieträger (z.B. Braunkohle oder Heizöl) für ihre Prozesse. Neben den stetig steigenden Bezugskosten verschlechtert dies in erheblichem Maße die Gesamtklimabilanz für die Produktion von Bioethanol. Wird die benötigte Produktionsenergie aus nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Biogasanlage) bereit­gestellt, so trägt dies, neben der Sekundärwirkung (Kraftstoffsubstitut), direkt zum Klima­schutz bei. Eine Produktion, die weitestgehend auf fossile  Energieträger verzichtet und Stoff­kreisläufe kleinräumig schließen kann, erreicht CO₂ Emissionswerte von < 175 g CO2 / l Ethanol. Herkömmlich aus fossilen Energieträgern (industriell) produziertes Ethanol hat Emissionswerte von ca. 700 bis 1.000 g CO₂ je Liter Ethanol.

Die Brennerei Glitz-Ehringhausen möchte daher einen neuen Ansatz realisieren, in dem eine Biogasanlage in das Gesamtkonzept eingebunden werden soll. Dabei wird die thermische Energie, insbesondere der Abgaswärmestrom der Blockheizkraftwerke (BHKW), zur Dampfproduktion verwendet und dann in der Brennerei als Energieträger für die Produktionsschritte zur Verfügung gestellt. Die technische Realisierung zur Dampfproduktion aus der thermischen Energie von Blockheizkraftwerken und die Umrüstung der bestehenden Brennerei auf diese neue Betriebsführung beschreiben den innovativen Kern des Vorhabens.

Verfahrensbeschreibung

Die Biogasanlage der landwirtschaftlichen Brennereien Glitz-Ehringhausen speist zwei Blockheizkraftwerke mit 250 kW_el und 340 kW_el installierter elektrischer Leistung. Der landwirtschaftliche Betrieb sowie das Wohnhaus werden hierdurch mit Strom und Wärme versorgt. Überschüssige elektrische Energie wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist, während die verbleibende thermische Energie zur Versorgung der Brennereien mit Dampf genutzt wird.

Im Zusammenhang der klimafreundlichen Optimierung des Produktionsprozesses wurde ein Heizöldampferzeuger zum großen Teil durch einen Abhitzedampferzeuger ersetzt, so dass nun der Abgaswärmestrom beider Blockheizkraftwerke zur Dampfproduktion verwendet wird. Zudem sind zusätzliche Maßnahmen zur Senkung des Eigenenergieverbrauchs geplant, um die Wirtschaftlichkeit sowie die Gesamtklimabilanz weiter zu verbessern.

Wissenschaftliche Begleitung

Durch die wissenschaftliche Begleitung der Fachhochschule Münster sollen folgende Fragestellungen beantwortet werden:

• Wo liegen die Grenzen des Konzeptes?
• Welche Störanfälligkeit weist das Konzept auf?
• Welche Optimierungspotentiale bestehen und wie können diese technisch und wirt­schaftlich umgesetzt werden?
• Wie verhält sich die Anlage bei verschiedenen Ausgangssituationen wie z.B. verschiede­nen Biogasgehalten?
• Welche Wirkungsgrade werden erzielt (BHKW + Dampferzeuger)?
• Wie viel CO₂-wird durch das neue Konzept eingespart im Vergleich zur herkömmlichen Dampferzeugung
• Welche Betriebskosten sind erforderlich und ist das Konzept wirtschaftlich zu betreiben?
• Welche Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen sind erforderlich (z.B. Ablagerungen in Kessel und Rohrleitungen, Reinigungsintervalle)?
• Kann diese Technik auf andere landwirtschaftliche Betriebe übertragen werden?
• Welche Voraussetzungen müssen für eine Übertragbarkeit der Technik vorhanden sein bzw. geschaffen werden und welche Investitionen sind erforderlich?

Die Fachhochschule stellt zu diesem Zweck einen mobilen Laborcontainer bereit. Dadurch sind die Mitarbeiter der Fachhochschule Münster in der Lage am Standort Werne direkt Versuchsreihen durchzuführen, auszuwerten und als Ansprechpartner zur Verfügung zu stehen.