Die Entwicklung der Energienutzung kann in verschiedene aufeinander folgende Phasen eingeteilt werden. Während die Menschen in einer ersten solaren Zivilisation bis weit in das 18. Jahrhundert ausschließlich erneuerbare Energien wie Holz, Wind und Wasserkraft nutzten, kam am Ende des 18. Jahrhunderts die Ära der fossilen Energieträger und mit ihr die Industrialisierung durch die Nutzung von erstmals industriell geschürfter Kohle. Im 19. und 20. Jahrhundert folgte das Erbohren von Erdöl und Erdgas sowie der bergmännischen Gewinnung von Uran vor gerade erst 50 Jahren. Das Energiesystem änderte sich radikal und an die Stelle der Erneuerbarkeit trat die Erschöpflichkeit. Die Bereitstellung von Energie bedeutete fortan Energieumwandlung und zusätzlich Stoffumwandlung, mit allen umwelt- und klimaökologischen Konsequenzen.
Die Industrialisierung brachte aber nicht nur ein Umdenken in der Energiepolitik, sondern auch das Problem der Abfallbeseitigung mit sich. Sie brachte eine Zeit des Überflusses und der Wegwerfgesellschaft.
Heute befindet sich die Menschheit an einem Wendepunkt, an der sie handeln muss. Die ökologischen Konsequenzen unseres Handels sind bereits sichtbar und auch schon spürbar. Wir schaffen Prognosen für zukünftige Szenarien unseres derzeitigen Strebens bzw. Bestrebens einerseits unbeschwert und im Überfluss leben zu können, andererseits auch teilweise mit beginnender Rücksichtnahme auf unsere Umwelt und diesen Planeten. Der Schritt zur Nachhaltigkeit und in ein zweites solares, hoch technisiertes Zeitalter ist noch sehr langsam und unsicher.
Dass sich die Welt im Wandel befindet und unser Handeln sich auf alle Staaten auswirkt, zeigen Übereinkommen und Konferenzen wie z.B. das Wiener Übereinkommen von 1985 zum Schutz der Ozonschicht oder die Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung im Juni 1992 in Rio de Janeiro, auf der die Agenda 21 beschlossen wurde. In Deutschland befinden wir uns in einem Staat, der sich den Schutz der Umwelt zur Aufgabe gemacht hat. Durch umfangreiche Gesetze und Maßnahmen, welche nicht immer auf die entsprechende Akzeptanz treffen, wird das umweltbewusstere Denken und Handeln sowohl der Bevölkerung als auch der Wirtschaft bewirkt.
Inhaltsverzeichnis
1 Grundlagen
1.1 Biomasse
1.2 Abfall
1.2.1 Abfallaufkommen
1.2.2 Abfallentsorgung
1.2.3 Organische Abfälle
1.3 Nutzung biogener Brennstoffe
1.4 Potential biogener Brennstoffe
1.4.1 Potentielle Biogaserträge in Zahlen
1.5 Zusammenfassung
2 Verwertung von organischen Abfällen
2.1 Grundlagen
2.2 Vergärung von Biomasse
2.2.1 Grundprinzip des Verfahrens
2.2.2 Mikrobiologie
2.3 Prinzipieller Aufbau einer Biogasanlage
2.3.1 Nassvergärung
2.3.1.1 Kontinuierliche Verfahren
2.3.1.2 Diskontinuierliche Verfahren
2.3.2 Trockenvergärung
2.4 Betriebsführung von Biogasanlagen
2.5 Vorteile von Biogasanlagen
3 Nutzungsmöglichkeiten für Biogas
3.1 Biogasaufbereitung
3.2 Einsatzformen
3.2.1 Heizkessel
3.2.2 Blockheizkraftwerke
3.2.2.1 BHKW-Module
3.2.2.2 Motorische Kraft-Wärme-Kopplung
3.2.3 Stirling-Motor
3.2.4 Brennstoffzellen
3.2.5 Einsatz als Kraftstoff im mobilen Bereich
3.2.6 Einspeisung in das Erdgasnetz
4 Rechtliche Grundlagen
4.1 Gesetze und Technische Anleitungen zum Bau und Betrieb
4.1.1 BauGB
4.1.2 BImSchG
4.1.3 TA Luft
4.1.3 TA Lärm
4.2 Gesetze und Verordnungen zur Biogaserzeugung
4.2.1 KrW-/AbfG
4.2.2 TASi
4.2.3 BestüVAbfV
4.2.4 BioAbfV
4.2.5 BiomasseV
4.2.6 TierKBG
4.3 Gesetze und Verordnungen zur Nutzung des Gärrückstandes
4.3.1 DüngMG
4.3.2 DüngMV
4.3.3 DüngeV
4.3.4 FuttMG
4.3.5 AbfKlärV
4.4 Gesetze zur Stromeinspeisung
4.4.1 Stromeinspeisungsgesetz
4.4.2 EEG
4.4.3 Erneuerbare-Energien-AusbauG
5 Brauerei
5.1 Allgemeine Informationen zu Brauereien in Deutschland
5.1.1 Die Deutsche Brauwirtschaft in Zahlen
5.1.2 Energiebedarf
5.2 Brauereireststoffe, Abwässer und Energiebedarf
5.3 Brauereireststoffe zur Vergärung in Biogasanlagen
5.4 Betriebliche Konsequenzen hinsichtlich der rechtlichen Grundlagen
6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
6.1 Faktoren der Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage
6.2 Berechnung zur Biogasproduktion
6.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
6.3.1 Betrachtung der Kosten
6.3.2 Betrachtung des Nutzen
6.3.3 Parameter der Kalkulation
6.3.4 Ergebnisse und Beurteilung
6.4 Fördermöglichkeiten
6.4.1 ERP-Umwelt- und Energiesparprogramm
6.4.1 KfW-Umweltprogramm
6.4.3 BMU-Programm zur Förderung von Demonstrationsanlagen
6.5 Zusammenfassung
7 Ausblick
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potential von Brauereireststoffen für eine energetische Nutzung durch anaerobe Fermentation und Verstromung. Ziel ist es, die technische Umsetzbarkeit zu bewerten, die rechtlichen Rahmenbedingungen unter Berücksichtigung des EEG zu analysieren und eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchzuführen, die als Entscheidungsgrundlage für Brauereibetreiber dienen kann.
- Energetisches Nutzungspotential von organischen Brauereiabfällen
- Vergleich und Bewertung von Vergärungsverfahren (Nass- vs. Trockenfermentation)
- Analyse rechtlicher Anforderungen für Bau und Betrieb von Biogasanlagen
- Wirtschaftlichkeitsanalyse basierend auf realen Datenerhebungen bei Brauereien
- Optimierungspotentiale durch Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW)
Auszug aus dem Buch
2.3 Prinzipieller Aufbau einer Biogasanlage
Das Kernstück einer Biogasanlage ist der Reaktor bzw. Fermenter. Als Werkstoffe kommen Beton, emaillierte oder beschichtete Stahlplatten oder Edelstahl zum Einsatz. Der Reaktor selber wird isoliert und mit einer Heizung ausgestattet, wobei externe Wärmetauscher, Heizspiralen an der Innenwand oder Fußbodenheizung eingesetzt werden. Das Substrat wird in regelmäßigen Abständen aufgerührt, da es sonst zu einer Entmischung kommt, wodurch sich sowohl Schwimmschichten als auch Sinkschichten ausbilden können.
Neben dem Reaktor mit Ausrüstung gehören zu einer Biogasanlage weiterhin ein Zwischenlager für ausgefaultes Substrat, welches nicht direkt verwertet werden kann, Pumpen zur Beschickung und Entleerung des Reaktors, eine Aufbereitung, zu der Zerkleinerung, Vormischung, Mengenpufferung, Störstoffsortierung oder Hygienisierung gehören können, eine Gasstrecke mit Zähler, Kondensatabscheider, Entschwefelung, Sicherheitstechnik und Speicher sowie in aller Regel ein Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von Strom und Wärme aus dem Biogas.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Grundlagen: Vermittelt das Basiswissen über Biomasse, Abfallaufkommen und die theoretischen Grundlagen der energetischen Verwertung.
2 Verwertung von organischen Abfällen: Erläutert die mikrobiologischen Prozesse der anaeroben Vergärung sowie den technischen Aufbau und die Betriebsweisen von Biogasanlagen.
3 Nutzungsmöglichkeiten für Biogas: Beschreibt die verschiedenen Wege der Gasaufbereitung und die Techniken zur Umwandlung in Strom und Wärme, insbesondere durch Blockheizkraftwerke.
4 Rechtliche Grundlagen: Gibt einen Überblick über die gesetzlichen Anforderungen, Regelwerke und Einspeisevergütungen, die für den Bau und Betrieb einer Biogasanlage relevant sind.
5 Brauerei: Analysiert die spezifische Situation in deutschen Brauereien, deren Energiebedarf und das Anfallpotential an Reststoffen wie Treber und Hefe.
6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Führt eine Kalkulation durch, welche die Investitionskosten und laufenden Betriebskosten dem Nutzen aus der Energieerzeugung und Stoffverwertung gegenüberstellt.
Schlüsselwörter
Biogas, Brauereireststoffe, Biertreber, Bierhefe, Anaerobe Fermentation, EEG, Stromerzeugung, Wärmenutzung, Biogasanlage, Wirtschaftlichkeit, Reststoffverwertung, Regenerative Energien, Blockheizkraftwerk, Methanogenese, Abfallwirtschaft.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der energetischen Verwertung von Brauereiabfällen (insbesondere Biertreber und Hefe) mittels anaerober Vergärung zur Strom- und Wärmeerzeugung unter Berücksichtigung des EEG.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Felder sind die technische Verfahrenstechnik der Biogaserzeugung, die regulatorischen Rahmenbedingungen in Deutschland sowie eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsanalyse für Brauereien.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Abschätzung des energetischen Potentials von Brauereireststoffen und die Berechnung der Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen, um Brauereibetreibern als Entscheidungsgrundlage zu dienen.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zur Anwendung?
Es wurde eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt, kombiniert mit einer Datenerhebung bei diversen deutschen Brauereien und der rechnerischen Modellierung des Biogasertrags mittels Formeln nach Buswell und Boyle.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die theoretischen Grundlagen der Vergärung, den Aufbau von Anlagen, die rechtlichen Voraussetzungen sowie die spezifische Datenauswertung und Wirtschaftlichkeitskalkulation.
Welche Keywords charakterisieren diese Arbeit?
Biogas, Brauereireststoffe, Biertreber, Anaerobe Vergärung, EEG, Wirtschaftlichkeit, Energieerzeugung, Blockheizkraftwerk.
Welche Rolle spielt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)?
Das EEG bildet die zentrale rechtliche Grundlage für die Stromeinspeisung und legt die Vergütungssätze fest, die maßgeblich über die Wirtschaftlichkeit der betrachteten Anlagen entscheiden.
Inwiefern beeinflusst der Trebergehalt die Rentabilität?
Der Treberanfall ist ein entscheidender Parameter; die Kalkulation zeigt, dass bei sehr kleinen Anlagen die Investitionskosten den durch den Treberverkauf oder die Eigenenergienutzung erzielten Nutzen teilweise übersteigen können.
- Quote paper
- Jeannette Jonneck (Author), 2004, Die energetische Nutzung von Brauereireststoffen durch Vergärung und Verstromung sowie Einspeisung nach dem EEG, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/22982
