Eine Grüne Bioraffinerie ist ein komplexes Technologiesystem zur stofflichen und energetischen Verwertung nachwachsender Rohstoffe in Form von Grüner Biomasse und Abfallbiomasse. Zusätzlich zu den ökologischen Aspekten, die für eine verstärkte Nutzung nachwachsender Rohstoffe sprechen, kann eine Grüne Bioraffinerie einen Beitrag zum Erhalt der Kulturlandschaft sowie zur Einkommenssicherung der Landwirte leisten.
Ziel dieser Diplomarbeit war es, für den Standort Redange in Luxemburg die Machbarkeit einer Grünen Bioraffinerie nach dem Konzept der Schweizer Biotechnologiefirma 2B Biorefineries AG nachzuweisen. Die Ergebnisse der Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die Implementierung der Grünen Bioraffinerie am Standort Redange hat einen durchweg positiven Charakter. Die bestehende Biogasanlage kann maßgeblich zur Wirtschaftlichkeit des Bioraffinerie-Vorhabens beitragen und selbst durch eine gesteigerte Wertschöpfung und einen höheren Biogasertrag von der Bioraffinerie profitieren. Die Region Redange im Ganzen wird durch die Bioraffinerie gestärkt.
Die im Rahmen der Diplomarbeit durchgeführte Potentialerhebung kommt zu dem Ergebnis, dass die benötigte Grasmenge von 7.500 t Trockensubstanz pro Jahr in einem Radius von 45 km um die Bioraffinerie zur Verfügung gestellt werden kann. Auch die Grasqualität im Einzugsgebiet der Bioraffinerie genügt den spezifischen Anforderungen.
Die Marktaussichten der in der Bioraffinerie erzeugten Produkte können für den Standort Luxemburg als gut bewertet werden. Das gesamte Faserkontingent wird zu einem Preis von 0,80 € / kg Faser durch die Firma 2B AG abgenommen und die Futtermittelproteine können, sofern bestimmte Qualitätsstandards eingehalten werden, für 0,25 € / kg Proteinkonzentrat an den Verband (De-Verband) abgegeben werden.
Um die Technologie des 2B-Verfahrens bewerten zu können, wurde sie im Rahmen der Diplomarbeit mit anderen Bioraffinerie-Vorhaben verglichen. Aus technischer Sicht sind keine Probleme zu erwarten. Des weiteren konnte mit der Pflanzenkläranlage eine ökonomische und ökologisch sinnvolle Variante zur Abwasserbehandlung gefunden werden.
Die ökonomische Tragfähigkeit des Gesamtvorhabens konnte mit Hilfe der durch¬geführten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung nachgewiesen werden. Unter Berücksichtigung der definierten Rahmenbedingungen lassen sich mit der geplanten Bioraffinerie Erlöse in Höhe von 147.099,61 € pro Jahr erwirtschaften.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Aufgabenstellung
1.2 Methodik
2. Nachwachsende Rohstoffe
2.1 Nachwachsende Rohstoffe allgemein
2.2 Der nachwachsende Rohstoff Gras
2.2.1 Charakterisierung geeigneter Grasarten
2.2.2 Grasqualität
3. Bioraffineriekonzepte
3.1 Lignocellulose Feedstock Biorefinery
3.2 Cereal Biorefinery
3.3 Grüne Bioraffinerie
3.3.1 Geschichtliche Hintergründe der Grünen Bioraffinerie
3.3.2 Produkte einer Grünen Bioraffinerie
3.3.3 Stand der Technik
3.3.4 Mögliche Technologien einer Grünen Bioraffinerie
3.3.4.1 Vorbehandlung des Rohstoffs
3.3.4.2 Presstechnik
3.3.4.3 Proteingewinnung
3.3.4.4 Biogasanlage
3.3.4.5 Abwasserbehandlung
3.3.5 Basistechnologien für das Errichten einer Grünen Bioraffinerie
4. Machbarkeitsstudie
4.1 Standort
4.1.1 Entwicklung der Landwirtschaft in Luxemburg
4.1.2 Aktuelle Grasnutzung in Luxemburg
4.1.3 Bioraffinerie-Standort Redange
4.1.4 Biogasanlage „Un der Attert“
4.1.5 Synergieeffekte
4.2 Rohstoff Gras
4.2.1 Dimensionierung der Bioraffinerie
4.2.2 Potentialerhebung
4.2.2.1 Einzugsgebiet der Bioraffinerie:
4.2.2.2 Theoretisches Potential:
4.2.2.3 Technisches Potential:
4.2.2.4 Wirtschaftliches Potential
4.2.2.5 Auswertung der Potentialerhebung
4.2.3 Betrachtung der Grasqualität
4.3 Produkte / Reststoffe
4.3.1 Fasern
4.3.2 Futtermittelproteine
4.3.3 Biogas -> Wärme und Strom
4.3.4 Prozesswasser
4.4 Technische Machbarkeit
4.4.1 Modul 1: Aufbereitung
4.4.2 Modul 2: Macerator
4.4.3 Modul 3: Fasergewinnung
4.4.4 Modul 4: Proteingewinnung
4.4.5 Modul 5: Biogasanlage
4.4.6 Modul 6: Abwasserreinigung
4.5 Wirtschaftlichkeit
4.5.1 Annuitätsmethode
4.5.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Bioraffinerie-Vorhabens
4.5.2.1 Investitionsbetrag A0
4.5.2.2 Betriebsgebundene Auszahlungen AB
4.5.2.3 Einzahlungen (Erlöse) E
4.5.2.4 Berechnung der Annuitäten
5. Übertragbarkeit
5.1 Rohstoff
5.2 Abwasserbehandlung
5.3 Förderung
5.4 Produkte einer Grünen Bioraffinerie
5.5 Bereits realisierte Anlagenkomponenten
6. Fazit / Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit verfolgt das primäre Ziel, die Machbarkeit einer Grünen Bioraffinerie nach dem technologischen Konzept der Firma 2B Biorefineries AG am Standort Redange in Luxemburg zu evaluieren, wobei insbesondere die ökonomischen, ökologischen und technischen Realisierungsvoraussetzungen untersucht werden.
- Analyse der Eignung des Standorts Redange und der dort verfügbaren landwirtschaftlichen Infrastruktur.
- Ermittlung des lokalen Rohstoffpotenzials an Gras unter Berücksichtigung von Qualitäts- und Versorgungsaspekten.
- Technische Machbarkeitsprüfung des 2B-Verfahrens unter Einbindung einer bestehenden Biogasanlage.
- Wirtschaftlichkeitsberechnung für das Gesamtprojekt inklusive Erlösprognosen und Kostenstruktur.
- Entwicklung von Sensibilitäten zur Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Bioraffinerie-Standorte.
Auszug aus dem Buch
3.3.1 Geschichtliche Hintergründe der Grünen Bioraffinerie
Die Wurzeln der Grünen Bioraffinerie gehen zurück in das 18. Jahrhundert, als zum ersten Mal Proteine aus einer Gras-Klee-Mischung abgetrennt wurden.
Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wurde weltweit Forschung auf dem Gebiet des „Leaf Protein Concentrates“ (LPC) betrieben, wobei Gras bzw. Luzerne als Rohstoff eine wesentliche Rolle spielten. Als Hauptprodukt wurde ein weißes Proteinkonzentrat angestrebt, das zum überwiegenden Teil aus Ribulose-1,5-bisphosphat carboxylase/oxygenase (Rubisco) besteht. Ursprünglich war gedacht, mit diesem Proteinkonzentrat den Hunger in der Welt zu bekämpfen. Federführend waren der Brite N. W. Pirie und R. Carlsson aus Schweden. Die Technik konnte sich in diesem Sinne allerdings nicht durchsetzen, da die für den menschlichen Verzehr erforderliche Reinheit nicht erzielt werden konnte.
Seit den späten 80er Jahren existieren in Frankreich (France Luzerne) große Anlagen in denen grüne Futtermittelproteine aus Luzernen (engl. Alfalfa; lat. medicago sativa) hergestellt werden. France Luzerne hat inzwischen auch die Forschung an der Humanernährung aus Luzerneproteinen unter dem Stichwort „functional food“ wieder aufgenommen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung stellt die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen dar und führt die Grüne Bioraffinerie als nachhaltige Alternative für eine stoffliche und energetische Verwertung ein.
2. Nachwachsende Rohstoffe: Dieses Kapitel erläutert die Potenziale von Biomasse und definiert die spezifischen Anforderungen an den Rohstoff Gras sowie dessen Qualitäten.
3. Bioraffineriekonzepte: Hier werden unterschiedliche Bioraffinerie-Typen sowie die spezifischen technologischen Prozesse der Grünen Bioraffinerie detailliert beschrieben.
4. Machbarkeitsstudie: Das Kernkapitel analysiert den Standort Redange in Luxemburg, erhebt das Graspotenzial und berechnet die technische sowie ökonomische Umsetzbarkeit des 2B-Verfahrens.
5. Übertragbarkeit: In diesem Abschnitt werden Sensibilitäten und Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit für andere potenzielle Standorte aufgezeigt.
6. Fazit / Ausblick: Das Fazit bestätigt die prinzipielle Machbarkeit des Vorhabens am Standort Redange und empfiehlt eine weitere detaillierte Biomasse-Erhebung.
Schlüsselwörter
Grüne Bioraffinerie, stoffliche Verwertung, energetische Verwertung, Grasverwertung, 2B-Verfahren, Potentialerhebung, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, Annuitätsmethode, Luxemburg, Redange, Biogas, Futtermittelproteine, technische Fasern, Nachhaltigkeit, Biomasse.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit einer Grünen Bioraffinerie am Standort Redange in Luxemburg.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Arbeit behandelt die Rohstoffverfügbarkeit von Gras, Bioraffinerie-Technologien zur Gewinnung von Fasern, Proteinen und Biogas sowie die ökonomische Tragfähigkeit durch eine Wirtschaftlichkeitsrechnung.
Was ist die primäre Forschungsfrage?
Die zentrale Frage ist, ob die Implementierung einer Grünen Bioraffinerie nach dem 2B-Konzept am Standort Redange unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Bedingungen realisierbar ist.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Zur Überprüfung der Rohstoffbasis wird eine Potenzialerhebung durchgeführt, während die wirtschaftliche Bewertung mittels der Annuitätsmethode nach VDI-Richtlinie 2067 erfolgt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Standortanalyse, die Rohstoffcharakterisierung, die Darstellung der Bioraffinerie-Module und die Wirtschaftlichkeitsrechnung für den Standort Redange.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Zu den zentralen Begriffen zählen Bioraffinerie, Grasverwertung, ökonomische Vergleichsbetrachtung, 2B-Verfahren, Biogas und nachhaltige Landnutzung.
Warum ist die bestehende Biogasanlage für das Projekt von Bedeutung?
Sie fungiert als wichtige Synergieeinheit, da sie die Wirtschaftlichkeit erhöht, die Abwasserbehandlung stabilisiert und die in der Bioraffinerie anfallenden Stoffströme energetisch verwerten kann.
Wie werden die anfallenden Abwassermengen behandelt?
Das Konzept sieht den Einsatz einer Pflanzenkläranlage vor, die eine ökologisch sinnvolle und kostengünstige Reinigung ermöglicht, sodass das gereinigte Wasser idealerweise im Kreislauf wiederverwendet werden kann.
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- Mike Speck (Author), 2004, PROGRASS - Ein innovativer Ansatz zur stofflichen und energetischen Grasverwertung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/113729
