Der weltweite Erdölverbrauch steigt jährlich, aber die Förderung gestaltet sich zunehmend
schwieriger. Dies ist einer der wichtigsten Gründe, weshalb der Erdölpreis auf lange Sicht
steigen wird (vgl. Weyerstrass et al., 2008: 24). Die fossilen Kraftstoffe sind begrenzt und
setzen bei der Verbrennung Kohlenstoffdioxid frei, das einen nicht unerheblichen Teil zur
beschleunigten Erderwärmung beiträgt. Diese ökologischen und ökonomischen Faktoren
veranlassten in der Vergangenheit die Suche nach alternativen Kraftstoffen und erzeugten so
eine wachsende Nachfrage an regenerativen, umweltschonenden Biokraftstoffen. Hierdurch
entstand ein Rohstoff-Konflikt auf den landwirtschaftlichen Flächen zwischen Nahrungsmittel
und Biokraftstoffen. Die steigende Biokraftstoffnachfrage soll einer der Gründe für die
Nahrungsmittelkrise im Jahre 2008 gewesen sein (vgl. Hermeling, Wölfing, 2011: 19ff).
Bioethanol, das den größten Anteil an den Biokraftstoffen ausmacht (vgl. Hermeling,
Wölfing, 2011: 9), entsteht nicht nur aus dem für die Zuckerherstellung genutzten Zuckerrohr,
sondern auch aus Grundnahrungsmitteln wie Weizen, Mais und Reis. Ein weiterer
Kritikpunkt ist, dass nur ein Teil der Pflanzen zu Ethanol vergoren wird, der Rest dient nur
noch als Viehfutter oder Dünger. Bei einigen Verfahren zur Ethanolherstellung mit Einsatz
von Braunkohle-Kraft-Wärme-Kopplung auf Basis von Zucker- und Stärkepflanzen wird
mehr Kohlenstoffdioxid produziert, als die Pflanzen vorab speichern konnten, was eine
negative 2 CO -Bilanz nach sich zieht (vgl. Kastenhuber, 2007: 123) und dem eigentlichen
ökologischen Sinn eines Biokraftstoffes widerspricht.
Eine wahre umweltfreundliche Alternative könnten Biokraftstoffe aus biogenen
Industrieabfällen sein. Gerade in Industrieländern, die einen hohen Kraftstoffbedarf besitzen,
entstehen täglich große Mengen von Reststoffen, die sich oft ohne aufwendige Vorbereitung
für die Ethanolerzeugung eignen würden und einen wesentlichen Teil zur
Kraftstoffversorgung beitragen könnten. Eine kritische, ökonomische und ökologische
Betrachtung der potenziellen Industrieabfälle für die Ethanolerzeugung und deren Verfahren
wäre für die Einschätzung der Möglichkeiten sowie Grenzen dienlich.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Einführung
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise
1.3 Thematische Abgrenzung
2 Bioethanol
2.1 Bioethanolmarkt
2.1.1 Globaler Bioethanolmarkt
2.1.2 Deutscher Bioethanolmarkt
2.2 Preisentwicklung Bioethanol
3 Grundlagen der Herstellung von Ethanol
3.1 Biochemische und verfahrenstechnische Grundlagen
3.1.1 Zucker-, Stärke- und Zelluloseaufbau
3.1.2 Stärkeaufschluss
3.1.3 Zelluloseaufschluss
3.1.4 Fermentation
3.1.5 Destillation/Rektifikation
3.1.6 Entwässerung des Ethanols
3.1.7 Schlempe/ Koppelprodukte/ Nebenprodukte
3.2 Ethanolgewinnung aus zucker-, stärke-, und zellulosehaltigen Pflanzen
4 Herstellung von Bioethanol aus Industrieabfällen
4.1 Verwertbare Industrieabfälle/ -reststoffe
4.1.1 Abfall und Reststoff Aufkommen
4.1.2 Einflussfaktoren auf die Planung einer Abfallstoff-Ethanolanlage
4.2 Verfahren und Konzepte
4.2.1 Lingninsubstrat
4.2.2 Molke
4.2.3 Kohlenstoffdioxid
5 Ökonomische Bewertung der Bioethanolproduktion aus Industrieabfällen
5.1 Bioethanolgewinnung aus Abfällen einer Molkerei
5.1.1 Rohstoffkosten
5.1.2 Konversionsprozesse
5.1.3 Koppelprodukte
5.1.4 Ethanolherstellungskosten
5.2 Ökonomischer Vergleich zwischen Abfällen und nachwachsenden Rohstoffen
5.2.1 Ethanolherstellungskosten
5.2.2 Vergleich Brutto-Produktionskosten
5.3.3 Vergleich Netto-Produktionskosten
6 Schlussfolgerung
7 Literatur
8 Anhang
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Bewertung des ökonomischen Potenzials von Industrieabfällen und Reststoffen für die kommerzielle Produktion von Bioethanol, wobei insbesondere der Einsatz von Molkenmelasse analysiert und ökonomisch mit traditionellen landwirtschaftlichen Rohstoffen verglichen wird.
- Analyse von Industrieabfällen als kostengünstige Rohstoffquelle für die Ethanolerzeugung.
- Technologische Verfahren zur Ethanolgewinnung aus Molkenmelasse, Ligninsubstrat und Kohlenstoffdioxid.
- Ökonomische Kalkulation der Produktionskosten unter Berücksichtigung von Investitionen, Energiebedarf und Personalkosten.
- Bedeutung von Koppelprodukten (wie CDS) für die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit des Bioethanols.
- Vergleich der Rentabilität zwischen dezentralen Abfallstoff-Anlagen und großtechnischen Biomasse-Anlagen.
Auszug aus dem Buch
4.1.1.1 Lebensmittelindustrie
Die Molkereiindustrie produziert im Jahre 2008 annährend 20 Mio. t Käse, Tendenz steigend, dabei entsteht in etwa 15 Mio. t Molke. (vgl. BMLEV, 2008) Abhängig von der Molkenart enthält Molke im Durchschnitt einen gärfähigen Lactosegehalt von 4,8 % und weitere wertvolle Rohstoffe. Die Molke durchläuft mehrere Verfahren, um möglichst alle sich in ihr befindenden Nährstoffe, darunter vor allem die Laktose, herauszulösen. Dies ist nur bis zu einem gewissen Grad wirtschaftlich und so verbleiben 10 % der Laktose in der s. g. Melasse (vgl. Benecke, 2011: 15ff). Diese 10 % Laktose können zu Ethanol vergoren werden und würden dem Unternehmen anstelle einer kostenpflichtigen Entsorgung eine Nebeneinnahme ermöglichen. Bei einer jährlichen Produktion von 15 Mio. t Molke entsprechen die restlichen 10 % Laktose ca. 72000 t, und aus diesen ließe sich rechnerisch ca. 46 Mio. l Ethanol produzieren, siehe Berechnung 3a.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die ökologische und ökonomische Problematik fossiler Kraftstoffe und diskutiert das Potenzial biogener Industrieabfälle als nachhaltige Rohstoffalternative.
2 Bioethanol: Dieses Kapitel beschreibt die stofflichen Eigenschaften von Ethanol, dessen Verwendung als Biokraftstoff sowie die aktuelle Marktsituation und Preisentwicklung.
3 Grundlagen der Herstellung von Ethanol: Hier werden die biochemischen und verfahrenstechnischen Prozessschritte wie Aufschluss, Fermentation und Destillation erläutert sowie verschiedene Rohstoffquellen analysiert.
4 Herstellung von Bioethanol aus Industrieabfällen: Das Kapitel identifiziert verschiedene Industrieabfälle und analysiert Einflussfaktoren für die Planung von Anlagen, die solche Reststoffe verwerten.
5 Ökonomische Bewertung der Bioethanolproduktion aus Industrieabfällen: Dieser Kernbereich führt eine detaillierte Kostenanalyse der Produktion aus Molkenmelasse durch und vergleicht diese ökonomisch mit der Nutzung landwirtschaftlicher Biomasse.
6 Schlussfolgerung: Die Schlussfolgerung fasst zusammen, dass die Nutzung von Industrieabfällen trotz technischer Herausforderungen eine ökonomisch konkurrenzfähige und moralisch vertretbare Alternative darstellt.
Schlüsselwörter
Bioethanol, Industrieabfälle, Molkenmelasse, Ethanolproduktion, Produktionskosten, Biokraftstoffe, Koppelprodukte, Fermentation, Reststoffe, Wirtschaftlichkeit, Zuckeraufschluss, Zellulose, Nachhaltigkeit, Marktanalyse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit im Wesentlichen?
Die Arbeit untersucht, ob die Verwendung von biogenen Industrieabfällen wie Molkenmelasse eine wirtschaftlich tragfähige und ökologisch sinnvolle Alternative zur Produktion von Bioethanol aus Nahrungsmittelpflanzen darstellt.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Felder umfassen die Identifikation von Industrieabfällen, die technischen Prozesse der Ethanolerzeugung und die detaillierte ökonomische Bewertung der Produktionskosten unter Einbeziehung von Koppelprodukten.
Was ist die primäre Zielsetzung der Studie?
Das Ziel ist es, das wirtschaftliche Potenzial der Nutzung von Abfallstoffen der Industrie zur Ethanolgewinnung aufzuzeigen und durch einen Vergleich mit klassischen Biomasse-Verfahren die Wettbewerbsfähigkeit zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Analyse herangezogen?
Die Arbeit nutzt eine ökonomische Prozesskostenanalyse, bei der auf Basis von Produktionsdaten und technologischen Parametern die Kosten pro Kubikmeter Ethanol berechnet und unter verschiedenen Kapazitätsszenarien modelliert werden.
Was bildet den Schwerpunkt des Hauptteils?
Der Hauptteil gliedert sich in die technologischen Grundlagen der Ethanolgewinnung, die Identifizierung verwertbarer Reststoffe und eine tiefgehende ökonomische Analyse am Beispiel der Molkereiindustrie.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Forschungsarbeit?
Neben Bioethanol und Industrieabfällen sind dies Begriffe wie Produktionskosten, Koppelprodukte, Wirtschaftlichkeit und Prozessoptimierung.
Warum ist Molkenmelasse ein interessanter Rohstoff für die Produktion?
Molkenmelasse fällt in großen, zentralen Mengen in der Molkereiindustrie an und stellt als bisher weitgehend ungenutztes Nebenprodukt mit einem signifikanten Laktosegehalt eine kostengünstige Rohstoffbasis dar.
Welche Rolle spielen Koppelprodukte bei der Wirtschaftlichkeit der Anlage?
Koppelprodukte wie CDS oder verflüssigtes Kohlenstoffdioxid erzielen zusätzliche Erlöse, die die Brutto-Produktionskosten erheblich senken und somit entscheidend zur wirtschaftlichen Rentabilität der Ethanolanlage beitragen.
Ist eine kleine Anlage zur Ethanolproduktion aus Abfällen wirtschaftlich sinnvoll?
Die Analyse zeigt, dass bei sehr kleinen Anlagen (z. B. 2 Mio. Liter) die spezifischen Kosten für Personal und Investitionen zu hoch sind, um ohne erhebliche Optimierungen oder höhere Erlöse aus Nebenprodukten konkurrenzfähig zu sein.
- Quote paper
- Kamil Setman (Author), 2012, Bioethanol auf Basis von Industrieabfallstoffen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/205497
