Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Mit dem Vorhaben BioBrauS wird das Ziel verfolgt, biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, energetisch zu verwerten. Dadurch sinkt der Verbrauch fossiler Primärressourcen wie Braunkohle, deren Einsatz mit einem hohen CO2-Ausstoß verbunden ist. Dazu soll ein Brennstoff aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist entwickelt und mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung verwertet werden. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und die Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparametern der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärresten und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.
reTURN wird ein Verfahren zur Herstellung CO2-neutraler synthetischer Kraftstoffe demonstrieren. Dieses beinhaltet nicht nur das Potenzial signifikanter CO2-Reduktionen, sondern auch das Erzielen einer wesentlichen Effizienzsteigerung in der Produktion synthetischer Kraftstoffe und damit eine drastische Kostenreduktion. Im Verfahren werden drei etablierte Prozessschritte erstmalig in einem skalierbaren Einzelreaktor integriert, um auf Basis von rezykliertem CO2 und Biomethan aus organischen landwirtschaftlichen/ städtischen Restabfällen Synthesegas herzustellen: (1) Plasma-Verfahren mittels Biomethanpyrolyse, (2) Boudouard-Reaktion, (3) heterogene Wassergas-Shift-Reaktion mit anschließendem Quenching. Diese Kombination ermöglicht eine flexible Zusammensetzung des entstehenden Synthesegases, sodass nachfolgend verschiedene Konversionstechnologien als vierter Schritt des reTURN Verfahrens eingesetzt und damit verschiedene klimafreundliche Kraftstoffe oder Grundchemikalien produziert werden können. Das Projekt verwendet die Fischer-Tropsch-Synthese, um die gesamte Prozesskette bis hin zu den Endprodukten in einer Testanlage zu erforschen und zu erproben sowie einen Nachweis der technischen Machbarkeit und Massenmarkttauglichkeit zu erbringen. Schwerpunkte von reTURN sind der Bau und Testbetrieb des neuartigen Reaktors, begleitet von verschiedenen Forschungen am Reaktor, wie bspw. Messkampagnen und einer ökologischen Nachhaltigkeitsbetrachtung mit dem Fokus auf CO2 Äquivalenten. reTURN bietet vielfältige Verwertungsmöglichkeiten, insb. neue Geschäftsmodelle für CAPHENIA und Betreiber von Biogas- bzw. Fermentationsanlagen. Mit dem Einsatz erneuerbarer Energie entsteht zudem ein wesentliches Potenzial für eine nachhaltige Sektorenkopplung des Verkehrs- und Stromsektors. Damit stellt reTURN nicht nur ein Vehikel zur Stärkung der nationalen Vorreiterrolle im Nachhaltigkeitskontext bereit, sondern leistet auch einen entscheidenden Beitrag zum weltweiten Klimaschutz.
Ein Projektkonsortium bestehend aus u.e.c. Berlin Umwelt- und Energie-Consult GmbH UEC und dem Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU) Heidelberg bestimmte im Zeitraum März 2023 bis April 2024 das Biomasseaufkommen in Berlin. Ziel des Projekts war es, Abschätzungen für eine zukünftige Nutzung der Biomasse in Berlin zu treffen, sowie Optimierungspotenziale und Instrumente zur Steuerung der Biomassenutzung (mit Schwerpunkt auf energetische Verwertung) zu entwickeln. Im Fokus standen biogene Abfall- und Reststoffe, die im Bezugsjahr 2020 in Berlin z.B. in privaten Haushalten, in öffentlichen Grünanlagen, Restaurants oder bei Gewerbebetrieben anfielen. Dabei handelte es sich im Wesentlichen um Organik aus dem Haus- und Geschäftsmüll (HGM), getrennt gesammelte Küchen- und Gartenabfälle, Altholz sowie Baum- und Strauchschnitt (holzige Biomasse), Mähgut und Laub (Weichorganik), Rückstände aus den Klärwerken, Speisereste und Fette sowie Tiermist. In Berlin sind im Jahr 2020 ca. 1,16 Mio. Tonnen biogene Abfall- und Reststoffe angefallen; über die Hälfte davon in privaten Haushalten, die separat über die Biotonne, auf dem eigenen Kompost oder zusammen mit dem Hausmüll entsorgt wurden. Für das Jahr 2045 wird das Biomasseaufkommen auf ca. 1,18 Mio. t/a prognostiziert. Vor allem die steigenden Bevölkerungszahlen sowie abfallplanerische Maßnahmen wie z.B. zur Abfallvermeidung beeinflussen das künftige Biomasseaufkommen. Vor dem Hintergrund der Bestrebungen des Landes Berlin, das HGM-Aufkommen insbesondere durch Reduzierung des Organikanteils deutlich zu senken, wird im Prognosezeitraum eine Verschiebung organischer Abfälle in die Biotonne erwartet. Etwa 62 % der Biomasse wurden im Jahr 2020 energetisch verwertet (Verbrennung), während 13 % einer Vergärung mit energetischer Nutzung des erzeugten Biogases zugeführt wurden. Kompostiert wurde ein Anteil von 16 ; weitere 7 % wurden stofflich in Form von Futtermittel oder Mulchmaterial verwertet. Die Verwertung der Berliner Biomasse erfolgte zu rund 54 in Berlin; der Rest wurde jeweils zur Hälfte in Brandenburg und weiter entfernten Bundesländern verwertet. Im Land Berlin stehen unter Berücksichtigung künftig geplanter Anlagen oder Anlagenerweiterungen für die Verwertung von Biomasse bis 2045 insgesamt rund 1,1 Mio. t/a zur Verfügung, das entspricht in etwa einer Verdopplung im Vergleich zum Jahr 2020. Resultierend aus der Tatsache, dass im Jahr 2020 bereits 75 % der Berliner Biomasse zur Energiegewinnung verwertet werden, erfolgte im Rahmen der Studie eine Einstufung dieses ermittelten Teilpotenzials als das bereits erschlossene Potenzial (BEP – ca. 863.400 t/a). Zukünftig erschließbar und für die Wärmewende potenziell zusätzlich nutzbar wären die Biomassearten, die aufgrund ihrer Beschaffenheit grundsätzlich für eine Vergärung oder den Einsatz als Brennstoff geeignet sind und derzeit kompostiert oder als Mulchmaterial genutzt werden (ZEP – ca. 281.000 t/a). Außerdem besteht ein nicht erschließbares Potenzial (NEP – ca. 17.000 t/a), welches jene Biomassearten umfasst, die derzeit entweder stofflich z.B. zur Herstellung von Futtermittel oder Produkten verwertet werden oder aus Sicherheitsgründen nicht mobilisierbar sind. Anhand von stoffspezifischen Heiz- und Biogasertragswerten wurde zudem das Energiepotenzial bestimmt. Dabei handelt es sich um die in der jeweiligen Biomasse insgesamt gebundene Energie, welche zwingend von der in Wärmenetze einzuspeisenden Endenergie zu unterscheiden ist: Die zukünftig zusätzlich erschließbare Biomasse enthält ein Energiepotenzial von ca. 221 GWh/a. Gemeinsam mit dem Energiepotenzial der bereits erschlossenen Biomasse stehen rund 2.000 GWh/a gebundene Energie zur Verfügung. Wahrscheinlicher sind jedoch Biomasse- und Energiepotenziale, die sich aus der Szenario-Betrachtung ergeben: ca. 618.000 t/a bis 754.000 t/a bzw. 1.520 GWh/a bis 1.600 GWh/a (jeweils BEP + ZEP). Zur Erschließung der Biomasse- und Energiepotenziale für die Berliner Wärmeversorgung werden verschiedene Maßnahmen empfohlen. Als zentral werden Maßnahmen zur gesteigerten Getrenntsammlung einerseits von in Haushalten anfallenden Küchen- und Gartenabfällen, andererseits von Mähgut, Laub und Baum- und Strauchschnitt aus öffentlichen Grünanlagen angesehen. Gleichzeitig wird der Ausbau von geeigneten Aufbereitungsverfahren für Laub und Verwertungskapazitäten zur Vergärung und Mitverbrennung von Laub dringend empfohlen. Zudem sollten Instrumente zur Stoffstromlenkung zu Gunsten einer anfallortsnahen Verwertung genutzt und im Rahmen eines zentralen Verwertungskonzeptes für Berlin gebündelt werden. Alternative Verwertungstechniken (z.B. Herstellung von Pflanzenkohle) sowie Ansätze, die dezentral auf Bezirks- oder Quartiersebene wirken, sollten Berücksichtigung finden und die zentralen Maßnahmen flankieren.
Um die klimafreundliche Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen langfristig sicher zu stellen und den Anforderungen aus der Luftreinhaltung gerecht zu werden, müssen neue Techniken erprobt werden, welche eine deutliche Minderung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe erzielen. In dem Verbundvorhaben DeNOx-DePM soll eine kombinierte Emissionsminderung der Abgaskomponenten NOx und Feinstaub für Biomassefeuerungen, welche unter die 44. BImSchV fallen, erreicht werden. Dabei soll ein innovatives Rauchgasreinigungssystem, bestehend aus einem angepassten Gewebefilter mit Filterkerzen aus Edelstahlgewebe und der Zugabe von katalytisch wirksamen Additiven, entwickelt werden. Das Verfahren soll zunächst im Labor entwickelt, danach im Technikumsmaßstab erprobt und abschließen praxisnah an einem Holzheizkraftwerk untersucht werden. Durch die Zugabe eines Additivs (Precoat) in das Rauchgas vor dem Staubabscheider kann eine verbesserte Partikelabscheidung auf dem Gewebefilter durch den zusätzlich erzeugten Filterkuchen erreicht und die Abscheideeffizienz für Feinstäube gesteigert werden. Zusätzlich soll das Additiv durch ein mikrowellengestütztes Beschichtungsverfahren mit bereits bei niedrigeren Betriebstemperaturen katalytisch wirksamen Komponenten aktiviert werden. Dadurch soll neben der verbesserten Staubabscheidung auch eine katalytische Stickstoffoxidreduktion unter zusätzlicher Zugabe des Reduktionsmittels Ammoniak realisiert werden. Untersucht werden soll neben der reinen Entstickung mit katalytischen Additiven am Filter auch eine Kombination aus Entstickung im Feuerraum (SNCR) und Nutzung des Ammoniak-Schlupfs am Filter für deutlich niedrigere Emissionen. Darüber hinaus wird das System auch ökonomisch und ökologisch im Hinblick auf seine Wettbewerbsfähigkeit und potentiellen Emissionsminderung untersucht und eingeordnet.