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s/biomasseanfall/Biomasseabfall/gi

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Eine besondere strategische Relevanz gewinnt BioBrauS dadurch, dass nicht nur biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, einer weitergehenden energetischen Verwertung zugänglich gemacht werden, sondern auch der Verbrauch der fossilen Primärressource Braunkohle mit hohen CO2-Aussstoß reduziert wird. Ziel ist die Entwicklung eines Brennstoffes aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist, mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung zu verwerten. 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 Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparameter der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärrest 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.

Entwicklung einer innovativen Prozesskette zur optimalen Vergärung von Pferdemist zur Produktion von Biomethan als Kraftstoff

Auf dem Gelände der Pferdezucht Gestüt Lewitz in Mecklenburg-Vorpommern soll eine Biomethananlage zur Vergärung von Pferdemist, Geflügelmist und pflanzlichen Reststoffen errichtet werden. Momentan wird ca. 15 - 20 % des auf dem Gestüt Lewitz anfallenden Pferdemists in einer Biogasanlage verwertet. Der Rest wird ohne Behandlung auf die Felder ausgebracht. Das erzeugte Biomethan soll zu LNG verflüssigt werden und im Wesentlichen zur Dekarbonisierung der Unternehmensgruppe dienen. Die Anlage wird eine Produktionsleistung von ca. 1.000 Nm³/h Biomethan aufweisen und ca. 97.500 t/a Substrate verarbeiten. Der Wirtschaftsdüngeranteil liegt bei 80%. Der Anteil Pferdemist an der Gesamtmenge beträgt rund 72%. Die Gemeinde hat schon den Aufstellungsbeschluss für den Bebauungsplan erlassen sowie einen B-Plan-Vorentwurf genehmigt. Die weitere Erstellung des B-Plans ist in Bearbeitung. Antragsteller sind die Schockemöhle Bioenergie GmbH & Co. KG (nachfolgend Schockemöhle BE genannt) und das Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft und Energie (IBKE). Die Schockemöhle BE übernimmt auch die Projektentwicklung und wird die Anlage zukünftig betreiben. Die geplante Biomethananlage wird den anfallenden Pferdemist aus der Pferdezucht der verschiedenen Standorte in der Lewitz vergären. Die wissenschaftliche Begleitung erfolgt durch das IBKE.

Recycling organischer Reststoffe und CO2 zu Kraftstoffen

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.

Etablierung des Food Security Standard als Instrument zur Überprüfung der Menschenrechte in Agrarlieferketten und als Beitrag zur sozialen Nachhaltigkeit bei der Biomassebereitstellung

Die Einführung von Gesetzen über die unternehmerischen Sorgfaltspflichten in Lieferketten auf deutscher und europäischer Ebene zieht die Notwendigkeit nach sich, praktikable und valide Instrumente zur Überprüfung der Wahrung der Menschenrechte bereitzustellen. Für die Agrarproduktion steht der Food Security Standard (FSS) zur Verfügung: Durch seinen systemischen Ansatz deckt er gleichermaßen das Recht auf Nahrung und die in den Lieferkettengesetzen geplanten menschenrechtlichen Anforderungen ab und kann in bestehende Zertifizierungssysteme integriert werden. Gesamtziel des Projekts ist es, den FSS als Instrument zur Überprüfung der Menschenrechte in Agrarlieferketten zu etablieren. Durch eine kontinuierliche Anpassung an politisch-rechtliche Anforderungen wird eine breite Anwendung ermöglicht. Als übergeordnetes Ziel trägt die Anwendung des FSS zur Ernährungssicherheit und zur sozialverträglichen Gestaltung der biobasierten Wirtschaft bei. Darüber hinaus hat der FSS das Potential einen Beitrag über die Zertifizierung von Agrarrohstoffen hinaus zu leisten, u.a. bei pflanzlichen Reststoffen, im Kontext von Landscape Approaches und zur besseren Integration von Kleinbäuer*innen in internationale Agrarmärkte. Um diese Ziele zu erreichen werden Welthungerhilfe und Meo Carbon Solutions im Rahmen der Kooperation den FSS weiterentwickeln, die korrekte Anwendung sicherstellen und beratend unterstützen.

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Auswahl und Bewertung organsicher Reststoffe sowie analytische Begleitung Mahlung, Rauchgasreinigung und Verbrennung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Eine besondere strategische Relevanz gewinnt BioBrauS dadurch, dass nicht nur biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, einer weitergehenden energetischen Verwertung zugänglich gemacht werden, sondern auch der Verbrauch der fossilen Primärressource Braunkohle mit hohen CO2-Aussstoß reduziert wird. Ziel ist die Entwicklung eines Brennstoffes aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist, mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung zu verwerten. 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 Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparameter der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärrest 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.

Herstellung und Bewertung von Torfersatzstoffen auf Basis der hydrothermalen Umwandlung aus biogenen Reststoffen, Teilvorhaben 2: Substrathydrologische und pflanzenbauliche Bewertung hydrothermal erzeugter Torfersatzstoffe

Moore sind der wichtigste langfristige Kohlenstoffspeicher in der terrestrischen Biosphäre. Torf ist eine endliche und übernutzte Ressource. Der Torfabbau führt zu einer Freisetzung des gespeicherten CO2 und hat damit hohe Klimarelevanz. Die Entwicklung torffreier Gartensubstrate gewinnt daher an Bedeutung. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung und Prüfung torffreier Substrate für den Gartenbau. Grüngut mit 4,2 Mio t/a und Blühstreifen sind erfolgversprechende Basismaterialien für die Produktion von Torfersatzstoffen. Durch hydrothermale Carbonisierung (HTC) lassen sich diese Materialien in torfähnliche, mikrobiell abbauresistente Materialien umwandeln. Im Laborversuch werden zehn Varianten aus Grüngut bei 150-190 Grad C für 30-60 Minuten hydrothermal carbonisiert. Die Varianten werden geprüft (chemisch, biologisch, hydro-physikalisch) und bewertet und die gartenbaulich beste Variante für einen Großversuch ausgewählt. Durch einen Erdenhersteller werden drei Zuschlagsmischungen i) Holzwolle, Kokosfaser, Perlite; ii) Grünschnittkompost, Rindenkompost, Holzwolle und iii) Rindenkompost, Grünschnittkompost, Holzfaser, Kokosfaser hergestellt und jeweils mit zwei unterschiedlichen Zumischraten von hydrothermal behandelten Material aus den Großversuchen gemischt. Zusätzlich zur umfangreichen Charakterisierung wird das Lagerungsverhalten dieser Substratmischungen untersucht und bewertet. In (Langzeit-)Anbauversuchen werden die pflanzenbauliche Eignung und das Alterungsverhalten geprüft und bewertet. Die gealterten Substrate werden wiederholt chemisch, biologisch und hydro-physikalisch geprüft und bewertet. Anhand der techno-ökonomischen und ökologischen Bewertung des Torfersatzstoffes auf Basis der HTC von Grüngut und der Ergebnisse aus den Untersuchungen werden entsprechende Handlungsempfehlungen abgeleitet.

Biologische Wasserstoffproduktion aus Biomassefeststoffen

Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle in Bezug auf die angestrebte Energiewende. Im Forschungsprojekt SolidScore wird mit Hilfe der innovativen Biowasserstofftechnologie das vorhandene Spektrum der bisher zur biologischen Wasserstofferzeugung genutzten wässrigen Ausgangssubstrate erweitert. Vor diesem Hintergrund wird untersucht, inwieweit sich Reststoffe, wie zum Beispiel Bioabfälle und landwirtschaftliche bzw. pflanzliche Reststoffe, mit einem Trockenrückstand (TR) größer als 10 % eignen. Das grundlegende Prinzip ist die dunkle Fermentation. Herkömmliche Verfahren wie die Hochtemperatur-Elektrolyse oder die Dampfreformierung sind sehr energieintensiv und verwenden zumeist fossile Brennstoffe. Die biologische Wasserstofferzeugung mit Rest- und Abfallstoffen ist klimafreundlich und CO2-neutral. Im Vergleich zu den anderen biologischen Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist die dunkle Fermentation technologisch am weitesten fortgeschritten. Es ist ein anaerobes Verfahren, bei dem organische Substrate unter Abwesenheit von Licht zu Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie flüchtigen organischen Säuren (FOS) abgebaut werden. Versuche zeigten, dass vor allem Abwasser aus der Nahrungsmittelindustrie für die Biowasserstofferzeugung geeignet sind. Gleichzeitig konnten aber auch Limitierungen der einsetzbaren Substrate aufgezeigt werden. Das Projekt SolidScore hat das Ziel, das Reststoffspektrum der verwendbaren Substrate und somit die Einsetzbarkeit des Verfahrens deutlich zu erweitern. Darüber hinaus führt die Implementierung der dunklen Fermentation in Bioenergieanlagen zu einer Steigerung der Gesamteffizienz. Am Beispiel der Vergärung von Kohlenhydraten kann durch das im Antrag beschriebene 2-stufige Verfahren eine Gesamteffizienzsteigerung erzielt werden. Zusätzlich werden im Rahmen des Projektes Konzepte zur weiteren Verwendung des so erzeugten Wasserstoffs erstellt. Dies beinhaltet zum Beispiel auch die innerbetriebliche Nutzung des Wasserstoffs.

Regionale und energieautarke Produktion von grünem Wasserstoff durch die direkte Kopplung eines Moduls zur Methanpyrolyse an eine Biogasanlage, Teilvorhaben: Entwicklung des Gesamtkonzepts der Pilotanlage, des Umschaltmodus und der Gasreinigung der Pyrolyseprodukte

Die verstärkte Umwandlung von Biomasse in hochwertige Energieträger und hier vor allem in Wasserstoff wird in den nächsten Jahren eine entscheidende Rolle in der Erreichung der nationalen Ziele zur Emissionsreduktion spielen. Durch die Verwendung von biogenen Rest- und Abfallstoffen zur Produktion von Biogas wird bereits ein wichtiger Beitrag geleistet. Das resultierende Biogas wird durch seine Verbrennung jedoch fast ausschließlich für die Erzeugung von Strom und Wärme verwendet, wodurch somit erneut CO2 freigesetzt wird. Ein entscheidender Beitrag für die Reduktion der Treibhausgasemission kann mithilfe dieses Vorgehens folglich nicht geleistet werden. Aus diesem Grund ist das Ziel des Projekts die Entwicklung eines energieautarken Plasma-Pyrolyse Moduls zur Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Biomasse mit gleichzeitiger CO2-Entnahme in Form von immobilisiertem Kohlenstoff. Hierfür wird innerhalb der Projektarbeiten eine innovative Verfahrenskette aus Biogasaufbereitung, Umsetzung des Biomethans zu Wasserstoff über einen Mikrowellen-Pyrolysereaktor und die Reinigung des Wasserstoffs entwickelt. Zusätzlich wird die Stromerzeugung für den Spaltungsprozess über ein angegliedertes BHKW entwickelt und dieses Gesamtverfahren zu einer Pilotanlage zusammenführt. Durch die Kopplung des Reaktors an Biogasanlagen wird erstmals die Möglichkeit einer dezentralen Wasserstoff-Produktion mit negativem CO2-Fußabdruck geschaffen und praxisnah demonstriert.

SINATRA: FAIR-H2 - Ziel dieses Projektes ist die effiziente Herstellung von hochreinem Wasserstoff aus Abfallbiomasse in einem milden, dezentral anwendbaren Verfahren, das über das Zwischenprodukt wässrige Ameisensäure verläuft

Untersuchungen der energetischen Nutzungsoptionen von Hanffaserreststoffen zur exemplarischen Einbindung in das Energiekonzept eines Verarbeitungsstandorts, Teilvorhaben: Vorbehandlung von Reststoffen der Hanffaserproduktion und Prozesskettenentwicklung für die energetische Verwertung

Die Hanfindustrie hat sich in den vergangenen Jahren aufgrund neuer politischer Rahmenbedingungen und innovativer Produktfelder zu einem stark wachsenden Wirtschaftsbereich entwickelt. Hanfprodukte werden in der Lebensmittel-, Pharma-, Automobil-, Bau-, Textil und Papierindustrie eingesetzt. Das stärkste Wachstum der Hanfindustrie findet in der Produktion von Lebensmittel- und Lebensmittelzusätzen aus Hanfsamen, Hanf- und CBD-Ölen statt. Als Nebenprodukte fallen in diesen Wirtschaftsbereichen Extraktionsreste an, für die es derzeit nur bedingt Verwertungsmöglichkeiten gibt. In der industriellen Hanffaserproduktion werden aus getrocknetem Hanfstroh hochwertige Naturfasern gewonnen, die z.B. im Fahrzeugleichtbau zur Herstellung von Fahrzeugarmaturen und Verkleidungen eingesetzt werden. Hanffasern sind darüber hinaus ein etabliertes ökologisches Dämmstoffmaterial. Hanfdämmstoffe zeichnen sich durch eine bessere CO2 Bilanz gegenüber konventionellen Dämmstoffmaterialien wie Mineralwolle oder Styropor aus und bieten die Möglichkeit CO2 über mehrere Jahrzehnte im Dämmstoff zu fixieren. Im Dämmstoffherstellungsverfahren fallen neben dem Hauptprodukt Hanffasern im etwa gleichen Umfang zellulosehaltige Reststoffe an, die derzeit nur zu einem geringen Teil wirtschaftlich genutzt werden. Im Hinblick auf eine zunehmende regenerative Energieversorgung sowie knapper werdender Ressourcen bzw. der kritischen Diskussion um den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Energiegewinnung kommt der Erschließung biogener Rest- und Abfallstoffe für die Erzeugung effizienter, speicherbarer, flexibler und dezentraler Bioenergieträger zunehmende Bedeutung zu. Im Vorhaben HanfNRG sollen energetischen Nutzungsoptionen von Reststoffen der Hanfverarbeitung untersucht werden zur exemplarischen Einbindung in das Energiekonzept einer Hanffaserfabrik.

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