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T1 - Integrierte Produktion und Verwertung von Biogas in Zementwerken

AU - Ellersdorfer, Markus

N1 - nicht gesperrt

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Zur Erreichung der Zielvorgabe der EU-Richtlinie 2009/28/EC, nach welcher bis zum Jahr 2020 20 % des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden sollen, ist der weitere Ausbau erneuerbarer Energiequellen notwendig. Dieser Ausbau ist im Bereich Biogas in Österreich in den letzten Jahren aus wirtschaftlichen Gründen (steigende Substratpreise) und durch verfahrensbedingte Nachteile bei der Gasverwertung (Aufbereitungsaufwand, Abwärmenutzung) stark zurückgegangen. Dennoch sind Industriebetriebe auf der ständigen Suche nach Möglichkeiten zur Integration CO2-neutraler Technologien und Brennstoffe in ihre Produktionsprozesse. Durch den Ansatz einer direkten Kopplung von Biogasanlagen mit Anlagen der Baustoffindustrie, im Speziellen Zementwerken, kann ein Anlagenverbund geschaffen werden, welcher durch die thermische Nutzung von Rohbiogas und weiteren Synergieeffekten gegenüber konventionellen Biogasanlagen im Vorteil ist. In der vorliegenden Arbeit werden durch theoretische und experimentelle Studien und Versuche die Rahmenbedingungen dieser Kopplung untersucht, wobei unter anderem die Rohbiogas- und Abwärmenutzung im Anlagenverbund betrachtet wird. Zusätzlich dazu werden die experimentelle und ökonomische Durchführbarkeit eines neuartigen Verfahrens zur Gewinnung eines Entstickungsmittels aus Gärresten untersucht (Ionentauscher-Loop-Stripping). Den Abschluss bildet die Entwicklung eines an beliebige Industriestandorte anpassbaren Berechnungsmodells (BioZem-Modell), welches auf Basis der angestellten technologischen Betrachtungen eine ökonomische und ökologische Beurteilung des Verbundsystems Biogasanlage/Zementwerk ermöglicht. Die Ergebnisse der Erhebungen zeigen, dass die Biogasproduktion in kombinierten Anlagen bedingt durch den Wegfall von BHKW und Aufbereitungsaggregaten sowie einen höheren Gesamtwirkungsgrad deutlich ökonomischer ist als in konventionellen Biogasanlagen. Ab einer Rohbiogasproduktion von etwa 125 Nm³/h fallen die Kosten für die Biogasbereitstellung auch ohne staatliche Förderungen unter den industriellen Erdgaspreis. Der Anlagenbetrieb unabhängig von staatlichen Förderungen kann zur Stärkung und Belebung eines in den letzten Jahren stagnierenden Biogasmarktes in Österreich beitragen. Letztlich wird damit auch die Bereitschaft von Anlagenbetreibern der Grundstoff- und Primärindustrie in Biogas zu investieren gesteigert, wodurch die Biogastechnologie aus dem kommunalen und landwirtschaftlichen Bereich in den industriellen Sektor und damit auf eine neue Ebene gehoben wird.

AB - Zur Erreichung der Zielvorgabe der EU-Richtlinie 2009/28/EC, nach welcher bis zum Jahr 2020 20 % des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden sollen, ist der weitere Ausbau erneuerbarer Energiequellen notwendig. Dieser Ausbau ist im Bereich Biogas in Österreich in den letzten Jahren aus wirtschaftlichen Gründen (steigende Substratpreise) und durch verfahrensbedingte Nachteile bei der Gasverwertung (Aufbereitungsaufwand, Abwärmenutzung) stark zurückgegangen. Dennoch sind Industriebetriebe auf der ständigen Suche nach Möglichkeiten zur Integration CO2-neutraler Technologien und Brennstoffe in ihre Produktionsprozesse. Durch den Ansatz einer direkten Kopplung von Biogasanlagen mit Anlagen der Baustoffindustrie, im Speziellen Zementwerken, kann ein Anlagenverbund geschaffen werden, welcher durch die thermische Nutzung von Rohbiogas und weiteren Synergieeffekten gegenüber konventionellen Biogasanlagen im Vorteil ist. In der vorliegenden Arbeit werden durch theoretische und experimentelle Studien und Versuche die Rahmenbedingungen dieser Kopplung untersucht, wobei unter anderem die Rohbiogas- und Abwärmenutzung im Anlagenverbund betrachtet wird. Zusätzlich dazu werden die experimentelle und ökonomische Durchführbarkeit eines neuartigen Verfahrens zur Gewinnung eines Entstickungsmittels aus Gärresten untersucht (Ionentauscher-Loop-Stripping). Den Abschluss bildet die Entwicklung eines an beliebige Industriestandorte anpassbaren Berechnungsmodells (BioZem-Modell), welches auf Basis der angestellten technologischen Betrachtungen eine ökonomische und ökologische Beurteilung des Verbundsystems Biogasanlage/Zementwerk ermöglicht. Die Ergebnisse der Erhebungen zeigen, dass die Biogasproduktion in kombinierten Anlagen bedingt durch den Wegfall von BHKW und Aufbereitungsaggregaten sowie einen höheren Gesamtwirkungsgrad deutlich ökonomischer ist als in konventionellen Biogasanlagen. Ab einer Rohbiogasproduktion von etwa 125 Nm³/h fallen die Kosten für die Biogasbereitstellung auch ohne staatliche Förderungen unter den industriellen Erdgaspreis. Der Anlagenbetrieb unabhängig von staatlichen Förderungen kann zur Stärkung und Belebung eines in den letzten Jahren stagnierenden Biogasmarktes in Österreich beitragen. Letztlich wird damit auch die Bereitschaft von Anlagenbetreibern der Grundstoff- und Primärindustrie in Biogas zu investieren gesteigert, wodurch die Biogastechnologie aus dem kommunalen und landwirtschaftlichen Bereich in den industriellen Sektor und damit auf eine neue Ebene gehoben wird.

KW - biogas

KW - digestate processing

KW - waste heat utilisation

KW - cementworks

KW - Biogas

KW - Gärrest

KW - Abwärmenutzung

KW - Zementwerk

M3 - Dissertation

ER -