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Erneuerbare Energien wie beispielsweise Wind- und Sonnenenergie sowie Wasserkraft können einen bedeutenden Beitrag zum Klimaschutz leisten. Doch wie sieht es mit Biomasse aus? Welche Rolle die Nutzung von Biomasse bei der Produktion von erneuerbarer Energie spielt, soll im Folgenden erläutert werden.Biogasanlagen sind ein Beispiel für einen biologisch hergestellten Erdgasersatz. Diese wandeln Biomasse in eine Energieform um. Hierbei werden biologische Rohstoffe aus Privathaushalten und Landwirtschaft wie beispielsweise Abfall, Mist oder Gülle in einen versiegelten Behälter, den sogenannten Fermenter, gefüllt. Diese Masse wird von Mikroorganismen und Bakterien zersetzt und erzeugt biologischen Dünger und Biogas.Dieses Biogas wird auf zwei Wegen verwertet. Zum einen wird Biogas in Blockheizkraftwerken in Strom umgewandelt. Zum anderen wird das in der Fermentation entstandene Rohbiogas veredelt. Biogas enthält Methan, Kohlenstoff, Wasserstoff, Ammoniak, Schwefelwasserstoff sowie andere Gase. Um Schäden an den Anlagen zu verhindern und gereinigtes Methan zu erzeugen, ist das Verfahren der Entschwefelung, Trocknung sowie Ausscheidung von Kohlendioxid notwendig. Nun kann Biomethan in das bestehende Gasnetz eingespeist und als Alternative zu Erdgas genutzt werden.Die Vorteile von Biomethan sind vielfältig. Es kann unter anderem die Treibhausgasemissionen und Abhängigkeit von ausländischem Öl verringern. Da Biomasse reichlich vorhanden ist, stellt Bioenergie eine zuverlässige, nachhaltige und erneuerbare Energiequelle dar. Die Produktion von Biomethan kann damit zur Abfallvermeidung beitragen, indem organisches Material verwendet wird, das andernfalls weggeworfen werden würde. Es kann zur Stromversorgung, zum Heizen oder im Verkehr eingesetzt werden.Weiterführende Links und Quellen: https://www.dbfz.de/fileadmin/user_upload/Referenzen/Studien/Kurzstudie_Biogas_2022.pdf https://www.wemag.com/erdgas/biogas/biogasaufbereitung https://www.dena.de/fileadmin/dena/Dokumente/Pdf/9218_Analyse_Rolle_Beitrag_Biomethan_Klimaschutz_2050.pdf http://www.biogas-to-biomethane.com

In the European Union (EU), the demand for energy in transport is growing, and at the same time, transport is almost entirely dependent on oil and is responsible for more than 30% of greenhouse gas (GHG) emissions in Europe. Biomethane is one of promising options for sustainable mobility. Technical requirements applied for biomethane in transport in both countries and at the EU level are presented as well as short overview of the main upgrading technologies. Sweden and Germany may serve as examples of effective implementation of biomethane in transport sector; however, it is done in different ways (Sweden (non-grid transport use) and Germany (mainly via injection to gas grid)). Their experience can be useful for countries starting development of biomethane production and use, e.g., Poland.

Inhaltsangabe:Einleitung: Untersuchungsgegenstand, Methodik und Ziel: Bis heute beruht der Großteil der bereitgestellten Endenergie auf fossilen Energieträgern. In den letzten Jahren wurde sich jedoch verstärkt mit den Problemen dieser Energieträger beschäftigt. So nahm man sich ihre Endlichkeit und ihre negativen Umweltauswirkungen zum Anlass, Alternativen zu finden, mit deren Hilfe eine Chance auf Kompensation dieser Nachteile besteht. Hauptaugenmerk liegt demnach stets darauf, nachhaltige, also erneuerbare und umweltfreundliche Energiequellen zu erschließen. Neben der altbekannten Nutzung von Wind- und Wasserkraft haben sich im Bereich regenerativer Energien auch die Photovoltaik und die Energie aus Biomasse etabliert. Vor allem Biomasse bietet zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten und großen Spielraum für innovative Verwertungspfade. Neben der klassischen Verbrennung von Feststoffen hat sich so auch die vorgelagerte Umwandlung in flüssige und gasförmige Energieträger bewährt. Ein Pfad für die Bereitstellung der Energie aus gasförmiger Biomasse ist die Erzeugung von Biogas bzw. Bio-SNG mit anschließender Aufbereitung zu Biomethan, das als solches ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Im Zuge dieser Arbeit wird geklärt, wie und in welchem Maße es hierdurch das konventionell genutzte Erdgas ersetzen könnte. Es soll zudem die Frage beantwortet werden, ob eine Umwandlung von Biogas bzw. Bio-SNG zu Biomethan unter ökonomischen sowie ökologischen Aspekten lohnenswert ist und inwieweit eine Substitution von Erdgas unter den gegebenen technischen, aber auch rechtlichen Rahmenbedingungen möglich ist. Um sich in die Thematik einzufinden und die Problemstellung zu erkennen, wird in Kapitel zwei der Arbeit das mit gewissen Nachteilen behaftete, fossile Erdgas beleuchtet. Hierbei wird auf seine fehlende Nachhaltigkeit, seine Umweltverträglichkeit und die mit Erdgas verbundene Importabhängigkeit Deutschlands eingegangen. Auch wird das Problem der Ölpreisbindung aufgegriffen. Zudem werden die rechtlichen Rahmenbedingungen, die Zielsetzungen für alternative Energieträger aus erneuerbaren Quellen sowie die Rolle von Biomethan in diesem Kontext erläutert. Zum Zweck der Definition des Untersuchungsgegenstandes befasst sich Kapitel drei mit den Beschaffungsmechanismen für Biomasse, der Erzeugung von Biomethan über die bio-chemische anaerobe Fermentation und die thermo-chemische Vergasung sowie den Absatzmärkten dieses Gases. Die Beschreibung der beiden Bereitstellungspfade beginnt hierbei mit den wesentlichsten Prozessen der Beschaffung von Biogassubstraten und SNG-Festbrennstoffen. Die Erläuterung der Produktion von Biomethan mittels bio-chemischem Verfahren beschränkt sich größtenteils auf die Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität. Die Gewinnung von Biomethan mittels thermo-chemischer Konversion wird ausführlicher beschrieben, sodass hier neben dem Aufbereitungsverfahren auch anlagentechnische Beispiele für die Konversion, das heißt die Vergasung, erklärt werden. Zuletzt wird in diesem Kapitel auf die Biomethan Einspeisung und die drei Absatzmärkte für Biomethan eingegangen. In Kapitel vier der Arbeit soll das Potenzial von Biomethan als Erdgassubstitut aufgezeigt werden. Zwecks ökonomischer Beleuchtung werden zunächst die mittels Annuitätenmethode ermittelten Gestehungskosten von Biomethan mit dem Erdgaspreis verglichen. Zudem werden die ökologischen Auswirkungen von Biomethan durch eine Ökobilanzierung für diverse Verwertungspfade von Biomethan und Erdgas aufgezeigt. Für die Ermittlung der Treibhausgasemissionen und der nicht erneuerbaren kumulierten Energieverbräuche von Blockheizkraftwerken sowie Gas- und Dampfheizkraftwerken wurde die Ökobilanzierungssoftware GEMIS verwendet, die vom Institut für angewandte Ökologie bereitgestellt wird. Um die Umweltauswirkungen der beiden Gase zu vergleichen, werden auch hier die Ergebnisse gegenübergestellt. Nach Betrachtung der ökonomischen und ökologischen Aspekte, wird das technische Potenzial von Biomethan analysiert. Unter Berücksichtigung dieser drei Untersuchungsansätze werden anschließend Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet, die zu einer erfolgreichen Marktetablierung von Biomethan beisteuern könnten. Kapitel fünf widmet sich den politischen Rahmenbedingungen für Biomethan, die wesentlichen Einfluss auf die aktuelle und zukünftige Rolle von Biomethan in der Energiewirtschaft haben. Es werden Fördermechanismen und Problemstellungen für den Wärme-, Strom- und Kraftstoffmarkt erläutert, um die aktuelle Situation und eventuellen Handlungsbedarf aufzuzeigen. Im sechsten und letzten Kapitel der Arbeit wird ein auf der vorgenommenen Untersuchung basierendes Fazit gezogen. Zudem werden mögliche Zukunftsaussichten für das Potenzial von Biomethan als Erdgassubstitut beschrieben. Ziel der Arbeit ist es, den Stand, die Entwicklung und die Rahmenbedingungen für die Bereitstellung und Nutzung von Biomethan auf dem derzeitigen und zukünftigen Energiemarkt zu ermitteln und so die Perspektiven und das Potenzial von Biomethan als Erdgassubstitut zu verdeutlichen.Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: AbbildungsverzeichnisI AbkürzungsverzeichnisII 1Einleitung1 1.1Untersuchungsgegenstand, Methodik und Ziel1 2Grundlagen3 2.1Erdgas als Energieträger3 2.2Wachsende Relevanz erneuerbarer Energien6 3Die Wertschöpfungskette Biomethan10 3.1Beschaffung von Substraten und Festbrennstoffen10 3.2Erzeugung von Biomethan14 3.2.1Gewinnung und Aufbereitung von Biogas14 3.2.2Bio-SNG Synthese durch Vergasung17 3.3Biomethandistribution20 3.3.1Einspeisung ins Erdgasnetz20 3.3.2Biomethan auf dem Strom- und Wärmemarkt22 3.3.3Biomethan als Kraftstoff23 4Potenzial von Biomethan24 4.1Annuitätenmethode24 4.2Methode der Ökobilanzierung29 4.3Technisches Potenzial34 4.4Politische Rahmenbedingungen38 5Fazit und Zukunftsaussichten42 LiteraturverzeichnisIIITextprobe:Textprobe: Kapitel 3.3.2, Biomethan auf dem Strom- und Wärmemarkt: Die Energie aus Biomethan kann dem Endverbraucher derzeit auf drei Arten zur Verfügung gestellt werden. Zunächst kann Biomethan, wie Biogas, durch Blockheizkraftwerke, dessen prinzipielle Funktionsweise bereits in Unterkapitel 2.2 erläutert wurde, über Kraft- Wärme- Kopplung zu Strom und Wärme umgewandelt werden. Auch sind in diesem Zusammenhang Mikro-BHKWs zu erwähnen, die dem Endverbraucher zur häuslichen Strom- und Wärmebereitstellung dienen können. Eine Aufbereitung von Biogas zu Biomethan dient in erster Linie dazu, Biogas über das Erdgasnetz vom Ort der Entstehung zum Ort des Bedarfes zu transportieren. Dieser Transport ist immer dann sinnvoll, wenn für die anfallende Abwärme der Anlagen am Produktionsort keine oder keine ausreichende Verwendung gefunden werden kann. Liegt der Wärmenutzungsgrad vor Ort jedoch bei über 50%, ist die direkte Verstromung von Biogas einer Aufbereitung zu Biomethan und anschließender Einspeisung ins Erdgasnetz vorzuziehen. Dies resultiert überwiegend daraus, dass die Aufbereitung und der Anschluss an das Erdgasnetz mit hohen Kosten verbunden sind, welche nur durch eine entsprechend große Anlagengröße bewerkstelligt werden könnten. Da der Verwertungspfad der Verstromung für Biomethan bisher der einzige ist, der durch das EEG definiert wird, orientiert sich die Nachfrage stark an den durch die Verstromung erzielbaren Erlösen, sowie den entsprechend marktfähigen Wärmepreisen. Doch im Wärmemarkt konkurriert Biomethan nicht nur mit fossilen und regenerativen Brennstoffen, sondern auch mit Erdgas, was die Marktsituation für Biomethan für die Nutzung in KWK-Anlagen erschwert. Die zweite Nutzungsmöglichkeit ist die Nutzung von Biomethan für die Wärmeerzeugung über Erdgasheizkessel. Diese sind bereits sehr verbreitet, da sie Voraussetzung für das Heizen mit Erdgas sind. Viele Energieanbieter bieten für diesen Verwertungspfad bereits Produktgase mit gewissen Biomethananteilen an. Zum Teil wird dem Verbraucher sogar reines Biomethan zur Verfügung gestellt. Da diese Gase zurzeit jedoch noch teurer als Erdgas sind und dem Verbraucher keinen finanziellen Vorteil verschaffen, beruht der Kaufanreiz bisher nur auf dem ökologischen Bewusstsein des Verbrauchers. Die letzte Nutzungsmöglichkeit für Biomethan ist der Einsatz im Kraftstoffsektor, der im nächsten Unterkapitel beschrieben wird. 3.3.3, Biomethan als Kraftstoff: Vor dem Hintergrund der fortgesetzten Senkung der CO2-Emissionen hat sich in der Automobilbranche Erdgas als umweltfreundliche Alternative zu den üblichen Otto- Kraftstoffen erwiesen. Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren weisen Erdgasmotoren 90% weniger Schadstoffemissionen und 20% weniger CO2-Emissionen auf. Aufgrund dieser Einsparungspotenziale und einem vergünstigten Steuersatz von Erdgas ist in den letzten Jahren die Anzahl der Erdgasfahrzeuge und Erdgastankstellen stark angestiegen. Da das Biokraftstoffquotengesetz die Mineralölwirtschaft verpflichtet, in den Jahren 2010 bis 2014 eine Biokraftstoffquote von 6,25% zu erfüllen, wurden weitere Kraftstoffalternativen aufgetan. Eine Alternative stellen flüssige Biokraftstoffe wie zum Beispiel Biodiesel oder Bioethanol dar, die ein CO2- Einsparungspotenzial von durchschnittlich 50% aufweisen. Mit flüssigen Biokraftstoffen der zweiten Generation, die allerdings erst in einigen Jahren konventionell verfügbar sein werden, sollen sogar Einsparungen von bis zu 90% ermöglicht werden. Biomethan, das bereits jetzt verfügbar ist und ohne weiteres als Kraftstoff für Erdgasfahrzeuge eingesetzt werden kann, wird eine CO2-Einsparungsquote von 80% zugesprochen. Hinzu kommt, dass es laut der Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe e.V. eine doppelt bis dreifach so hohe Flächennutzungseffizienz wie Biodiesel aufweist. Das bedeutet, dass bei gleicher landwirtschaftlicher Fläche zwei bis dreimal so viel Biomethan wie Biodiesel hergestellt werden kann. Dementsprechend liegt auch die zu erzielende Kilometerleistung der Erdgasfahrzeuge, die mit Biomethan betrieben werden, weit über der, die durch Biodiesel oder Bioethanol betriebene Fahrzeuge zu realisieren ist. Weil es im Jahr 2010 erst etwa 85.000 Erdgasfahrzeuge und rund 900 Erdgastankstellen in Deutschland gab, scheint dieser Absatzmarkt für Biomethan derzeit jedoch von eher geringer Bedeutung zu sein. 4., Potenzial von Biomethan: Kapitel drei der Arbeit hat sich mit der Biomassebereitstellung, der Biogas- bzw. Bio-SNG-Produktion, deren Aufbereitung und Einspeisung sowie den Nutzungsmöglichkeiten von Biomethan beschäftigt. Um nun das Potenzial von Biomethan als Erdgassubstitut zu untersuchen, bietet es sich an, die ökonomischen, ökologischen, technischen aber auch rechtlichen Parameter dieses Gases zu analysieren.

Das innovative Projekt eines Biomethan-Blockheizkraftwerks, welches 2013 bei dem Gemüseproduzenten Zeiler realisiert wurde, soll eine effiziente und umweltfreundliche Erzeugung von Strom und Wärme ermöglichen. Ziel dieser Diplomarbeit ist es daher die wirtschaftlichen, umwelttechnischen und anlagentechnischen Aspekte des Biomethan BHKWs zu generieren und zu analysieren. Aufgrund der vorliegenden Daten der Jahre 2010 bis 2014, konnte eine genaue Vergleichsanalyse vor und nach Inbetriebnahme der Anlage durchgeführt werden, um die direkten Veränderungen durch das BHKW darzulegen. Neben der jährlich produzierten Wärmemenge von 2.130 MWh, die vollständig für den Eigenverbrauch genutzt wird, wird der erzeugte Ökostrom von 1.650 MWh zu 100 % gegen eine staatlich geförderte Einspeisevergütung von 21,02 Cent/kWh in das öffentliche Stromversorgungsnetz eingebracht. Durch den Einsatz des Biomethan Blockheizkraftwerks kommt es zu einer Verringerung der Laufleistungen der bestehenden Heizungsanlagen, weshalb 12 % des gesamten Wärmebedarfs von der Biomethan Anlage abgedeckt werden können. Um diesen Anteil wird daher auch der Verbrauch von fossilem Erdgas reduziert, was zu einer CO2e Einsparung von 618 Tonnen/Jahr führt. Mit Hilfe von geeigneten Investitionsberechnungsverfahren wird die Wirtschaftlichkeit des BHKWs überprüft, wobei sämtliche Berechnungen die hohe Rentabilität und das geringe Investitionsrisiko des Projektes unterstreichen. Sowohl aus ökonomischer, ökologischer als auch anlagentechnischer Sicht ist demnach der Einsatz des Biomethan BHKWs als sinnvoll zu bewerten, womit das Unternehmen seine Anforderungen an eine nachhaltige Energieproduktion erfüllt. ; The innovative project of a combined heat-and-power (CHP) plant, which runs with biomethane tries to receive a sustainable solution of generating green power and heat. The plant was started for the first time in 2013 and is located in Münchendorf/Austria at the site of the vegetable producer "Zeiler". This master thesis investigates the economic, environmental and plant-specific aspects of the combined head-and-power plant. The database of the years 2010 to 2014 shows the differences between the starting point and the final situation, after the plant was implemented, to demonstrate the direct changes triggered by the CHP plant. The Cogeneration plant feeds the annually produced amount of heat of 2,130 MWh in a 700 m3 stratified water storage, which can be also heated by two other CHP plants and a gas boiler. 100 % of the green electricity is supplied to the public electricity grid for a government-sponsored buyback price of 21.02 cents/kWh. The produced amount of electricity of 1,650 MWh, and the thermal energy can be evaluated as CO2 neutral, due to the utilized biomethane. The emissions, which are being released during the combustion of biomethane, are absorbed from the atmosphere in advance by the biomass. The use of the biomethane CHP leads to a reduction in the mileage of the gas boiler and the natural gas CHP plants. Therefore, 12 % of the total heat demand of the company is covered by the biomethane plant. Furthermore, the consumption of fossil natural gas is also reduced by the same amount, which leads to an annual saving of 618 tons CO2e. The efficiency of the CHP was reviewed using investment calculation methods. All of the methods confirm the high profitability and the relatively low investment risk of the eco-project. Ultimately, seen from an economic, environmental and plant-engineering point of view, the usage of biomethane CHP can be evaluated as useful, making the company to fulfil its requirements for sustainable energy production. ; eingereicht von Florian Preissler ; Zsfassung in engl. Sprache ; Wien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2015 ; (VLID)1082690

Biomethane from manure, agricultural residues, and biowaste has been prioritized by many energy strategies as a sustainable way to decrease greenhouse gas (GHG) emissions in the transport sector. The technology is regarded as mature; however, its implementation is still at an early stage. At EU level, there are currently two major instruments relevant for promoting the production of biomethane from waste and residues and which are likely to contribute to unlocking unused GHG mitigation potentials: the Renewable Energy Directive 2018/2001 (RED II) and the European Emission Trading System (EU ETS). Our study analyzes the effects of these two instruments on the competitiveness of biomethane as an advanced transport fuel in relation to different policy scenarios within the RED II framework and under EU ETS conditions. Within the RED II market framework for advanced biofuels, biomethane concepts that use manure as a substrate or as a cosubstrate show significantly lower GHG mitigation costs compared to advanced biofuels. With respect to the current EU ETS conditions for bioenergy, it is helpful to consider the GHG reduction potential from the non-ETS agricultural sector as a way to unlock unused potential for reducing GHG emissions.

Technologie biogazu i biometanu w Polsce. Potencjał biometanu w Polsce. Analiza SWOT. Analiza PEST. ; Every year the interest in biofuels, including biomethane, grows in Poland. Biomethane, obtained from biogas, is widely used in the Polish economy; the most important two applications are as gas injected into the gas grid and as automotive fuel. The aim of this work is to determine the potential for the development of the biomethane sector in Poland. The following article presents the technological stages of biomethane extraction and purification. The investment process for biogas/biomethane installation is presented in the form of a Gannt chart; this process is extremely long in Poland, with a duration of three years. In the coming months, the Polish Oil Mining and Gas Extraction will begin to invest in biomethane, which will be connected to the gas grid, while the Polish oil refiner and petrol retailer, Orlen, will invest in biomethane to be used as automotive fuel. This article includes a SWOT (Strengths, Weaknesses, Opportunities, Threats) and PEST (Political, Economic, Social, Technological) analysis of the biogas/biomethane sector in Poland. The main barriers to the development of the biogas/biomethane sector in Poland are high investment costs, long lead times and a strong conventional energy lobby. The most important advantages of biogas/biomethane technology in Poland include environmental aspects, high biomethane potential and well-developed agriculture. The development of biogas/biomethane technology in Poland will slowly reduce environmental pollution, reduce carbon dioxide emissions and allow for partial independence from the importing of natural gas.

The use of microalgae for biomethane production has been considerably increasing during the recent years. In this study, four dominant species belonging to the genera Scenedesmus, Chlorella, Dunaliella and Nostoc were selected. The influence of different genera with several morphological, structural and physicochemical characteristics on methane production was assessed in biochemical methane potential (BMP) tests. The ultimate methane yield values were 332 ± 24, 211 ± 2, 63 ± 17 and 28 ± 10 mL CH/g VS for Scenedesmus obliquus, Chlorella sorokiniana, Dunaliella salina and Nostoc sp., respectively. The highest methane production was achieved by microalga species that had no complex cell wall or wall basically composed by proteins and simple sugars such as in S. obliquus, whereas lower methane yields were found for D. salina and Nostoc sp., due to the salinity effects and cell wall composition in terms of complex polysaccharide and glycolipid layers, respectively. Kinetic constant values obtained in the BMP tests ranged between 1.00 ± 0.08 and 0.097 ± 0.005 days for D. salina and S. obliquus, respectively. ; The authors express their gratitude to Marie Curie's International Research Staff Exchange Scheme (PIRSES-GA-2011-295165) and Junta de Andalucía government (RNM-1970) for providing financial support. ; Peer Reviewed