Transcript "Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte

Deutsches BiomasseForschungsZentrum
German Biomass Research Centre
Runder Tisch zum Thema "Innovative
Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte"
Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher
Produkte zur Herstellung von Biotreibstoff
Arne Gröngröft
Sevastopol, 30.9.2010
Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, www.dbfz.de
Agenda
 DBFZ – Deutsches BiomasseForschungsZentrum
 Biokraftstoffpfade im Überblick
 Landwirtschaftliche Rohstoffe in der Ukraine
• Getreide
• Zuckerrüben
• Ölpflanzen
 Innovative Herstellungsverfahren
• Bioethanol
• Biodiesel
 Ökonomische Aspekte
 Ausblick: Biokraftstoffe aus Reststoffen
 Zusammenfassung
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DBFZ
Ziele und Aufgaben
 Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung zu Fragen der
energetischen Nutzung von Biomasse
 Beratung privater und öffentlicher Einrichtungen zu allen Fragen im Bereich
"Energiegewinnung aus Biomasse"
 Marktbeobachtung und Datenbereitstellung
 Unterstützung von Bundesministerien bei strategischen Fragen im
Bereich "Biomassenutzung / Bioenergie"
 Prüfung und Zertifizierung von festen und flüssigen Biobrennstoffen und
von Anlagen zur Wärme-, Strom- und ggf. Kraftstofferzeugung
 Mitarbeit in nationalen und internationalen Gremien und Ausschüssen u. a.
bei der Normung und Richtlinienerstellung
 Vernetzung von Aktivitäten relevanter Marktbeteiligter
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DBFZ
Organisation und Einbindung
Kooperationen
Aufsichtsrat
Forschungsbeirat
(u.a. Forschungseinrichtungen, private und
Industrie- Unternehmen)
BMELV
(BMELV, BMU, BMVBS,
BMBF, SMUL)
DBFZ - Deutsches
BiomasseForschungsZentrum
Bioenergiesysteme
(B)
Biogastechnologie
(T)
Biomasseverbrennung
(V)
Thermo-chem.
Prozesstechnik
(P)
Biokraftstoffe
(K)
Biogaslabor
Brennstofflabor,
Prüfstände Kleinfeuerungsanlagen
Technikcenter,
Pilot-/
Demoanlagen
Kraftstofflabor,
Prüfstände
Motoren
Internationales
(I)
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DBFZ
Bereich Biokraftstoffe
Biokraftstoffe
Biomasselogistik
Biokraftstoffproduktion &
Technologien für
Bioraffinerien
Kraftstoffcharakterisierung
Gesamtsysteme
Biokraftstoffe
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Biokraftstoffpfade im Überblick
Ölhaltige
Biomasse
(z.B. Raps, Soja,
Palm, Jatropha)
Biomassebereitstellung
(Logistik)
Biokraftstoffproduktion
(z.B. Rohr, Rübe)
Ernte / Verfügbarmachung
Stärkehaltige
Biomasse
Holzartige
Biomasse
Halmgutartige
Biomasse
Reststoffe /
Abfallbiomasse
(z.B. Mais,
Getreide)
(z.B. Restholz,
Weide, Pappel)
(z.B. Miscanthus,
Stroh, Gras)
(z.B. Exkremente,
Bioabfall)
Aufbereitung
Transport
Physikalisch-chem. Konversion
Pressung /
Extraktion
Pflanzenöl
(VO)
Biokraftstoffdistribution
Zuckerhaltige
Biomasse
Lagerung
Bio-chem. Konversion
Ver-/
Umesterung
Biodiesel
(FAME)
Hydro. veg.
oil (HVO)
Distribution
Umschlag
Thermo-chem. Konversion
Alkoholische
Fermentation
Anaerobe
Vergärung
Bioethanol
Biomethan /
Biogas
Transferstation
Tankstelle
Lagerung
Pyrolyse
Biomethan /
Bio-SNG
Biokraftstoffnutzung
BTL
(FT, DME)
Verbrennungsmotor
Vergasung
Wasserstoff
Hybridantriebe
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© DBFZ, 2009
Landnutzung /
Biomasseproduktion
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Rohstoffe
Verteilung ukrainischer Rohstoffe
Produktionsmengen 2008 (Mio. t)
30
25
20
15
Ethanol
10
Biodiesel
5
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0
Darstellung DBFZ, Datenquelle: FAO (http://faostat.fao.org/site/342/default.aspx)
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Rohstoffe
Getreide in der Ukraine
 Weizen- und Maisproduktion wurde in
den letzten Jahren erheblich ausgebaut
 Viele Exporte, vor Allem in die EU
 Verhältnis Export / Produktion
• Weizen: 42 – 50 %
• Gerste: ca. 50 %
• Mais: 42 – 52 %
 Getreideproduktion unterliegt
wetterbedingt starken Schwankungen
  Preise sind sehr volatil
Entwicklung der Getreideproduktion in
Millionen Tonnen
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2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Jahr
Weizen
Roggen
Gerste
Hafer
Mais
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Rohstoffe
Zuckerrüben in der Ukraine
 2009/2010 war ein schlechtes Jahr in
der Zuckerrübenproduktion in der
Ukraine
• Schlechtes Wetter
• Geldmangel bei Bauern
 Anbau von Zuckerrüben soll staatlich
unterstützt werden (60 - 86 EUR/ha)
 Saison 2010 / 2011 voraussichtlich
440.000 ha Anbaufläche (330.000 im
Vorjahr)
 Die Flächenerträge liegen in der
Ukraine unter 30 t/ha
• Polen 55 – 60 t/ha
• Deutschland / Frankreich: 65 –
85 t/ha
  Potenziale in der Ertragssteigerung
Entwicklung der Zuckerrübenproduktion in
Millionen Tonnen
25
22,4
20
18,0*
17,0
16,6
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13,4
13,4
10,5
10
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0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Jahr
Darstellung DBFZ, nach: FAO (http://faostat.fao.org/site/342/default.aspx), Zuckerindustrie. *Schätzung
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Rohstoffe
Ölpflanzen in der Ukraine
 Ukraine ist einer der weltweit größten
Produzenten von Sonnenblumensaat
 Starker Ausbau der Rapsproduktion
seit 2006
 Raps wird beinahe vollständig in die
EU exportiert
 Ausbau der Anbauflächen bei
Sonnenblumen und Raps
 Flächenanteile für Ölsaatenanbau 2008
• Sonnenblume: 16 %
• Raps: 5 %
• Sojabohnen: 2 %
• Tendenzen steigend
Entwicklung der Ölsaatenproduktion in
Millionen Tonnen
8
7
6
5
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2
1
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0
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2
2
2
07 008 009 010
0
2
2
2
2
Jahr
Sonnenblumensaat
Rapssaat
Sojabohnen
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Bioethanol
Übersicht über Herstellungsprozesse
Ausgangsstoff
Zuckerhaltige
Biomasse
Stärkehaltige
Biomasse
Zellulosehaltige
Biomasse
Herstellung des zuckerhaltigen Substrats
Waschen,
Zerkleinern
Mahlen
Zerkleinern,
Mahlen
Extraktion
des
Zuckersaftes
Hydrolyse
(Verkleisterung)
Lignozelluloseaufschluss
Ethanolherstellung
Gärung
Dextrinierung
(Verzuckerung)
CO2
Separation
(Hefe)
Destillation
Schlempe
Ethanol
Hydrolyse
Nebenprodukte
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Bioethanol
Zuckerrüben zu Zucker und Ethanol
Zuckerrüben
Rohsaft
Waschen
Reinigung
Häckseln
Eindampfung
Dünnsaft
(12-14%)
Dicksaft
(65-70%)
Extraktion
Dicksaft
Lagerung
Presse
Kristallisation
Rübenschnitzel
(Futter)
Zucker
Fermentation
Entkoppelung
Destillation
vom
Kampagnenbetrieb!
Melasse
Ethanol
Vinasse
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Bioethanol
Rohstoff Zuckerrüben Dicksaft
Source: Anklam Bioethanol GmbH
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Bioethanol
Verarbeitung von Getreide
Optionale Abtrennung:
• Gluten
• Kleie
• Keimöl (Mais)
Destillation
Vermahlung
Verzuckerung
Rektifikation
Fermentation
Entwässerung /
Dehydratation
Getreide
+ Wasser
+ Enzyme
Maische
+ Hefe
Schlempe
Dünnschlempe
99,7 %
Bioethanol
Dekanter
Dickschlempe
Eindickung
Trocknung
Pelletierung
DDGS
(Distillers Dried
Grains and
Solubles)
Alternative:
Biogas aus Schlempe
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Bioethanol
Standard Produktionsverfahren und Akteure
 Anlagengröße: Ethanolproduktion 45.000 t/a bis 300.000 t/a
 Ausbeuten: 1,000 kg Weizen ergeben:
• Bioethanol: ca. 340 kg
• DDGS: ca. 128 kg
 Wichtige Akteure im Bereich Bioethanolproduktion
• Anlagenbau und Technologie: Linde-KCA, Bayer-Technologie GmbH,
MAN-Ferrostaal, Flottweg, Vogelbusch, GEA-Wiegand, GEAWestfalia, Südzucker
• Produzenten: CropEnergies, Verbio, Fuel21, Prokon Nord, Anklam
Bioethanol GmbH
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Bioethanol
Entwicklungsansätze
 Einkünfte aus Nebenprodukten
• Stärke und Gluten aus Weizen
• Keimöl aus Mais
 Energieeinsparung und Verringerung der CO2 Emissionen
• Biogas aus Schlempe
• Konsequente Nutzung von Abwärme
• Wärmepumpen in der Destillation
• Perspektivisch Membranverfahren zur Ethanolreinigung
 Bioethanol aus Lignocellulose (z.B. Stroh, Gräser, Holz)
• Siehe Ausblick
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Biodiesel
Produktionsübersicht
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Biodiesel
Standard Produktionsverfahren
Source: Lurgi
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Biodiesel
Standard Produktionsverfahren und Akteure
 Anlagengröße: Biodieselproduktion 40.000 t/a bis 250.000 t/a
 Qualitätsanforderungen: EN14214
 Ausbeuten: 1,000 kg Rapsöl ergeben:
• Biodiesel: ca. 1,000 kg
• Rohglycerin: ca. 128 kg
• Pharmaceutical-grade glycerine: ca. 93 kg
• Technical-grade glycerine: ca. 5 kg
 Wichtige Akteure im Bereich Biodieselproduktion
• Anlagenbauer: Lurgi, MAN-Ferrostaal, Bayer Technology GmbH,
Uhde, AT-Agrartechnik, Siemens
• Produzenten: ADM, Verbio, Cargill,
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Biodiesel
Entwicklungsansätze
 Generell ist die Biodieselproduktion ein weitgehend ausgereifter Prozess
 Mögliche Ansätze für weitere Entwicklungen gibt es bei:
• Kraftstoffqualität
• Verarbeitung und Nutzung des Glycerins (z.B. Vergasung und
Methanolsynthese,
• Einsatz von neuartigen Katalysatoren
• Anlagenkapazitäten
 Alternative für die Verarbeitung von Pflanzenölen: Hydrated Vegetable Oils
(HVO)
• Öle werden in die Hydrierung von Erdölraffinerien eingespeist
• Je nach Prozessführung entsteht Diesel oder Kerosin
 Akteure: Neste Oil
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Ökonomische Aspekte
Produktionskosten von Biokraftstoffen
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Ökonomische Aspekte
Einfluss von Rohstoffkosten
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1.000
900
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800
700
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500
EUR/m³
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EUR/t
600
2006
2007
2008
Weizenpreise Matif (EUR/t)
2009
2010
Rohstoffkosten bei Ethanol aus Weizen (EUR/m³)
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Ausblick
Biokraftstoffe aus Reststoffen
 Ziel: Nutzung von Rohstoffen außerhalb des Lebens- und
Futtermittelmarktes
 Unterschiedliche Technologien für Biokraftstoffe aus Reststoffen werden
derzeit demonstriert
 Ethanol aus Lignocellulose (Stroh, halmgutartige Pflanzen, Holz)
• Technologieprovider: Iogen, Inbicon, Abengoa, Süd-Chemie, KL
Energy, Chemtex
• Forschungsinstitute:
 Biomassevergasung (mit Methanisierung oder Kraftstoffsynthese)
• Forschungsinstitute: DBFZ, FZK, PSI, ZSW
• Technologieprovider: Chemrec (Gasification), Choren (BtL),
Biomassekraftwerk Güssing (SNG), ECN
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Zusammenfassung
 Großes Angebot an Rohstoffen für Biokraftstoffe in der Ukraine
 Produktionskosten sind stark abhängig von Rohstoff- und Energiepreisen
• Bei derzeitigen Getreidepreisen ist Ethanolproduktion teilweise
unwirtschaftlich
• Referenzsystem immer Rohölpreise
 Möglichkeit der Vermarktung von Nebenprodukten ist ausschlaggebend für
Wirtschaftlichkeit
• Futtermittel
• Chemische Industrie (Glycerin)
• Energetische Nutzung
• Lebensmittel (Stärke, Zucker, Gluten)
 Bedarf an Biokraftstoffen steigt aufgrund politischer Ziele
 Aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht ist eine Produktion in der Nähe
des Rohstoffanbaus – in der Ukraine – interessant
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DBFZ – German Biomass Research Centre
Deutsches BiomasseForschungsZentrum
German Biomass Research Centre
Torgauer Straße 116
D-04347 Leipzig
www.dbfz.de
Tel. +49 (0)341 2434 - 112
Dipl.-Ing. Arne Gröngröft
Tel. +49 (0)341 2434 - 446
[email protected]
Dipl.-Ing. Franziska Müller-Langer
Tel. +49 (0)341 2434 - 423
[email protected]
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Backup
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Bioethanol
Rohstoff Getreide
Source: Lurgi AG, www.lurgi.de
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