Simulation des anaeroben Prozesses bei der Biogaserzeugung (original) (raw)
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Biogaserzeugung aus Energiepflanzen
2000
Wir stehen vor der Herausforderung, Strategien zu finden, mit deren Hilfe wir unseren Energiebedarf langfristig und nachhaltig decken können. Eine sehr viel versprechende Schlüsseltechnologie ist die Energie-Erzeugung aus Biogas. Österreich nimmt im EU-Raum eine führende Rolle im Bereich der Biomasse-Nutzung mit Biogas ein. Der Biomasse-Aktions-Plan (BAP) der Europäischen Kommission zielt darauf ab, eine Steigerung des Anteils erneuerbarer Energieträger am Primär-Energieverbrauch von derzeit rund 6 % auf 12% bis 2010 zu erreichen. Österreich tritt dafür ein, dass der Anteil erneuerbarer Rohstoffe bei Energie, Elektrizität und bei Treibstoffen steigt. Weiters soll im Rahmen der Ratspräsidentschaft erreicht werden, dass EU-weit höhere Beimischungssätze von alternativen Kraftstoffen eingeführt werden. Das gilt beispielsweise für aufbereitetes Biogas, welches sich in der chemischen Zusammensetzung nicht von Erdgas unterscheidet. Im Vergleich zum derzeitigen Erdgas Bedarf von 7.222.699 t ROE kann mit Biogas aus integrierten Systemen 4.782.924 t ROE erreicht werden. Unsere neuesten Untersuchungsergebnisse zum Einsatz von Biogas im Verkehrssektor zeigen, dass Biogas aus Rohstoffen der Landwirtschaft das Potential hat, die Treibhausgasemissionen des gesamten Verkehrssektors, bezogen auf den derzeitigen Verbrauch, um bis zu 75% zu reduzieren. Die Biogaserzeugung aus Rohstoffen der Landwirtschaft gewinnt derzeit in Europa stark an Bedeutung. Richtig angewendet trägt sie in besonderer Weise zu einer nachhaltigen Stoff-und Energienutzung bei. Schon jetzt wird Biomasse von Äckern und Wiesen erfolgreich eingesetzt. Am meisten Verwendung finden derzeit die Energiepflanzen Mais, Sonnenblumen, Wiesengras und Sudangräser. Vielfältige andere Pflanzen können ebenfalls zur Biogaserzeugung genutzt werden. Kulturarten, die derzeit zunehmend zur Biogaserzeugung genutzt werden, wurden bislang vorwiegend für die menschliche Ernährung und die Tierernährung gezüchtet. Die Biogaserzeugung stellt andere Anforderungen an Qualität und Zusammensetzung der Pflanzen. Um eine optimale Methanproduktion zu erreichen, müssen diejenigen Genotypen von Kulturpflanzenarten gefunden werden, die eine hohe Methanernte pro Hektar erbringen. Gleichzeitig müssen aber einseitige Fruchtfolgen vermieden werden. Ein möglichst breites Spektrum an Pflanzenarten muss für die Biogaserzeugung genutzt werden. Aus diesem Grund werden am Institut für Landtechnik (ILT) im Department für Nachhaltige Agrarsysteme der Universität für Bodenkultur Wien umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt. Sie gehen der Frage nach, wie Kulturpflanzen aus ökologisch optimierten Fruchtfolgesystemen am besten als Energiepflanzen für die Biogaserzeugung eingesetzt werden können. Alle Anbauformen der Vor-, Haupt-, Zwischen-und Nachfruchtnutzung spielen dabei eine Rolle. Darüber hinaus entstehen bei der Weiterverarbeitung landwirtschaftlicher Rohstoffe Nebenprodukte, die ebenfalls für die Biogaserzeugung genutzt werden können. Das ILT erstellt aus den vielfältigen Rohstoffen ausgewogene Gärrohstoffrationen, die einen sicheren Gärverlauf und hohe Methanausbeuten gewährleisten. Ein Schwerpunkt ist derzeit die Entwicklung nachhaltiger Fruchtfolgesysteme, die auf drei wichtigen Säulen fußen: die Versorgung mit Nahrungs-und Futtermitteln, die Erzeugung von Stoffen (organische Dünger, Rohstoffe wie Öle, Fette, etc.) und Energie (Biogas, RME)
Biodieselproduktion aus Mikroalgen
2013
The production of biodiesel from microalgae has various advantages compared to the usage of traditional crops. Carbon dioxide emissions of power plants can be used for cultivation process of microalgae. In this manner carbon dioxide can be fixed and will not be released into the atmosphere. In addition microalgae reach higher biomass productivities on an area basis than traditional crops. For economical production of biodiesel from microalgae optimisation and a more efficient organisation of all process steps are needed.
Rigorose Modellierung und Simulation von Chemisorptionsprozessen
Chemie Ingenieur Technik, 2005
Unter Chemisorptionsprozessen, die zu den wichtigsten Verfahren in der chemischen Industrie gehören, versteht man die Ab-und Desorption von Gasen in bzw. aus Flüssigkeiten in Kombination mit simultan ablaufenden Reaktionen. In der Regel handelt es sich um sehr komplexe Prozesse, zu deren genauen Beschreibung eine detaillierte Modellierung notwendig ist. In diesem Beitrag wird ein allgemeingültiger, detaillierter Ansatz zur Darstellung verschiedenster Chemisorptionsprozesse und Kontaktapparate vorgestellt. Die Validierung erfolgt anhand von vier Prozessen, wobei es sich im Einzelnen um die Absorption von Schwefeldioxid in einem Venturiwäscher, die Absorption von Stickoxiden in Packungs-und Bodenkolonnen und um eine Kreislaufwäsche zur selektiven Entfernung von H 2 S handelt. Für alle Prozesse ergeben sich gute bis sehr gute Übereinstimmungen zwischen Simulation und Experiment, was die Allgemeingültigkeit, Genauigkeit und Prädiktivität des entwickelten Ansatzes belegt.
Simulation der autothermen Reformierung von Benzin zur Wasserstoffherstellung
Chemie Ingenieur Technik, 2002
Während der Projektlaufzeit von annähernd zwei Jahren zeigten sich keine sichtbaren Beeinträchtigungen der verwendeten Anlagenkomponenten durch Korrosion. Die gesamte summarische Betriebszeit beläuft sich zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf etwa 2000 Stunden. Frühere Abschätzungen zur Wirtschaftlichkeit zeigen, dass die Kapitalkosten im Falle der Nassoxidation höher sind als bei der Verbrennung, die Betriebskosten aber deutlich niedriger liegen [1]. Es zeigt sich, dass Sauerstoff als Oxidationsmittel der Luft vorzuziehen ist, da auf diese Weise die Kosten für die Kompression des Gases auf ein Fünftel sinken, die Kosten der erforderlichen Luftzerlegung diese Ersparnis aber nicht übersteigen. Der Energiebedarf kann durch die Nutzung der anfallenden Reaktionswärme in Wärmetauschern deutlich verringert werden. Bei ausreichend hohen Gehalten an organischen Schadstoffen ist sogar eine autotherme Betriebsweise möglich. Mit steigender Anlagengröûe lassen sich die spezifischen Kosten für das hier vorgestellte Verfahren deutlich senken: Bei einem Durchsatz von 0,5 m 3 /h lägen die spezifischen Kosten bei etwa 67 Euro pro Kubikmeter; für einen Durchsatz von 10 m 3 /h sinkt dieser Wert auf etwa 5-6 Euro pro Kubikmeter. Die entsprechenden Investitionskosten liegen bei 270 kEuro bzw. 455 kEuro.
Simulation der Strukturdynamik und Geräuschabstrahlung von Abgasanlagen
ATZ - Automobiltechnische Zeitschrift, 2003
Nicht nur die Vibrationen der Abgasanlage können tieffrequent (einige 100 Hz) über die Aufhängung das Innengeräusch beeinflussen. Auch die Abstrahlung ihrer Oberfläche beschallt den Unterboden des Fahrzeugs und kann so zum Geräusch im Fahrzeug beitragen. In diesem Beitrag des ACC Akustikkompetenzzentrums in Graz wird eine umfassende Simulationsmethodik zur Berechnung dieser Beiträge vorgestellt.
2010
Zusammenfassung Hintergrund. Die Bezugsquellen und Transportwege von fossilem Erdgas werden sich in den kommenden beiden Dekaden diversifizieren. Veränderungen der Lieferstruktur, verbunden mit weiteren Transportentfernungen und Neubau von Pipelines, sowie der verstärkte Einsatz von verflüssigtem Erdgas (LNG - Liquefied Natural Gas) sind zu erwarten. Entsprechend werden sich auch die vorgelagerten Prozessketten und die damit verknüpften THG-Emissionen verändern. Im Sinne einer korrekten und ganzheitlichen Bilanzierung der Lebenszyklusemissionen und weitgehender Treibhausgasminderungsziele, sind die vorgelagerten Emissionen eine nicht zu vernachlässigende Größe. Gleichzeitig wird Biomethan als Beimischung zum fossilen Erdgas an Bedeutung gewinnen. Obwohl seine Verbrennung als klimaneutral gewertet wird, sind die Prozesse zur Herstellung von Biomethan mit Emissionen verbunden. Die Treibhausgas-Emissionen (THG) der Vorketten von in der EU eingesetzten Energieträgern werden in der neuen EU- Kraftstoffqualitätsrichtlinie reguliert (vom Dez. 2008). Ihre Höhe und Entwicklung wird für die klimapolitischen Diskussionen und politische Entscheidungen somit immer wichtiger. Ziel. Vor dem Hintergrund der angesprochenen Aspekte sollen die zukünftige Entwicklung der Gasversorgung in Deutschland und die Veränderungen der vorgelagerten THG-Emissionen von Erdgas und Biomethan ermittelt werden. In zwei Szenarien werden die mit der Herstellung und dem Transport von Erdgas und Biomethan verknüpften Emissionen bis zum Jahr 2030 einschließlich des zu erwartenden technischen Optimierungspotenzials bilanziert. Mittels dieser Analyse können Einschätzungen der zukünftigen Emissionspfade und der durchschnittlichen Emissionen (Klimaqualität) des eingesetzten Gases (als Mischung fossiler und biogener Gase einschließlich der damit verbundenen Prozesskettenemissionen) gegeben werden. Diese können als Grundlage für energie- und klimapolitische Entscheidungen dienen. Ergebnisse und Diskussion. Nach Erläuterung der Prozesskette von Biomethan werden die zu erwartenden technischen Entwicklungen der einzelnen Prozessschritte (Substratbereitstellung, Fermentierung, Aufbereitung, Gärrestnutzung) diskutiert und die Höhe der hiervon zu erwartenden Emissionen bilanziert. Basis sind Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung des Wuppertal Instituts zur Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz. Dabei gehen wir davon aus, dass die nächste Anlagengeneration ‚Optimierte Technik’ das aus heutiger Sicht bestehende Optimierungspotential des heutigen Stands der Technik ausschöpfen wird, so dass sich die spezifischen, auf den Heizwert des Biomethan bezogenen THG- Emissionen der Vorkette von aktuell 27,8 t CO2-Ä./TJ auf 14,8 t CO2-Ä./TJ in 2030 fast halbieren werden. Die zu erwartenden Emissionen der Erdgas-Prozesskette wurden in einem Vorgängerartikel bereits im Detail analysiert [vgl. Lechtenböhmer & Dienst 2008]. Bei der Förderung und der Transportinfrastruktur ist ebenfalls eine Optimierung der Technik zu erwarten. Die dadurch erzielte Verringerung der spezifischen THG-Emissionen kann die aus den künftig längeren Transportstrecken und aufwendigen Produktionsprozessen resultierende Erhöhung ausgleichen. Abschließend werden zwei Szenarien (Hoch- und Niedrigverbrauch) der künftigen Gasversorgung Deutschlands bis 2030 aufgestellt. Im Hochverbrauch-Szenario wird damit gerechnet, dass der Gaseinsatz in Deutschland um 17% steigen wird. Im Niedrigverbrauchs-Szenario wird er dagegen um etwa 17% sinken. Gleichzeitig wird der Anteil von Biomethan am eingesetzten Gas auf 8 bzw. 12 % ansteigen. Die – direkten und indirekten – Treibhausgasemissionen der Gasnutzung in Deutschland werden im Niedrigverbrauchs-Szenario um 25%, d.h. überproportional von 215,4 Mio. t CO2-Äq auf 162,4 Mio. t CO2-Äq zurückgehen. Im Hochverbrauchsszenario steigen die Gesamtemissionen leicht an, um 7% (auf 230,9 Mio. t CO2- Ä.). Schlussfolgerungen. Gasförmige Energieträger werden in den kommenden beiden Dekaden eine zentrale Säule der deutschen Energieversorgung bleiben. Insgesamt zeigt sich, dass die THG-Emissionen der Nutzung von Erdgas v.a. von den Verbrauchsmengen der Gasversorgung abhängig sind. Das heißt, dass sowohl aus klima- als auch aus energiepolitischer Sicht die Steigerung der Energieeffizienz ein zentraler Faktor ist. Daneben bestehen sowohl in der verstärkten Nutzung von Biomethan als auch in der weiteren Investition in emissionsoptimierte Technologien entlang der Vorketten signifikante Emissionsminderungspotentiale. Hierdurch kann die ‚Klimaqualität’, d.h. die spezifische Treibhausgasemissionshöhe über alle Prozessstufen, des eingesetzten Gases deutlich verbessert werden. Die spezifischen Gesamtemissionen pro TJ eingesetzten Gases werden hierdurch um ca. 9% von heute 63,3 t CO2-Äq. pro TJ auf etwa 54,5 t/TJ sinken. Entscheidend ist hierfür der verstärkte Einsatz von Biomethan, dessen Verbrennung aufgrund der biogenen Herkunft des Kohlenstoffs weitgehend klimaneutral ist (im Vergleich zu direkten Emissionen von 56 t CO2/TJ bei der Verbrennung von Erdgas oder 111 t CO2/TJ bei z.B. Braunkohle). Die Vorteile der gasförmigen Energieträger in der Klimaqualität und effizienten Nutzung werden - insbesondere auch in der künftig zu erwartenden Beimischung von Biomethan - auch zukünftig Bestand haben.