In dem von der DBU unter den Aktenzeichen AZ 31032 geförderten Projekt wurde die Umsetzung einer Nachrüstlösung für Kaminöfen untersucht. Die etwa 14 Millionen Einzelraumfeuerungen in Deutschland haben einen wesentlichen Anteil an der Freisetzung von unvollständig umgesetzten Verbrennungsgasen wie CO und VOC als auch Staub. Da ein Austausch aller betriebenen Feuerungen mit hohem Schadstoffausstoß kurzfristig schwer möglich ist, könnte die Integration von Nachrüstlösungen eine zeitnahe Verbesserung des Anlagenbetriebs in Bezug auf die Emissionen und den Wirkungsgrad ermöglichen. Die Nachrüstlösung im Projekt bestand aus drei wesentlichen Komponenten: einem Wärmeübertrager, einer Sicherheitseinrichtung für die störungsfreie Abgasabführung sowie einem Katalysator inklusive Beheizung. Ziel war die wesentliche Reduzierung der Emission von unvollständig umgesetzten Abgasbestandteilen CO, Org.-C und Staub sowie die Erhöhung des Wirkungsgrades. Als Zielwerte wurden Konzentrationen von CO < 400 mg/m³, VOC (Org.C) < 50 mg/m³, Staub < 30 mg/m³ und ein Wirkungsgrad > 75 % zu Projektbeginn angesetzt. Da ein nicht zu unterschätzender Einfluss durch den Ausgangszustand der Anlagen gegeben ist, wurde eine min. 50 %-ige Minderung der Schadstoffkonzentrationen als alternative Zielsetzung angegeben. Die Nachrüstlösung wurde mit drei verschiedenen Baumarktkaminöfen getestet, um den Anlageneinfluss sowie eine anlagenunspezifische Einsetzbarkeit zu demonstrieren. Es wurden zwei verschiedene Wärmeübertrager untersucht, ein Rippenrohr und ein durchströmtes Rohr, um die Effekte einer Oberflächenerhöhung und Anströmung der Oberfläche zu untersuchen. Die Abgasableitung wurde durch Einsatz eines Rauchsaugers und eines Bypasses sichergestellt. Als Katalysator wurden sowohl kommerziell erhältliche Produkte getestet als auch eine eigene Entwicklung auf Basis eines Metallschaumes als Trägermaterial vorgenommen. Der Einsatz von Metallschäumen ist aufgrund den damit erreichbaren Druckverlusten und auch der geförderten Gasvermischung vielversprechend. Die durchgeführten Arbeiten erfolgten in Kooperation mit der Fa. Alantum, welche als Fremdleistungsnehmer für die Herstellung der Metallschäume mit im Projekt eingebunden war. In den Untersuchungen wurde gezeigt, dass eine deutliche Verbesserung bezüglich der Schadstoffemissionen als auch der Wärmeausnutzung möglich ist. Durch Integration einer Wärmeübertragerstrecke im Anschluss an die Feuerungsanlage wurde der Wirkungsgrad je nach Versuchsaufbau um etwa 5 bis hin zu 19 % gesteigert und auch ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad > 75 % erreicht. Mit den Einsatz kommerzieller Katalysatoren konnten die CO-, Org.-C- und Staubkonzentration über 50 % reduziert werden. Für CO wurden Konzentrationen unter 20 mg/m³ erreicht, für Org.-C < 100 mg/m³ und für Staub eine Absenkung bis hin zu ca. 30 mg/m³. Durch die Katalysatorbeheizung mittels einer Glühkerze sowie eines Heizwendels konnte die Reduzierung von Org.-C zum Teil noch weiter gesteigert werden. Bei Integration in einer entsprechenden Temperaturzone kann so auch ein Rußabbrand induziert werden. Mit dem Metallschaumkatalysator, welcher im Rahmen des Projektes entwickelt wurde, konnten bisher nicht so hohe Umsatzraten erreicht werden, jedoch wurde schon eine Aktivität für die CO-Oxidation nachgewiesen. Der bisherige Entwicklungsstand erfordert aber noch eine Weiterentwicklung bis hin zur wirksamen Einsetzbarkeit im Abgas von Feuerungsanlagen. Sowohl für Org.-C als auch für Staub ist auch bei Nutzung der kommerziell erhältlichen Katalysatoren noch eine weitere Steigerung der Reduzierungsrate wünschenswert. Einfache Konstruktionen, die eine fliehkraftbasierte oder filternde Staubabscheidung ermöglichen, werden als vielversprechend angesehen. Zur praktischen Einsetzbarkeit von Nachrüstlösungen an häuslichen Anlagen ist eine Weiterentwicklung zum kommerziellen Produkt notwendig. Dazu sind Feldmessungen an realen Anlagen durchzuführen und die Bauartzulassung vorzunehmen.

Die Inhalte des DBFZ-Report Nr. 30 „Anlagenbestand Biogas und Biomethan – Biogaserzeugung und - nutzung in Deutschland“ wurden im Rahmen des Verbundvorhabens „Optionen für Biogas- Bestandsanlagen bis 2030 aus ökonomischer und energiewirtschaftlicher Sicht (FKZ 37EV 16 111 0)“ auf der Basis des AP 1 „Anlagenbestand Biogas und Biomethan“ durch DBFZ, dena und IWES erstellt. Das FuE-Vorhaben wurde vom Umweltbundesamt im Rahmen des EVUPLAN (FKZ: 37EV 16 111 0) ausgeschrieben und umfasst eine Projektlaufzeit von zwei Jahren (1/2017–2/2019). Im Projektverbund mit der Deutschen Energie-Agentur (dena), dem Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) und der Kanzlei Becker Büttner Held Rechtsanwälte Wirtschaftsprüfer Steuerberater (BBH) untersucht das Deutsche Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH die Perspektiven von Biogas-Bestandsanlagen in Deutschland. Ziel des Vorhabens ist es, sinnvolle ökologische und ökonomische Anlagenkonzepte für den Anlagenbestand der Zukunft aufzuzeigen. In insgesamt vier Arbeitspaketen werden verschiedene Aspekte zur perspektivischen Weiterentwicklung von Bestandsanlagen erforscht und u.a. die Fragen untersucht, welche alternativen Anlagenkonzepte besonders wertvoll für das sich verändernde Energiesystem sind, für welche Bestandsanlagen die Umrüstung zu einem dieser Konzepte technisch möglich, ökonomisch tragbar und ökologisch sinnvoll ist und welche Hemmnisse bei der Umsetzung solcher alternativen Anlagenkonzepte bestehen.

Vor dem Hintergrund der aktuellen energiepolitischen Entwicklungen und des zunehmenden Kostendruckes steigen die Anforderungen an eine präzise und zugleich praxisnahe Bilanzierung, Bewertung und Optimierung des Biogasprozesses. Dies beinhaltet sowohl die detaillierte Charakterisierung und Qualitätsbewertung der individuell eingesetzten Substrate als auch die Effizienzbewertung ihrer verfahrensspezifischen Umsetzung im Fermenter. Grundsätzlich existieren in der Wissenschaft und Praxis vielfältige Untersuchungsverfahren und Berechnungsmethoden, um die Eigenschaften der eingesetzten Substrate oder den aktuellen Prozesszustand zu charakterisieren. Eine direkte Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Verfahren auf Basis der Trockensubstanz (TS, oTS, FoTS), Futtermittel-, Elementar- oder Brennwertanalyse ist bis heute nicht gegeben. Unter Berücksichtigung der konkreten Prozessbedingungen liefern experimentelle Batchtests oder kontinuierliche Laborversuche realitätsnahe Aussagen zum Methanertrag einzelner Substrate. In der großtechnischen Anlagenpraxis haben sich dabei die allgemeinen Richtwerte für Gasausbeuten des Kuratoriums für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. (KTBL) etabliert, welche auf einer Vielzahl an Einzelmessungen von Batchversuchen unterschiedlicher Labore und zusätzlichen Erfahrungswerten (Expertenwissen) beruhen. Ziel des vorliegenden Leitfadens ist es, die unterschiedlichen Verfahren zur Bestimmung des Methanbildungspotentials einzelner Substrate hinsichtlich ihrer praxisnahen Anwendung und Aussagekraft zu beschreiben. Auf Basis vereinfachter Massen- oder Energiebilanzen können die charakteristischen Kenngrößen der eingesetzten Substrate oder der anfallenden Gärreste dann zur Effizienzbewertung einer Biogasanlage verwendetet werden.

Optimierungen mit mehr als einer Zielgröße haben es in sich – das weiß jeder Forscher und jede Forscherin, die sich mit der Weiterentwicklung von Prozessen und Konzepten beschäftigt hat. Effizienter Klimaschutz, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sind die Ziele, denen sich das BMU-Förderprogramm zur „Optimierung der energetischen Biomassenutzung“ (Kurztitel: „Energetische Biomassenutzung“) im Rahmen der Klimaschutzinitiative verschrieben hat. Auch wenn diese Ziele auf den ersten Blick nicht widersprüchlich erscheinen, ergeben sich doch bei näherem Hinsehen generelle Definitionsfragen (z. B. was ist ein nachhaltiges Biomassepotenzial) als auch Unwägbarkeiten, in wieweit man sich das eine im Detail vornehmen und das andere trotzdem lassen kann (z. B. bei der Betrachtung von Umwelteffekten). Und Optimierung braucht immer Messgrößen für ihre Bestimmung. Auch hier sind von generellen Fragen bis hin zur spezifischen Festlegung der Systemgrenzen ein Strauß von Einzelfragen aufgeworfen – ohne Aussicht auf zweifelsfreie und allgemeingültige Antworten. In der Summe heißt das: Der Versuch, Bewertungsmethoden zu harmonisieren und einfach und transparent möglichst vielen Forschungsvorhaben verfügbar zu machen, ist risikobehaftet, mühsam und im Ergebnis immer ein Kompromiss. Das hier vorgelegte Methodenhandbuch versteht sich als eben solcher Kompromiss: es bietet Ansatzstellen, die vielfältigen Einzelvorhaben des Programms „Energetische Biomassenutzung“ zusammen zu führen und die Anschlussfähigkeit der Bewertungsergebnisse zu verbessern. Die vorgeschlagenen Dokumentationsvorlagen und Methoden basieren dabei auf dem Stand der Wissenschaft und reichen von der Berichterstattung (wie vorgegangen wurde) bis zur detailliert benannten Berechnungsmethode. Sie beschränken sich auf ausgewählte Fragestellungen und liefern keine vollständige Nachhaltigkeitsbewertung. Es ist das Ergebnis eines vierjährigen Diskussionsprozesses, für dessen Unterstützung ich allen Programmbeteiligten danke. Wertvolle Beiträge wurden in Arbeitsgruppen und Workshops generiert, an dieser Stelle sei das Engagement der Arbeitsgruppen „Potenziale“, „Ökobilanzen“, „Thermochemische Vergasung“ und „Referenzsysteme“ besonders erwähnt. Die hier vorgelegte Fassung des Methodenhandbuchs steht nun zur Anwendung zur Verfügung und bildet mit den abgestimmten Referenzsystemen nicht zuletzt auch eine Brücke zur Gesamteinordnung der Forschungsvorhaben und des Förderprogramms in die Klimaschutzinitiative der Bundesregierung. Zweifelsohne können die dargestellten Ansätze und Berechnungsverfahren nur einen ersten Aufschlag darstellen, der sowohl wissenschaftlich als auch in der praktischen Anwendung weiter entwickelt werden kann und soll. Für diese und die weiteren Herausforderungen rund um Methodenharmonisierungen ist auch in Zukunft die konstruktive und fruchtbare Zusammenarbeit im Programm unerlässlich. Dahinter stehen unverändert das Ziel und die Notwendigkeit, die energetische Biomassenutzung Schritt für Schritt weiter zu optimieren.

Optimierungen mit mehr als einer Zielgröße haben es in sich – das weiß jeder Forscher und jede Forscherin, die sich mit der Weiterentwicklung von Prozessen und Konzepten beschäftigt hat. Reduktion der Treibhausgasemissionen und Energieeffizienz bei gleichzeitiger Versorgungssicherheit und Wettbewerbsfähigkeit sind die Ziele, denen sich das BMWi-Forschungsnetzwerk Bioenergie im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms verschrieben hat. Um diesem Zielbündel gerecht zu werden, müssen Begrifflichkeiten (z. B. was ist ein nachhaltiges Biomassepotenzial), generelle Bewertungsgrößen (z. B. für die gemeinsame Betrachtung von Treibhausgasreduktion und Energieeffizienz) als auch Erwartungen an die Detailtiefe, also was kann weggelassen werden, ohne das Gesamtergebnis zu verfälschen bzw. zu sehr zu beeinflussen (z. B. bei der Betrachtung von Umwelteffekten) im Vorfeld und projektübergreifend festgelegt werden. Und Verbesserung und Optimierung braucht immer Messgrößen für ihre Bestimmung. Auch hier sind von generellen Fragen bis hin zur spezifischen Festlegung der Systemgrenzen ein Strauß von Einzelfragen aufgeworfen – ohne Aussicht auf zweifelsfreie und allgemeingültige Antworten. In der Summe heißt das: Der Versuch, Bewertungsmethoden zu harmonisieren und einfach und transparent möglichst vielen Forschungsvorhaben verfügbar zu machen, ist risikobehaftet, mühsam und im Ergebnis immer ein Kompromiss. Das hier vorgelegte Methodenhandbuch versteht sich als eben solcher Kompromiss: es bietet Ansatzstellen, die vielfältigen Einzelvorhaben des Forschungsnetzwerkes Bioenergie zusammen zu führen und die Anschlussfähigkeit der Bewertungsergebnisse zu verbessern. Die vorgeschlagenen Dokumentationsvorlagen und Methoden basieren dabei auf dem Stand der Wissenschaft und reichen von der Berichterstattung (wie vorgegangen wurde) bis zur detailliert benannten Berechnungsmethode. Sie beschränken sich auf ausgewählte Fragestellungen und liefern keine vollständige Nachhaltigkeitsbewertung. Die nun 5. Ausgabe ist das Ergebnis eines dreijährigen Diskussionsprozesses, für dessen Unterstützung ich allen Beteiligten danke. Wertvolle Beiträge wurden in Arbeitsgruppen und Workshops des Netzwerks generiert.. Erstmals beziehen die Bewertungsansätze auch die flexible Energiebereitstellung mit in die Betrachtungen ein. Die hier vorgelegte Fassung des Methodenhandbuchs steht nun zur Anwendung zur Verfügung und bildet mit den abgestimmten Referenzsystemen nicht zuletzt auch eine Brücke zur Gesamteinordnung der Forschungsvorhaben und des Netzwerks in das Energieforschungsprogramm der Bundesregierung. Zweifelsohne können die dargestellten Ansätze und Berechnungsverfahren nur einen ersten Aufschlag darstellen, der sowohl wissenschaftlich als auch in der praktischen Anwendung weiterentwickelt werden kann und soll. Für diese und die weiteren Herausforderungen rund um Methodenharmonisierungen ist auch in Zukunft die konstruktive und fruchtbare Zusammenarbeit im Netzwerk unerlässlich. Dahinter stehen unverändert das Ziel und die Notwendigkeit, die energetische Biomassenutzung Schritt für Schritt weiter zu optimieren / It is not an easy task trying to optimise the production of bioenergy with more than one target in mind – every researcher who deals with the development of processes and ideas is well aware of this this. The reduction of greenhouse gas emissions and energy efficiency combined with security of supply and competitiveness are the goals to which the BMWi Bioenergy Research Network has committed itself within the framework of the 7th Energy Research Programme.. To meet this set of goas, concepts (e. g. what is a sustainable biomass potential), general evaluation parameters (e. g. for the joint assessment of greenhouse gas reduction and energy efficiency) as well as expectations of the level of detail, i. e. what can be omitted without distorting the overall result or influencing it too much (e. g. when considering environmental effects) must be defined in advance and across the projects. Furthermore, improvement and optimisation always requires more empirical data to determine the limits of the system. Without these pieces of information the level of uncertainty becomes even more greater making the validity of results more difficult to conclude. The implications of this is that there is a great need to provide transparency and harmonisation amongst evaluation methods. The only means of doing so is by providing information and empirical data for as many research projects as possible. This is an arduous task and in many cases can be fraught with risk for the researcher involved and will no doubt always end in some sort of compromise. This method handbook considers itself to be such a compromise: it provides points of contact which bring together the diverse projects of the Bioenergy Research Network and as such improves the connectivity of the evaluation findings. The suggested method documentations are based on the current state of scientific knowledge and range from qualitative descriptions of methods to detailed calculation methods. They are limited to selected questions and provide no guideline for complete evaluation of sustainability. The 5th edition of the method handbook is the result of a three- year discussion process, for which I would like to thank all those who participated. Valuable contributions were generated in working groups and workshops of the research network. For the first time, the assessment approaches also include flexible energy supply. This version of the method handbook is now ready to be used and through its coordinated reference systems, forms a bridge for the overall classification of the research projects and the research network as part of the federal government’s energy research programme. Without doubt, the approaches and calculation procedures listed here only represent a starting point; from further developments can be based upon, both scientifically and in practical applications. Future constructive and fruitful collaborations within the network are essential for this and other challenges surrounding the harmonisation of methods. All this is still driven by the need and the goal to further optimise, little by little, the use of biomass in energy production.