Der DBFZ Report 18 „Kleintechnische Biomassevergasung - Option für eine nachhaltige und dezentrale Energieversorgung“ fasst die wichtigsten Ergebnisse des Verbundvorhabens „Bundesmessprogramm zur Weiterentwicklung der kleintechnischen Biomassevergasung“ zusammen. Während der Projektlaufzeit von 2009 bis 2012 wurden mit Mitteln des BMU-Förderprogramms „Forschung und Entwicklung zur klimaeffizienten Optimierung der energetischen Biomassenutzung“1 reale Biomassevergasungsanlagen umfassend analysiert und bewertet. Zusammen mit den Projekterfahrungen des Deutschen Biomasseforschungszentrums gemeinnützige GmbH (DBFZ), der Hochschule Zittau-Görlitz (HSZG), des Fraunhofer Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) und des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung e. V. (ZAE), werden auf dieser Grundlage Erkenntnisse über den Entwicklungsstand und -perspektiven in technische und methodische Grundlagen eingebettet sowie Akteuren aus Wissenschaft, Industrie, Politik und Gesellschaft zur Verfügung gestellt. Weiterhin geben die Ergebnisse der technisch-ökonomisch-ökologischen Bewertung realer Anlagen und vielversprechender Konzepte basierend auf Einzel-, Verbund- und Langzeitmessungen vor Ort einen Überblick hinsichtlich: - der technischen Verfügbarkeit, der Leistungsfähigkeit und der Optimierungsansätze, - der Wirtschaftlichkeit und der limitierenden sowie begünstigenden Faktoren, - der Treibhausgasemissionen und der damit einhergehenden THG-Minderungspotenziale und - der THG-Vermeidungskosten dieses Nutzugspfades von Biomasse. Einführend sind die Grundlagen der kleintechnischen Biomassevergasung, also Stand der Technik, wobei mögliche Einsatzstoffe, Verfahren und Nutzungsoptionen im Fokus stehen, dargestellt. Zusammen mit der Beschreibung der notwendigen Messtechnik für eine hinreichend genaue Anlagenbilanzierung und -bewertung kann sich auch der Leser mit geringen Vorkenntnissen zunächst einen Überblick verschaffen. Die Entwicklung des Anlagenbestandes und der politischen Rahmenbedingungen verdeutlicht den derzeitigen Trend in dieser Branche. Letztlich sollen die Ergebnisse der technisch-ökonomisch-ökologischen Bewertung einen umfassenden und transparenten Einblick in die Leistungsfähigkeit der kleintechnischen Biomassevergasung gewähren. Bestehende Probleme, Ansätze zu deren Lösung und Vorteile einer bisher verschlossenen Branche der kleintechnischen Biomassevergasung werden klar herausstellt, damit diese Ihren Beitrag für eine nachhaltige Energiebereitstellung leisten kann.

Im Rahmen des Projekts „Grünlandenergie Havelland“ untersuchte das Deutsche Biomasseforschungszentrum in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e. V. und der Bosch & Partner GmbH am Beispiel der Modellregion Havelland (Landkreis Havelland und umliegende Gebiete) mögliche Konversionspfade zur Energiegewinnung von halmgutartigem Grüngut. Im Fokus stand die Verwertung von überschüssigem Gras von extensiv bewirtschafteten Grünlandflächen sowie von halmgutartiger Biomasse aus der Gewässerunterhaltung und Biotoppflege. Als Reststoffe lässt die energetische Nutzung dieser Substrate eine besonders gute Treibhausgasbilanz erwarten. Aufgrund der stofflichen Eigenschaften sowie der dezentralen und häufig sehr heterogenen Aufkommen ist die energetische Nutzung dieser Substrate jedoch mit besonderen technischen und logistischen Herausforderungen verbunden. Ziel des Projekts war die Entwicklung von übertragbaren Konzepten zur Nutzung der betrachteten Grüngutsortimente für die Wärme- und Stromerzeugung. Ausgehend von der Analyse der entsprechenden Biomassepotenziale sowie geeigneter Standorte und Technologien wurden vollständige Bereistellungsketten verschiedener Nutzungskonzepte untersucht. Die abschließende Bewertung der Nutzungskonzepte erfolgt anhand der Parameter: Wirtschaftlichkeit, Treibhausgasemissionsminderungspotenzial und Umsetzbarkeit. Im Ergebnis werden für die regionalen Akteure anwendungsreife Analysemethoden bereitgestellt, Empfehlungen für einzelne Nutzungskonzepte ausgesprochen und weitergehender Forschungsbedarf benannt. [... aus der Zusammenfassung]

Algae offer as much as 30 times greater biomass productivity than terrestrial plants, and are able to fix carbon and convert it into a number of interesting products. The numerous challenges in algae production and use extend across the entire process chain. They include the selection of suitable algal phyla, cultivation (which takes place either in open ponds or in closed systems), extraction of the biomass from the suspension, through to optimal use of the obtained biomass. The basic suitability of aquatic biomass for material use and energy supply has been demonstrated in a large number of studies. Numerous research projects are concerned with identifying the optimal processes to enable its widespread implementation. [... aus der Einleitung]

La pyrolyse est une étape clé des procédés de synthèse thermochimique des biocarburants de deuxième génération. Notre objectif a été d'améliorer la compréhension des mécanismes impliqués à l'échelle d'une particule. Il apparaît nécessaire en premier lieu d'acquérir de nouvelles données expérimentales en maîtrisant les conditions opératoires, pour dans un second temps valider des modèles. Un dispositif expérimental a été développé pour étudier la pyrolyse d'une particule de bois de taille centimétrique entre 450 et 1050°C. La température interne, la masse et les dimensions de la particule ainsi que les rendements instantanés en gaz ont été suivis en temps réel. Les produits de pyrolyse ont été caractérisés. Le modèle développé dans un système à deux dimensions par l'Université Catholique de Louvain a été utilisé pour décrire les conditions expérimentales et simuler les résultats. Des écarts significatifs entre modèle et expérience ont été observés. La comparaison des données simulées et expérimentales ainsi que l'analyse des résultats d'une étude paramétrique permettent d'identifier des pistes d'amélioration du modèle. Les propriétés thermiques de la particule ont été déterminées expérimentalement. Des corrélations sont proposées pour décrire les variations des chaleurs massiques et des conductivités thermiques du bois et du résidu carboné en fonction de la température de pyrolyse, jusqu'à 1050°C.

La pyrolyse est une étape clé des procédés de synthèse thermochimique des biocarburants de deuxième génération. Notre objectif a été d'améliorer la compréhension des mécanismes impliqués à l'échelle d'une particule. Il apparaît nécessaire en premier lieu d'acquérir de nouvelles données expérimentales en maîtrisant les conditions opératoires, pour dans un second temps valider des modèles. Un dispositif expérimental a été développé pour étudier la pyrolyse d'une particule de bois de taille centimétrique entre 450 et 1050°C. La température interne, la masse et les dimensions de la particule ainsi que les rendements instantanés en gaz ont été suivis en temps réel. Les produits de pyrolyse ont été caractérisés. Le modèle développé dans un système à deux dimensions par l'Université Catholique de Louvain a été utilisé pour décrire les conditions expérimentales et simuler les résultats. Des écarts significatifs entre modèle et expérience ont été observés. La comparaison des données simulées et expérimentales ainsi que l'analyse des résultats d'une étude paramétrique permettent d'identifier des pistes d'amélioration du modèle. Les propriétés thermiques de la particule ont été déterminées expérimentalement. Des corrélations sont proposées pour décrire les variations des chaleurs massiques et des conductivités thermiques du bois et du résidu carboné en fonction de la température de pyrolyse, jusqu'à 1050°C.

Zielstellung des Projektes Basisinformationen für eine nachhaltige Nutzung landwirtschaftlicher Reststoffe zur Bioenergiebereitstellung war die Analyse der Verfügbarkeit von Getreidestroh für die energetische Nutzung in Deutschland. Zur Ermittlung dieses Potenzials auf Landkreisebene wurden sowohl verschiedene Ansätze zur Berücksichtigung der, zum Ausgleich der Humusbilanz erforderlichen Strohmenge, als auch bereits vorhandene stoffliche Nutzungskonzepte berücksichtigt. Im Anschluss wurden mögliche Konversionstechnologien zur Nutzung des identifizierten Strohpotenzials für die Bioenergieproduktion hinsichtlich ihrer Kosten und Treibhausgasbilanz bewertet. Das nachhaltige Strohpotenzial Deutschlands beträgt in Abhängigkeit von der verwendeten Methode zur Humusbilanzierung zwischen 8 bis 13 Mio. tFM/a. Diese Zahlen entsprechen zwischen 27 bis 43 % der aufgewachsenen Getreidestrohmenge oder des so genannten theoretischen Strohpotenzials. In dieser Studie konnten sowohl Regionen mit hohen Strohüberschüssen als auch Landkreise, in denen sich aufgrund der Fruchtfolge die energetische Strohnutzung nicht eignet, eindeutig identifiziert werden. Für einige Regionen liefern die Bilanzierungen stabile und für andere Regionen variierende Ergebnisse. Alle Methoden zeigen, dass die größten Strohpotenziale bei allen drei verwendeten Methoden im Osten Schleswig-Holsteins und im Nordwesten Mecklenburg-Vorpommerns vorzufinden sind. Ebenfalls hohe Strohpotenziale sind im nördlichen Teil Nordrhein-Westfalens bis hinein ins angrenzende Niedersachsen vorhanden. Drastische Unterschiede zwischen den Methoden zeigen sich für weite Gebiete Sachsens und Sachsen-Anhalts. Nach beiden VDLUFA-Methoden werden dort hohe bis sehr hohe Potenziale ausgewiesen, wohingegen nach der dynamischen HE-Methode kaum bzw. kein Strohpotenzial vorhanden ist, da dieses zur Humusreproduktion notwendig ist. Aus technisch-ökonomischer Perspektive ist die Strohnutzung nur punktuell erprobt. Die ökonomische Analyse hat gezeigt, dass alle untersuchten Konzepte höhere Gestehungskosten als die konventionelle Bioenergiebereitstellung und die fossile Energiebereitstellung aufweisen. Unter anderem tragen die ermittelten Rohstoffbereitstellungskosten frei Anlage, die zwischen 63 und 92,5 €/t FM Stroh liegen, dazu bei, dass die Gesamtkosten höher ausfallen. Weiterhin spielen die Investitionskosten eine sehr große Rolle bei allen Konzepten. Die Gestehungskosten liegen zwischen ca. 9 und 15 ct/kWh für die betrachteten Wärmekonzepte, um 25 ct/kWh für die Strom/KWK-Konzepte und zwischen ca. 15 und 27 ct/kWh für die Kraftstoffe. Aus Sicht der Treibhausgasbilanzierung ergaben alle untersuchten Anwendungen vergleichsweise niedrige THG-Emissionen, die in einer Bandbreite zwischen ca. 8 und 40 gCO2-Äq./MJ liegen. Im Vergleich zu durchschnittlichen fossilen Referenzen können THG-Einsparungen in einem Bereich zwischen 52 und 126 gCO2-Äq./MJ erreicht werden, wobei die KWK-Konzepte das größte Potenzial zur Treibhausgaseinsparung aufweisen. Durch die Nutzung des nachhaltigen Strohpotenzials könnte in Deutschland eine jährliche Einsparung von bis zu 13,5 Mio. Tonnen CO2 erreicht werden.

In den energie- und umweltpolitischen Diskussionen in Deutschland gewinnt die Energiebereitstellung aus regenerativen Energien im Allgemeinen und aus Biomasse im Besonderen zunehmend an Bedeutung. Erneuerbare Energien decken heute bereits etwa 12,2 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland. Etwa 70 % davon entfällt auf Biomasse (AGEE-STAT, 2012). Bis 2020 soll der Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland auf 18 % steigen. Dieses nationale Ziel ist sowohl im Integrierten Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung als auch im nationalen Aktionsplan für erneuerbare Energien (nREAP), der auf der verbindlichen Zielsetzung im Rahmen der EU-Richtlinie Erneuerbare Energien (2009/28/EG) beruht, verankert. Die Erreichung dieses Ziels ist der deutsche Beitrag zur Steigerung des Endenergieverbrauchs aus erneuerbaren Energien in der Europäischen Union bis 2020 auf indestens 20 %. Zur Erfüllung dieser Zielsetzung wird Biomasse als erneuerbarer Energieträger eine tragende Rolle spielen, da aufgrund bestehender Technologien und Nutzungspfade im Bereich der Bioenergie eine Erhöhung der Energiebereitstellung kurz- und mittelfristig realisierbar ist. Daher ist es zunehmend wichtig, Einsatzmöglichkeiten der Biomassenutzung zu prüfen und den effizienten Einsatz von Biomasse als Energieressource bei der Strom-, Wärme- und Kraftstoffbereitstellung weiter zu untersuchen und zu entwickeln.

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When microalgae are exposed to changing environmental conditions, e.g., light-dark cycles or oscillations in nutrient availability (CO2, nitrogen, phosphate or silicate) they respond with metabolic changes in the carbon allocation pattern. Short time regulations in the time range of few seconds to minutes can be mirrored best by mass spectroscopy based metabolomics. However, these snap shots do not reflect the alterations in the carbon flow to the cellular macromolecules like protein, carbohydrate or lipid. In this review it is shown how the combination of FTIR spectroscopy and Chla-in-vivo-fluorescence based electron transport rates can reveal changes in the metabolic flux rates of carbon during a shift of the environmental conditions. The review will demonstrate in which time range FTIR spectroscopy can deliver significant information and how FTIR spectroscopy data can synergistically support metabolome analysis by mass-spectroscopy.