Zugl.: Bayreuth, Univ., Diss., 2006

Thesis (Ph. D.?)--Universitat Bayreuth, 2006.

Freiburg i. Br., Univ., Diss., 2007.

In dieser Arbeit wird eine entwickelte Mikro-Wärme-Kraft-Kopplungsanlage für die Nutzung fester Biomasse beschrieben und vermessen, welche hochflexibel in einem sehr kleinen Leistungsbereich von unter 1 kWel arbeitet. Die Anlage verfügt über einen Gegenstromfestbettvergaser, einen Verbrennungsmotor und einen Gleichstromgenerator. Als Brennstoff wird Holzkohle und als Vergasungsmittel Luft genutzt, der Betrieb erfolgt autotherm. Es werden die Machbarkeit, die systemrelevanten Parameter und das dynamische Verhalten der Anlage dargestellt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden die technischen und rechtlichen Anforderungen bezüglich einer Integration in ein häusliches Umfeld betrachtet. Weiterhin wird eine ökonomische Betrachtung durchgeführt, um den anzustrebenden Pfad zur Weiterentwicklung zu identifzieren. Abschlieÿend wird mit Hilfe der gemessenen Daten gezeigt, wie eine Referenzanlage modelliert und notwendige Gleichungen zur Anlagensimulation gebildet werden, um einen dynamischen Betrieb hochaufgelöst darzustellen. / In this thesis a micro-cogeneration unit for the use of solid biomass is shown, which operates flexible in a very small power range of less than 1 kWel. The plant has a countercurrent fixed bed gasifier, an internal combustion engine and a DC generator. Charcoal is used as fuel and air as a gasification agent, the operation is autothermal. The feasibility, the system-relevant parameters and the dynamic behavior of the system are shown. Based on these results, the technical and legal requirements for integration into a home environment are considered. Furthermore, an economic analysis is carried out to identify the desired path to further development. Finally, with the help of the measured data it is shown how a reference plant is modeled and necessary equations for the plant simulation are formed in order to represent a dynamic operation in high resolution.

Die vorliegende Dissertation beinhaltet eine detaillierte Analyse traditioneller und moderner Bioenergie, sowie deren möglicher Entwicklungspfade und Auswirkung auf Ernährungssicherheit im ländlichen Tansania. Die Arbeit bereichert die wissenschaftlichen Debatten mittels Aufzeigen von Optionen der nachhaltigen Produktion und Verbrauch von Bioenergie. Der Komplex wird in vier separaten und begutachteten Fachartikeln (drei publiziert, einer under review) bearbeitet. Alle Publikationen erzielen Aussagen für vier Einkommensgruppen auf lokaler Ebene. Für eine optimale Analyse ist die Arbeit thematisch in die Forschungsgebiete traditionelle und moderne Bioenergie unterteilt, die sich auch in den Kapiteln bzgl. des aktuellen Forschungsstandes sowie der Abfolge der Fachartikel widerspiegeln. Die erste Publikation beschäftigt sich mit traditionellem Bioenergiekonsum und der postulierten Einführung eines feuerholz-spezifischen, energetisch optimierten Kochers in dem Hauptuntersuchungsdorf Laela. Die Effekte einer Einführung von technologisch optimierten Holzkohlemeilern werden in der zweiten Publikation widergegeben. Nach diesem Fokus auf traditionelle Bioenergie analysiert der dritte Artikel die Effekte auf Nahrungsmittelsicherheit, die sich aus der angenommenen Verstromung von Pflanzenölen ergeben. Der vierte Artikel analysiert die Möglichkeiten einer erhöhten Palmölproduktion und leitet Ergebnisse für die tansanische Region Kigoma ab. Eine finale Empfehlung dieser Dissertation ist, dass die Verbreitung und Nutzung von verbesserten Kochern stark erhöht werden muss. Gleichzeitig sollten politischen Maßnahmen ergriffen werden, die Zugang und Verfügbarkeit von verlässlicher, erschwinglicher und nachhaltiger traditioneller wie moderner Bioenergie garantieren. Zudem muss die Etablierung einer effizienteren wie nachhaltigeren Holzkohle-Wertschöpfungskette vorangetrieben werden. Pflanzenölbasierte Elektrizitätsproduktion dagegen wirkt sich negativ auf die Ernährungssicherheit aus. / This PhD thesis provides a detailed analysis of the traditional and modern bioenergy situation as well as their development pathways and their respective influence on food security in case study villages in rural Tanzania. It adds to the current literature as it provides a profound understanding of how to enhance and sustain bioenergy production and consumption in terms of resource capacity and overall sustainability. For this, it comprises four peer-reviewed papers (3 published, one under review). All papers derive results for four income groups at local level. For an optimized analysis, the dissertation is thematically subdivided into the research areas of traditional and modern bioenergy which is displayed in the state of art research sections as well as the clustering of the papers. The first paper focuses on traditional bioenergy consumption and the potential introduction of a firewood-efficient stove in the major case-study village Laela. The effects of the introduction of more efficient kiln technology on resource consumption in the same village are mirrored in the second publication. After this focus on traditional bioenergy, the third paper investigates food security effects resulting out of the assumed use of vegetable oil for electrification purposes. The fourth paper analyses options for increased palm oil production and derives results for the Tanzanian region of Kigoma. The final recommendation of the thesis is that the prevalence and use of improved stoves needs to be increased substantially. Simultaneously, policy measures that foster the access to and availability of reliable, affordable and sustainable traditional as well as modern energy should be implemented. Furthermore, the establishment of a more efficient and sustainable charcoal value chain needs to be promoted. Vegetable oil based electrification, however, does not contribute towards food security.