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Marie-Curie-Str. 19 | 66953 Pirmasens | Germany | Tel.: +49 6331 2490 0 | Fax: +49 6331 2490 60 | E-Mail: [email protected] | Web: www.pfi-germany.de | www.pfi-group.org
PFI-Forschung zur stofflich-energetischen Nutzung
von ligno-cellulosehaltiger Biomasse
Marie-Curie-Str. 19 | 66953 Pirmasens | Germany | Tel.: +49 6331 2490 0 | Fax: +49 6331 2490 60 | E-Mail: [email protected] | Web: www.pfi-germany.de | www.pfi-group.org
Vorstellung der Abteilung Biotechnologie
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• Geräteausstattung zur
Untersuchung von Biomasse
und der Fermentationsprodukte
(HPLC, GC-MS, CHNS-EA, ICP,
AAS, etc.).
• 6 automatisierte 100-Liter
Fermenter (dynamische Gärtest)
• Ausstattung für statische
Gärtests (60 Pl.), Anlagen für
den hydrothermalen Aufschluss,
Fermentationsanlage zur
Gewinnung von Xylitol
• Externes Forschungslabore an
der TDH-Anlage an der
Kläranlage Blümeltal und eine
Versuchsanlage zur PEH an der
Biogasanlage Wallhalben.
• Aktuelle Mitarbeiterzahl: 12
(4 Wissenschaftler, 6 Diplom-
Ingenieure, 1 Doktorand,
1 Diplomand)
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• Aufbau und Einsatz einer Pilotanlage zur Thermodruckhydrolyse zur Verbesserung der energetischen Nutzung von Biomasse am Beispiel von Belebtschlamm
• Steigerung des spezifischen Methanertrages aus landwirtschaftlicher Biomasse durch Kombination innovative Verfahrensansätze
• Thermodruckhydrolyse zur Verbesserung der Biogasausbeute bei Traubentrester
• Effizienzsteigerung beim Betrieb landwirtschaftlicher Biogasanlagen durch Optimierung der Prozessbiologie
• Monitoringprogramm zur Optimierung der Energieerzeugung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen
• Höherwertige Verwertung von xylanhaltiger Biomasse am Beispiel von Biertreber
• Charakterisierung der methanogenen Archaebakterien in landwirtschaftlichen NaWaRo-Biogasanlagen
• Stoffliche und energetische Nutzung von Stroh
• Fermentative Gewinnung von Polyhydroxybuttersäure (PHB) aus lignifizierten Biomassen
• Biotechnologische Herstellung von Biomethan aus Überschüssen regenerativer Energieproduktion (Wind, Photovoltaik) und Kohlendioxid (EE-Gas)
Projektübersicht der Abteilung Biotechnologie
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Gesamtkonzept für eine PFI-Bioraffinerie
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Biogas
TDH
PEH
Fermenter
Blockheiz-
kraftwerk
Stroh
Elektrische Energie
Konversion
Zuckerkonzentrat
Grundchemikalien
Biopolymere (PHB)
Lösemittel (Ethyllactat)
Lebensmittel
Zuckerersatzstoff Xylit
Restbiomasse zur Methanisierung Entwässerung
Hydrolysat
Gasreinigung
Biomethan
im Erdgasnetz
Pflanzennährstoffe
ORC/
HTW
Naturfasern
z. B. Flachs
Naturstoffe
z. B. Stärke
Bedarfsmittel
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Verknüpfung Schuhtechnik - Biotechnologie
Laufsohle (5):
Stärkecompounds, PHB oder PLA in Verbindung
mit spez. Weichmachern, geschäumte Thermoplaste
Ober- (4) und Innenmaterial (1,2):
Cellulose – und Naturfasern
wie z.B.: Hanf, Flachs, Ramie,
Kenaf, Baumwolle, etc.
Vorder- und Hinterkappen (3):
PHB (Polyhydroxybuttersäure),
PLA (Polylactid), Polymere auf
Stärkebasis
Textiltechnik
Kunststofftechnik
Biopolymere
Biotechnologie Schuhtechnik
Nachwachsende Rohstoffe
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Notwendigkeit der Nutzung von Biopolymeren
Unabhängigkeit von Erdöl
Energieeinsparung bei der Kunststoffherstellung
Verbesserung der Recyclingkonzepte
Schutz von Meeresbewohnern
Vermeidung der Schadstoffbelastung in den Weltmeeren
Vogelsterben: Fressen Seevögel die im Meer schwimmenden und am Strand
liegenden Plastikteile, können die Kunststoffpartikel ihren Verdauungstrakt verstopfen
- und die Vögel verenden qualvoll. Dieses Albatross-Küken war an dem Plastikmüll,
mit dem ihn seine Eltern gefüttert hatten, gestorben.
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Aus 49 Mio. t Stroh in Deutschland könnten auf Basis des vorgestellten Bioraffineriekonzeptes folgende Produkte und Energieträger entstehen:
- 5 Mio. t des Zuckerersatzstoffes Xylitol
- 10 Mio. t des Biopolymers Polyhydroxybuttersäure
- 30 Mio. t Biomethan (aus Biogas in Verbindung mit
Methanisierung von Wasserstoff, der über die
Wasserelektrolyse mit Wind- und Solarstrom entsteht.
Erzeugung von vielen weiteren Rohstoffen für die Industrie (z. B. Bernsteinsäure, Ethylactat, Milchsäure, etc.)
Herstellung von nachhaltig recycelbaren Konsumgütern aus Nachwachsenden Rohstoffen
Stoffliche und energetische Potentiale aus Stroh
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Gebiets-
körperschaft
Strohaufkomme
n in t/a
Strohdüngung
in t/a
Einstreubedarf
in t/a
Strohnutzungen
in t/a
Verfügbares
Strohpotential
Bad Kreuznach 65.544 32.772 12.734 45.506 20.038
Mayen-Koblenz 133.278 43.982 37.356 81.338 51.940
Rhein-
Hunsrück
102.859 33.943 26.874 60.817 42.042
Rhein-Lahn 72.291 23.856 26.034 49.890 22.401
Alzey-Worms 116.725 58.363 2.550 60.913 55.813
Donnersbergk. 90.112 45.056 20.713 65.769 24.343
Mainz-Bingen 73.371 36.686 4.715 41.401 31.971
…
Südliche
Weinstraße
32.333 16.167 3.241 19.408 12.926
Bad Dürkheim 25.434 12.717 2.489 15.206 10.228
Rheinland-Pfalz 1.302.147 527.788 546.761 1.074.549 227.589
bei Verzicht auf Strohdüngung: 755.377
Quelle: Studie zur Weiterentwicklung der energetischen Verwertung von Biomasse in Rheinland-Pfalz, IfaS Birkenfeld
Strohaufkommen in Rheinland-Pfalz
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Keine Flächenkonkurrenz zur Lebensmittelproduktion
Kohlendioxideinsparpotential für Deutschland von bis zu 80 Mio. t/a
Möglichkeit zur Speicherung von Regelenergie im Erdgasnetz und damit Reduktion des kostenintensiven Ausbaus der Stromnetze
Regionale Bioraffineriekonzepte schaffen Wertschöpfung und Beschäftigung in der Fläche
Größere Unabhängigkeit von erdölbasierenden Rohstoffen
Vorteile der stofflich-energetischen Nutzung von ligno-cellulosehaltiger Biomasse
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Biogas
TDH
PEH
Fermenter
Blockheiz-
kraftwerk
Warmwasser
Kaltwasser
Stroh
Elektrische Energie
Energetische Nutzung
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Aufgeschlossene Biomasse zur Methanisierung
Gasreinigung
Biomethan
im Erdgasnetz
Pflanzennährstoffe Forschungsschwerpunkt: Biogasreinigung / „EE-Gas“
- Senkung „des Methanschlupfes durch methanotrophe
Bakterien - Senkung des Investions- und Energiekosten
- Biogasaufbereitung mit Methanbakterien unter
Verwendung von Wasserstoff gewonnen aus Regelenergie
(Wind, Sonne) durch Elektrolyse von Wasser
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Entwicklungsbedarf zu Speichertechnologien
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Bewertungskriterien für Speichertechnologien
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Szenario zur Bruttostromerzeugung in Deutschland
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Katalytische Windgasherstellung
Stromnetz
CH4, CO2
H2
Wind
Sonne
Biogas
Elektrolyse
Gasspeicher
Speicherung
im Erdgasnetz Verstromung
CO2, H2
Gasnetz
Chemisch-physikalische Methanisierung
Gasspeicher
Aminwäsche
CH4,
Gastrocknung
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Biotechnologische Windgasherstellung
Stromnetz
CH4, CO2
H2
Wind
Sonne
Biogas
Elektrolyse
Gasspeicher
Speicherung
im Erdgasnetz Verstromung
CH4, CO2, H2
Gasnetz
Biologische Methanisierung
in Festbettfermentern
Gastrocknung
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CO2-Quelle CO2-Gehalt In Vol. %
Weitere Gas-bestandteile
Giftige Spurengase
CO2-Produktions-kosten
Luft 0,04 % Stickstoff, Sauerstoff, Argon
- ca. 740 €/t
Rauchgas 8 – 10 %
Stickstoff, Sauerstoff, Wasser
Kohlenmon-oxid, Stickoxi-de, Schwefel-dioxid
> 150 €/t
Biogas 40 – 50 % Methan, Wasser
Schwefel-wasserstoff, Ammoniak
keine Zusatzkosten bei Direktnutzung
Kalkbrennen/ Kohlever-gasung, etc.
50 – 100 % Wasserstoff, Kohlen-monoxid
prozess-bedingt
80 – 150 €/t
Kostenschätzung für die CO2-Bereitstellung
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Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens durch das PFI
Erstellung einer Studie zum Stand der Biomethanisierung und Durchführung eines Forschungsprojektes zur Optimierung der biotechnologischen EE-Gasherstellung (mit finanzieller Unterstützung des Landes Rheinland-Pfalz und EFRE)
Erste großtechnische Umsetzung der innovative Technologie im Energiepark Pirmasens zur Optimierung des Verfahrens (2013/14)
Vermarktung und Einsatz der Technologie an geeigneten Standorten mit der Pfalzgas GmbH und den Pfalzwerken
Vorgehensweise zur Förderung von EE-Gas
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Leitstelle - Schulungs- und Büroräume - Laborhalle - Technikhalle - BHKW
Festbett- fermenter
Gärrestlager
Fermenter
Erdbecken - Rübenmus
Abfüllstation Entschwefelung
Gasaufreinigung
Hydrolyse
Substratlagerhalle - Maissilage - Strohballen - Getrockneter Gärrest
Bioraffinerie Energiepark Pirmasens-Winzeln
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Unterstützung der praxisnahen Forschung für die Wende im Bereich Nutzung regenerativer Energie und biomassebasierende Rohstoffproduktion für hochwertige Industrieprodukte.
Aufbau von Pilotanlagen zur Weiterentwicklung von hocheffizienten, exportierbaren Technologien an geeigneten Standorten (z. B. Energiepark Pirmasens).
Anwendungsorientierte Beratung von Interessenten durch Institutionen mit langjähriger Erfahrung auf einem bestimmten Kompetenzgebiet.
(als Koordinator z. B. Energieagentur Rheinland-Pfalz GmbH)
Enge Verknüpfung zwischen anwendungsnaher Forschung, industrieller Entwicklung und der Umsetzungsberatung.
Umsetzungsvorschläge für Rheinland-Pfalz
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
Ansprechpartner PFI Pirmasens:
Benjamin Pacan Tel: 06331/2490840 E-Mail: [email protected]
Marie-Curie Str. 19
66953 Pirmasens
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Unsere Vergangenheit und Zukunft -
Energie und Rohstoffe aus Biomasse