Aktuelle Projekte im Forschungsschwerpunkt Biomasse - Logistik und Konversion

Innovative Verfahrensketten für Holzbrennstoffe; Teilvorhaben 2: Innovatives Aufbereitungskonzept für HHS – Mechanisches Pressverfahren für Holzhackschnitzel [InnoFuels] mehrweniger

Projektträger:

  • Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
  • Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

Laufzeit:

01.10.2018 – 30.09.2021

Projektverantwortung:

Prof. Dr. Stefan Pelz

Projektpartner:

  • Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ)
  • Bohnert-Technik GmbH
  • Alvatec GmbH & Co. KG

Projektmitarbeiter/innen:

  • M.Sc. Victoria Knappe
  • M.Sc. Michael Russ

Beschreibung:

Das Ziel des Vorhabens „InnoFuels“ ist es, innovative Verfahren zur Effizienzsteigerung in der Produktion und Aufbereitung von Holzbrennstoffen zu entwickeln, im Hinblick auf ihre Praxisrelevanz zu bewerten und in konventionelle Prozessketten zu integrieren. Mit Hilfe der neuen Verfahrensschritte entstehen Brennstoffe, die sich von herkömmlichen Holzbrennstoffen unterscheiden und das Potenzial aufweisen, durch ihre veränderten Produkteigenschaften zu einer höheren Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit der Gesamtverfahrensketten führen. Die Vorteile beziehen sich vor allem auf Verfahrensschritte wie Trocknung, Lagerung und Pelletierung sowie auf das Verbrennungsverhalten und die Emissionen (CO, NOx und Gesamtstaub) und umfassen damit auch die Energiebereitstellung beispielsweis in Feuerungsanlagen und Holzgas-BHKWs.
Die Untersuchungen im Rahmen des Projekts umfassen die gesamte Prozesskette von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur Energieerzeugung. Hierbei liegt ein Schwerpunkt in der Untersuchung der Lager-, Aufbereitungs- und Verbrennungseigenschaften der erzeugten Brennstoffe sowie der Auswirkungen der neuen Technologien auf Verfahrensleistung und Verfahrenskosten. 

Entwicklung eines kompakten und kostengünstigen Gewebefilters für Biomassekessel [Gewebefilter] mehrweniger

Projektträger:

  • Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
  • Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft

Laufzeit:

01.03.2018 – 29.02.2020

Projektverantwortung:

  • Prof. Dr.-Ing. Harald Thorwarth (HFR)
  • Dr.-Ing. Ulrich Vogt (Uni Stuttgart)

Projektpartner:

  • Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik – IFK, Uni Stuttgart
  • LK Metallwaren GmbH
  • Oskar Winkel Filtertechnik

Projektmitarbeiter/innen:

M.Sc. Björn Baumgarten

Beschreibung:

Biomasse ist eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen in Europa. Insbesondere bei der Wärmeerzeugung spielt Biomasse eine sehr große Rolle und stellt 2/3 des Anteils der Erneuerbaren Energien. Neue Abgasgrenzwerte stellen insbesondere Kleinfeuerungsanlagen vor eine Herausforderung und können nur mithilfe hochwertiger Brennstoffe wie Holzpellets eingehalten werden.
Deshalb soll im Rahmen dieses Projektes ein neuartiger, günstiger Filter auf Basis eines Metallgewebes entwickelt werden, der den Einsatz eines größeren Spektrums an Brennstoffen ermöglicht.
Das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart (IFK) hat, in Zusammenarbeit mit der LK Metallwaren GmbH in Schwabach und mit Unterstützung des externen Beraters Oskar Winkel Filtertechnik ein funktionsfähiges Muster eines Gewebefilters mit allen notwendigen Komponenten für einen zuverlässigen und betriebssicheren Filterbetrieb entwickelt (FNR-Projekt FKZ 22031611). Hierzu war auch die Entwicklung eines Standard-Prüfablauf zur Durchführung von vergleichbaren Messungen notwendig. Zur Umsetzung der Entwicklungsergebnisse in ein Serienprodukt ist noch eine weitere Entwicklungsstufe notwendig, die Gegenstand dieses Projektes ist. Im Rahmen dieses Projektes sollen noch weitere Filtergewebe und Abreinigungsmethoden getestet werden, um hier die geeignetste Kombination zu ermitteln.
Mögliche Kandidaten sind die konventionelle Jet-Abreinigung sowie eine Reinigung per Ultraschall.
Diese Untersuchungen sollen unter standardisierten Bedingungen erfolgen. Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen im Technikum soll ein erster Prototyp des Filters für den praktischen Einsatz an einer Feuerungsanlage entwickelt und gebaut werden. Nach Funktionstests mit dem Prototyp auf dem Prüfstand soll dieser an einer bestehenden Feuerungsanlage installiert und dort für eine längere, aussagekräftige Betriebszeit im Einsatz sein.
Wesentliches Ziel dieses Tests ist der Nachweis der Praxistauglichkeit der entwickelten Filterlösung, das Sammeln von Betriebserfahrungen und weiterer Erkenntnisse, die zum Aufbau eines Vorserienmodells des Filters nötig sind. 

    Qualitäts-Energiepellets auf der Basis verschiedener Lignozellulose durch innovatives Brennstoffdesign und Anwendung hydrothermaler Karbonisierung –Beitrag für eine saubere Wärmebereitstellung in Chile und Deutschland [BiColim] mehrweniger

    Projektträger:

    Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF),Programm IB-AMERIKA, WTZ mit Chile 2015

    Laufzeit:

    01.11.2016 – 31.10.2019

    Projektverantwortung:

    Prof. Dr. Steffen Pelz

    Projektpartner:

    Universidad de Santiago de Chile (USACH)
    Depto. de Ingeniería Química
    Facultad de Ingeniería
    Prof. Dr. Luis Alonso Diaz Robles

    Projektmitarbeiter/innen:

    Dr. Paczkowski, Sebastian

    Beschreibung:

    Hintergrund
    Biomasse hat in Chile eine enorme Bedeutung in der Energiebereitstellung mit über 22 % an der Gesamt-Endenergie des Landes. Fast 80 % der Wärme wird auf der Basis von Brennholz in Kleinfeuerungsanlagen bereitgestellt. Aufgrund der hohen Feinstaubbelastung durch Holzfeuerungen, vor allem in den Städten, müssen neue Wege gesucht werden, die auf eine Verbesserung der Anlagentechnologie sowie auf eine Verbesserung und Standardisierung der Biomasse-Brennstoffe abzielen. Das verstärkte Setzen auf die Installation von Pelletfeuerungen ist eine der möglichen Maßnahmen.

    Da Chile einer der bedeutendsten Standorte der Zellstoffbranche weltweit ist, kann davon ausgegangen werden, dass der Zugriff auf Rohstoffe für Pellets aus der nationalen Sägebranche eher begrenzt ist, während die bisher kaum genutzten Ressourcen des natürlichen Hartlaubwaldes eine fast unerschöpfliche Rohstoffquelle darstellen. Es kann auf zahlreiche Holzarten zurückgegriffen werden, die bisher nur in geringem Umfang genutzt werden. Auch in Deutschland können Tendenzen einer Rohstoffverknappung für die Pelletherstellung beobachtet werden. Ein wichtiges Ziel für beide Länder ist es deshalb, neue Quellen für die Herstellung von Energiepellets zu erschließen und Verfahren zu entwickeln, die bisher nicht genutzte oder geringwertigere Lignozellulose-Rohstoffe zu Qualitätsbrennstoffen machen.

    Projektziele
    Ziel ist es deshalb hier, geeignete Mischungen verschiedener Holz- sowie weitere Lignozellulosearten zu pelletieren und mit Hilfe des HTC-Verfahrens (Hydro Thermale Carbonisierung) zu veredeln.
    In der Praxis der industriellen Pelletierung sowie in verschiedenen FuE-Projekten - auch an der Hochschule Rottenburg - wurde aufgezeigt, dass unter gewissen Rahmenbedingungen auch mit Rohstoffen außerhalb des klassischen Sägerestholzes akzeptable Pelletqualitäten erzielt werden können. Bei gezielter Optimierung, etwa durch Mischungen und die Zugabe von Additiven, lassen sich hierbei erstaunlich günstige Emissionswerte erreichen. Folgende wissenschaftliche und technische Arbeitsziele stehen deshalb im Mittelpunkt des Projekts:

    • Identifikation zusätzlicher Rohstoffpotenziale (technische und wirtschaftliche Potenziale nach operationalen Nachhaltigkeitskriterien) für die Herstellung qualitativ hochwertiger und standardisierbarer Energiepellets unter der Berücksichtigung der geltenden Normen
    • Charakterisierung verschiedener Rohstoffgruppen (D: Laubholz, KUP, Rinde; Chile: verschiedene native Holzarten) nach physikalisch und konversionstechnisch relevanten Parametern
    • Identifikation von industrietauglichen Rohstoffkompositionen für die wirtschaftliche Produktion von Energiepellets
    • Produktion und Prüfung der produzierten Pellets vor dem Hintergrund der geltenden Brennstoffnormen und Zertifikate wie ENplus
    • Untersuchung des Einflusses der hydrothermalen Karbonisierung auf Rohstoffe sowie auf Pellet-Qualitätsparameter
    • Untersuchung des Emissionsverhaltens der erzeugten Pelletsorten in den relevanten Feuerstätten (Raumheizer, Kessel im Leistungsbereich: 5 kW bis 20 kW)
    • Beispielhafte Darstellung von erfolgversprechenden Wertschöpfungsketten (vom Rohstoff bis zur Energiebereitstellung) und Bewertung der Wirt-schaftlichkeit des HTC-Verfahrens für die untersuchten Rohstoffe

    Zentrum für angewandte Forschung Urbane ENergiesysteme und Ressourceneffizienz [ENsource] mehrweniger

    Logos: Europäische Union, EFRE, Baden-Württemberg, L-BANK

    Projektträger:

    Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst (MWK), EU (EFRE)

    Laufzeit:

    3 Jahre (01.07.2015 – 30.06.2018)

    Projektverantwortung:

    Prof. Dr. Stefan Pelz

    Projektpartner:

    • Hochschule für Technik Stuttgart
    • Hochschule Pforzheim
    • Hochschule Heilbronn
    • Hochschule Biberach
    • Hochschule Reutlingen
    • Hochschule Mannheim
    • Hochschule Aalen
    • Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
    • Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW)
    • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
    • Universität Stuttgart (ITW)

    Projektmitarbeiter/innen:

    M.Sc. Gregor Sailer

    Beschreibung:

    Urbane Energiesysteme lassen sich systemisch als hochkomplexe Strukturen charakterisieren, die eine zunehmend dezentralisierte und fluktuierende Erzeugung sowie die verstärkte Vernetzung von Erzeugern, Wandlern, Speichern, Verteilern und Verbrauchern intelligente Kommunikations- und Steuerungssysteme benötigen, um möglichst hohe Anteile erneuerbare Energien bei maximaler Energieeffizienz zu ermöglichen und sowohl auf kurzfristige Lastschwankungen als auch auf mittelfristig abnehmende Bedarfe reagieren zu können.

    Die zunehmende Kombination von elektrischen bzw. thermischen Netzen und Speichern sowie die Aktivierung von Flexibilisierungsoptionen bei den Verbrauchern erfordert die Entwicklung von innovativen systemübergreifenden Ansätzen und Prozessanalysen, um zukunftsfähige und (ressourcen-)effiziente Lösungen bereitzustellen und Umsetzungsbarrieren abzubauen. Acht HAWs kooperieren mit (außer) universitären Partnern, Firmen und Kommunen, um urbane Simulations-, Automatisierungs- und Optimierungstools mit zugehörigen Geschäftsmodellen zu entwickeln und diese in Praxis-Fallstudien aus dem industriellen, gewerblichen und kommunalen Bereich einzusetzen und exemplarisch zu erproben.

    Innerhalb des Projektes liegt der Fokus der Hochschule Rottenburg auf der effizienten Nutzung des biochemischen Energiespeichers Biomasse in komplexen Energiesystemen. Hierbei werden Konzepte für die Speicherung und das prädikative Lastmanagement aus Basis von Rohbiomasse, veredelter Biomasse und biogenen Gasen erprobt, simuliert und optimiert. Im Rahmen der Fallstudie entstehende Modelle sollen auf weitere urbane und ländliche Räume übertragen werden und so zur Lastverschiebung in prädikativen Energiemanagementkonzepten eingesetzt werden (Effizienzsteigerungen und Erhöhung der Flexibilisierung dezentraler Energiesysteme). Weiterhin soll ein differenziertes Stoffstrommanagement und ein übertragbares Konversionskonzept für biogene Energieträger entwickelt werden.

    Lignozelluläre Biomasse aus dem Offenland: Potentiale - Stoff-ströme – Restriktionen [BioOff] mehrweniger

    Projektträger:

    Land Baden-Württemberg/MWK

    Laufzeit:

    01.01.2015 – 30.06.2017

    Projektverantwortung:

    Prof. Dr. Rainer Luick

    Projektmitarbeiter/innen:

    Dipl.- Geographin Christina Eilers

    Beschreibung:

    Kurzfassung: Das von der Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg (Prof. Dr. Rainer Luick) in Kooperation mit der Universität Freiburg zur Förderung eingereichte Forschungsvorhaben (Kurztitel: Biomasse aus dem Offenland) adressiert die Thematik der lignozellulären Biomasse aus dem Offenland. Diese Biomasse wird oft auch als Landschaftspflegematerial bezeichnet.

    Gegenstand des Vorhabens ist die Analyse und Darstellung bereits etablierter Nutzungen und vorhandener Potentiale lignozellulärer Biomasse aus dem Offenland. Insbesondere sollen Arten und Typologien bestehender Erfassungsstrukturen, bestehende Verwertungslinien und –wege sowie Aufkommensarten und deren regionale Verteilung untersucht werden. Ein expliziter Fokus wird in der Analyse und Darstellung von mutmaßlich bestehende Konfliktlagen und Bewirtschaftungsrestriktionen bezogen auf Nachhaltigkeits- und Biodiversitätsziele (insbesondere zu den ökologischen Funktionalitäten) liegen.

    Zur Biomasse aus dem Offenland werden Aufkommensarten gestellt, die außerhalb der geregelten land- und forstwirtschaftlichen Nutzung durch vielfältige pflegende Maßnahmen anfallen. Bekannte Beispiele sind Materialherkünfte aus:

    • Pflege (Bewirtschaftung) von Hecken, Sträuchern, Waldrändern, (Streu-)Obstwiesen
    • Management von Biotopen, Schutzgebieten
    • Gewässerrandpflege, Lichtraumpflege entlang von Verkehrswegen und Leitungstrassen
    • Park- und Gartenpflege, Baumschnitt, Biomasse aus Sicherungsarbeiten

    Das Vorhaben gliedert sich in die folgenden Arbeitspakete:

    • AP 1: Darstellung der bereits erfassten Biomassemengen, vorhandener Erfassungs- und Logistikketten sowie des Verbleibs und der Verwendung der Offenlandbiomasse auf Landkreisebene.
    • AP 2: Bestehende Nutzungen von Landschaftspflegebiomasse in bestehenden Wärmekraftwerken.
    • AP 3: Ableitung des technisch-wirtschaftlichen und ökologischen Potentials zur Validierung/ Eichung der Geodaten-basierten Potentiale anhand von stratifizierten Stichproben in Typusgebieten.
    • AP 4: Entwicklungsmöglichkeiten zur zusätzlichen Bereitstellung von Biomasse aus dem Offenland im Rahmen von Ökosystemdienstleistungen.
    • AP 5: Qualitätsparameter der erfassten Biomasse.
    • AP 6: Analyse der naturschutzrechtlichen Restriktionen und ökologischen Funktionen.

    Wesentliches Ziel des Forschungsvorhabens ist eine valide Abschätzung (ob es und geographisch wo) ökologisch nachhaltig und wirtschaftlich mobilisierbare Biomassepotentiale aus dem Offenland vorhanden sind. Diskutiert werden sollen auch die sich daraus ergebenden energiepolitischen und bioökonomischen Optionen. Die Ergebnisse dienen auch dazu, einen methodischen Abgleich der über Geodaten (LaserScan-Daten) ermittelten theoretische Potentiale zu ermöglichen.

    In das Vorhaben ist die Universität Freiburg, dort Professur für Fernerkundung und Landschaftsinformationssysteme (Prof. Dr. Barbara Koch), als Kooperationspartner eingebunden. Der renommierte Partner verfügt über umfangreiche Expertise zur Analyse von Luftbilddaten. Es soll gemeinsam ein Verfahren getestet und validiert werden, wie und ob mittels LaserScan-Daten Biomassevolumina im Offenland bilanziert werden können. 

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