Das BERBIONDas BERBION-ProjektEYTOGNYKLF-2222011114937-LM… · B E R B I O N A8A 71. Symposium des...

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71. Symposium des ANS e. V.

Das BERBION ProjektDas BERBION-ProjektNeue Wege zur energetischen und stofflichen Nutzungregionaler Bioressourceng

Gefördert im BMBF-Programm „Bioenergie 2021“

Helmut Adwiraah

GRUPPE BIOKONVERSION UND EMISSIONSMINDERUNG

Technische Universität Hamburg-Harburg

INSTITUT FÜR UMWELTTECHNIK & ENERGIEWIRTSCHAFT

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71. Symposium des ANS e. V.

Das BERBION ProjektDas BERBION-ProjektNeue Wege zur energetischen und stofflichen Nutzungregionaler Bioressourceng

BERBION steht für: BERgedorf + BIOressourcen +

energetische und stoffliche Nutzung

GRUPPE BIOKONVERSION UND EMISSIONSMINDERUNG

Technische Universität Hamburg-Harburg

INSTITUT FÜR UMWELTTECHNIK & ENERGIEWIRTSCHAFT

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BERBION im Überblick Das Gesamtziel:

Nutzung von organischen Abfällen & Abwässern zur Energie- & Produktgewinnungzur Energie- & Produktgewinnung Wissenschaftliche Teilziele: Bausteine zur Effizienzsteigerung Praktisches Teilziel: Bioressourcen-Gesamtkonzept für den Bezirk Bergedorf

Die Laufzeit: 2009-2013BERBION 2021

Das Besondere: interdisziplinär, bereichsübergreifend, ganzheitlich 13 Beteiligte: Wissenschaft

TUHH: Institut für Umwelttechnik & Energiewirtschaft, HamburgUnternehmen Institut für Abwasserwirtschaft & Gewässerschutz, Hamburg

Institut für Verkehrsplanung & Logistik, HamburgJohann Heinrich von Thünen-Institut, Hamburg Deutsches Biomasseforschungszentrum, LeipzigTUK: Institut für Bioverfahrenstechnik, KaiserslauternUIBK: Institut für Mikrobiologie Innsbruck

UnternehmenHamburger StadtentwässerungStadtreinigung HamburgASA Spezialenzyme Dr. Kim Kleeberg UmweltanalytikIngenieurbüro für Abfallwirtschaft

PolitikBezirksamt Bergedorf

UIBK: Institut für Mikrobiologie, InnsbruckIngenieurbüro für Abfallwirtschaft

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Bioressourcenflüssig fest schlammig Einsammlungz.B. Küchenabfälle, krautige Abfälle,

Abwasser Ökologische und ökonomische Bewertung

Vakuum-, Unterflursysteme, Vor-Ort-Aufbereitung, Umleitung von

Stoffströmen

Vorbehandlungbiologisch physikalisch chemischz.B. Zerkleinern, Sieben, Sichten, Auspressen,

Dampfdruck, Kavitation, Enzyme, Chemikalien, Ultraschall

Logistikkonzepte

Energieerzeugungbiologisch thermisch

Energienutzung• Strom• Wärme

• Ethanol• Methan

Energieträger

biologisch• Biogas• Bioethanol

thermisch• Verbrennung (Referenz)

Wärme• Kraftstoff

Wertstoffe Wertstoffnutzung

Methan• Wasserstoff

• Stickstoff• Phosphor• Humus• Extraktstoffe• Organik

Reststoffbehandlungz.B. Aufkonzentrieren, Entwässern, Kompostieren,

Pelletieren, Strippen, Fällen

• Düngemittel• Bodenverbesserer• Chemikalien• Festbrennstoff

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Das ZielgebietAllermöhe

Inventur der BioressourcenAllermöhe

Altengamme

Bergedorf

Billwerder

Abfälle & AbwässerVerwertungsanlagen

W ? W ? Wi i l? W ? W hi ?Billwerder

Curslack

Kirchwerder

Lohbrügge

Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsort

gg

Moorfleet

Neuengamme

Ochsenwerder

Zusammensetzung

Menge

Reitbrook

Spadenland

TatenbergBevölkerungsdichte

Jahresganglinien

Einsammlung

Auswahlkriterien: Vielfältigkeit, ungenutzte Bioressourcen, dynamischer Standort

Bevölkerungsdichte Verbleib

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Inventur der BioressourcenWo? Was?

Inventur der Bioressourcen

Öffentliche und andere Grünflächen

Privathaushalte Gartenabfälle, Küchenabfälle, Abwasser


W ? W ? Wi i l? W ? W hi ? Industrie und Gewerbe

Land- und Forstwirtschaft Gras, Hecken- und Baumschnitt, Laub, gemischte Grünabfälle


, g

Grünabfall, Speise- und Lebensmittelabfälle, F tt i ll Abfäll Ab

Zusammensetzung

MengeFette, spezielle Abfälle, Abwasser

Gras Grünabfall Ernterückstände

Jahresganglinien

Einsammlung Gras, Grünabfall, Ernterückstände,

Holzabfälle, Gülle Verbleib

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Datenerhebung

Befragung von Entsorgern Eingesammelte und verwertete

Mengen

Fragebögen und Befragungen Firmen, Ämter, Behörden, Haushalte, 40,0

50,0

60,0

70,0

l der Häusertypen [%]

B d f

Vereine

Statistiken, Literaturdaten

Luftbildauswertung0,0

10,0

20,0

30,0

Einfamilien Zweifamilien Mehrfamilien

Prozentualer Antei Bergedorf

Hamburg

Luftbildauswertung

Laboranalysen

Abfallsortierungeng

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Ergebnisse Sortierungen der Bio- und Restabfalltonnen in ausgewählten Straßenzügen

60% Organik < 10 mm Organik krautig < 40 mmKüchenabfall Gartenabfall

7,7%1 2%

3,3%

5,3%

0 1%

0,5%

0,1%

0,6% 0,6%

2 0%0,5%

0,2%

40%

50%Altholz Organik holzig < 40 mmTopfpflanzen mit Wurzeln

25,4%25,3%

19 5%

12,4%1,9%

1,2%

1,2% 0,4%

0,1%

0,9%0,1%0,3%

2,0%0,2%

30%

40%

8 8% 10 3% 10,3%

,

21,5%21,3%

19,5%

10%

20%

3,2% 2,6% 1,6% 2,5% 4,0%

8,8%5,6% 9,2%

10,3%

0%

EFHmB EFHoB MFHmB MFHoB RHmB

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Ergebnisse Sortierungen der Bio- und Restabfalltonnen in ausgewählten Straßenzügen

10,7%7,94% 3,71%1,31%100%

11,9%11,7%

8,0%

6,5%7,1%

10,7%

9,8%,

16,1%

0,0%

1,2%0,7% 2,1%

1,4%2,1%

70%

80%

90%

43,9%43,9%

47,3%30%

40%

50%

60%

6,2% 9,2% 4,5%

10,9%13,6%

7,5%

0%

10%

20%

30%

0%

EFH Bio MFH Bio RH Bio

Organik krautig < 40 mm Küchenabfall Gartenabfall krautigGartenorganik holzig Altholz Organik holzig < 40 mmOrganik < 10 mm sonstige < 10 mm sonst. Abfälle

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Erfassung, Speicherung, TransportNeue Systeme für Abfälle

Erfassungseffizient, ökonomisch, benutzerfreundlich, stadtverträglich Küchenabfälle, Holziges, Krautiges Laub, Gras Systeme für Küchenabfälle Laub, Gras

Grünabfälle:- Klappbare Biobox für Gärten

y

Klappbare Biobox für Gärten- Holziges an Grundstücksgrenze- Shreddern bei Abholung

Laub / Gras:- Sammel-„Parkplatz“, -Container - Pelletierung bei Abholung

Küchenabfälle- Einwurf in Schächte im Haus / auf Hof- Einwurf in Toilette / in Spüle- Transport mit Absaugung / mit Abwasser

Samml ng im Unterfl rs stem- Sammlung im Unterflursystem

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Erfassung, Speicherung, TransportNeue Systeme für Abwässer

Erfassungseffizient, ökonomisch, benutzerfreundlich, stadtverträglich

Konzentriertes Schwarzwasser

Trenntoilette

Braunwasser, Urin

Standortsuche für Pilotsystem:

separate Erfassung von konzentriertem Schwarzwasser mittels Vakuumtechnologie

dessen Speicherung in unterirdischem Tank

Vakuumtoilette

dessen Speicherung in unterirdischem Tank

Vakuumtoilette

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I t PInventur: Prozesse Wer entsorgt / behandelt / verwertet Bioressourcen?

V ä• Kompostierung• Abwasserreinigung

Zentrale öffentliche Einrichtungen:

• Verbrennung• Vergärung

Sonstige Einrichtungen - aktuell & geplant• Kompostierung, Vergärung, Verbrennung durch private Entsorger• Kompostplätze auf öffentlichen, land-, forstwirtschaftlichen Flächen• Mulchung, Pelletierung, FestbrennstoffherstellungMulchung, Pelletierung, Festbrennstoffherstellung...

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Zentrale öffentliche Einrichtungen:Inventur: Energie

Energieerzeuger -bereitsteller -verteiler -nutzer ?• Verbrennung• Vergärung Energieerzeuger, -bereitsteller, -verteiler, -nutzer ?

Elektrizität, Gas, Wärme, Treibstoffe ?

I t P d kt Welche Produkte werden wo, von wem, in welchen Mengen benötigt? Was kann substituiert werden?

Inventur: Produkte Was kann substituiert werden?


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Bioressourcen InventurKüchenabfälle, krautige Grünabfälle, holzige

Abfälle, Schwarzwasser

VorbehandlungVorbehandlung

z.B. Zerkleinern, Sieben, Sichten, Auspressen, Dampfdruck, Kavitation, Enzyme, Chemikalien, Mikrowelle, Ultraschall

Energie & Wertstofferzeugung

Neue Erfassungssysteme

Küchenabfälle, separate Sammlung von krautigen und holzigen Grünabfällen, Abwasser

Biogas, Bioethanol, Bio-H2, Brennstoff (Referenz) Kompost, Dünger, Gärprodukte, Wertstoffe

Technikumsanlagen

z.B. gemeinsame Erfassung von Küchenabfällen und Abwässern

Trennung von Braun- und Gelbwasser mit reduzierten Wasseranteilen

PilotanlagenPilotanlagen

z.B. Unterflursysteme mit Müllschleuse, separate Rasensammlung, Vakuumsysteme

Vakuumtechnologie unterirdische Zwischenlagerung, ggf. mit Küchenabfällen

Logistik und Bewertung

L i ti h A l d B t d I t Ök i h d Ök l i h B t

2009 2010 2011 2012 2013 2014 - 2021

Logistische Analyse und Bewertung des Ist-Systems und zukünftiger Prozesskaskaden

Ökonomische und Ökologische Bewertung von Prozesskaskaden und Gesamtkonzept

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2021

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Bioressourcen InventurKüchenabfälle, krautige Grünabfälle, holzige

Abfälle, Schwarzwasser

VorbehandlungVorbehandlung

z.B. Zerkleinern, Sieben, Sichten, Auspressen, Dampfdruck, Kavitation, Enzyme, Chemikalien, Mikrowelle, Ultraschall

Energie & Wertstofferzeugung

Neue Erfassungssysteme

Küchenabfälle, separate Sammlung von krautigen und holzigen Grünabfällen, Abwasser

Biogas, Bioethanol, Bio-H2, Brennstoff (Referenz) Kompost, Dünger, Gärprodukte, Wertstoffe

Umsetzung des Gesamtkonzeptes fü d B i k B d fTechnikumsanlagen

z.B. gemeinsame Erfassung von Küchenabfällen und Abwässern

Trennung von Braun- und Gelbwasser mit reduzierten Wasseranteilen

Pilotanlagen

für den Bezirk BergedorfPilotanlagen

z.B. Unterflursysteme mit Müllschleuse, separate Rasensammlung, Vakuumsysteme

Vakuumtechnologie unterirdische Zwischenlagerung, ggf. mit Küchenabfällen

Logistik und Bewertung

L i ti h A l d B t d I t Ök i h d Ök l i h B t

BERBION 2021

2009 2010 2011 2012 2013

Logistische Analyse und Bewertung des Ist-Systems und zukünftiger Prozesskaskaden

Ökonomische und Ökologische Bewertung von Prozesskaskaden und Gesamtkonzept

2014 - 20212009 2010 2011 2012 2013 2021

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Neue Technologien zur Produkterzeugung Beispiel:

Dampfdruckaufschluss von lignocellulosehaltigen Materialien mit anschließender Vergärung oder Bioethanolherstellungg g g

Extrakt (flüssig) Biogas / Bioethanol

Rückstand (fest)

Dampf

Brennstoff

Dampf

Dampf

ElektrizitätDampfdruckTestanlage

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Kombination von bewährten Technologien Verfahrenskaskaden im Vergleich Maßnahmen zur Effizienzsteigerung

Energie-nutzung

Bio-ressource

Energie-erzeugung

Vor-behandlung

Energie-träger

Biologische Verfahren

alkoholische Gärung

AuspressungenChemikalienD fd k

Ethanol Methan

- alkoholische Gärung- anaerober Abbau

im Vergleich zur

DampfdruckKavitationUltraschallMikrowelle

Wasserstoff

VerbrennungMikrowelleEnzymeSilierung

Mikroorganismen...

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Gasbildungspotenziale von LaubIn Abhängigkeit des Hydrolyserückstands (Lignin)

40

45

Platane (frisch)

30

35

[%]

Platane (frisch)

Platane (älter, Parkplatz)

Platane (älter, Wiese)

Eiche

Birke

20

25

olys

erüc

ksta

nd Birke

Kastanie

überw. Linde

Ahorn

Zitterpappel

10

15Hyd

ro

p pp

Ahorn 55°C

Eiche 55°C

Trend

0

5

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Gasbildungspotenzial (GB21) [l/kg oTS]

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Gasbildungspotenziale von LaubIn Abhängigkeit des Hydrolyserückstands (Lignin)

40

45

Platane (frisch)

30

35

[%]

Platane (frisch)

Platane (älter, Parkplatz)

Platane (älter, Wiese)

Eiche

Birke

bei 35°C bei 55°C

TS S ß l b 49 % FM

Weitere Interessante Fraktionen

Gras und Rasenschnitt

20

25

olys

erüc

ksta

nd Birke

Kastanie

überw. Linde

Ahorn

Zitterpappel

TS Straßenlaub 49 % FM

oTS Straßenlaub 47 % TS

Mischgrün

Straßenbegleitgrün

10

15Hyd

ro

p pp

Ahorn 55°C

Eiche 55°C

TrendGB21 [l/kg oTS] 229 322

Pferdemist

0

5GB21 [l/kg FM] 65 92

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Gasbildungspotenzial (GB21) [l/kg oTS]

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Bewertung: Prozesse & ManagementstrategienÖ Ökonomische, technische, soziale Machbarkeit

Ökologische Aspekte: Energie, Nährstoffe, Humus, Klimaschutz

Bioraffinerie ALaubBiotonnenabfall Kompost

AltholzGras und Rasen

StromWärme

Erfassungin der Stadt

Verteilungin der Stadt

Kompost

Bioraffinerie B

. . .

Produkte Export

. . .

Bioraffinerie XBioressource

X-YBioraffinerie Y. . .X-Y . . .

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Das ZielgebietAllermöheAllermöhe

Altengamme

Bergedorf

BillwerderBillwerder

Curslack

Kirchwerder

Lohbrüggegg

Moorfleet

Neuengamme

Ochsenwerder

Reitbrook

Spadenland



Bevölkerungsdichte

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Inventur der BioressourcenAllermöhe

Altengamme

Bergedorf

Billwerder


Billwerder

Curslack

Kirchwerder

Lohbrügge

Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsortgg

Moorfleet

Neuengamme

Ochsenwerder

Zusammensetzung

MengeReitbrook

Spadenland


Jahresganglinien

Einsammlung


Bevölkerungsdichte Verbleib

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Zusammensetzung

Menge

Jahresganglinien

Einsammlung

Verbleib

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Inventur: Energie

E-On Erdgasspeicher Billebad

Energieerzeuger, -bereitsteller, -verteiler, -nutzer ? Elektrizität, Gas, Wärme, Treibstoffe ?

300000Bezirk Bergedorf

AllermöheBergedorf Energieziele ?

200000

h/a]

Bezirk Bergedorf

Naturschutzgebiete

100000[MW

h NaturschutzgebieteÖffentliche GrünflächenHaushalte

Biomassekraftwerk Lohbrügge

0

real consumptionof electricity

energeticpotential

Elektrizitäts-verbrauch

Energetisches Potenzialof electricity potential

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Inventur: Produkte Welche Produkte werden wo, von wem, in welchen Mengen benötigt? Was kann substituiert werden?

• Gärreststoffe

• flüssige, feste Gärprodukte• Gärproduktpellets• Spezialkomposte• Mineraldünger

Landwirtschaftliche & öffentliche Flächen

Industrie- &

• Mulch • Festbrennstoffe

PrivathaushalteGewerbebetriebe Privathaushalte

Existieren spezielle Abfälle / Abwässer mit Inhaltsstoffen für höherwertige Verwertungen?

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Zentrale öffentliche Einrichtungen:

• Verbrennung• Vergärung


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Datenerhebung Abfallsortierungen

1 Jahr

16 Sortierungen

10-12 Personen

19-25 Fraktionen

R t bf llRestabfall Bioabfall

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Bezirk BergedorfAllermöhe

Altengamme

Bergedorf

BillwerderBillwerder

Curslack

Kirchwerder

Lohbrüggegg

Moorfleet

Neuengamme

Ochsenwerder

Reitbrook

Spadenland



Bevölkerungsdichte

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W ? W ? Wi i l? W ? W hi ?Wo? Was? Wieviel? Wann? Wohin? Entstehungsort

Zusammensetzung

Menge

Jahresganglinien

Einsammlung

Verbleib

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