Boden und Landschaft : Schriftenreihe zur Bodenkultur, Landeskultur und Landschaftsökologie

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jlupub.ub.uni-giessen.de/handle/jlupub/2206

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Hrsg.: Institut für Bodenkunde und Bodenerhaltung, Institut für Landschaftsökologie und Ressourcenmanagement

URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-74867

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Energie- und Klimaeffizienz von Biogasanlagen mit Biogasaufbereitung und -einspeisung unter Nutzung von Silomais : Untersuchungen am Beispiel der Biogasanlage der HSE AG in Darmstadt-Wixhausen
(2010) Hundt, Bärbel
Nach der Einführung des EEG im Jahr 2000 hat Deutschland einen regelrechten Boom der Biogasbranche erlebt. Bisher sind die meisten Biogasanlagen in landwirtschaftliche Betriebe integriert. Das produzierte Biogas wird dabei vor Ort verstromt, jedoch kann die anfallende Wärme aufgrund der peripheren Lagen der Betriebe oftmals nicht ausreichend genutzt werden. Wird das Biogas jedoch aufbereitet, in ein Erdgasnetz eingespeist und zu einem Ort mit Wärmesenke transportiert, kann die Wärme optimal ausgenutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb am Beispiel der Biogasanlage in Darmstadt-Wixhausen untersucht, wie Energie- und Klima-effizient solche Anlagen sind, welche Faktoren die Energie- und Treibhausgasbilanz am stärksten beeinflussen und wie unsicher die Ergebnisse solcher ökobilanziellen Bewertungen sind. Methodisch wurde zunächst eine ökobilanzielle Bewertung vorgenommen und im Anschluss wurden Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen durchgeführt. Aus Sicht der Energiebilanz schneidet die Anlage dank des umfangreichen Wärmekonzepte gut ab, denn sie erreicht einen Erntefaktor von 4,5, der spezifische kumulierte Energieaufwand beträgt 2,14 MJ/MJEndenergie und die energetische Amortisationszeit liegt bei 4,46 Jahren. Aus Sicht der Treibhausgasbilanz schneidet die Anlage eher schlecht ab, denn die prozentuale Treibhausgaseinsparung beträgt lediglich 46,8 % und die spezifischen Treibhausgasemissionen liegen mit 72,51 g CO2eq/MJEndenergiein einer ähnlichen Größenordnung wie diejenigen erdgasbetriebener Blockheizkraftwerke. Zu den sensitivsten Parametern in Bezug auf die Energiebilanz zählen der Eigenstromverbrauch der Anlage, insbesondere der Stromverbrauch der Druckwasserwäsche, die Silageverluste und der Methanertrag des Substrates. Die Treibhausgasbilanz wird zusätzlich noch wesentlich von den Parametern Methanschlupf , Lachgasemissionen und Grünlandumbruch beeinflusst. Wird der Methanschlupf durch die Abdeckung des Gärrestlagers auf ein Minimum reduziert, kann die Anlage bereits eine Treibhausgaseinsparung von 71,5 % erreichen.Die mittels Latin-Hypercube-Sampling durchgeführte Unsicherheitsanalyse hat gezeigt, dass die Spannweite der Ergebnisse erheblich sein kann. Je nach verwendeter Parameterkombination schwankt der Erntefaktor zwischen 1,07 und 5,81, wobei im Mittel ein Erntefaktor von 2,06 erreicht wird. Die prozentuale Treibhausgaseinsparung erreicht mit Werten zwischen -151 und 83 % eine sehr große Spannweite ebenso wie die spezifischen Treibhausgasemissionen, die zwischen 20 und 331 g CO2eq/MJ schwanken. Die mittlere Treibhausgaseinsparung liegt lediglich bei ca. 6 % und die mittleren spezifischen Treibhausgasemissionen liegen bei ca. 130 g CO2eq/MJ. Die Treibhausgasbilanz solcher Biogasanlagen kann jedoch deutlich verbessert werden, wenn die Gärrestlager gasdicht abgedeckt und Grünlandumbruch vermieden wird. Unter diesen Voraussetzungen beträgt die mittlere Treibhausgaseinsparung bereits 45,5 % und die spezifischen Treibhausgasemissionen liegen bei ca. 70 g CO2eq/MJ. In der Region Südhessen könnten bei entsprechend hohen Preisen für Maissubstrat ca. 443.000 t Mais pro Jahr erzeugt werden. Diese Menge reicht aus, um insgesamt Biogasanlagen (mit Gasaufbereitung) mit einer installierten Leistung von 20 MW zu betreiben. Diese könnten jährlich etwa 0,4 TWh (Brutto) bzw. 0,3 TWh (Netto) an Strom und Wärme erzeugen und dadurch 141.000 t CO2eq einsparen. Dies entspricht 30 % der Einsparungen, die in der Region erreicht werden müssen.
Prognose des Sickerwasseraufkommens und der Sickerwasserqualität nach Abschluss der Abfallablagerung am Beispiel der Deponie Aßlar
(2010) Wolfgarten, Sebastian
Die Ermittlung der umweltgefährdenden Wirkung von Deponiesickerwasser zeigt diverse Möglichkeiten für einen ökonomischen und ökologischen Umgang mit Sickerwasseremissionen aus einem Deponiekörper auf. Ein Prognosemodell zur Schadentwicklung aus einer Kombination verschiedener Modellierungs-, Berechnungs- und Simulationsverfahren ermöglicht sowohl eine quantitative, als auch qualitative Abschätzung und Bewertung des aktuellen und zukünftigen Gefährdungspotenzials von Deponiesickerwasser und führt so zu einer Abschätzung der Dauer und Intensität der Nachsorgephase.Durch die umfangreiche Betrachtung der Schadstoffkonzentrationen zeigte sich am Beispiel der Deponie Aßlar in den Jahren 2005 bis 2008, dass lediglich die AOX-, CSB- und Stickstoffkonzentrationen regelmäßig die Grenzwerte nach Anhang 51 ABWV (2005) überschritten. Die Konzentrationsangaben alleine lassen aber noch keine Wertigkeit bezüglich des Belastungspotenzials und der Umweltgefährdung durch Deponiesickerwasser zu. Hierzu wurde zusätzlich eine fundierte Sickerwassermengenerfassung und modellierung nötig. Die Schadstoffkonzentrationen wurden zur Bewertung in ein Schadeinheitensystem umgerechnet, was eine gezielte Quantifizierung der primären Schadparameter und Schadstoffquellen ermöglichte. Die Ergebnisse der Schadeinheitenmodellierung führten zu einer Fokussierung auf die primären Schadparameter CSB und AOX und deren intermediäre Zusammenhänge. Durch Korrelations- und Regressionsberechnungen konnten, anhand von Parametern wie Abflussmenge, Niederschlag und elektrischer Leitfähigkeit, die Hauptbelastungen prognostiziert werden. Die mögliche quantitative und qualitative Bewertung der Schadstoffbelastungen durch die Anwendung des Schadeinheitenmodells bietet, neben einer eindeutigen Mengenerfassung der emittierten Schadstoffe, auch die Möglichkeit einen Bewertungsrahmen für die Gesetzgebung zu schaffen. Durch das Prinzip der Schadfrachtenregulierung als Bewertungsrahmen für Umweltemissionen wäre es möglich, den Verursacher von Schadbelastungen eindeutig zu identifizieren und zu quantifizieren. Je nach Deponieaufbau und Belastungspotenzialen der abgelagerten Abfälle kann das aufgezeigte Prognoseverfahren zur Entscheidungsfindung beim Umgang mit Deponiesickerwasser beitragen, indem es frühzeitig Tendenzen bei der Schadstoffbelastung und dessen Umweltgefährdung aufzeigt.
Prognose des Schwermetallhaushaltes von Landschaften mit dem Modell ATOMIS
(2010) Zörner, Dorit
Das Modell ATOMIS (Assessment Tool for Metals in Soils) prognostiziert für die Schwermetalle Ni, Cu, Zn und Cd landnutzungsabhängig den Schwermetallhaushalt in landwirtschaftlich genutzten Oberböden. In dieser Arbeit wurde das Modell anhand von Messdaten aus einer intensiv ackerbaulich genutzten Region validiert und die Unsicherheit der Modellergebnisse abgeschätzt. Im Rahmen der Validierung wurde der Oberboden von 24 unterschiedlich bewirtschafteten Ackerstandorten in der Wetterau (Hessen) beprobt und hinsichtlich der Schwermetallgehalte und charakteristischer Bodeneigenschaften analysiert. Für diese Standorte liegen langfristige Dokumentationen zur Flächenbewirtschaftung (Düngemitteleinsatz etc.) vor, welche als Eingangsdaten in der Modellierung mit ATOMIS berücksichtigt werden. Die Validierung erfolgte durch den Vergleich der simulierten Schwermetallgesamtgehalte am Ende des Bilanzierungszeitraumes mit den gemessenen Daten aus Königswasser-Extrakten. Des Weiteren wurden die Zwischenergebnisse der im Modell implementierten Pedotransferfunktionen geprüft. Hierbei wurde die simulierte sorbierte Schwermetallfraktion mit gemessenen EDTA-extrahierbaren Werten verglichen. Die berechneten Bodenlösungskonzentrationen wurden den Analyseergebnissen aus Ca(NO3)2-Extrakten gegenübergestellt. Die Validierungsergebnisse zeigen, dass das Modell ATOMIS die Schwermetallgesamt-gehalte für alle Elemente im Größenbereich der Messwerte der untersuchten Standorte berechnet. Dabei sind die Unsicherheiten der Modellergebnisse mit Variationskoeffizienten von < 10 % bei Cu und < 20 % bei Ni, Zn und Cd als niedrig einzuschätzen. Die modellierte Änderung der Schwermetallgesamtgehalte (Schwermetall-Akkumulation) im simulierten Zeitraum ist jedoch meist sehr gering und wird teilweise durch die Modellunsicherheiten überdeckt. Bei der Validierung der sorbierten und gelösten Schwermetallfraktion sind sehr hohe Unsicherheiten in der Bilanzierung mit ATOMIS festzustellen (insbesondere für Ni, Cu und Zn). Die potenziell austauschbaren Schwermetallgehalte werden durch das Modell zum Teil stark unterschätzt, insbesondere bei Ni. Dadurch werden auch die Bodenlösungskonzen-trationen und damit der Schwermetallaustrag aus dem Boden deutlich unterschätzt. Die Bilanzierung von Cd ergab dagegen für beide Fraktionen gute Ergebnisse und geringere Unsicherheiten.

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