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Im Rahmen der Globalisierung der Rohstoffmärkte, der Ausrichtung der Wirtschaft in Richtung Bioökonomie und der Energiewende gewinnt die Biomasse als Nahrungsmittel, Rohstoff und Energieträger für Deutschland zunehmend an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund wurde für Deutschland auf Basis der Außenhandelsstatistik ein Überblick über die derzeit mengen- und wertmäßig bedeutendsten Biomasseträger und deren Herkunftsländer erstellt, ausgehend von den Importen für das Jahr 2014.

Diese Studie zeigt Wege auf, wie Afrika sein Potenzial zur Sicherung der Versorgung mit Nahrungsmitteln für eine erschwingliche und gesunde Ernährung durch die nachhaltige Nutzung seiner eigenen Ressourcen ausschöpfen kann. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Investitionen, Zusammenarbeit und politischen Maßnahmen. Die hier vorgeschlagene Agenda ist langfristig angelegt, sollte aber bereits kurzfristig mit konkreten Maßnahmen eingeleitet werden.

In Deutschland müssen Biokraftstoffe nach der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung ab 2011 eine CO2eq-Einsparung gegenüber dem fossilen Vergleichskraftstoff (83,8 g CO2eq/MJKS /Richtlinie 98/70/EG/) von mindestens 35 % und in Anlagen, die nach dem 31.12.2016 in Betrieb gehen von 50 % im Jahr 2017 bzw. 60 % im Jahr 2018 aufweisen /Biokraft-NachV/. Die in dieser Arbeit betrachteten Anlagen zur Produktion von Biokraftstoffen (Rapsmethyles-ter, Bioethanol und Biomethan) halten die geforderte Einsparung für Neuanlagen nicht ein. Um die Emissionen gezielt zu senken, müssten somit neue Verfahren zum Einsatz kommen. Alternativ könnten thermochemisch erzeugte Kraftstoffe produziert und genutzt werden. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, anhand einer technischen, ökologischen und ökonomischen Analyse (Well-to-Wheel) zu bewerten, ob und unter welchen Bedingungen die thermochemische Produktion von Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin, Wasserstoff (H2) und Substitute Natural Gas (SNG) die genannten Ziele einhält. Es werden dabei vier verschiedene Verfahren (Schnellpyrolyse bzw. Torrefizierung mit Flugstromvergaser, CHOREN Carbo-V®-Vergaser, Absorption Enhanced Reforming (AER-) Vergaser) betrachtet, in denen neben Reststoffen wie Winterweizenstroh und Waldrestholz noch Weiden aus Kurzumtriebs-plantagen eingesetzt werden. Die technische Analyse hat gezeigt, dass auf gegenwärtigem Stand der Technik (2010) zwei und im Jahr 2050 sechs Anlagen stromautark betrieben werden können. Der energetische Nutzungsgrad der Verfahren beläuft sich dabei auf 41,5 (Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin) bis 59,4 % (H2). Weiterhin wurde festgestellt, dass heute (2010) fast alle thermochemisch erzeugten Kraftstoffe die gesetzlich geforderte CO2eq-Einsparung von 60 % bereits einhalten. Ausge-nommen hiervon ist die H2-Produktion aus Weiden aus Kurzumtriebsplantagen in dezentralen bzw. zentralen Schnellpyrolysen sowie in einer dezentralen Torrefizierung mit Flugstromver-gaser. Im Jahr 2050 wird die geforderte CO2eq-Einsparung von allen ...

Die vorliegende kummulative Dissertation bewertert in 5 Teilkapiteln die Nachhaltigkeit der Biogasproduktion in Deutschland. Ein besonderer Fokus wird dabei auf den Einsatz von Zuckerrüben und Grünlandaufwuchs in der Biogasproduktion und die Gärrestverwertung gelegt. Kapitel 2 stellt einen methodischen Ansatz zur interregionalen Verbringung von Gärresten vor. Dabei dient als Bezugsebene eine Gemeinde. Mit Hilfe eines Verteilalgorithmus werden Nährstoffe, den Regelungen einer verschärften Düngeverordnung folgend, auf umliegende Gemeinde verteilt. Als Untersuchungsregion werden die Bundesländer Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen betrachtet. Es zeigt sich, dass zukünftig mit stark erhöhten Nährstoffverbringungskosten zu rechnen ist. Kapitel 3 erweitert die vorgestellte Transportkostenmodellierung um Experteninterviews zu zukünftig zu erwartenden Verbringungskosten und erweitert die Betrachtungsweise um schweinehaltende landwirtschaftliche Betriebe, die ebenso mit steigenden Nährstoffverbringungskosten im Zuge des neuen Düngefachrechts konfrontiert sind. Kapitel 4 lenkt den Fokus auf eine regionalisierte Modellierung des Substrateinsatzes in der Biogasproduktion in Deutschland. Es wird hierzu ein Modellansatz vorgestellt, der nahezu 8.000 Biogasanlagen mit Standort- und Leistungsangaben verarbeitet. Mit Hilfe eines linearen Optimierungsansatzes wird die Substratwahl im Hinblick auf regionalisierte Substratbereitstellungskosten anlagenindividuell optimiert. Anschließend werden auf Basis der Substratzusammensetzung Treibhausgasemissionen der Stromproduktion berechnet. Kapitel 5 erweitert den Modellansatz um eine Energiebilanzierung und bewertet die Zuckerrübe als Energiepflanze in der Biogasproduktion unter Zuhilfenahme von Szenariorechnungen. Die Modellierung zeigt, dass Silomais mit Abstand das ökonomisch und ökologisch vorzüglichste Substrat darstellt. Die Berechnung der Treibhausgasemissionen zeigt, dass Strom aus Biogas mit rund 160 kg CO2eq je kWh deutlich unter den Emissionen des gegewärtigen Stromix liegt. ...

Wir unternehmen mit diesem Werk den Versuch einen Teil der Komplexität des Themas anhand des Knowhows der beitragenden Autoren aus verschiedenen Disziplinen zu vereinen, um nicht nur Neugier des Lesenden zu wecken, sondern auch und um über das Thema Digitalisierung aufzuklären. Dabei besteht das Kompendium aus vier Teilen, die verschieden Herausforderungen der Digitalisierung beleuchten und systematische Einschätzungen sowie mögliche Lösungskonzepte präsentieren, die es aus Unternehmensperspektive zu beachten gibt. Das gesamte Werk stellt nur einen kleinen Teil dieser Herausforderungen dar, thematisiert – unserer Meinung nach – aber besonders relevante: Beitrag 1: Im ersten Beitrag besprechen wir die allgemeine als auch die energiewirtschaftlich geprägte Definitionen von Digitalisierung und beschäftigen uns überdies mit energierelevante Daten, deren Beschaffung und Zugang sowie mögliche datenbasierte Mehrwerte. Beitrag 2: Im zweiten Beitrag wurde der Fokus auf IT‐Management in Energieversorgungsunternehmen gelegt. Es geht um die strukturierte Vorgehensweise digitaler Transformationsprozesse, um einerseits das bestehendes Geschäft adäquat mit IT unterstützen und andererseits durch IT gebotenen Möglichkeiten Potenziale für neue Geschäftsmodelle zu identifizieren und auszuschöpfen. Beitrag 3: Der dritte Beitrag gibt einen Überblick über die rechtlichen Rahmenbedingungen von Betreibern kritischer Infrastruktur (KRITIS) und deren Auswirkungen auf die IT‐Sicherheit am Beispiel der Energiewirtschaft. Zum einen wird die derzeitige Sicherheitslage bewertet und zum anderen wird abschätzt, wie durchgängig das Sicherheitsniveau, im Rahmen der steigenden dezentralen Energieerzeugung und zunehmenden Digitalisierung mit intelligenten Technologien, ist. Beitrag 4: Der vierte Beitrag zeigt die praktische Anwendung von Gefährdungsszenarien in der Systementwicklung. Dafür wurde der Anwendungsfall virtuelles Kraftwerke im Rahmen einer Überlastsituation identifiziert und standardisiert erfasst. Auf dieser Basis wurden drei verschiedene Gefährdungsszenarien erfasst und analysiert, so dass systematisch verletzte Schutzziele und Sicherheitsanforderungen identifiziert werden konnten, die dann in einem zu implementierenden System als konkrete Sicherheitsmaßnahmen umgesetzt werden sollten. With this work, we are attempting to unite part of the complexity of the topic based on the expertise of the contributing authors from various disciplines, not only to arouse the reader's curiosity, but also to educate him or her about the topic of digitization. The compendium consists of four parts that highlight the various challenges of digitization and present systematic assessments and possible solution concepts that need to be considered from a corporate perspective. The entire work represents only a small part of these challenges, but - in our opinion - addresses particularly relevant ones: Contribution 1: In the first contribution, we discuss the general as well as energy industry definitions of digitalization and furthermore deal with energy-relevant data, its procurement and access as well as possible data-based added values. Contribution 2: The second contribution focuses on IT management in energy supply companies. It is about the structured approach of digital transformation processes to adequately support the existing business with IT on the one hand and to identify and exploit potentials for new business models offered by IT on the other hand. Contribution 3: The third contribution provides an overview of the legal framework for operators of critical infrastructure (KRITIS) and its impact on IT security using the example of the energy industry. On the one hand, the current security situation is assessed, and on the other hand, it is estimated how consistently the security level will be improved in the context of the increasing decentralized energy generation and increasing digitalization with intelligent technologies. Contribution 4: The fourth contribution shows the practical application of threat scenarios in system development. For this purpose, the use case of virtual power plants in the context of an overload situation was identified and recorded in a standardized way. On this basis, three different hazard scenarios were recorded and analyzed so that systematically violated protection goals and safety requirements could be identified, which were then to be implemented as concrete safety measures in a system to be implemented.

Schriftenreihe / ETH Zürich, Institut für Agrarwirtschaft, 1998 (6)

Gegenwärtig werden in gewerblichen Holzfeuerungsanlagen beim Verbrennen von naturbelassenem Holz NOx-Werte < 200 mg/m³ und Partikelkonzentrationen < 50 mg/m³ erreicht. Mit Brennstoffen aus der Holzwerkstoffbearbeitung, wie sie insbesondere in holzbe- und -verarbeitenden Betrieben anfallen, können die NOx-Konzentrationen bis zu 1000 mg/m³ und die Partikelkonzentrationen bis zu 500 mg/m³ erreichen. In dieser Arbeit wurde ein neues Feuerungskonzept zur Verbesserung des Partikelausbrandes und der gleichzeitigen feuerungsseitigen NOx-Minderung entwickelt und getestet. Ausgehend vom Stand der Technik, einer modernen geregelten Unterschubfeuerung, wurde zunächst durch einen räumlich geteilten Feuerraum eine gestufte Verbrennung realisiert. Die Ausbrandzone dieser zweistufigen Feuerung wurde dabei so gestaltet, dass sie aufgrund der dortigen Strömungsführung gleichzeitig als Partikelabscheider wirkt. D.h. grobe Partikel werden im heißen Teil des Feuerraumes abgeschieden und können dort ausgebrannt werden. In einem weiteren Schritt wurde der Primärteil des Feuerraumes durch Vergrößerung und Gasrückführung dahingehend umgestaltet, dass die notwendigen Bedingungen zur feuerungsseitigen NOx-Minderung erfüllt wurden. Beim Test des entwickelten Feuerungskonzeptes wurde im kontinuierlichen Lastbetrieb mit beschichteten Spanplatten (N-Gehalt 4,3 %) eine mittlere NOx-Konzentration von ca. 450 mg/m³ gemessen, was gegenüber einer konventionellen Unterschubfeuerung eine NOx-Minderung um ca. 40 % darstellt. Die mittlere CO-Konzentration betrug 30 mg/m³ und die Partikelkonzentrationen lagen ohne nachgeschalteten Staubabscheider deutlich unter 50 mg/m³. Grundsätzlich können durch feuerungsseitige Maßnahmen die Emissionen bei der Verbrennung, besonders bei schwierigen Brennstoffen, gegenüber konventioneller Technik deutlich vermindert werden. Die Wirksamkeit feuerungsseitiger Maßnahmen hängt entscheidend von den dafür notwendigen Bedingungen im Feuerraum ab, woraus sich erhöhte Anforderungen an Mess- und Regeltechnik der ...

Since the establishment of the activited sludge process in everyday life, we are constantly in search of new solutions to optimize the biologic process of sewage purification in a sustinable and economic way. The application of ultrasonic sound, which is investigated in this thesis, manifests itself as a qualified technique. After the influence of ultrasound an optimal morphological modification in the flake structure is achieved and the microbial activity in the activated sludge is enhaced. Furthermore, we can observe a reduction of the excess biomass by pro-rata dissolution of the activated sludge. Seit der Etablierung des Belebtschlammverfahens im Alltag ist man auf der Suche nach neuen Lösungen um den biologischen Prozess der Abwasserreinigung nachhaltig und wirtschaftlich zu optimieren. Der in dieser Arbeit untersuchte Einsatz des Ultraschalls zeigte sich als geeignete Technik. Nach der Ultraschalleinwirkung werden optimale morphologische Veränderungen in der Flockenstruktur erreicht, infolge dessen wird die mikrobielle Aktivität im Belebtschlamm gesteigert. Darüber hinaus durch Auflösung eines Teils des Belebtschlammes wird eine Verringerung der überschüssigen Biomasse beobachtet.

Aufgrund der Anforderungen und Ziele der EU und Deutschlands am Ausbau regenerativer Energiequellen wird der Anteil der Energieerzeugung aus Biomasse in den nächsten Jahren deutlich zunehmen. Damit ist auch die Forderung nach einer kontinuierlichen Effizienzsteigerung der Biogasanlagen verbunden. Das entspricht einer verbesserten energetischen Ausnutzung der eingesetzten Substrate und der gezielten Ausschöpfung des technischen Potenzials von Biogasanlagen. Flüchtige Fettsäuren wie Essig- und Propionsäure sind Zwischenprodukte, die im Verlauf des vierstufigen anaeroben Abbauprozesses entstehen. Sie sind als Indikatoren für eine sichere Funktion der biologischen Prozessabläufe und für die Stabilität des Verfahrens nutzbar. Da die Bestimmung der Konzentrationen an Fettsäuren im Biogasfermenter bisher nur nach Probenahme und chemischer Analyse der Substrate mittels Gas-Chromatographie möglich war, könnte durch eine Online-Datenerfassung über die Nah-Infrarot-Reflexionsspektroskopie (NIRS) eine wesentliche Verbesserung des Betriebes von Biogasanlagen bis hin zu einer Regelung ermöglicht werden. Dies wurde im Rahmen der ?Zukunftsoffensive IV ? Bio-energie-Forschungsplattform Baden-Württemberg? in einem durch das Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg finanzierten Forschungsprojektes untersucht. Die Kalibration eines NIR-Messsystems auf den Gehalt an flüchtigen Fettsäuren erfolgte im Rahmen dieser Arbeit an zwei semikontinuierlich betriebenen, halbtechnischen Biogasfermentern (mesophile und thermophile Betriebsweise. Es wurde jeweils ein NIR-Sensor pro Fermenter auf Essig- und Propionsäure, sowie auf das Gesamtsäureäquivalent kalibriert. Im Forschungsvorhaben konnten drei größere Versuchsabschnitte realisiert werden, die in der vorliegenden Arbeit in Form von referierten Artikeln repräsentiert sind. ; Due to the EU?s and Germany?s political goals of expanding the use of renewable energy sources, the utilization of biomass for energy supply is expected to continue growing in the coming ...

Zur Monofermentation des in Rührkesselreaktoren problematischen Substrates Grassilage wurden an der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie der Universität Hohenheim Laboruntersu-chungen an einem zweiphasigen Biogasverfahren, bestehend aus einem diskontinuierlich beschick-ten Perkolationsfermenter und einem Festbettmethanreaktor, durchgeführt. Das Ziel war es die relevanten Betriebsparameter zu identifizieren und zu optimieren um festzustel-len, ob dieses Verfahren eine mögliche Alternative zu den bisher in der Praxis angewandten Ver-fahren darstellt. An der aus fünf Reaktorpaaren bestehenden Versuchsbiogasanlage wurden dazu unter anderem die Auswirkungen der variierten Parameter auf den Methanertrag und dessen Verteilung auf die Prozessphasen, den Abbaugrad und die CSB-Ausbeute aus den Perkolationsfermentern betrach-tet. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Trennung der beiden Prozessphasen verbessert werden kann, je mehr und je öfter Perkolat zwischen den Phasen ausgetauscht wird. Die Untersu-chung der Perkolationsfermentertemperatur ergab die schnellste und höchste Methanbildung in der zweiphasigen Biogasanlage bei einer Temperatur von 55 °C. Bei der Verwendung unterschiedlicher Substrate wurde ein individuelles Gärverhalten beobachtet, das sich vor allem auf die Trennschärfe des Prozesses auswirkte. Insgesamt zeigte sich bei den Versuchen ein stabiles Gärverhalten und bei einer optimierten Betriebsweise der Anlage wurden Methanerträge wie in einphasigen Refe-renzsystemen erreicht. Die Verweilzeit für einen Kilogramm organische Trockensubstanz betrug dabei jedoch nur noch etwa 25 Tage. Es wurde die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens nachgewiesen und eine wesentliche Grundlage für den Betrieb und die Optimierung von diskontinuierlichen zweiphasigen Biogasanlagen mit Per-kolationsfermenter und Festbettreaktor geschaffen. ; The anaerobic digestion of grass silage as a single substrate, which is a problematic substrate in CSTR digesters, was researched at the State Institute of Agricultural ...