Biomasse als erneuerbarer Energieträger: eine technische, ökologische und ökonomische Analyse im Kontext der übrigen erneuerbaren Energien
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| Previous Title: | Hartmann, Hans Die Stellung der Biomasse im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energieträgern aus ökologischer, ökonomischer und technischer Sicht |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Münster
Landwirtschaftsverl.
2002
|
| Edition: | 2. Aufl., vollst. Neubearb. |
| Series: | Schriftenreihe Nachwachsende Rohstoffe
3 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 692 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 3784331971 |
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Titel: Biomasse als erneuerbarer Energieträger
Autor: Hartmann, Hans
Jahr: 2002
Inhalt
Inhalt
1 Einleitung und Zielsetzung.11
Hans Hartmann, Martin Kaltschmitt
1.1 Ausgangslage und Zielstellung.11
1.2 Energiesystem Deutschland.16
1.2.1 Energiewirtschaftliche Grundbegriffe und Definitionen. 16
1.2.2 Energieverbrauch, Verbrauchstruktur und Ressourcen. 20
1.3 Definitionen und Referenzsysteme.24
1.3.1 Versorgungsaufgaben.24
1.3.2 Konventionelle Vergleichssysteme
(fossile Referenzanlagen).27
2 Grundlagen des erneuerbaren Energieangebots.32
Martin Kaltschmitt, Iris Lewandowski
2.1 Energiequellen und globale Energiebilanz.32
2.2 Regeneratives Energieangebot.40
2.2.1 Biomasse.40
2.2.2 Solarstrahlung.49
2.2.3 Windenergie.53
2.2.4 Wasserkraft.61
2.2.5 Umgebungswärme.67
2.2.6 Erdwärme.69
3 Techniken und Verfahren.74
3.1 Biomassebereitstellung und Nutzung.74
Hans Hartmann
3.1.1 Bereitstellung von Festbrennstoffen.75
3.1.1.1 Durchforstungs-und Waldrestholz.76
3.1.1.2 Holznebenprodukte und Holzabfälle.81
3.1.1.3 Schnellwachsende Baumarten
(Kurzumtriebsplantagen).83
3.1.1.4 Stroh.87
3.1.1.5 Getreideganzpflanzen.89
3.1.1.6 Miscanthus.93
Biomasse als erneuerbarer Energieträger
3.1.2 Nachernteverfahren bei Festbrennstoffen.97
3.1.2.1 Aufbereitung.97
3.1.2.2 Transport.104
3.1.2.3 Lagerung und Trocknung.106
3.1.3 Bereitstellung und Gewinnung biogener Kraftstoffe.113
3.1.3.1 Ölgewinnung.114
3.1.3.2 Weiterverarbeitung zu Kraftstoffen.116
3.1.4 Ethanolerzeugung.118
3.1.4.1 Rohstoffe.118
3.1.4.2 Ethanolherstellung.121
3.1.5 Biogaserzeugung.123
3.1.5.1 Prozesskenndaten und Einflussgrößen.123
3.1.5.2 Verfahrenstechnik.124
3.1.6 Energetische Umwandlung von Festbrennstoffen.130
3.1.6.1 Brennstoffeigenschaften.130
3.1.6.2 Verbrennung.137
3.1.6.3 Vergasung.158
3.1.6.4 Pyrolyse und Verkohlung.166
3.1.7 Energetische Umwandlung von biogenen Kraftstoffen. 171
3.1.7.1 Kraftstoffeigenschaften.171
3.1.7.2 Nutzung als Kraftstoff.174
3.1.7.3 Nutzung als Brennstoff.179
3.1.8 Energetische Umwandlung von Biogas.180
3.1.8.1 Gaseigenschaften.180
3.1.8.2 Gasnutzung.181
3.2 Solarthermische Wärmenutzung.184
Martin Kaltschmitt
3.2.1 Systemtechnische Beschreibung.184
3.2.2 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche.191
3.3 Photovoltaische Stromerzeugung.197
Martin Kaltschmitt
3.3.1 Systemtechnische Beschreibung.197
3.3.2 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche.204
3.4 Windkraftnutzung.207
Martin Kaltschmitt
3.4.1 Systemtechnische Beschreibung.207
3.4.2 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche.213
Inhalt
3.5 Wasserkraftnutzung.216
Martin Kaltschmitt
3.5.1 Systemtechnische Beschreibung.216
3.5.2 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche.223
3.6 Nutzung der Umgebungswärme.225
Martin Kaltschmitt
3.6.1 Systemtechnische Beschreibung.225
3.6.2 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche.232
3.7 Geothermische Erdwärmenutzung.236
Martin Kaltschmitt, Silke Rogge
3.7.1 Systemtechnische Beschreibung hydrothermaler
Erdwärmenutzung.236
3.7.2 Systemtechnische Beschreibung tiefer Sonden.242
3.7.3 Systemtechnische Beschreibung der
Erdwärmenutzung durch HDR-Technologie.244
3.7.4 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche
hydrothermaler Erdwärmenutzung.246
3.7.5 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche
tiefer Sonden.247
3.7.6 Anlagenkonzepte und Anwendungsbereiche
der HDR-Technologie.248
3.8 Zusammenfassende Gegenüberstellung.249
Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann
Ökologische Analyse (I) - Lebenszyklusbetrachtungen.255
Johannes Moerschner, Torsten Marheinke, Ludger Eltrop
4.1 Methodische Grundlagen.255
4.2 Biomassenutzung.264
4.2.1 Biogene Festbrennstoffe zur Wärmebereitstellung.264
4.2.2 Biogene Festbrennstoffe zur Strombereitstellung.282
4.2.3 Biogene Kraftstoffe.286
4.2.4 Biogas.294
4.3 Solarthermische Wärmenutzung.298
4.4 Photovoltaische Stromerzeugung.307
4.5 Windenergienutzung.310
4.6 Wasserkraftnutzung.313
4.7 Nutzung von Umgebungswärme.317
Biomasse als erneuerbarer Energieträger
4.8 Hydrothermale Erdwärmenutzung.319
4.9 Zusammenfassende Gegenüberstellung.325
4.9.1 Bereitstellung thermischer Energie.325
4.9.2 Bereitstellung und Nutzung von biogenen Kraftstoffen 339
4.9.3 Bereitstellung elektrischer Energie.341
4.9.4 Kritische Schlussbemerkungen.351
5 Ökologische Analyse (II) - lokale Umwelteffekte.353
5.1 Vorbemerkungen.353
Hans Hartmann
5.1.1 Allgemeines.353
5.1.2 Gasförmige Emissionen.355
5.2 Biomasse-Brennstoffe.358
5.2.1 Rohstoffproduktion (Anbau).359
Hans Hartmann, Achim Weiske
5.2.1.1 Erosion.359
5.2.1.2 Bodenverdichtung.362
5.2.1.3 Humuserhalt.364
5.2.1.4 Beitrag zur Gülleverwertung.365
5.2.1.5 Toleranz gegenüber Unkräutern, Ungräsern
und Krankheiten.366
5.2.1.6 Pflanzenschutzmittelanwendung.367
5.2.1.7 Biodiversität.368
5.2.1.8 Nährstoffeintrag in Grundwasser
und Gewässer.370
5.2.1.9 N2O-Emissionen.372
5.2.1.10 Beitrag zur Kulturlandschaft und
zum Erholungswert.374
5.2.1.11 Wasserverbrauch.375
5.2.1.12 Spezifischer Flächenbedarf.377
5.2.1.13 Spezifischer Stickstoffbedarf.378
5.2.2 Nachernteverfahren.379
Hans Hartmann, Sven Schneider, Achim Weise
5.2.2.1 Transport.380
5.2.2.2 Lagerung.381
5.2.2.3 Aufbereitung und Handhabung.385
Inhalt
5.2.3 Energetische Umwandlung (Festbrennstoffe).386
Hans Hartmann, Sven Schneider
5.2.3.1 Bedeutung der Emissionsparameter und
ihre Wirkungen.387
5.2.3.2 Emissionsrelevante Brennstoffinhaltsstoffe.395
5.2.3.3 Vergleich der Emissionen
von Feuerungsanlagen.400
5.2.3.4 Verbrennungsrückstände (Aschen, Schlacken) .414
5.2.4 Gewinnung und Verwertung von Biokraftstoffen.420
Hans Hartmann, Nicolle Fröhlich
5.2.4.1 Umweltaspekte der Gewinnung
bzw. Aufbereitung.420
5.2.4.2 Gewässergefährdung durch den Kraftstoff.424
5.2.4.3 Biologische Abbaubarkeit.426
5.2.4.4 Explosionsrisiken.427
5.2.4.5 Schadstoffemission bei
der Kraftstoffverwertung.428
5.2.4.6 Geruchsbelästigung.439
5.2.5 Biogaserzeugung und -nutzung.440
Sven Schneider, Hans Hartmann
5.2.6 Zusammenfassung der lokalen Umwelteffekte
von Biomasse.445
Hans Hartmann
5.3 Solarthermische Wärmebereitstellung.452
Sven Schneider, Martin Kaltschmitt
5.4 Photovoltaische Stromerzeugung.454
Sven Schneider, Martin Kaltschmitt
5.5 Windtechnische Stromerzeugung.458
Sven Schneider, Martin Kaltschmitt
5.6 Stromerzeugung aus Wasserkraft.465
Sven Schneider, Martin Kaltschmitt
5.7 Nutzung der Umgebungswärme.470
Sven Schneider, Martin Kaltschmitt
5.8 Nutzung der Geothermie.475
Sven Schneider, Martin Kaltschmitt
5.8.1 Hydrothermale Erdwärmenutzung.475
5.8.2 Tiefe Erdwärmesonden.478
5.8.3 Technik der geothermischen Stromerzeugung.480
Biomasse als erneuerbarer Energieträger
5.9 Zusammenfassende Gegenüberstellung.482
Hans Hartmann, Martin Kaltschmttt
6 Ökonomische Analyse.484
6.1 Grundlagen der Kostenanalyse.484
Hans Hartmann
6.2 Kosten der Energiegewinnung aus Biomasse.486
Hans Hartmann
6.2.1 Datenbasis und Grundannahmen.486
6.2.2 Bereitstellungskosten für Festbrennstoffe.492
6.2.2.1 Waldhackguterzeugung.492
6.2.2.2 Kurzumtriebsplantagenholz (Pappeln).495
6.2.2.3 Getreidestroh.497
6.2.2.4 Getreide-Ganzpflanzen (Triticale).498
6.2.2.5 Miscanthus.500
6.2.2.6 Preise marktgängiger biogener Fest-
brennstoffe (Scheitholz und Pellets).502
6.2.3 Bereitstellungskosten für biogene Kraftstoffe.503
6.2.3.1 Rapserzeugung und Pflanzenölbereitstellung. 503
6.2.3.2 Rapsölmethylester.505
6.2.3.3 Bioethanol.507
6.2.4 Wärmebereitstellungskosten mit Festbrennstoffen.508
6.2.4.1 Wärmebereitstellung in Kleinanlagen.509
6.2.4.2 Wärmebereitstellung in Heizwerken
und Nahwärmesystemen.514
6.2.5 Strombereitstellungskosten aus Festbrennstoffen.522
6.2.6 Kosten der Biogasgewinnung und Nutzung.523
6.3 Kosten der solarthermischen Wärmenutzung.527
Sven Schneider
6.4 Kosten der photovoltaischen Stromerzeugung.531
Sven Schneider
6.5 Kosten der Windenergienutzung.534
Sven Schneider
6.6 Kosten der Wasserkraftnutzung.539
Sven Schneider
Inhalt
6.7 Kosten der Erdwärmenutzung.541
Gerd Schröder, Silke Rogge
6.7.1 Oberflächennahe Erdwärmenutzung.541
6.7.2 Hydrothermale Erdwärmenutzung.544
6.7.3 Erdwärmenutzung mit tiefen Sonden.547
6.7.4 Erdwärmenutzung mit HDR-Technik.550
6.8 Zusammenfassende Gegenüberstellung.554
Hans Hartmann
6.8.1 Bereitstellungskosten für Brenn- und Kraftstoffe.554
6.8.2 Wärmegestehungskosten.556
6.8.3 Stromerzeugungskosten.560
7 Potenziale und Nutzung.564
Sven Schneider, Martin Kaltschmitt
7.1 Grundlagen der Potenzialabschätzung.564
7.2 Biomasse.567
7.2.1 Potenziale von Rückständen, Nebenprodukten
und Abfällen.567
7.2.1.1 Stroh.567
7.2.1.2 Forstliche Rückstände, Nebenprodukte
und Abfälle.572
7.2.1.3 Industrierestholz.578
7.2.1.4 Landschaftspflegeholz und andere Hölzer.581
7.2.1.5 Gebrauchtholz.582
7.2.1.6 Biogas.584
7.2.1.7 Klärgas.595
7.2.1.8 Deponiegas.597
7.2.1.9 Zusammenfassung.599
7.2.2 Energiepflanzen.601
7.2.2.1 Pflanzenölgewinnung.602
7.2.2.2 Festbrennstoffgewinnung.602
7.2.2.3 Biogasgewinnung.603
7.2.2.4 Zusammenfassung.604
7.2.3 Derzeitige Nutzung.605
7.3 Solarthermische Wärmenutzung.609
7.3.1 Potenzial.609
7.3.2 Derzeitige Nutzung.614
Biomasse als erneuerbarer Energieträger
7A Photovoltaische Stromerzeugung.615
7.4.1 Potenzial.616
7.4.2 Derzeitige Nutzung.619
7.5 Windenergienutzung.620
7.5.1 Potenzial.620
7.5.2 Derzeitige Nutzung.625
7.6 Wasserkraftnutzung.626
7.6.1 Potenziale.626
7.6.2 Derzeitige Nutzung.628
7.7 Nutzung der Umgebungswärme.629
7.7.1 Potenziale.629
7.7.2 Derzeitige Nutzung.631
7.8 Erdwärmenutzung.633
7.8.1 Potenziale.633
7.8.1.1 Tiefe Erdwärmesonden.633
7.8.1.2 Hydrothermale Erdwärmenutzung.635
7.8.1.3 HDR-Technik.638
7.8.2 Derzeitige Nutzung.640
7.9 Zusammenfassende Gegenüberstellung.642
7.9.1 Stromerzeugung.643
7.9.2 Wärme.645
7.9.3 Primärenergie.648
8 Gesamtzusammenfassung.649
Hans Hartmann, Martin Kaltschmitt
9 Quellenverzeichnis.659
Energieeinheiten und Umrechnungsfaktoren.692
10 |
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