Methode zur integrierten Bewertung von Prozessketten am Beispiel der Ethanolerzeugung aus Biomasse:
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Herrsching
E & M, Energie- und Management-Verl.-Ges.
2006
|
| Edition: | 1. Aufl. |
| Series: | IfE-Schriftenreihe
51 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 138 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3933283434 |
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|---|---|
| adam_text | Inhalt
1 EINFÜHRUNG........................................................................................................................1
2 DEFINITIONEN UND METHODEN........................................................................................4
2.1 Bilanzierungsgrößen und -instrumente..............................................................................4
2.1.1 Prozesskettenanalyse...............................................................................................4
2.1.2 Energiekennzahlen...................................................................................................7
2.1.3 Emissionen................................................................................................................9
2.1.4 Kosten.....................................................................................................................10
2.1.5 Flächeneffizienz......................................................................................................11
2.1.6 Flächenverfügbarkeit...............................................................................................13
2.2 Eigenschaften untersuchter Kraftstoffe...........................................................................16
2.3 Optimierung und Erweiterung bestehender Bewertungsverfahren...............................18
2.3.1 Zielproduktorientierte Methode...............................................................................18
2.3.2 Allokationsmethode.................................................................................................19
2.3.3 Quantitative Methode..............................................................................................20
2.3.4 Gutschriftenmethode...............................................................................................21
2.3.5 Substitutionsmethode..............................................................................................21
2.3.6 Optimiertes Bewertungsverfahren: Integrierte Substitutionsmethode.....................24
3 GANZHEITLICHE ANALYSE DER EINZELPROZESSE UND PROZESSKETTEN ZUR
ETHANOLERZEUGUNG.....................................................................................................27
3.1 Biogene Ausgangsprodukte zur Ethanolerzeugung.......................................................28
3.1.1 Auswahl der Rohstoffe............................................................................................28
3.1.2 Eigenschaften untersuchter Rohstoffe....................................................................30
3.1.3 Erzeugung auf Acker- und Grünlandflächen...........................................................33
3.1.4 Bereitstellung von Reststoffen................................................................................38
3.2 Lagerung und Transport der Rohstoffe............................................................................39
3.3 Verfahren zur Erzeugung von Ethanol.............................................................................41
3.3.1 Ethanol aus zuckerhaltiger Biomasse.....................................................................42
3.3.2 Ethanol aus stärkehaltiger Biomasse......................................................................49
3.3.3 Ethanol aus Lignocellulose.....................................................................................59
3.3.4 Veresterung zu ETBE.............................................................................................75
3.4 Transport, Verteilung und Einsatzmöglichkeiten der Kraftstoffe..................................76
3.5 Nutzungsoptionen von Ethanol und Kuppelprodukten..................................................80
3.5.1 Auswahl und Bewertung geeigneter Substitute......................................................80
3.5.2 Marktaufnahmefähigkeit für Ethanol und die Kuppelprodukte................................82
3.6 Zusammenfassung zu Prozessketten...............................................................................88
Inhalt
4 VERGLEICH DER BEWERTUNGSVERFAHREN...............................................................91
4.1 Einfluss auf den KEA und den KNRA...............................................................................91
4.2 Einfluss der Variation der Kuppelproduktnutzung..........................................................93
4.3 Abhängigkeit der Stabilität bei zunehmender Kuppelproduktmenge............................94
4.4 Sensitivität bei variablen Eingangsdaten.........................................................................95
4.5 Einsatzbereiche für die Bewertungsverfahren................................................................97
5 VERGLEICH DER PROZESSKETTEN................................................................................99
5.1 Energie.................................................................................................................................99
5.2 Emissionen........................................................................................................................102
5.2.1 Treibhausgasemissionen......................................................................................103
5.2.2 Auswahl umweltrelevanter und toxischer Emissionen..........................................103
5.3 Kosten................................................................................................................................105
5.3.1 Ethanolkosten.......................................................................................................105
5.3.2 Ökonomische Betrachtung der Treibhausgasvermeidung....................................106
5.4 Potenzialbetrachtungen...................................................................................................108
5.4.1 Flächenpotenziale.................................................................................................109
5.4.2 Biomassepotenzial................................................................................................113
5.4.3 Potenzial der Kraftstofferzeugung.........................................................................117
5.4.4 Potenzial zur Primärenergievermeidung...............................................................119
5.4.5 Potenzial zur Treibhausgasvermeidung................................................................122
5.4.6 Zielkonflikte der Optimierungsansätze..................................................................124
5.5 Nachhaltige Entwicklung.................................................................................................125
5.6 Überblick über weitere biogene Kraftstoffe...................................................................126
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK.........................................................................131
7 QUELLENVERZEICHNIS..................................................................................................134
Bildverzeichnis V
Bild 1.1: Ethanolweltmarkt 2001 im Vergleich zum europäischen Markt.................................2
Bild 1.2: Fließschema zur Struktur der Arbeit..........................................................................3
Bild 2.1: Darstellung einer Prozesskette am Beispiel „Bereitstellung von Biomasse aus
Waldrestholz .............................................................................................................5
Bild 2.2: Schema eines Energieflussbildes und der verwendeten Größen..............................6
Bild 2.3: Entwicklung des EF in Abhängigkeit vom KNRA.......................................................9
Bild 2.4: Methodik zur Bestimmung verfügbarer Flächen für die energetische Nutzung.......14
Bild 2.5: Berechnung der Zusatzfläche aufgrund der Futtermittelsubstitution durch
Kuppelprodukte der Ethanolerzeugung....................................................................16
Bild 2.6: Substitutionsmethode bei Unterscheidung nach Ziel- und Nebenprodukten...........23
Bild 2.7: Integrierte Substitutionsmethode bei neutraler Bewertung aller Produkte...............25
Bild 3.1: Prozesse und deren Verknüpfung bei der Ethanolbereitstellung.............................27
Bild 3.2: Energiebilanz des Zuckerrübenanbaus....................................................................38
Bild 3.3: Energiebilanz des Transports und der Lagerung von Energiemais.........................40
Bild 3.4: Verfahrensschemazur Ethanolerzeugung aus Zuckerrüben...................................42
Bild 3.5: Großtechnische Ethanolgewinnung aus Zuckerrüben mit Vinasseproduktion.........48
Bild 3.6: Großtechnische Ethanolgewinnung aus Zuckerrüben mit Biogasnutzung...............48
Bild 3.7: Verfahrensschema zur Ethanolerzeugung aus Getreide nach dem Trocken-
mahlverfahren ..........................................................................................................50
Bild 3.8: Prozessschema beim Nassmahlverfahren...............................................................52
Bild 3.9: Prozessablauf bei der Einbindung einer Biogasproduktion am Beispiel des
Nassmahlverfahrens................................................................................................53
Bild 3.10: Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Winterweizen
nach dem Trockenmahlverfahren ohne Biogasnutzung...........................................58
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Winterweizen
nach dem Nassmahlverfahren ohne Biogasnutzung...............................................58
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Winterweizen
nach dem Trockenmahlverfahren mit Biogasnutzung..............................................59
Verfahrenskombinationen zur Ethanolerzeugung aus Lignocellulose.....................64
Ethanolerzeugung mit starksaurer Totalhydrolyse und Hefefermentation
(Verfahren nach Arkenol).........................................................................................66
Schwachsaure Teilhydrolyse mit enzymatischer Verzuckerung und rek. E.Coli-
Fermentation (Verfahren nach NREL).....................................................................67
Dampfexplosionsaufschluss mit enzymatischer Hydrolyse und Hefe-Fermen-
tation (Verfahren nach logen)..................................................................................69
Heißwasseraufschluss mit enzymatischer Verzuckerung und Hefefermentation
(Verfahren nach ATZ)..............................................................................................70
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Maisstroh
mittels Verfahren nach NREL...................................................................................74
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Maisstroh
mittels Verfahren nach Arkenol................................................................................75
Bild 3.11
Bild 3 .12
Bild 3 .13:
Bild 3 .14:
Bild 3. ,15:
Bild 3. 16:
Bild 3.17:
Bild 3. 18:
Bild 3. 19:
VI Bildverzeichnis
Energiebilanz der Ethanollogistik von E100.............................................................77
Energiebilanz der ETBE-Logistik.............................................................................77
Grenzen der Marktaufnahmefähigkeit von Ethanol und Kuppelprodukten,
abhängig vom Ethanolanteil am OK-Markt Deutschlands im Jahr 2010
(22,9 Mio. t) ohne Import und Export.......................................................................88
Energieflussbild zur Bereitstellung von Ethanol aus Weizen; Bezugsgröße:
1 ha..........................................................................................................................90
Ausgewählte KNRA für die untersuchten Methoden zur Kuppelprodukt-
bewertung nach dem Dry-miling-Verfahren mit dem Rohstoff Roggen....................92
Zusammenhang zwischen Kuppelproduktmenge und KNRA bei überwiegend
energetischer Nutzung der Kuppelprodukte.............................................................94
KNRA von Ethanol aus Winterweizen bei variablen Eingangsparametern..............96
KNRA von Ethanol aus Winterweizen bei variabler Kuppelproduktmenge..............96
KEA, KNRA und KRA für die Bereitstellung von Bioethanol frei Endver-
braucher.................................................................................................................100
Erntefaktor für die Bereitstellung von Ethanol frei Endverbraucher.......................101
Variation der Emtefaktoren bezogen auf Benzinäquivalent abhängig von der
Ethanolbeimischung...............................................................................................102
Treibhausgasemissionen von Ethanol und Ottokraftstoff bei Produktion und
Einsatz...................................................................................................................103
CO, NOX, NMVOC und SO2-Emissionen von Ethanol als E5 und Ottokraftstoff
bei Bereitstellung und Einsatz................................................................................104
Kosten der Ethanolbereitstellung im Vergleich zu OK- und Importpreisen............105
Bandbreiten des Ethanolertrags bei verschiedenen Ertragsniveaus der Acker-
früchte und verschiedenen Produktionsverfahren..................................................118
Bandbreiten der Primärenergievermeidung bei verschiedenen Ertragsniveaus
der Ackerfrüchte und verschiedenen Ethanolverfahren.........................................121
Bandbreiten der Treibhausgasvermeidung bei verschiedenen Ertragsniveaus
der Ackerfrüchte und verschiedenen Ethanolverfahren.........................................123
Vergleichende Bewertung von flächenspezifischen Optimierungsstrategien.........124
Weltkarte Bioethanol und Biodieselproduktion nach Kontinenten im Jahr 2004.... 130
Bild 3.20
Bild 3.21
Bild 3.22
Bild 3.23
Bild 4.1:
Bild 4.2:
Bild 4.3:
Bild 4.4:
Bild 5.1:
Bild 5.2:
Bild 5.3:
Bild 5.4:
Bild 5.5:
Bild 5.6:
Bild 5.7:
Bild 5.8:
Bild 5.9:
Bild! 5.10:
Bildi 5.11:
Tabellenverzeichnis VII
Tabelle 2.1: Dampfdruck und Oktanzahlen untersuchter Kraftstoffe...........................................17
Tabelle 2.2: Eigenschaften von ETBE und Isobuten...................................................................17
Tabelle 3.1: Ertrag und Heizwert untersuchter Energiepflanzen bei intensivem Landbau..........30
Tabelle 3.2: Elementargehalte untersuchter Energiepflanzen, 1. Teil.........................................31
Tabelle 3.3: Elementargehalte untersuchter Energiepflanzen, 2. Teil.........................................32
Tabelle 3.4: Inhaltsstoffe untersuchter Energiepflanzen..............................................................32
Tabelle 3.5: Jährliche Einsatzmenge an Saatgut und Energieaufwand.......................................34
Tabelle 3.6: Einsatzmenge an Düngemitteln für untersuchte Pflanzen.......................................35
Tabelle 3.7: Pflanzenschutzmittelmengen in kgWirkstotf/ha und Energieaufwand...........................36
Tabelle 3.8: Bilanzierung der Feldarbeit und der Betriebsmittel..................................................37
Tabelle 3.9: Energieaufwand, Emissionen und Kosten der Energiepflanzenproduktion.............38
Tabelle 3.10: Energiekennzahlen, Emissionen und Kosten von Reststoffen.................................39
Tabelle 3.11: Energieaufwand, Emissionen und Kosten für Lagerung und Transport
untersuchter Pflanzen und Reststoffe......................................................................41
Tabelle 3.12; Eigenschaften möglicher Kuppelprodukte bei der Ethanolerzeugung aus
zuckerhaltigen Rohstoffen........................................................................................46
Tabelle 3.13: Massenbilanz (Trockenmasse) der Ethanolgewinnung aus Zuckerrüben...............47
Tabelle 3.14: Prozessenergiebedarf bei der Ethanolerzeugung aus Zuckerrüben........................47
Tabelle 3.15: Eigenschaften möglicher Kuppelprodukte bei der Ethanolerzeugung aus
Getreide...................................................................................................................55
Tabelle 3.16: Massenbilanz (Trockenmasse) bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide
ohne Biogasgewinnung in 1.0001............................................................................56
Tabelle 3.17: Massenbilanz (Trockenmasse) bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide
mit Biogasgewinnung in 1.0001...............................................................................56
Tabelle 3.18: Prozessenergiebedarf bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide ohne
Biogasnutzung.........................................................................................................57
Tabelle 3.19: Prozessenergiebedarf bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide mit
Biogasnutzung.........................................................................................................57
Tabelle 3.20: Verfahren zum Aufschluss und zur Verzuckerung von Lignocellulose....................61
Tabelle 3.21: Verfahren und deren Eigenschaften zur Fermentation von aufgeschlossener
Lignocellulose..........................................................................................................62
Tabelle 3.22: Vollständige Verfahren zur Produktion von Ethanol aus Lignocellulose..................63
Tabelle 3.23: Massenbilanz bei der Ethanolerzeugung nach NREL und Arkenol (1.000 t/a)........72
Tabelle 3.24: Massenbilanz bei der Ethanolerzeugung nach logen und ATZ (1.000 t/a)..............73
Tabelle 3.25: Prozessenergiebedarf bei der Erzeugung von Ethanol nach verschiedenen
Verfahren.................................................................................................................73
Tabelle 3.26: Massenbilanz der ETBE-Synthese in 1.000 t/a........................................................76
Tabelle 3.27: Energiebilanz der ETBE- und der MTBE-Synthese.................................................76
Tabelle 3.28: Energiekennzahlen und Emissionen des Ethanolanteils aus verschiedenen
Mischungen bei der Verbrennung............................................................................79
VIII
Tabellenverzeichnis
Grunddaten zu denverwendeten Substituten..........................................................82
Energieaufwand, Emissionen und Kosten verwendeter Substitute..........................82
Marktsituation von Substituten in Deutschland und mögliche alternative
Bereitstellung...........................................................................................................83
CO2-Vermeidungsrendite ausgewählter Prozessketten zur Ethanolbereit-
stellung...................................................................................................................108
Überversorgung Bayerns mit Getreide (Durchschnitt 1998-2002).........................110
Regional verfügbare Flächen für die Nichtnahrungsmittelproduktion in Hektar.....110
Umsetzbare Flächenpotenziale der einzelnen stärke- und zuckerhaltigen
Rohstoffe................................................................................................................111
Umsetzbare Flächenpotenziale der einzelnen lignocellulosehaltigen Rohstoffe ... 112
Mögliche Ausweitung der verfügbaren Freiflächen durch die Nutzung der
Kuppelprodukte......................................................................................................112
Flächennutzung für Getreide und Ölsaaten in Bayern...........................................113
Rangfolge untersuchter Feldfrüchte nach dem massenspezifischen und dem
energetisch bewerteten Hektarertrag (Mittelwerte)................................................114
Aufteilung des Flächenpotenzials bei einer biomasseertragsoptimierten
Nutzung..................................................................................................................115
Trockenmassepotenzial von Energiepflanzen in Bayern.......................................115
Nutzung der Agrarfläche Bayerns bei energetisch optimiertem Anbau.................116
Räumliche und mengenmäßige Verteilung der Trockenmassepotenziale von
Stroh.......................................................................................................................117
Ethanolertrag aus dem optimierten Biomasseanbau.............................................119
optimierter Ethanolertrag sowie optimierte PEV- und THG-Vermeidung aus
dem bayerischen Reststrohaufkommen.................................................................119
Verteilung der Flächenpotenzials bei primärenergetisch optimiertem Anbau........121
Verteilung der Ackerfläche bei minimierten Treibhausgasemissionen...................123
Tabelle 3.29:
Tabelle 3.30:
Tabelle 3.31;
Tabelle 5.1:
Tabelle 5.2:
Tabelle 5.3:
Tabelle 5.4:
Tabelle 5.5:
Tabelle 5.6:
Tabelle 5.7:
Tabelle 5.8:
Tabelle 5.9:
Tabelle 5.10:
Tabelle 5.11:
Tabelle 5.12:
Tabelle 5.13:
Tabelle 5.14:
Tabelle 5.15:
Tabelle 5.16:
|
| adam_txt |
Inhalt
1 EINFÜHRUNG.1
2 DEFINITIONEN UND METHODEN.4
2.1 Bilanzierungsgrößen und -instrumente.4
2.1.1 Prozesskettenanalyse.4
2.1.2 Energiekennzahlen.7
2.1.3 Emissionen.9
2.1.4 Kosten.10
2.1.5 Flächeneffizienz.11
2.1.6 Flächenverfügbarkeit.13
2.2 Eigenschaften untersuchter Kraftstoffe.16
2.3 Optimierung und Erweiterung bestehender Bewertungsverfahren.18
2.3.1 Zielproduktorientierte Methode.18
2.3.2 Allokationsmethode.19
2.3.3 Quantitative Methode.20
2.3.4 Gutschriftenmethode.21
2.3.5 Substitutionsmethode.21
2.3.6 Optimiertes Bewertungsverfahren: Integrierte Substitutionsmethode.24
3 GANZHEITLICHE ANALYSE DER EINZELPROZESSE UND PROZESSKETTEN ZUR
ETHANOLERZEUGUNG.27
3.1 Biogene Ausgangsprodukte zur Ethanolerzeugung.28
3.1.1 Auswahl der Rohstoffe.28
3.1.2 Eigenschaften untersuchter Rohstoffe.30
3.1.3 Erzeugung auf Acker- und Grünlandflächen.33
3.1.4 Bereitstellung von Reststoffen.38
3.2 Lagerung und Transport der Rohstoffe.39
3.3 Verfahren zur Erzeugung von Ethanol.41
3.3.1 Ethanol aus zuckerhaltiger Biomasse.42
3.3.2 Ethanol aus stärkehaltiger Biomasse.49
3.3.3 Ethanol aus Lignocellulose.59
3.3.4 Veresterung zu ETBE.75
3.4 Transport, Verteilung und Einsatzmöglichkeiten der Kraftstoffe.76
3.5 Nutzungsoptionen von Ethanol und Kuppelprodukten.80
3.5.1 Auswahl und Bewertung geeigneter Substitute.80
3.5.2 Marktaufnahmefähigkeit für Ethanol und die Kuppelprodukte.82
3.6 Zusammenfassung zu Prozessketten.88
Inhalt
4 VERGLEICH DER BEWERTUNGSVERFAHREN.91
4.1 Einfluss auf den KEA und den KNRA.91
4.2 Einfluss der Variation der Kuppelproduktnutzung.93
4.3 Abhängigkeit der Stabilität bei zunehmender Kuppelproduktmenge.94
4.4 Sensitivität bei variablen Eingangsdaten.95
4.5 Einsatzbereiche für die Bewertungsverfahren.97
5 VERGLEICH DER PROZESSKETTEN.99
5.1 Energie.99
5.2 Emissionen.102
5.2.1 Treibhausgasemissionen.103
5.2.2 Auswahl umweltrelevanter und toxischer Emissionen.103
5.3 Kosten.105
5.3.1 Ethanolkosten.105
5.3.2 Ökonomische Betrachtung der Treibhausgasvermeidung.106
5.4 Potenzialbetrachtungen.108
5.4.1 Flächenpotenziale.109
5.4.2 Biomassepotenzial.113
5.4.3 Potenzial der Kraftstofferzeugung.117
5.4.4 Potenzial zur Primärenergievermeidung.119
5.4.5 Potenzial zur Treibhausgasvermeidung.122
5.4.6 Zielkonflikte der Optimierungsansätze.124
5.5 Nachhaltige Entwicklung.125
5.6 Überblick über weitere biogene Kraftstoffe.126
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK.131
7 QUELLENVERZEICHNIS.134
Bildverzeichnis V
Bild 1.1: Ethanolweltmarkt 2001 im Vergleich zum europäischen Markt.2
Bild 1.2: Fließschema zur Struktur der Arbeit.3
Bild 2.1: Darstellung einer Prozesskette am Beispiel „Bereitstellung von Biomasse aus
Waldrestholz".5
Bild 2.2: Schema eines Energieflussbildes und der verwendeten Größen.6
Bild 2.3: Entwicklung des EF in Abhängigkeit vom KNRA.9
Bild 2.4: Methodik zur Bestimmung verfügbarer Flächen für die energetische Nutzung.14
Bild 2.5: Berechnung der Zusatzfläche aufgrund der Futtermittelsubstitution durch
Kuppelprodukte der Ethanolerzeugung.16
Bild 2.6: Substitutionsmethode bei Unterscheidung nach Ziel- und Nebenprodukten.23
Bild 2.7: Integrierte Substitutionsmethode bei neutraler Bewertung aller Produkte.25
Bild 3.1: Prozesse und deren Verknüpfung bei der Ethanolbereitstellung.27
Bild 3.2: Energiebilanz des Zuckerrübenanbaus.38
Bild 3.3: Energiebilanz des Transports und der Lagerung von Energiemais.40
Bild 3.4: Verfahrensschemazur Ethanolerzeugung aus Zuckerrüben.42
Bild 3.5: Großtechnische Ethanolgewinnung aus Zuckerrüben mit Vinasseproduktion.48
Bild 3.6: Großtechnische Ethanolgewinnung aus Zuckerrüben mit Biogasnutzung.48
Bild 3.7: Verfahrensschema zur Ethanolerzeugung aus Getreide nach dem Trocken-
mahlverfahren .50
Bild 3.8: Prozessschema beim Nassmahlverfahren.52
Bild 3.9: Prozessablauf bei der Einbindung einer Biogasproduktion am Beispiel des
Nassmahlverfahrens.53
Bild 3.10: Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Winterweizen
nach dem Trockenmahlverfahren ohne Biogasnutzung.58
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Winterweizen
nach dem Nassmahlverfahren ohne Biogasnutzung.58
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Winterweizen
nach dem Trockenmahlverfahren mit Biogasnutzung.59
Verfahrenskombinationen zur Ethanolerzeugung aus Lignocellulose.64
Ethanolerzeugung mit starksaurer Totalhydrolyse und Hefefermentation
(Verfahren nach Arkenol).66
Schwachsaure Teilhydrolyse mit enzymatischer Verzuckerung und rek. E.Coli-
Fermentation (Verfahren nach NREL).67
Dampfexplosionsaufschluss mit enzymatischer Hydrolyse und Hefe-Fermen-
tation (Verfahren nach logen).69
Heißwasseraufschluss mit enzymatischer Verzuckerung und Hefefermentation
(Verfahren nach ATZ).70
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Maisstroh
mittels Verfahren nach NREL.74
Energieflussbild für die großtechnische Ethanolgewinnung aus Maisstroh
mittels Verfahren nach Arkenol.75
Bild 3.11
Bild 3 .12
Bild 3 .13:
Bild 3 .14:
Bild 3. ,15:
Bild 3. 16:
Bild 3.17:
Bild 3. 18:
Bild 3. 19:
VI Bildverzeichnis
Energiebilanz der Ethanollogistik von E100.77
Energiebilanz der ETBE-Logistik.77
Grenzen der Marktaufnahmefähigkeit von Ethanol und Kuppelprodukten,
abhängig vom Ethanolanteil am OK-Markt Deutschlands im Jahr 2010
(22,9 Mio. t) ohne Import und Export.88
Energieflussbild zur Bereitstellung von Ethanol aus Weizen; Bezugsgröße:
1 ha.90
Ausgewählte KNRA für die untersuchten Methoden zur Kuppelprodukt-
bewertung nach dem Dry-miling-Verfahren mit dem Rohstoff Roggen.92
Zusammenhang zwischen Kuppelproduktmenge und KNRA bei überwiegend
energetischer Nutzung der Kuppelprodukte.94
KNRA von Ethanol aus Winterweizen bei variablen Eingangsparametern.96
KNRA von Ethanol aus Winterweizen bei variabler Kuppelproduktmenge.96
KEA, KNRA und KRA für die Bereitstellung von Bioethanol frei Endver-
braucher.100
Erntefaktor für die Bereitstellung von Ethanol frei Endverbraucher.101
Variation der Emtefaktoren bezogen auf Benzinäquivalent abhängig von der
Ethanolbeimischung.102
Treibhausgasemissionen von Ethanol und Ottokraftstoff bei Produktion und
Einsatz.103
CO, NOX, NMVOC und SO2-Emissionen von Ethanol als E5 und Ottokraftstoff
bei Bereitstellung und Einsatz.104
Kosten der Ethanolbereitstellung im Vergleich zu OK- und Importpreisen.105
Bandbreiten des Ethanolertrags bei verschiedenen Ertragsniveaus der Acker-
früchte und verschiedenen Produktionsverfahren.118
Bandbreiten der Primärenergievermeidung bei verschiedenen Ertragsniveaus
der Ackerfrüchte und verschiedenen Ethanolverfahren.121
Bandbreiten der Treibhausgasvermeidung bei verschiedenen Ertragsniveaus
der Ackerfrüchte und verschiedenen Ethanolverfahren.123
Vergleichende Bewertung von flächenspezifischen Optimierungsstrategien.124
Weltkarte Bioethanol und Biodieselproduktion nach Kontinenten im Jahr 2004. 130
Bild 3.20
Bild 3.21
Bild 3.22
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Bild! 5.10:
Bildi 5.11:
Tabellenverzeichnis VII
Tabelle 2.1: Dampfdruck und Oktanzahlen untersuchter Kraftstoffe.17
Tabelle 2.2: Eigenschaften von ETBE und Isobuten.17
Tabelle 3.1: Ertrag und Heizwert untersuchter Energiepflanzen bei intensivem Landbau.30
Tabelle 3.2: Elementargehalte untersuchter Energiepflanzen, 1. Teil.31
Tabelle 3.3: Elementargehalte untersuchter Energiepflanzen, 2. Teil.32
Tabelle 3.4: Inhaltsstoffe untersuchter Energiepflanzen.32
Tabelle 3.5: Jährliche Einsatzmenge an Saatgut und Energieaufwand.34
Tabelle 3.6: Einsatzmenge an Düngemitteln für untersuchte Pflanzen.35
Tabelle 3.7: Pflanzenschutzmittelmengen in kgWirkstotf/ha und Energieaufwand.36
Tabelle 3.8: Bilanzierung der Feldarbeit und der Betriebsmittel.37
Tabelle 3.9: Energieaufwand, Emissionen und Kosten der Energiepflanzenproduktion.38
Tabelle 3.10: Energiekennzahlen, Emissionen und Kosten von Reststoffen.39
Tabelle 3.11: Energieaufwand, Emissionen und Kosten für Lagerung und Transport
untersuchter Pflanzen und Reststoffe.41
Tabelle 3.12; Eigenschaften möglicher Kuppelprodukte bei der Ethanolerzeugung aus
zuckerhaltigen Rohstoffen.46
Tabelle 3.13: Massenbilanz (Trockenmasse) der Ethanolgewinnung aus Zuckerrüben.47
Tabelle 3.14: Prozessenergiebedarf bei der Ethanolerzeugung aus Zuckerrüben.47
Tabelle 3.15: Eigenschaften möglicher Kuppelprodukte bei der Ethanolerzeugung aus
Getreide.55
Tabelle 3.16: Massenbilanz (Trockenmasse) bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide
ohne Biogasgewinnung in 1.0001.56
Tabelle 3.17: Massenbilanz (Trockenmasse) bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide
mit Biogasgewinnung in 1.0001.56
Tabelle 3.18: Prozessenergiebedarf bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide ohne
Biogasnutzung.57
Tabelle 3.19: Prozessenergiebedarf bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide mit
Biogasnutzung.57
Tabelle 3.20: Verfahren zum Aufschluss und zur Verzuckerung von Lignocellulose.61
Tabelle 3.21: Verfahren und deren Eigenschaften zur Fermentation von aufgeschlossener
Lignocellulose.62
Tabelle 3.22: Vollständige Verfahren zur Produktion von Ethanol aus Lignocellulose.63
Tabelle 3.23: Massenbilanz bei der Ethanolerzeugung nach NREL und Arkenol (1.000 t/a).72
Tabelle 3.24: Massenbilanz bei der Ethanolerzeugung nach logen und ATZ (1.000 t/a).73
Tabelle 3.25: Prozessenergiebedarf bei der Erzeugung von Ethanol nach verschiedenen
Verfahren.73
Tabelle 3.26: Massenbilanz der ETBE-Synthese in 1.000 t/a.76
Tabelle 3.27: Energiebilanz der ETBE- und der MTBE-Synthese.76
Tabelle 3.28: Energiekennzahlen und Emissionen des Ethanolanteils aus verschiedenen
Mischungen bei der Verbrennung.79
VIII
Tabellenverzeichnis
Grunddaten zu denverwendeten Substituten.82
Energieaufwand, Emissionen und Kosten verwendeter Substitute.82
Marktsituation von Substituten in Deutschland und mögliche alternative
Bereitstellung.83
CO2-Vermeidungsrendite ausgewählter Prozessketten zur Ethanolbereit-
stellung.108
Überversorgung Bayerns mit Getreide (Durchschnitt 1998-2002).110
Regional verfügbare Flächen für die Nichtnahrungsmittelproduktion in Hektar.110
Umsetzbare Flächenpotenziale der einzelnen stärke- und zuckerhaltigen
Rohstoffe.111
Umsetzbare Flächenpotenziale der einzelnen lignocellulosehaltigen Rohstoffe . 112
Mögliche Ausweitung der verfügbaren Freiflächen durch die Nutzung der
Kuppelprodukte.112
Flächennutzung für Getreide und Ölsaaten in Bayern.113
Rangfolge untersuchter Feldfrüchte nach dem massenspezifischen und dem
energetisch bewerteten Hektarertrag (Mittelwerte).114
Aufteilung des Flächenpotenzials bei einer biomasseertragsoptimierten
Nutzung.115
Trockenmassepotenzial von Energiepflanzen in Bayern.115
Nutzung der Agrarfläche Bayerns bei energetisch optimiertem Anbau.116
Räumliche und mengenmäßige Verteilung der Trockenmassepotenziale von
Stroh.117
Ethanolertrag aus dem optimierten Biomasseanbau.119
optimierter Ethanolertrag sowie optimierte PEV- und THG-Vermeidung aus
dem bayerischen Reststrohaufkommen.119
Verteilung der Flächenpotenzials bei primärenergetisch optimiertem Anbau.121
Verteilung der Ackerfläche bei minimierten Treibhausgasemissionen.123
Tabelle 3.29:
Tabelle 3.30:
Tabelle 3.31;
Tabelle 5.1:
Tabelle 5.2:
Tabelle 5.3:
Tabelle 5.4:
Tabelle 5.5:
Tabelle 5.6:
Tabelle 5.7:
Tabelle 5.8:
Tabelle 5.9:
Tabelle 5.10:
Tabelle 5.11:
Tabelle 5.12:
Tabelle 5.13:
Tabelle 5.14:
Tabelle 5.15:
Tabelle 5.16: |
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