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FT/SNG-Reallabor: Reallabor zur Herstellung von FT-Treibstoffen und SNG aus Biomasse und biogenen Reststoffen für die Land- und Forstwirtschaft
Projektleitung
Hermann Hofbauer
Forschungseinrichtung
Technische Universität Wien
Projektnummer
101471Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Schlagwörter (deutsch)
FT-Diesel, SNG, Biomasse, biogene Reststoffe und Abfälle, Land- und Forstwirtschaft, technische Machbarkeit, ökonomische Machbarkeit
Titel (englisch)
Real laboratory for the production of FT fuels and SNG from biomass and biogenic residues for agriculture and forestry
Abstract (englisch)
Aim of the project is to assess the possibility to replace the fossil fuels used in agriculture and forestry by biofeuls produced from biomass and biogenic residues and wastes in these sectors. In a first step a feasibility study will be carried out looking at a concrete project. This would include a 15 MW DFB gasification plant (Dual Fluid Bed), which is to be equipped as a real laboratory including a module for the production of FT diesel (Fischer Tropsch – Diesel) and a module for SNG (Synthetic Natural Gas) natural gas). As feedstock for the production of diesel (ready to be filled into a tractor, fossil diesel 100% replaceable) and the production of SNG (feed-in into the natural gas network) wood and biogenic residues and waste materials from agriculture and forestry are foreseen.
This feasibility study is based on the latest valid technical standard with the experience of the previous industrial plants and considers a DFB (Dual Fluid Bed) gasification developed at TU Vienna, a suitable gas cleaning, a FT module and a SNG module. In addition to the technical elaboration, an economic assessment will also be carried out to assess the economic feasibility.
Subsequently, the feasibility study is intended to consider a total substitution of all fossil fuels in agriculture and forestry sector in Austria (including the roll-out of other plants all over Austria) and show which regulatory and economic framework conditions are necessary for its realization. The declared aim is to establish a (ideally cooperative) system in which farmers can produce their own fuels and do not need any supporting subsidies.
The final result will be whether such a project is technically and economically possible and what framework conditions are necessary for a wide roll-out of the technology to make it possible.
This feasibility study is based on the latest valid technical standard with the experience of the previous industrial plants and considers a DFB (Dual Fluid Bed) gasification developed at TU Vienna, a suitable gas cleaning, a FT module and a SNG module. In addition to the technical elaboration, an economic assessment will also be carried out to assess the economic feasibility.
Subsequently, the feasibility study is intended to consider a total substitution of all fossil fuels in agriculture and forestry sector in Austria (including the roll-out of other plants all over Austria) and show which regulatory and economic framework conditions are necessary for its realization. The declared aim is to establish a (ideally cooperative) system in which farmers can produce their own fuels and do not need any supporting subsidies.
The final result will be whether such a project is technically and economically possible and what framework conditions are necessary for a wide roll-out of the technology to make it possible.
Projektziele
Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie soll zunächst ein konkretes Projekt betrachtet werden. Dazu würde sich eine 15 MW DFB-Vergasungsanlage (Dual Fluid Bed, Zweibettwirbelschicht) anbieten, die als Reallabor ausgestattet werden soll und ein Modul zur Produktion von FT-Diesel (Fischer Tropsch – Diesel) und ein Modul für SNG (Synthetisches Natural Gas, Synthetisches Erdgas) beinhaltet. Die Produktion von Diesel (einfüllfertig in den Traktor, fossiler Diesel zu 100 % ersetzbar) und die Produktion von SNG (einspeisefähig ins Erdgasnetz) könnte mittels einer Investitionsförderung und zusätzlich durch Erlöse durch die Abgabe von Produkten finanziert werden. Für eine derartige Anlage würde sich die BLT in Wieselburg als möglicher Standort anbieten, da die BLT die beste Einbindung in Richtung Landwirtschaft garantieren kann.
Im Rahmen der Studie soll zunächst das zu errichtende Reallabor bestehend aus einer DFB-Vergasung mit 15 MW Brennstoffwärmeleistung (letztgültiger technischer Standard mit den Erfahrungen aus den bisherigen industriellen Anlagen), einer entsprechenden Gasreinigung, einem FT-Modul und einem SNG Modul dargestellt und projektiert werden. Neben der technischen Ausarbeitung soll auch eine ökonomische Abschätzung zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit durchgeführt werden. Da es sich hier um ein Reallabor handelt (Aufgabe neben der Produktion auch die Demonstration und weitergehende technische Entwicklung im Sinne der Qualitätsverbesserung der Produkte und Vereinfachung der Verfahren), sollen auch die damit angestrebten Aufgaben und Entwicklungsziele im Rahmen dieser Studie dargelegt werden.
In weiterer Folge soll die Machbarkeitsstudie das ganze Projekt (inklusive Ausrollungen weiterer Anlagen) durchexerzieren und aufzeigen, welche regulatorischen und ökonomischen Rahmenbedingungen für dessen Realisierung vom Brennstoff bis zum Endkunden Landwirt notwendig sind (z.B. Marktprämien, Investitionsförderungen, Abnahmeverpflichtungen, Haftungsübernahmen für die Fahrzeuge, oder ähnliches). Erklärtes Ziel ist in weiterer Folge ein (idealerweise genossenschaftliches) System zu etablieren, in dem sich die Landwirte selbst ihre Treibstoffe produzieren und ohne Betriebsförderungen auskommen können.
Im Endeffekt geht es darum, zu evaluieren, ob ein derartiges Projekt technisch und ökonomisch möglich ist und wie ein Weg aussieht, die Rahmenbedingungen so vorzuschlagen (z.B. steuerlicher Erleichterungen, Abnahmeverpflichtungen über Quote ins Erdgasnetz), sodass für das breite Ausrollen der Technologie keine Betriebs-Förderungen notwendig sind.
Die Durchführung dieser Machbarkeitsstudie erfolgt sinnvoller Weise unterteilt in einzelne thematische zusammenhängende Aufgabenstellungen (Tasks 1-5), die naturgemäß auch aufeinander aufbauen und es wird auch ein Informationsfluss zwischen den Tasks erfolgen. Die Studie wird federführend vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien durchgeführt bzw. geleitet, wobei für die entsprechenden Tasks bei Bedarf auch Experten von anderen wissenschaftlichen Institutionen beigezogen werden.
Im Rahmen der Studie soll zunächst das zu errichtende Reallabor bestehend aus einer DFB-Vergasung mit 15 MW Brennstoffwärmeleistung (letztgültiger technischer Standard mit den Erfahrungen aus den bisherigen industriellen Anlagen), einer entsprechenden Gasreinigung, einem FT-Modul und einem SNG Modul dargestellt und projektiert werden. Neben der technischen Ausarbeitung soll auch eine ökonomische Abschätzung zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit durchgeführt werden. Da es sich hier um ein Reallabor handelt (Aufgabe neben der Produktion auch die Demonstration und weitergehende technische Entwicklung im Sinne der Qualitätsverbesserung der Produkte und Vereinfachung der Verfahren), sollen auch die damit angestrebten Aufgaben und Entwicklungsziele im Rahmen dieser Studie dargelegt werden.
In weiterer Folge soll die Machbarkeitsstudie das ganze Projekt (inklusive Ausrollungen weiterer Anlagen) durchexerzieren und aufzeigen, welche regulatorischen und ökonomischen Rahmenbedingungen für dessen Realisierung vom Brennstoff bis zum Endkunden Landwirt notwendig sind (z.B. Marktprämien, Investitionsförderungen, Abnahmeverpflichtungen, Haftungsübernahmen für die Fahrzeuge, oder ähnliches). Erklärtes Ziel ist in weiterer Folge ein (idealerweise genossenschaftliches) System zu etablieren, in dem sich die Landwirte selbst ihre Treibstoffe produzieren und ohne Betriebsförderungen auskommen können.
Im Endeffekt geht es darum, zu evaluieren, ob ein derartiges Projekt technisch und ökonomisch möglich ist und wie ein Weg aussieht, die Rahmenbedingungen so vorzuschlagen (z.B. steuerlicher Erleichterungen, Abnahmeverpflichtungen über Quote ins Erdgasnetz), sodass für das breite Ausrollen der Technologie keine Betriebs-Förderungen notwendig sind.
Die Durchführung dieser Machbarkeitsstudie erfolgt sinnvoller Weise unterteilt in einzelne thematische zusammenhängende Aufgabenstellungen (Tasks 1-5), die naturgemäß auch aufeinander aufbauen und es wird auch ein Informationsfluss zwischen den Tasks erfolgen. Die Studie wird federführend vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien durchgeführt bzw. geleitet, wobei für die entsprechenden Tasks bei Bedarf auch Experten von anderen wissenschaftlichen Institutionen beigezogen werden.
Praxisrelevanz
Der fortschreitende Klimawandel macht es unabdingbar, möglichst rasch konkrete und wirk-same Maßnahmen einzuleiten, um weitergehende Folgen für Mensch und Natur zu verhin-dern. Dabei sind alle Branchen gefordert, entsprechende Konzepte zu erarbeiten und auch rasch umzusetzen. Für die Land- und Forstwirtschaft heißt das kompakt zusammengefasst „Raus aus dem Öl“.
Der Energieverbrauch der Landwirtschaft ist mit 22 PJ vergleichsweise gering und entspricht auch nur etwa 10 % der derzeit bereits eingesetzten Bioenergie. Umso mehr stellt sich die Frage, warum sich nicht die Land- und Forstwirtschaft selbst die nötigen Treibstoffe und synthetisches Erdgas aus Holz bzw. aus biogenen Reststoffen und Abfällen produziert? Wesentliche Kernkomponenten der dafür erforderlichen Technologien wurden in Österreich entwickelt und sind nun - auch weitgehend industriell erprobt - großtechnisch verfügbar.
Die erforderlichen Ressourcen in Bezug auf Holz und biogene Rest- und Abfallstoffe sollten vorhanden sein, wenn man davon ausgeht, dass die Wärme- und Stromerzeugung aus Biomasse künftig keine großen Wachstumsmärkte darstellen. Einerseits, da der Wärmebedarf in künftigen Gebäuden abnehmen und andererseits Strom aus anderen erneuerbaren Quellen kostengünstiger herstellbar sein wird. Für die Umstellung der kompletten Landwirtschaft auf Bioenergie wären etwa 1-2 Millionen Tonnen Biomasse bzw. biogenen Reststoffe und Abfälle erforderlich.
Der dadurch von der Land- und Forstwirtschaft erzielbare Beitrag zur Reduktion des CO2-Ausstosses wäre beispielgebend für andere Branchen und auch die damit verbundene Reduktion des CO2 Footprints der Produkte könnte mittelfristig auch Wettbewerbsvorteile ergeben. Die Land- und Forstwirtschaft könnte damit ein erster Wirtschaftszweig mit voll-ständiger Energieversorgung aus erneuerbarer Energie sein.
Mit einer derartigen Umstellung wird weiters die Abhängigkeit von zugekauften Treibstoffen (fossil als auch erneuerbar) minimiert und damit die Krisensicherheit erhöht. Aktuelle Ausgaben für den Diesel in der Land- und Forstwirtschaft liegen bei ca. 300 Millionen Euro bei Gesamtausgaben für die Energie in diesem Sektor von 500 Millionen Euro. Würde die Produktion der Treibstoffe und des Erdgases unter Einhaltung bestimmter Mindestgrößen für die Produktionsanlagen regional verteilt in Österreich erfolgen, würde zusätzlich eine maxi-male Wertschöpfung in den Regionen erzielt werden.
Der Energieverbrauch der Landwirtschaft ist mit 22 PJ vergleichsweise gering und entspricht auch nur etwa 10 % der derzeit bereits eingesetzten Bioenergie. Umso mehr stellt sich die Frage, warum sich nicht die Land- und Forstwirtschaft selbst die nötigen Treibstoffe und synthetisches Erdgas aus Holz bzw. aus biogenen Reststoffen und Abfällen produziert? Wesentliche Kernkomponenten der dafür erforderlichen Technologien wurden in Österreich entwickelt und sind nun - auch weitgehend industriell erprobt - großtechnisch verfügbar.
Die erforderlichen Ressourcen in Bezug auf Holz und biogene Rest- und Abfallstoffe sollten vorhanden sein, wenn man davon ausgeht, dass die Wärme- und Stromerzeugung aus Biomasse künftig keine großen Wachstumsmärkte darstellen. Einerseits, da der Wärmebedarf in künftigen Gebäuden abnehmen und andererseits Strom aus anderen erneuerbaren Quellen kostengünstiger herstellbar sein wird. Für die Umstellung der kompletten Landwirtschaft auf Bioenergie wären etwa 1-2 Millionen Tonnen Biomasse bzw. biogenen Reststoffe und Abfälle erforderlich.
Der dadurch von der Land- und Forstwirtschaft erzielbare Beitrag zur Reduktion des CO2-Ausstosses wäre beispielgebend für andere Branchen und auch die damit verbundene Reduktion des CO2 Footprints der Produkte könnte mittelfristig auch Wettbewerbsvorteile ergeben. Die Land- und Forstwirtschaft könnte damit ein erster Wirtschaftszweig mit voll-ständiger Energieversorgung aus erneuerbarer Energie sein.
Mit einer derartigen Umstellung wird weiters die Abhängigkeit von zugekauften Treibstoffen (fossil als auch erneuerbar) minimiert und damit die Krisensicherheit erhöht. Aktuelle Ausgaben für den Diesel in der Land- und Forstwirtschaft liegen bei ca. 300 Millionen Euro bei Gesamtausgaben für die Energie in diesem Sektor von 500 Millionen Euro. Würde die Produktion der Treibstoffe und des Erdgases unter Einhaltung bestimmter Mindestgrößen für die Produktionsanlagen regional verteilt in Österreich erfolgen, würde zusätzlich eine maxi-male Wertschöpfung in den Regionen erzielt werden.
Berichte
Kurzfassung
Die vorliegende Machbarkeitsstudie wurde im Auftrag des Ministeriums für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus durchgeführt. Ziel dieser Studie ist es, zu untersuchen, inwieweit die für den Land- und Forstwirtschaftssektor benötigte Energie aus biogenen Rohstoffen, Reststoffen und Abfällen hergestellt werden kann, um damit den vollständigen Ausstieg aus fossilen Kraftstoffen zu ermöglichen. Hintergrund für diese Studie sind einerseits dringend notwendig gewordene Maßnahmen für den Klimaschutz in allen Bereichen unserer Gesellschaft, so auch in der Land- und Forstwirtschaft, und andererseits die Konkretisierung von Vorschlägen der Politik, die in diversen Papieren enthalten sind und die auch das oben formulierte Ziel als mögliche Option beinhalten.
Zunächst kann festgestellt werden, dass die zu ersetzenden fossilen Energieträger in der Land- und Forstwirtschaft an Diesel (ca. 9 PJ) und an Erdgas (ca. 1 PJ) zusammen ca. 10 PJ betragen. Das bedeutet eine Holzmenge in Ausmaß von ca. 24 PJ oder umgerechnet etwa 3,3 Mio. Festmeter Holz. Abschätzungen des Potentials an biogenen Ressourcen bis 2030 zeigen, dass zusätzlich zum derzeitigen Einsatz noch mehr als 100 PJ zur Verfügung stehen sollten, was bei Beachtung der Konkurrenznutzung für die Erzeugung von den erforderlichen Mengen an Holzdiesel und Holzgas bei weitem ausreichen wird.
Ausgehend vom Know-How der TU Wien aus einer 100 kWth Anlage und von den Erfahrungen von 6 industriell betriebenen Anlagen mit DFB-Gaserzeugung mit mehr als 200.000 Betriebsstunden wurde ein Konzept für eine 15 MWth Anlage (Referenzanlage) für die Gaserzeugung, Gasreinigung und Synthese zu SNG und FT-Kraftstoffen entwickelt. Für diesen Prozess wurden Fließbilder erstellt, wobei der Gaserzeugungs- und Gasreinigungsteil ähnlich gestaltet ist und sich nur der Syntheseteil unterscheidet. Die zwei Prozessketten wurden hinsichtlich der zu verwendenden Apparatetypen mit den erforder¬lichen Betriebsmitteln im Detail beschrieben und Massen- und Energiebilanzen ermittelt.
In der Studie wird unter anderem vorgeschlagen vor der Ausrollung der Technologie ein Reallabor zu errichten und zu betreiben. Das soll noch vorhandene Wissenslücken bei der Produktion von Holzgas und Holzdiesel aus Biomasse aus biogenen Rest- und Abfallstoffen schließen und die Ausrollung der Technologie unterstützen und insbesondere das Vertrauen in diese Technologie zu stärken. Als Größe für das Reallabor wird eine Anlage mit mindestens 5 MW Brennstoffwärmeleistung empfohlen, um bereits so viel Produkt zu erzeugen, dass es im realen land- und forstwirtschaftlichen Betrieb getestet werden kann.
Für die Substitution des fossilen Energieeinsatzes in der Land- und Forstwirtschaft ist die Installation von 1 Holzgas-Anlage, sowie 9 Holzdiesel-Anlagen mit Brennstoffwärmeleistungen von 100 MW notwendig.
Die Untersuchungen ergaben, dass Förderinstrumente erforderlich sein werden, um einen ökonomischen Betrieb zu ermöglichen. In der Studie werden unterschiedliche Möglichkeiten untersucht und diskutiert, unter anderem eine Investitionsförderung und Ökopauschalen aber auch CO2-Steuern für die fossilen Kraftstoffe. Für mittlere Holzpreise würde eine Investitions-förderung von 45% oder eine Ökodieselpauschale von 1,27 €/l zu einem wirtschaftlichen Anlagenbetrieb beitragen, d.h. dass die Herstellkosten für Holzdiesel ca. um 25 % über dem derzeitigen Marktpreis von fossilem Diesel liegen. Alternativ zu den Förder¬maßnahmen könnte auch eine CO2-Steuer für fossilen Diesel bei betrachteten Rahmen¬bedingungen in der Höhe von 114€/tCO2,eq die Preislücke schließen.
Die letztendliche zentrale Empfehlung dieses Projekts ist, für das hier untersuchte Techno¬logie-Rollout Investitionszuschüsse in Kombination mit Marktprämien, konkret in der Ausgestaltung als gleitende Marktprämie, vorzusehen, z.B. im Rahmen des neuen Energie-Ausbau-Gesetzes. Des Weiteren ist parallel jedenfalls sicherzustellen, dass Holzdiesel und Holzgas von der MöSt und der Erdgassteuer befreit werden.
Berichtsdateien
Autor/innen
Hermann Hofbauer Anna Mauerhofer Florian Benedikt Martin Hammerschmid Alexander Bartik Marton Veress Reinhard Haas Marina Siebenhofer Gustav Resch