Schlüsselwort: Biomass

Beitrag des Wärmesektors zur Reduzierung der CO2-Emissionen in Energiesystemen mit Sektorenkopplung

Beitrag des Wärmesektors zur Reduzierung der CO2-Emissionen in Energiesystemen mit Sektorenkopplung von Zimmermann, Tobias
In der vorliegenden Arbeit wird ein detailliertes Modell des deutschen Wärmesektors entwickelt. Ausgehend vom Basisjahr 2015 können Szenarien für die Transformation des Wärmesektors bis zum Zieljahr 2050 simuliert und untersucht werden. Für alle Ergebnisse wird dabei stets eine hohe regionale und zeitliche Auflösung erreicht. Weiterführend ist das Modell in ein Gesamtsystemmodell integriert, um die Auswirkungen der Entwicklung im Wärmesektor für das gekoppelte Energiesystem zu analysieren. Die Ergebnisse der betrachteten Szenarien zeigen, dass der Rückgang von Heizöl und Kohle als Energieträger zur Wärmeerzeugung bereits deutliche CO2-Emissionsminderungen hervorruft. Weiterhin wirkt sich ein hoher Grad der Elektrifizierung und besonders die damit verbundene Nutzung effizienter Wärmepumpen positiv auf den Rückgang der CO2-Emissionen aus. Jedoch wird nur bei sehr ambitionierten Entwicklungen im Wärmesektor der Zielkorridor der Bundesregierung in Bezug auf die CO2-Emissionsminderung erreicht, eine Weiterführung der aktuellen Trends ist unzureichend. Es zeigt sich zudem, dass der Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten nach dem Netzentwicklungsplan 2030 nicht ausreicht, wenn in den Sektoren Wärme und Verkehr der Strombedarf bedingt durch die Elektrifizierung stark ansteigt.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Digitale und nachhaltige Innovationen im Agribusiness

Digitale und nachhaltige Innovationen im Agribusiness von Deutsch, Maximilian
Das Agribusiness durchläuft seit einigen Jahren einen tiefgreifenden Transformationsprozess, der maßgeblich durch die Digitalisierung, den Klimawandel und zunehmende gesellschaftliche Anforderungen an mehr Nachhaltigkeit bestimmt wird. Vor diesem Hintergrund kommt der Frage nach der Akzeptanz nachhaltiger, innovativer Landnutzungssysteme in der Landwirtschaft und den Auswirkungen der Digitalisierung auf die Unternehmen des vor- und nachgelagerten Bereiches der Agrar- und Ernährungswirtschaft eine besondere Bedeutung zu, um zukünftige Anforderungen und Veränderungen sichtbar zu machen. Diese Dissertation nimmt sich dieser Fragen an, indem Akzeptanzfaktoren nachhaltiger, innovativer Landnutzungssysteme am Beispiel von Agroforstsystemen sowie die Auswirkungen der Digitalisierung aus Sicht des Landhandels und der Vorleistungsindustrie beleuchtet werden.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Einfluss der Entwicklung im Mobilitätssektor auf Energiesysteme mit hoher fluktuierender Einspeisung

Einfluss der Entwicklung im Mobilitätssektor auf Energiesysteme mit hoher fluktuierender Einspeisung von Tödter, Hendrik
Um die Erderwärmung durch den anthropogenen Treibhauseffekt auf maximal 1,5 °C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen, hat die Bundesregierung ambitionierte Ziele bezüglich der Minderung der CO2 Emissionen definiert. Demnach sollen die deutschen CO2-Emissionen durch Effizienzmaßnahmen und einen vermehrten Einsatz von erneuerbaren Energien (EE) gesenkt werden. Der Anteil der EE am Bruttostromverbrauch in Deutschland konnte in der Vergangenheit bis auf 37,8 % (Stand: 2018) gesteigert werden, während der Anteil der EE am deutschen Primärenergieverbrauch nur auf 14 % anstieg. Dies ist insbesondere im geringen Anteil der EE in den Sektoren Wärme und Verkehr begründet. Damit diese beiden Sektoren zukünftig höhere Anteile der EE erreichen, kann Energie zwischen den Sektoren verschoben werden. Diese sogenannte Sektorenkopplung ist ein vielversprechender Ansatz, der es ermöglicht Synergien zwischen den einzelnen Sektoren zu nutzen. Um diese Synergiepotentiale zu identifizieren, wird in der vorliegenden Arbeit ein de-tailliertes Modell des Verkehrssektors erstellt, das sowohl zeitlich als auch regional hoch aufgelöste Ergebnisse liefert. Der Verkehrssektor wird dabei in die Sektoren motorisierter Individualverkehr, Güterverkehr, Schienenverkehr und öffentlicher Personennahverkehr aufgeteilt. Die Luft- und die Binnenschifffahrt werden aufgrund des begrenzten Kopplungspotentials nicht betrachtet. Dieses Modell wird mit einem Modell der Stromerzeugung gekoppelt, sodass eine Gesamtsystemanalyse durchgeführt werden kann. Die Ergebnisse der definierten Szenarien zeigen, dass mit einer zunehmenden Elektrifi-zierung des Verkehrssektors hohe CO2 Emissionsminderungen erzielt werden können. Generell ist eine direkte Elektrifizierung dem Einsatz synthetischer Kraftstoffe vorzu-ziehen. Dabei fällt auf, dass der Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten nach dem Netzentwicklungsplan 2030 nicht ausreicht, um die CO2 Emissionsminderungsziele der Bundesregierung zu erreichen. Mit einem entspre-chenden Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten in allen Szenarien konnte aber eine CO2 Emissionsminderung von mindestens 90 % erreicht werden. Wird der Wärmesektor zum Gesamtsystem hinzugefügt, sind ähnliche Tendenzen zu beobachten. Aufgrund der hohen Einsparungen im Wärmesektor wirkt sich dessen Kopplung insbesondere in Szenarien mit hohen CO2 Emissionen im Verkehr positiv auf die Gesamtemissionen aus.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Untersuchungen zur Brennstoffbeschickung an Anlagen zur thermischen Abfallbehandlung

Untersuchungen zur Brennstoffbeschickung an Anlagen zur thermischen Abfallbehandlung von Zwiellehner, Martin H.
An großtechnischen Verbrennungsanlagen, die mit heterogenen Festbrennstoffen (bspw. Abfall oder Biomassen) betrieben werden, gibt es bis dato keine Möglichkeit, den in die Rostfeuerung eingebrachten Brennstoffmassenstrom zuverlässig “online” zu bestimmen. Wäre es möglich, den Brennstoffmassenstrom vorauszuberechnen, so könnten Feuerungsregelungen schneller qualitativ höherwertigere Ergebnisse erzielen und Feuerungsmodelle könnten deutlich verbessert werden. Um den Brennstoffmassenstrom berechnen zu können, wurden im Rahmen der Publikation umfangreiche Versuchsreihen durchgeführt um erstmalig u. a. Brennstoffdichtevariationen sowie die Kompressibilität des Brennstoffs zu bestimmen und die Fördereffektivität der Stößelbeschickungen zu beschreiben. In weiterer Folge wurden die empirisch ermittelten Erkenntnisse durch mathematische Beziehungen beschrieben, sodass eine Brennstoffmassenstromformel entwickelt werden konnte, mit der der Brennstoffmassenstrom mit einer sehr hohen Genauigkeit (voraus)berechnet werden kann. Hierzu sind ausschließlich Konstruktionsdaten des Brennstoffaufgabesystems notwendig.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Untersuchung von Chemical-Looping-Combustion im Megawatt-Maßstab

Untersuchung von Chemical-Looping-Combustion im Megawatt-Maßstab von Ohlemüller, Peter Georg
Die anthropogenen Treibhausgasemissionen sind mit hoher Wahrscheinlichkeit die Hauptursache für den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur, was erheblichen Einfluss auf unsere gesamte Umwelt hat. Um die Erderwärmung auf weniger als 2 °C im Vergleich zu vorindustriellen Zeiten zu begrenzen, ist die Nutzung von Technologien zur Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO2) im Energie- und Industriesektor unumgänglich. Um CO2-Abscheideverfahren bei der Strom-, Dampf- und/oder Wärmeproduktion wirtschaftlich nutzen zu können, sind möglichst geringe Zusatzkosten für die Abscheidung von CO2 essentiell. Aufgrund der vernachlässigbaren Wirkungsgradeinbußen ermöglicht das weiterentwickelte Oxyfuel-Verfahren Chemical-Looping-Combustion geringe CO2-Vermeidungskosten und ist somit eine vielversprechende CO2-Abscheidetechnologie. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen des Verfahrens Chemical-Looping-Combustion im 1 MWth Maßstab präsentiert. Bei diesem Verfahren werden zwei Wirbelschichtreaktoren eingesetzt, welche durch Kopplungselemente miteinander verbunden sind. Ein partikelförmiger Sauerstoffträger wird im ersten Reaktor durch Luftsauerstoff oxidiert und im zweiten Reaktor für die Oxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes verwendet. Somit entstehen Stickstoff mit Restsauerstoff sowie CO2 und Wasserdampf in zwei getrennten Produktströmen. Ausgehend von bestehenden Untersuchungen sind in dieser Arbeit verfahrenstechnische Optimierungen beschrieben und umgesetzt. Während 175 Betriebsstunden Chemical-Looping-Combustion wurde die Performance des Prozesses untersucht, wobei sowohl für gasförmige als auch für feste Brennstoffe autotherme Betriebsbedingungen erzielt werden konnten. Dies stellt einen wichtigen Schritt für eine mögliche Kommerzialisierung dar. Der Umsatz an Festbrennstoff und brennbaren Gasen war niedriger als in anderen Versuchsanlagen, was ausführlich diskutiert ist und auf unterschiedliche Rahmenbedingungen zurückgeführt werden kann. Insbesondere für Feststoffe sind weitere, modellgestützte Untersuchungen beschrieben, wobei ein Prozesssimulationsmodell entwickelt und mit Versuchsergebnissen validiert wurde. Auf dieser Grundlage folgt eine technisch-ökonomische Diskussion mit Ausführungen über CO2-Vermeidungskosten und Weiterentwicklung des Prozesses. An dieser Stelle wird das technische und wirtschaftliche Potential verschiedener Chemical-Looping-Technologien deutlich.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Mengen- und wertmäßige Bedeutung des Biomasseimports von Deutschland – Eine detaillierte Auswertung der Importstatistik

Mengen- und wertmäßige Bedeutung des Biomasseimports von Deutschland – Eine detaillierte Auswertung der Importstatistik von Domnik, Tobias, Kälber, S., Leible, L.
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. Within the context of globalization of the commodity markets, the orientation of the economy towards bioeconomy and the German Energiewende, biomass as a food, raw material and energy carrier is becoming increasingly important for Germany. Against this background, a detailed overview of the currently most important biomass sources in terms of quantity and value as well as their origin countries was provided for Germany, based on the imports of 2014.
Aktualisiert: 2021-02-11
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