Raps-Pflanzenöl-MHKW bzw. BHKW

Flüssige Biomasse (Pflanzenöl) als Brennstoff zur Erzeugung von  Ökostrom & Biowärme

Rapsöl oder Biodiesel als Kraftstoff für Dieselmotoren

Fossile Energierohstoffe sind nur begrenzt verfügbar.

Der Ersatz durch Ölpflanzen ist ein erster Schritt in Richtung „erneuerbare Energie„.

Durch die Photosynthese wandeln die Ölpflanzen die Sonnenenergie in Öl um, das annähernd eine Energiedichte von Diesel-Kraftstoff aufweist.

Als Brennstoff für Motorenheizkraftwerke können sämtliche Ölpflanzen, die für den Anbau in unseren Breiten geeignet, eingesetzt werden.

Die 5 wichtigsten Ölpflanzen sind Raps, Soja, Sonnenblume, Baumwolle, Erdnuss (evtl. auch Palmöl, das vorwiegend in Asien angebaut wird).

Die Nutzung heimischer nachwachsender Energiepflanzen bringt Impulse der Wirtschaft im ländlichen Raum, sichert und schafft Arbeitsplätze, erhöht die Versorgungssicherheit und leistet anstelle des Einsatzes von fossilen Brennstoffen einen wichtigen Beitrag zur Reduktion von CO2–Emissionen und weiteren Treibhausgasen.

Die Vorteile des Pflanzenöl-Kraftstoffes

Umweltschonende Brennstoffe sind nachwachsende Rohstoffe, die auf regenerative Weise nach Verbrauch innerhalb eines Jahres direkt oder indirekt aus Sonnenenergie gewonnen werden.

- Gespeicherte Sonnenenergie = CO2 neutral

es wird nur soviel bei der Verbrennung an CO2 abgegeben,
was zuvor im Wachstum aufgenommen wurde

- die Emissionen

sind gegenüber mineralischen Diesel deutlich geringer

- im Abgas gibt es kaum

Schwefel, weniger Ruß–Partikel, Stickoxid–Werte sind vergleichbar mit dem Diesel etwa gleich hoch.

- nachwachsende Rohstoffe

die Pflanzenölsaaten wie Raps, Sonneblumen, etc. sind nachwachsende Rohstoffe und ermöglichen eine unabhängige Energieversorgung

- biologisch abbaubar,

also kein wassergefährdender Stoff, somit keine besonderen Sicherheitsvorkehrungen bei der Lagerung, geringe Wassertoxizität

- gute Grenzschmierfähigkeit, daher geringerer Verschleiß

- der hohe Sauerstoffgehalt im Pflanzenöl

führt zu deutlichen Emissionsvorteilen gegenüber mineralischem Diesel.

- keine aromatischen Bestandteile im Pflanzenöl

gegenüber mineralischen Diesel, daher sind die Kohlenwasserstoffemissionen je nach Motoreinsatz zwischen 10 – 60 % geringer.

Die Nachteile des Pflanzenöles

- hohe Viskosität

ca. 67 mm²/s, gegenüber mineralischen Diesel 12-fach höher

- schlechte Zündfähigkeit

bzw. Kälteverhalten bei – 10 °C fliest Pflanzenöl nicht und versteift sich zu einer weißen Masse

- hoher Siedepunkt

Pflanzenöl siedet bei einer um 80 °C höheren Temperatur als mineralischer Diesel, daher ist eine schlechte Zündwilligkeit gegeben

- geringe Oxidationsstabilität (Alterungsstabilität)

abhängig vom Fettsäuremuster = zu hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren

- negative Beeinflussung

durch die Lagerung der Saat oder Öles bei zu hoher Temperatur,

durch Lichteinwirkung auf das Öl,

durch Wasser und durch katalytisch wirkende Metalle z. B. Kupfer, dadurch können Oxidations- und Polymerisationsvorgänge einsetzen,

z. B. bei 100 ° C liegt der Grenzwert der Oxidationsstabilität bei etwa 5 Stunden

- Preisrisiko für das Pflanzenöl

 = große Nachfrage für die Biodiesel – Raffinerie als Biodiesel – Rohstoff wird im mobilen Bereich ein höherer Preis geboten!

Der Fortschritt bei der Entwicklung der Verbrennungsmotoren

Um die Nachteile des Pflanzenöl–Kraftstoffes beherrschen zu können, wurde der Dieselmotor mit Wirbel- oder Vorkammer–Verfahren sowie umgebaute Serienmotoren mit Direkt-Einspritzung pflanzenöltauglich weiterentwickelt.

Hierbei kann vor allem die ehemalige Thüringer Motorenwerke – jetzt AAN – auf einen langzeitlich erprobten Dieselmotor mit Direkteinspritzung (umgebauter MAN–Motor) verweisen, der alle Nachteile des Pflanzenöles beherrscht.

Maßnahmen

Die wesentlichen Maßnahmen beim pflanzenöltauglichen Dieselmotor sind:

 - Vorwärmung des Kraftstoffes

bis auf 70 – 80 ° C bis zur Zündung

- Bildung von Verbrennungsrückständen

Abhilfe durch spezielle Verbrennungsverfahren (Wirbelkammerverfahren, Direkteinspritzung)

- vorgewärmtes Kraftstoffsystem

wird vom Motorblock bis hin zu den Ventilen vorgewärmt geführt (Vermeidung von Verkokung, Sicherstellung der Zündung des Kraftstoffes)

- partielles Aufheizen des Kraftstoffes

bis vor dem Zylinderkopf in der Einspritzdruckleitung, so kann auch mit niederen Temperaturen gestartet werden.

Kaltstart des Motors bei über 30 ° C bereits möglich.

- Entwicklung eines temperaturbeständigeren Ferrothermkolben

hält die etwa 100 °C höheren Verbrennungstemperaturen länger stand

- Vergleichbar niedrige NOx–Emission

durch das modifizierte Einspritzsystem und der Form des Ferrothermkolben im Zylinderkopf, daher bis 1000 KW Brennstoffleistung kein Katalysator erforderlich

- vollautomatisches Zwischenspülsystem

Zur Vermeidung der Polymerisation bzw. Verstopfen des Einspritzsystem ist ein Zwischenspülsystem (vor dem Start freispülen - beim Abstellen freispülen) installiert, so dass auch ein Kaltstart mit Diesel möglich ist.

- Erfahrungen mit Dieselzündstrahlverfahren

sind Grundlage dazu

- Modifizierter MAN–Grundmotor – Bauart 6 – 12 Zylinder

- Motorleistungen von 8 KW_el – 360 KW_el

- Gesamtnutzungsgrad ca. 85 %

- Brennverfahren mit Einstrahleinspritzung bei hohen Drücken

und 2–Stoffsystem

- Saugmotor vorzugsweise aufgeladen und ladeluftgekühlt

- Abgasemissionen < 3 MW

- NOx :1.000 mg/m³
- kein SCR–KAT erforderlich
- CO: max. 300 mg/m³
- Staub: max. 20 mg/m³
 

(Grenzwertempfehlungen der TA–Luft 2002)

Quelle: SW-Energietechnik

Wirtschaftlichkeit des Pflanzenöl–MHKW (Beispiel)

Allgemeine Daten:

Brennstoff  Rapsöl
Hu = 35 MJ/kg , Dichte = 0,92 , Hu = 9,8 KWh/kg = 9,0 KWh/l

Brennstoffpreise (Beispiele)

Rapsöl ( Pflanzenöl-Qualität): z. B. 2006 ca. 70 Cent/l

Palmöl 2006: 450 €/t , Ende 2007: 800-850 €/t

Einnahmen durch Energielieferverträge

1. Ökostromtarife für Pflanzenöl nach dem EEG - Deutschland

Gemäß Ökostrom–EEG (1.8. 04) über die Abnahme elektrischer Energie aus Ökostromanlagen wird vom örtlichen EVU für Ökostrom aus flüssiger Biomasse bis zu einer Engpassleistung 150 KW el ein Preis von 18,98 Ct/KWh für das Jahr 2007 – 20 Jahre lang – gezahlt.

2. Verkaufbarer Wärmepreis

5 Ct/KWh (ca. 50 % vom Heizölpreis)

Leistungsdaten des Pflanzenöl MHKW

Gesamtnutzungsgrad: 84%

Jahresbetriebsstunden: 7.500 h

Thermisch: 180 kWth -> 1.350.000 kWth/a

Elektrisch: 150 kWel -> 1.125.000 kWhel/a

Gesamt: 2.475.000 kWh/a

Risiko der Wirtschaftlichkeit!

Die Preisschwankungen des Brennstoffes „Pflanzenöl„ lassen keine gesicherte Wirtschaftlichkeit zu, weil für dieses Pflanzenöl in der Biodiesel–Raffinerie im Einsatz des mobilen Verkehrs ein höherer Preis erzielbar ist.

Quelle: SW-Energietechnik

Ökologie von Pflanzenöl - Fluch und Segen

Sofern das Bioöl aus nachhaltigem Anbau stammt, ist die Ökologie nicht gefährdet.

Für Biotreibstoff und zur Stromerzeugung mit BHKWs herrscht ein riesiger Boom.

Seit €pa und Amerika Bio-Treibstoffe als Alternative zum "schmutzigen" Erdöl und z. B. Palmöl als viel versprechendes Bioprodukt entdeckt haben, läuft das Geschäft auf Hochtouren - mit verheerenden Folgen für die Umwelt.

Ertragreichste Ölpflanze

Keine andere Ölpflanze ist so ertragreich: 4-8 t Roh- und Palmöl/ha. Für 100 ha sind auch nur 75 Arbeitskräfte nötig.

Der Palmölverbrauch hat sich in 10 Jahren weltweit auf > 30 Mio. t/a mehr als verdoppelt.

Palmöl - Killer des Regenwaldes

Für die Gewinnung von Palmöl wird z. B. in Indonesien (Borneo) der Regenwald abgeholzt oder durch Brandrodung Platz geschaffen für lukrative Palmölplantagen.

Auf Sumatra ist der meiste Wald schon abgeholzt.

Außerdem sind Palmölplantagen die größte Bedrohung für das Überleben der Orang-Utans.

Bis 2004 waren in Indonesien 5,4 Mio. ha mit Ölpalmen bepflanzt. Lt. Regierungsbeschluss sollen bis 2008 8,4 Mio. ha bepflanzt werden, das meiste davon auf Kalimantan.

In 3-4 Jahren dürfte dann der Tieflandregenwald verschwunden sein.

Mehr CO2-Freisetzung durch Brandrodungen als Einsparung

Wissenschaftler (z. B. F. Siegert, München) haben nachgewiesen, dass durch Brandrodungen des Geländes mehr CO2 freigesetzt als durch den Verbrauch von Palmöl-Treibstoff eingespart wird.

Stromerzeugung mit Blockheizkraftwerken

Deutschland ist mit 800.000 t/a der fünftgrößte Palmölimporteur weltweit.

Damit werden u. a. BHKWs betrieben, die lt. des Leipzigers Instituts für Energetik und Umwelt 1,3 Milliarden kWh/a Strom produzieren.

Endverbraucher bezahlt die Rechnung

Dieser Biostrom wird vom Staat hoch subventioniert, indem ihn die Stromerzeuger teuer aufkaufen müssen (EEG).

Der Endverbraucher muss wiederum durch einen höheren Preis für den Normalstrom die Rechnung bezahlen.

Quelle: C. Oellrich, dpa

Wirtschaftlichkeit von BHKWs mit Pflanzenöl bzw. Pflanzenölmethylesther

Aufgrund der gestiegenen Erdölpreise ist es nahe liegend, ob, ähnlich wie beim Auto, durch einen Umstieg auf Pflanzenöl auch bei stationären Motoren ein Kostenvorteil erzielt werden kann.

Zwar wird durch das neue Gesetz zum Vorrang erneuerbarer Energien (EEG) eine Mindestvergütung für den in das öffentliche Netz eingespeisten Strom garantiert.

Andererseits ist die Mineralölsteuer z. Z. im Bereich der Wärmeversorgung (noch!) geringer als im Kraftfahrzeug-Sektor.

Außerdem werden BHKW-Anlagen von der Mineralölsteuer befreit.

Deshalb kann die höhere Einspeisevergütung die hohen Pflanzenölpreise auch unter optimalen Bedingungen nicht kompensieren.

Die wirtschaftliche Situation von Pflanzenöl-Motoren erschwert sich noch aufgrund der höheren spezifischen

Investitionen für die Pflanzenöl geeigneten BHKW-Anlagen sowie der höheren Wartungskosten.

(Quelle: BHKW-Infozentrum)

Für wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.

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