Techno-ökonomische Analyse der Torrefizierung von Biomasse sowie auf Torrefizierung basierender Versorgungsketten

Abstract

Biomasse bietet die Möglichkeit, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und den CO2 Ausstoß zu reduzieren. Länder mit geringen Waldvorkommen, sind allerdings von Importen abhängig, was durch lange Transportdistanzen ökonomisch und ökologisch zu Problemen führen kann. Ziel dieser Arbeit ist die Wirtschaftlichkeit und Einsatzmöglichkeiten von Torrefizierungskonzepten zu analysieren. Torrefizierung bezeichnet einen thermischen Vorbehandlungsprozess von Biomasse bei Temperaturen zwischen 200-300°C, bei dem diese durch anschließende Verarbeitung zu Pellets (sogenannte TOP-Pellets) oder Briketts eine wesentlich höhere volumen- und massebezogene Energiedichte aufweist und somit die Energiebereitstellungseffizienz erhöhen soll. Basierend auf Daten der Literatur wurde die Wirtschaftlichkeit von Torrefizierung und anschließender Pelletierung von holzartiger Biomasse im Zuge von Biomasseversorgungsketten unter verschiedenen Rahmenbedingungen bewertet und mit konventioneller Pelletierung verglichen. Für die Berechnung wurde ein Softwaretool implementiert. Für die Berechnungen wurden Kanada, Lateinamerika und Skandinavien als Exportländer sowie die Niederlande als Importland für Biomasse definiert. Für die betrachteten Transportdistanzen sind TOP-Pellets nie kostengünstiger als herkömmliche Pellets. Dies liegt im Masseverlust bei TOP begründet. Nur bei der Verwendung von Holzstämmen als Ausgangsmaterial welche eine hohe Energiedichte aufweisen oder der Verarbeitung von composite residue logs im Holzschlägerungsgebiet (kürzeste Transportdistanz des Rohmaterials) sind die Kosten von TOP-Pellets äquivalent zu jenen von herkömmlichen Pellets. Sollte aufgrund technologischer Restriktionen nur eine geringere Energiedichte erzielbar sein, sind die Biomasseversorgungskettenkosten für TOP-Pellets wesentlich höher, als jene für herkömmliche Pellets. Die Realisierung hoher Energiedichten durch diese erst im Demonstrationsstadium befindliche Technologie ist daher von hoher Bedeutung. Wenn Biomasse ohne Verarbeitung über große Wegstrecken (über 1.000km) transportiert wird, erhält man lediglich eine Energiebereitstellungseffizienz von 72,6 Prozent bis 76,7 Prozent. Aus ökologischer Sicht sind TOP-Pellets (bei der Verwendung von Holzstämmen als Ausgangsmaterial) aus Skandinavien jenen aus Kanada bzw. Lateinamerika vorzuziehen, da diese eine Energiebereitstellungseffizienz von bis zu 94,6 Prozent aufweisen. Für die untersuchten Fälle sind TOP-Pellets hinsichtlich der Energiebereitstellungseffizienz in fast allen Fällen zu empfehlen. Diese Technologie könnte Biomasseversorgungsketten ökologischer gestalten und somit die ökologische Attraktivität von Biomassebrennstoffen gegenüber fossilen Energieträgern erhöhen.

Biomass offers the possibility to reduce the dependency on fossil fuels and CO2 emissions. Countries with low forest resources are dependent on imports, which can economically and ecologically cause problems due to long transport distances. The aim of this work is to analyze the efficiency and capabilities of torrefication concepts. Torrefication denotes a thermal pretreatment process of biomass at temperatures between 200-300°C, where these by subsequent processing into pellets (so called TOP-pellets) or briquettes having a substantially higher volume- and mass energy density and therefore to increase the energy provision efficiency. Based on data from literature, the efficiency of torrefication and subsequent pelleting of woody biomass was evaluated in the context of biomass supply chains under different conditions and compared with conventional pelleting. For calculation a software tool has been implemented. For calculations Canada, Latin America and Scandinavia were defined as exporting countries and the Netherland as the country of import for biomass. For the considered transport distances TOP pellets in terms of cost are never cheaper than conventional pellets. This is due to the mall loss in TOP. Only when using logs as a raw material having a high energy density or the processing of composite residue logs in wood felling area (shortest transport distance of raw material), the cost of TOP pellets equivalent to those of conventional pellets. The realization of high energy densities by these only in the demonstration stage technology situated technology is therefore of great importance. If biomass is transported without processing over large distances (above 1.000km) only energy provision efficiency of 72,6 percent to 76,7 percent is obtained. From an ecological point of view, TOP pellets (with the use of logs as raw material) from Scandinavia are preferable those from Canada or Latin America because they have an energy provision efficiency of up to 94,6 percent. For the investigated cases TOP pellets with regard to the energy provision efficiency are recommended in almost all cases. This technology could make biomass supply chains more ecological and thus increase the ecological attractiveness of biomass fuels compared to fossil fuels.