Die Logistik für europäische Bioenergiepflanzen verbessern
Erneuerbare Energien werden oftmals mit Windkraftanlagen oder Solarzellen in Verbindung gebracht. Tatsächlich jedoch macht Biomasse mehr als 60 % der in Europa erzeugten erneuerbaren Energien aus. Pflanzenmaterie oder „lignocellulose Biomasse“ ist der am besten verfügbare Rohstoff. Dieser wird gemeinhin zur Erzeugung von Wärme und Strom genutzt. Laut Benoit Gabrielle, Professor für Umweltbiophysik an der Universität Paris-Saclay und Koordinator des EU-finanzierten Projekts LOGISTEC, wird Europa jedoch erst dann in der Lage sein, seine anspruchsvollen Ziele für erneuerbare Energien einzuhalten, wenn „die Biomasse-Lieferkette im Hinblick auf Ökonomie, Gesellschaft und Umwelt in nachhaltiger Weise gemanagt wird“. Die Bioenergieproduktion umfasst eine Aktivitätenkette, welche vom Pflanzenwachstum bis zur letztlichen Energieumwandlung reicht. „Die Optimierung der verschiedenen Schritte der Kette, von der Rohstoffauswahl und dem Management des Transportmodus über die Ernte, Vorbehandlung und Lagerung, bietet Potenzial für Kostensenkungen und für eine verbesserte Nachhaltigkeit des Biomasseangebots“, sagt Gabrielle. Jeder Schritt kann unterschiedliche Herausforderungen hervorbringen und LOGISTEC zielte darauf ab, für alle Schritte Techniken zu finden, die Verbesserungen bieten. „Das Ziel war außerdem die Gestaltung eines ganzheitlichen Rahmens zur Optimierung der Logistik aus ökonomischer Perspektive sowie die Beurteilung der Nachhaltigkeit von Lieferketten im Hinblick auf Umwelt und Gesellschaft“, fügt Gabrielle an. Ein Leistungsvergleich der aktuellen Techniken Im Zuge von LOGISTEC wurden unter Verwendung von spezifischen Metaanalysen, Labortests, Feldversuchen und Ökosystemmodellierungen alle Pflanzenarten untersucht, die speziell als Biomasse kultiviert werden, um die Umweltauswirkungen zu beleuchten. Es wurde eine Reihe von Leistungsmerkmalen für kommerzielle Techniken erstellt. „Das Projekt war auf die effizientesten ausgerichtet, manche (Techniken für Erntesysteme) wurden verbessert oder es wurde die Machbarkeit bezüglich einer Verwendung für die zahlreichen Energiepflanzen erforscht, die im Rahmen des Projekts getestet worden waren“, erklärt Gabrielle. Die Projektpartner erstellten anhand des Potenzials für die Biomasseproduktion eine weltweite Datenbank zu den Energiepflanzen und es wurde eine Metaanalyse angewandt, um die Ernteerträge von zur Auswahl stehenden Energiepflanzen nach lokalen Bedingungen einzustufen. „Dies ist das erste Mal, dass eine solche Datenbank zusammengestellt und eine Metaanalyse durchgeführt worden ist. Es bestätigte sich, dass Miscanthus im Vergleich zu anderen Kandidatenarten für die Biomasseproduktion das insgesamt höchste Ertragspotenzial aufweist“, sagt Gabrielle. Mit mathematischen Modellen, die von dem Team entwickelt worden waren, war es zudem möglich, innerhalb der Lieferkette die besten technischen Kombinationen für jeden Rohstoff oder für jede Klimazone auszuwählen und die Gestaltung zukünftiger Biomasse-Lieferketten, Umwandlungsprozesse und Produkte zu unterstützen. Neue Techniken testen Ein Bereich, der von dem Konsortium untersucht worden war, war ein Vorbehandlungsverfahren, um Biomasse mehr „Dichte“ zu verleihen und einfacher transportierbar zu machen. Bei dem als Torrefizierung (Torrefikation) bekannten Prozess entstehen ebenfalls flüssige Rückstände, die als Düngemittel verwendet werden könnten. „Bei diesem Verfahren wird ein fester Rückstand mit einer viermal höheren Energiedichte als feste Biomasse und sehr guten Verbrennungseigenschaften erzeugt, das nährstoffreiche Abwasser verringerte jedoch leider bisweilen die Ernteerträge“, meint Gabrielle. Gabrielle fügte hinzu, dass der Rückstand auch über anaerobe Zersetzung vermittelt werden könne, um stattdessen Dünger herzustellen. Gabrielle kam zu dem Schluss, dass LOGISTEC gezeigt hat, dass alle Komponenten der Logistikketten verbessert werden können und dass Optimierungen der Ketten lohnenswert sind. „Die Speicherung erwies sich bezüglich der insgesamten Effizienz der Ketten als die zentrale Engstelle. Neue Optionen bezüglich der Pflanzenzüchtung, bspw. über die Kreuzung von Gemüse mit Lignocellulosespezies´, erschienen sehr vielversprechend zur Einsparung von Rohstoffen und Reduzierung von Umweltauswirkungen“, meint Gabrielle. Die Verdichtungstechniken wie etwa die Torrifikation schienen ebenfalls für eine großflächige Anwendung vielversprechend zu sein. Manche der über LOGISTEC entwickelten Innovationen sind bereits über die an dem Projekt beteiligten Unternehmen kommerzialisiert worden. Hierzu zählen verbesserte Erntesysteme, ein Verdichtungsverfahren über Brikettierung oder eine Echtzeit-Überwachung des Biomasseflusses und der Biomassespeicher. Langfristigere Entwicklungen beinhalten die Herstellung einer Software zur Optimierung der Logistik zur Unterstützung der Entscheidungsfindung für das Management der Biomasseherstellung in Bezug auf alle Standorte oder Pflanzen.
Schlüsselbegriffe
LOGISTEC, Energiepflanzen, Biomasse, Miscanthus x giganteus, Supply-Chain-Management, Anbauerträge, Bioenergie, Bioökonomie, Bioraffinerie.
