ROLE OF BIOGENIC WASTE AND RESIDUES AS AN IMPORTANT BUILDING BLOCK TOWARDS A SUCCESSFUL ENERGY TRANSITION AND FUTURE BIOECONOMY – RESULTS OF A SITE ANALYSIS
- Andrea Schüch - Faculty of Agricultural and Environmental Sciences, Department of Waste and Resource Management, University of Rostock, Germany
- Jan Sprafke - Faculty of Agricultural and Environmental Sciences, Department of Waste and Resource Management, University of Rostock, Germany
- Michael Nelles - Faculty of Agricultural and Environmental Sciences, University of Rostock, Germany - Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH, Germany
- Available online in Detritus - Volume 10 - June 2020
- Pages 109-117
Released under CC BY-NC-ND
Copyright: © 2019 CISA Publisher
Abstract
Renewable energies – especially wind and solar – have grown remarkably in recent years, but bioenergy is still the most important renewable resource worldwide and in Germany. In contrast to the situation in many other countries, bioenergy in Germany is often based on energy crops. As a result of changing political frameworks, the German bioenergy industry has to use alternative substrates as biogenic waste and residues and to implement more efficient utilization pathways. Biogenic waste and residues can cover in Germany 7 to 9% of the current total primary energy consumption. In the federal state of Mecklenburg-Western Pomerania, more electricity is produced than consumed. This means that the federal state exports electricity to other German regions or abroad, assuming grid bottlenecks do not prevent this. The share of fluctuating wind and solar power is still increasing. Without stabilization by coal power plants, the electrical network could be destabilized by those sources. The presented case study of Mecklenburg-Western Pomerania shows that there are opportunities to contribute to a stable network through the use of bioenergy. Besides the supply of electricity, thermal energy at different temperature levels, as well as fuels for transportation, are also provided by biomass. Around 22% of the annual energy consumption of the federal state could be covered by biogenic waste and residues (based on the technical fuel potential). The figure is currently 7.3%. This shows that there is room to extend bioenergy generation and the use of biogenic waste and residues in the bioeconomy without impacting food production.Keywords
Editorial History
- Received: 15 Jul 2019
- Revised: 10 Feb 2020
- Accepted: 12 Feb 2020
- Available online: 05 Mar 2020
References
AEE, 2013. Potenzialatlas Bioenergie in den Bundesländern. https://mediathek.fnr.de/media/downloadable/files/samples/a/e/aee_potenzialatlas_090114_2013_fnr.pdf, last website visit on 23.05.2019
Aichinger, P.; Kuprian, M.; Probst, M.; Insam, H.; Ebner, C., 2015: Demand-driven energy supply from stored biowaste for biomethanisation. Bioresour. Technol. 194, 389–393.,
DOI 10.1016/j.biortech.2015.06.147
BMWi 2019. Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung im Jahr 2018, Hrsg. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), as of October 2019, https://www.erneuerbare-energien.de/EE/Redaktion/DE/Downloads/Berichte/erneuerbare-energien-in-zahlen-2018.pdf?__blob=publicationFile&v=3, last website visit on 27.11.2019
BNetzA, 2017. Bundesnetzagentur: Quartalsbericht zu Netz- und Systemsicherheitsmaßnahmen Viertes Quartal und Gesamtjahr 2016
BP, 2019. BP Statistical Review of World Energy 2019. https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2019-full-report.pdf, last website visit on 15.11.2019
Brosowski, A.; Thrän, D.; Mantau, U.; Mahro, B.; Erdmann, G.; Adler, P.; Stinner, W.; Reinhold, G.; Hering, T.; Blanke, C., 2016. A review of biomass potential and current utilisation – Status quo for 93 biogenic wastes and residues in Germany. Biomass and Bioenergy 95, 257-272.
DOI 10.1016/j.biombioe.2016.10.017
Cimpan, C.; Rothmann, M.; Hamelin, L.; Wenzel, H., 2015. Towards increased recycling of household waste: Documenting cascading effects and material efficiency of commingled recyclables and biowaste collection. Journal of Environmental Management 157, 69–83.
DOI 10.1016/j.jenvman.2015.04.008
Daniel-Gromke, J.; Rensberg, N.; Denysenko, V.; Trommler, M.; Reinholz, T.; Völler, K.; Beil, M.; Beyrich, W., 2017. Anlagenbestand Biogas und Biomethan – Biogaserzeugung und –nutzung in Deutschland. Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, DBFZ Report Nr. 30 ISBN 978-3-946629-24-5
Ding, L.; Cheng, J.; Qiao, D.; Yue, L.; Li, Y.; Zhou, J.; Cen, K., 2017. Investigating hydrothermal pretreatment of food waste for two-stage fermentative hydrogen and methane co-production. Bioresource technology 241, 491–499.
DOI 10.1016/j.biortech.2017.05.114
ECN, 2019. Biowaste in the Circular Economy. EUROPEAN COMPOST NETWORK, https://www.compostnetwork.info/policy/circular-economy/, last website visit on 23.05.2019
Ediger, V.Ş.; Hoşgör, E.; Sürmeli, A.N.; Tatıdil, H. 2007. Fossil Fuel Sustainability Index: An application of resource management. Energy Policy 2007; 35(5), 2969–2977
Ediger, V. Ş., 2019. An integrated review and analysis of multi-energy transition from fossil fuels to renewables. Energy Procedia 156, 2-6.
DOI 10.1016/j.egypro.2018.11.073
EM MV, 2018. Energie- und CO2-Bericht 2017 – 2018 mit Energiebilanz und Bilanz energiebedingter CO2-Emissionen 2015 und 2016, Ministerium für Energie, Infrastruktur und Digitalisierung Mecklenburg-Vorpommern (Hrsg.), https://www.regierung-mv.de/Landesregierung/em/Service/Publikationen/?id=18721&processor=veroeff, last download 23.05.2019
FNR, 2019. BASISDATEN BIOENERGIE DEUTSCHLAND 2018, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), http://www.fnr.de/fileadmin/allgemein/pdf/broschueren/Broschuere_Basisdaten_Bioenergie_2018_web.pdf, last website visit on 15.11.2019
FNR, 2018. Flexibilisierung von Biogasanlagen. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (Hrsg.), https://fnr.de/fileadmin/allgemein/pdf/broschueren/Broschuere_Flexibilisierung_Biogas_Web.pdf, last download 23.05.2019
Hoffstede, U., 2013. FlexHKW Flexibilisierung des Betriebes von Heizkraftwerken. In: Konferenzreader 5. Statuskonferenz "Energetische Biomassenutzung", 14./15. November 2013 in Leipzig. Leipzig: DBFZ, 2013, pp. 496499
Holzhammer, A., 2018. Russischer Löwenzahn als Lieferant für Naturkautschuk. Agrarheute 27.12.2018, https://www.agrarheute.com/technik/traktoren/reifen-continental-loewenzahn-550458, last website visit on 19.11.2019
Holzhammer, U.; Nelles, M.; Scholwin, F., 2013. Auswirkungen der flexiblen Stromproduktion aus Biogas auf den konventionellen Kraftwerkspark und dessen CO2-Emissionen, In: Kern, M.; Raussen, T. (Hrsg.): Optimierte Erfassung und Verwertung von Bioabfall, Reihe Witzenhausen-Institut, Neues aus Forschung und Praxis, S. 145-167, Dezember 2013, ISBN 3-928673-65-3
Holzhammer, U.; Stelzer, M.; Nelles, M., Scholwin, F., 2015. Die neue Flexibilität der Stromwirtschaft und die zukünftige Rolle der Abfallwirtschaft, In: Erich-Schmidt-Verlag (Hrsg.): Müll und Abfall, 02.15, S. 79-89, ISBN 978-3-503-12493-0
Hoogwijk, M.; Faaij, A.; Eickhout, B.; Vries, B. de; Turkenburg, W., 2005. Potential of biomass energy out to 2100, for four IPCC SRES land-use scenarios. Biomass and Bioenergy 29, 225–257
Hübel, M.; Prause, J.; Gierow, C.; Holtz, D.; Wittenburg, R.; Hassel, E., 2018. Evaluation of Flexibility Optimization for Thermal Power Plants, ASME Power and Energy Conversion Conference, 2018, Orlando, USA
IEA, 2017. Technology Roadmap - Delivering Sustainable Bioenergy
Kern, M.; Siepenkothen, H.-J.; Turk, T. 2018. Erfassung und Qualität von haushaltstämmigen Bioabfällen. 12. Biomasseforum “Neue Perspektiven für die Bioabfallwirtschaft”, ISBN 3-928673-77-7, 53-68
Lauer and Trähn, D., 2017. Biogas plants and surplus generation: Cost driver or reducer in the future German electricity system? Energy Policy 109, 324-336.
DOI 10.1016/j.enpol.2017.07.016
LUNG, 2018. Daten zur Abfallwirtschaft. Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie Mecklenburg-Vorpommern (Hrsg.). https://www.lung.mv-regierung.de/dateien/dza_2017.pdf, last website visit on 23.05.2019
Mauky, E.; Jacobi, H.F.; Liebetrau, J.; Nelles, M., 2014. Flexible biogas production for demand-driven energy supply – Feeding strategies and types of substrates. Bioresour. Technol. 178, 262-269,
DOI 10.1016/j.biortech.2014.08.123
Miltner, M.; Makaruk, A.; Harasek, M., 2017. Review on available biogas upgrading technologies and innovations towards advanced solutions. Journal of Cleaner Production 161, 1329–1337.
DOI 10.1016/j.jclepro.2017.06.045
Raussen, T.; Wagner, J.: EEG 2017 in der abfallwirtschaftlichen Praxis – Chancen für Bio- und EEG 2017 in der abfallwirtschaftlichen Praxis – Chancen für Bio- und Grüngutverwertungsanlagen. Müll und Abfall 7-2017, 328–334. https://www.muellundabfall.de/MA.07.2017.328
Remondis, 2019. SAS gewinnt klimafreundlichen Strom aus Bioabfällen,https://www.remondis-aktuell.de/012015/recycling/mit-energie-fuer-schwerin/, last website visit on 23.05.2019
Schüch, A.; Morscheck, G.; Lemke, A.; Nelles, M., 2016. Bio-waste Recycling in Germany – Further Challenges. Procedia Environmental Sciences 35, 308–318.
DOI 10.1016/j.proenv.2016.07.011
Schüch, A.; Morscheck, G.; Nelles, M. 2017. Technological Options for Biogenic Waste and Residues – Overview of Current Solutions and Developments. In: Ghosh, S. K.: 7th International Conference on Solid Waste Management. (Ed.): Globals Waste Management: Proceedings of the 7th IconSWM 2017, 1029 - 1044
Schüch, A.; Nelles, M.; Nassour, A., 2017. Nachhaltige energetische Nutzung biogener Ressourcen durch industrielle Synergien. In: Nelles, M. (Hrsg.) 11. Rostocker Bioenergieforum: Am 22. und 23. Juni 2017 an der Universität Rostock: Tagungsband. Rostock: Professur Abfall- und Stoffstromwirtschaft Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität. ISBN: 978-3-86009-455-6. S. 363–371
Sprafke, J.; Engler, N.; Nelles, M.; Schüch, A. Bioabfallvergärung − Prozessoptimierung durch Substrat-management. In: Nelles, M.: 13. Rostocker Bioenergieforum. Rostock, 2018. ISBN 978-3-86009-487-7, 135 - 142
StatA MV (2017): Statistisches Jahrbuch 2017, StatA MV, 19 Energie
StatA MV (2018): Statistisches Jahrbuch 2018 (Kennziffer: Z011 2018 00), ISBN-13 978-3-9316-54-34-4
StatA MV (2019): Statistisches Jahrbuch 2019, StatA MV, 19 Energie
Szarka, N.; Scholwin, F.; Trommler, M.; Jacobi, H. F.; Eichhorn, M.; Ortwein, A.; Thrän, D., 2013. A novel role for bioenergy: A flexible, demand-oriented power supply. Energy 61, 18-26,
DOI 10.1016/j.energy.2012.12.053
Orth, M.; Schüch, A. (2018): Die Rolle der Bioenergie bei der Sektorenkopplung in MV. In: Nelles, M.: 12. Rostocker Bioenergieforum. Rostock, 2018. ISBN 978-3-86009-473-0, 35 - 47
Park, A.; Kim, Y. M.; Kim, J. F.; Lee, P. S.; Cho, Y. H.; Park, H. S., 2017. Biogas upgrading using membrane contactor process. Pressure-cascaded stripping configuration. Separation and Purification Technology 183, 358–365.
DOI 10.1016/j.seppur.2017.03.006
Piotrowski, S.; Carus, M.; Essel, R. (2015): Global bioeconomy in the conflict between biomass supply and demand. Hürth (7). In nova paper on bio-based economy
Veolia, 2019. Teilstromvergärungsanlage Rostock, https://www.veolia.de/teilstromvergaerungsanlage-rostock, last website visit on 23.05.2019