Energie aus Weinbau-Biomasse
TH Köln berechnet Potenzial für Wärme- und Kälteerzeugung
Bei der Weinherstellung fallen Reststoffe wie Trester – der feste bis
breiartige Rückstand nach dem Pressen der Trauben – und Rebholz nach dem
Schneiden der Reben an. Diese bleiben bislang weitgehend ungenutzt. Wie
die Biomasse verwertet werden könnte, um Wärme und Kälte für die
Weinbauwirtschaft zu erzeugen und so fossile Energieträger zu ersetzen,
hat die TH Köln in einem Forschungsprojekt untersucht.
„In der deutschen Weinbauwirtschaft werden überwiegend konventionelle
Brennstoffe wie Erdgas und Heizöl eingesetzt, um die technischen Anlagen
zur Herstellung und Kühlung des Rebensaftes zu betreiben. Doch gerade in
den Anbaugebieten fallen große Mengen organischer Reststoffe an, die
Energie emissionsärmer bereitstellen könnten. Im Projekt haben wir eine
Studie zum theoretischen und technischen Biomassepotenzial umgesetzt.
Basierend auf diesen Erkenntnissen haben wir eine Umfrage durchgeführt, um
eine valide Datengrundlage zu haben“, erklärt Projektleiter Thomas
Mockenhaupt, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Cologne Institute for
Renewable Energy der TH Köln.
Dazu befragten die Forschenden zunächst mehrere Weinbaubetriebe zu
möglichen Hemmnissen bei der Umsetzung eines Anlagenkonzeptes zur
energetischen Nutzung von Weinbau-Biomasse. „Als mögliche Hürden nannten
die Betreiber*innen unter anderem die Rentabilität der Anlagen durch
notwendige Investitionen sowie regulatorische Herausforderungen,
insbesondere die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte für Staub und
Kohlenstoff“, berichtet Mockenhaupt. Anschließend analysierten die
Wissenschaftler*innen in zwei ausgewählten Winzereien die jährlich
anfallenden Biomassemengen, die vorhandene technische Infrastruktur und
den Energieverbrauch.
Bewährte Technologie weiterentwickeln
Um das energetische Potenzial für die beiden Weinbaubetriebe in der Praxis
zu erproben, entwickelten die Forscher*innen der TH Köln eine etablierte
Strohballenvergaser-Technologi
Kleinballenbiomassevergaser werden Strohballen mit einem Durchmesser von
60 bis 70 Zentimetern in einer Kammer unter Sauerstoffmangel verglüht. In
einer zweiten Kammer wird Luft zugeführt, in der das Gas verbrannt wird.
Dabei entsteht Wärme, die über einen Wärmetauscher an die umgebenden
Wasserrohre abgegeben wird. Ein Teil der anfallenden Wärme wird über eine
Absorptionskälteanlage in Nutzkälte umgewandelt.
„Mit diesem Konzept zur Nutzung von Biomasseabfällen wie Rebholz und
Trester anstelle konventioneller Brennstoffe wie Erdgas und Heizöl wäre es
möglich, Energie für den spezifischen Bedarf der Weinbaubetriebe zu
erzeugen, zum Beispiel zur Kühlung bei der Lagerung oder zur Nutzung von
Wärme für die Erhaltung der Produktfeuchtigkeit“, erläutert Felipe Torres,
ebenfalls wissenschaftlicher Mitarbeiter in dem Projekt.
Berechnungen und Simulationen belegen Potenzial
Um die Annahmen zu validieren, berechneten die Forschenden das
Biomassepotenzial für die energetische Verwertung, unterteilt in Rebholz
und Trester. Mit Hilfe einer Software wurde der Verbrennungsprozess mit
unterschiedlichen Sauerstoff- und Biomasseanteilen simuliert. „Im Jahr
2020 gab es dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
zufolge in Deutschland etwa 15.000 große Weinbaubetriebe. Bei der
Produktion von rund neun Millionen Hektolitern Wein pro Jahr, so die
Zahlen vom BMEL, bleiben unter anderem Trester, Rebholz und Abwässer als
Reststoffe zurück. Pro Hektoliter Wein entstehen laut den beiden
Weinbaubetrieben etwa 25 Kilogramm Trester; hochgerechnet ergibt dies pro
Jahr etwa 230.000 Tonnen Trester mit einem energetischen
Frischmassepotenzial von etwa 1.468 Terajoule (TJ). Rund 308.000 Tonnen
Rebholz liefern ein weiteres jährliches Biomassepotenzial von 2.793 TJ. In
Summe stehen also aus den Restbiomassen Trester und Rebholz insgesamt
4.261 TJ zur Verfügung“, berichtet Torres. Dies entspreche dem jährlichen
Strom- und Wärmebedarf von mehr als 47.000 Einfamilienhäusern. „Das zeigt,
welches enorme energetische Potenzial die vorhandenen Weinbaubiomassen
haben. Denn mit der bislang energetisch ungenutzten Biomasse könnten die
rund 43.000 Weinbaubetriebe jeweils mehr als ein Einfamilienhaus autark
mit Energie versorgen“, erklärt Torres.
Neben Wärme und Kälte könnte über eine angeschlossene Heißgasturbine auch
Strom erzeugt werden, um die Winzereien möglichst unabhängig von
Energieimporten und Strombezug aus dem Netz zu machen. Zusätzlich könnte
die verbleibende Asche als Dünger im Weinberg eingesetzt werden. „Die
vollständige Verwertung der Reststoffe vor Ort wäre ein gelungenes
Beispiel für die Kreislaufwirtschaft“, so Mockenhaupt abschließend.
Über das Projekt
Das Forschungsprojekt „Projekt EWB – Energie aus Weinbaubiomasse“ wurde
unter der Leitung von Thomas Mockenhaupt vom Cologne Institute for
Renewable Energy der TH Köln durchgeführt. Die Projektlaufzeit betrug
dreieinhalb Jahre. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
förderte das Vorhaben im Rahmen des „Zentralen Innovationsprogramms
Mittelstand“ (ZIM) mit 59.914 Euro.
Die TH Köln zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte
Wissenschaften. Sie bietet Studierenden sowie Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland ein inspirierendes Lern-,
Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-, Gesellschafts-,
Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind rund 23.500 Studierende
in etwa 100 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. Die TH Köln
gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den
Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und
Handeln, unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten
machen uns in vielen Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und
Wegbereiterin.
