Potenziale, Kosten und Emissionen entlang des Technologiepfades der Biogaseinspeisung : regionale Bilanzierung unter Anwendung einer GIS-Applikation

Dresen, Boris; Lehmkuhl, Frank; Voth, Andreas

doi:urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-050653

Potenziale, Kosten und Emissionen entlang des Technologiepfades der Biogaseinspeisung : regionale Bilanzierung unter Anwendung einer GIS-Applikation = Potentials, costs and emissions along the technology path of biogas feed-in : regional balance by using a GIS application

Dresen, Boris

2015 & 2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von M.A. Boris Dresen

ImpressumAachen 2015

Umfang1 Online-Ressource (V, 230 Seiten) : Diagramme, Karten

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2015

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor) ; Voth, Andreas (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-11-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-050653
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/660011/files/660011.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/660011/files/660011.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
GIS (frei) ; Geoinformationsystem (frei) ; Potenziale (frei) ; Kosten (frei) ; Emissionen (frei) ; Ökobilanz (frei) ; Eutrophierung (frei) ; Versauerung (frei) ; Treibhauseffekt (frei) ; Niederrhein (frei) ; Deutschland (frei) ; Biomasse (frei) ; Bioenergie (frei) ; Biogas (frei) ; Biomethan (frei) ; Biogaseinspeisung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Raumbezogene Analysen sind die Kernfunktionalität von Geoinformationssystemen. Die Berechnung von regionalisierten Potenzialen, ökologischen und ökonomischen Bilanzen mittels Geoinformationstechnologien ist daher eine naheliegende Anwendung, die bislang jedoch nicht realisiert wurde. Mit der vorliegenden Ausarbeitung ist am Beispiel des Technologiepfades der Biogaseinspeisung die Funktionsweise exemplarisch demonstriert worden. Der gewählte Technologiepfad eignet sich aus Sicht der Geoinformation für technische und methodische Demonstrationen, da alle Klassen von geografischen Objekten und Datenformaten für die GIS-Applikation genutzt werden mussten und sinnvoll eingesetzt werden konnten. Flächenhafte Informationen des landwirtschaftlichen Anbaus, punktförmige Informationen der Tierhaltung und Anlagenstandorte werden über linienförmige Strukturen der Substrattransporte miteinander verknüpft. Vektor- und Rasterdaten sind für die Modellierung genutzt worden. Um die Bilanzierungen zu ermöglichen, sind die notwendigen Sachdaten und Algorithmen mittels Skripten und Datenbankverknüpfungen in das GIS integriert worden. Die vorgestellte GIS-Applikation ermöglicht eine anlagenspezifische Ermittlung real verfügbarer Biomassepotenziale für die Biogaseinspeisung. Gleichzeitig werden mit den unterschiedlich hohen Potenzialen verbundene Biomethangestehungskosten ermittelt und die ökologische Bilanzierung der Wirkungskategorien Treibhausgas, Versauerungs- und Eutrophierungs-potenzial durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die getroffenen Annahmen zur Flächenverfügbarkeit der wichtigste Faktor bei der Bestimmung der Höhe und räumlichen Verteilung des Biomethanpotenzials sind. Die quantitative Erfassung der regionalen Flächenverfügbarkeit zur Produktion von Biogassubstraten ist in mehreren Schritten unter Verwendung ausgewählter deutschlandweit verfügbarer Sekundärliteraturdaten erfolgt. Der Fokus lag auf der Bereitstellung von nachhaltig und wirtschaftlich erschließbarer Biomasse für die Biomethanproduktion. Mit der BMU-Leitstudie, dem Agrarsektormodell RAUMIS und weiteren umweltschutz-rechtlichen Annahmen sind entsprechende Rahmenbedingungen gewählt worden, um den Zielen gemäß die Anforderungen auch abbilden zu können. Im Vergleich zu anderen bio-massebezogenen Potenzialstudien, die räumliche Aussagen nur über administrative Gliederungen erzielen können, ist es mit GIS-Analysen möglich, die Beiträge zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und resultierenden Vermeidungskosten von einer bestimmten Anlage, einschließlich der im Einzugsgebiet genutzten Substrate von Anbauflächen und Tierhaltungsstandorten, zu identifizieren. Diese Funktionalität kann gleichzeitig für unterschiedlich große Räume angewandt werden, sodass eine Vielzahl an Anlagen und damit ganze Regionen auf einmal analysiert werden können. Die angewandte Methodik kann auf andere Bioenergieformen ausgeweitet oder auf Produkte abseits des Bioenergiesektors angewandt werden, insbesondere wenn die eingesetzten Rohstoffe einen räumlichen Bezug aufweisen und dieser kleinräumig variiert. Die grundlegenden Arbeiten für weitere Anwendungen sind mit der vorliegenden Dissertation gelegt worden.

Spatial analyses are the core functionality of geoinformation systems. Therefore, calculating regionalized potentials, ecological and economic balances using geoinformation technologies is an obvious application that has not yet been realised. With this project, the functioning is demonstrated in an exemplary manner by the example of the technology path of biogas feed. The selected technology path is suitable for technical and methodical demonstrations from the geoinformation perspective, as all classes of geographical objects and data formats must be used and can be practically applied for the GIS application. Extensive information on the agricultural cultivation, punctiform information on livestock breeding and plant locations are combined with each other via linear structures of substrate transport. Vector and grid data has been used for modelling. To facilitate balancing, the necessary factual data and algorithms have been integrated into GIS using scripts and database combinations.The default GIS application facilitates the system-specific determination of actually available biomass potentials for biogas feed. At the same time, biomethane costs associated with the varying high potentials are determined and the ecological balancing of the impact categories of greenhouse gas, acidification and eutrophication potential is carried out. The results show that the assumptions for surface availability are the most important factor in determining the extent and spatial distribution of the biomethane potential. The quantitative recording of regional surface availability to produce biogas substrates takes place in several steps by using selected secondary literature data available across Germany. The focus of this thesis was on providing sustainable and economically accessible biomass for biomethane production. With the BMU pilot study, the RAUMIS agriculture sector model and other environment-friendly assumptions, the appropriate framework conditions were selected to be able to illustrate the objectives according to the requirements. In contrast to other biomass-related potential studies, which can obtain spatial statements only via administrative structures, the GIS analyses makes it possible to identify the contributions to the reduction of greenhouse gas emissions and resulting prevention costs of a certain plant, including the substrate of areas under culti-vation and livestock breeding sites used in the catchment area. This functionality can be used simultaneously for various spaces so that a variety of systems and these entire regions can be analysed at once.The applied method can be extended to other forms of bioenergy or to products which are not from the bioenergy sector, especially if the raw materials used show a spatial reference and this varies on a small scale. The fundamental work for other applications has been laid with this dissertation.

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