VDI 6310 Blatt 1-2016 Classification and quality criteria of biorefineries.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREKlassifikation und Gtekriterienvon BioraffinerienClassification and quality criteriaof biorefineriesVDI 6310Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch BiotechnologieVDI-Handbuch EnergietechnikVDI-Handbuch Ressourcenmanagement in der Umwelttechnik

2、VDI-Handbuch Technik Biomasse/BodenVDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 1: Bewertung/StoffwerteVDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 2: Planung/ProjektierungVDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 5: Spezielle Verfahrenstechniken

3、VDI-RICHTLINIEN ICS 13.020.20, 65.040.20, 71.020 Januar 2016 January 2016Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 52 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . 53 Begrif

4、fe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Technologie der Bioraffinerie . . . . . . . . . 104.1 Klassifizierung von Bioraffinerieanlagen . . 104.2 Technologische Konzepte . . . . . . . . . . 165 Definition von Bewertungsmethoden und zugehrigen Kenngren . . . . . . . . . . . 255.1 Allgemeine St

5、andortfaktoren . . . . . . . . 255.2 Integrationsniveau und Standorte fr Bioraffinerien . . . . . . . . . . . . . . . . 265.3 Biomassebereitstellung . . . . . . . . . . . 305.4 Marktstrategische Ausblicke . . . . . . . . 395.5 Methodischer Rahmen zur Ermittlung von Kenngren. . . . . . . . . . . . .

6、. . 425.6 Definition von Bewertungsgren/ Bewertung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.7 Wahrnehmung gesellschaftlicher Verantwortung. . . . . . . . . . . . . . . . 676 Anwendung ausgewhlter Methoden auf das Praxisbeispiel grne Bioraffinerie“ . . . . . 706.1 Einfhrung . . . . . . . . . . . . . .

7、. . . 706.2 Beschreibung der Anlage Biowert-Bioraffinerie, Brensbach. . . . . . 726.3 konomische Bewertung . . . . . . . . . . 76Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、. 52 Normative references . . . . . . . . . . . . . 53 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 64 Biorefinery technology. . . . . . . . . . . . . 104.1 Biorefinery classification . . . . . . . . . . 104.2 Technological concepts . . . . . . . . . . . 165 Definition of evaluation methods and a

9、ssociated values . . . . . . . . . . . . . . . 255.1 General location factors . . . . . . . . . . 255.2 Level of integration and locations for biorefineries. . . . . . . . . . . . . . . . . 265.3 Biomass supply . . . . . . . . . . . . . . . 305.4 Strategic market prospects . . . . . . . . . 395.5 Me

10、thodological framework for determination of values . . . . . . . . . . . 425.6 Definition of evaluation values and evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.7 Assuming social responsibility . . . . . . . 67 6 Example: Practical application of selected methods to a “green biorefinery”. . 706

11、.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . 706.2 Plant description Biowert biorefinery, Brensbach. . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.3 Economic evaluation . . . . . . . . . . . . 76Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken a

12、s authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Frhere Ausgabe: 02.14 Entwurf, deutsch Former edition: 02/14Draft, in German onlyZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V

13、.,Dsseldorf 2016Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedVDI-Gesellschaft Technologies of Life Sciences (TLS)Fachbereich BiotechnologieB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29BES

14、T BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02 2 VDI 6310 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016Seite6.4 kologische Bewertung . . . . . . . . . . 826.5 Soziale Bewertung . . . . . . . . . . . . . 926.6 Wahrnehmung gesellschaftlicher Verantwortung . . .

15、. . . . . . . . . . . . 926.7 Fazit aus der Anwendung der Gtekriterien . . . . . . . . . . . . . . . . 947 Schlussfolgerung . . . . . . . . . . . . . . . 95Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und

16、 Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizen

17、zbedin-gungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/6310.Einleitu

18、ngAngesichts der Herausforderungen durch Ressour-cenknappheiten und Klimawandel haben die Bereit-stellung von Energie und Energietrgern sowie die Erzeugung von Kraftstoffen und Produkten aus nach-wachsenden Rohstoffen enorm an Bedeutung gewon-nen. Dieser Trend wird sich in Zukunft weiter ver-strken.

19、 Um mglichst schnell kommerziellen und wissenschaftlichen Nutzen aus dieser Entwicklung zu ziehen, sind neuartige Produktionssysteme zur Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe erforder-lich, die z. B. mit dem Technologiekonzept Bioraffi-nerie“ zur Verfgung gestellt werden knnen. Aus konomischen Grnde

20、n werden langfristig sehr wahrscheinlich Produktionssysteme bevorzugt wer-den, die verschiedene Produktklassen wie Kraft-stoffe, Energie und Chemierohstoffe parallel erzeu-gen knnen, gegebenenfalls sogar verbunden mit Koppelprodukten wie Nahrungs- und Futtermitteln.Dieser Bioraffinerieansatz hnelt d

21、em Erfolgsrezept der Erdlraffinerie und der Verbundproduktion in der chemischen Industrie. Analog zu diesen langjhrig Page6.4 Environmental evaluation . . . . . . . . . 826.5 Social evaluation . . . . . . . . . . . . . . 926.6 Assuming social responsibility. . . . . . . 92 6.7 Conclusion based on ap

22、plication of quality criteria . . . . . . . . . . . . . . . 947 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Preliminary noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of

23、 the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to th

24、e licensing conditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/6310.IntroductionGiven the challe

25、nges of resource shortages and cli-mate change, it has become incredibly important to supply energy and energy sources and produce fuels and products based on renewable resources. This trend will strengthen further in the future. In order to draw commercial and scientific benefit from these developm

26、ents as soon as possible, new kinds of pro-duction systems are required to process renewable re-sources. These may, for example, become available in the form of a “biorefinery” technology concept. For economic reasons, the production systems most likely to be preferred over the long term will be cap

27、a-ble of producing a range of product classes such as fuels, energy and chemical raw materials in parallel, possibly even with by-products such as food and ani-mal feed. The biorefinery approach is similar to the recipe for success set by the petroleum refinery and the produc-tion of compounds in th

28、e chemical industry. Similar B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02VDI 6310 Blatt 1 / Part 1 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016optimierten und etablierten Verbundstr

29、ukturen kann eine Arbeitsdefinition fr das System Bioraffinerie“ lauten:Bioraffinerie“ ist ein integratives Gesamtkonzept fr die Konversion (Umwandlung) von nachwach-senden Rohstoffen zu Chemikalien, Werkstoffen,Brenn- und Kraftstoffen sowie gegebenenfalls zur Erzeugung von Energie (zur Eigennutzung

30、 und/oder Auskopplung) als Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften unter mglichst vollstndiger Aus-nutzung der Biomasse.Die energetische und stoffliche Nutzung von Bio-masse erleichtert den Um- und Ausbau der Rohstoff-wirtschaft und damit die Entwicklung einer an Nach-haltigkeitskriterien ausgerichtet

31、en Wirtschaftsform.In zunehmendem Mae sehen Unternehmen auf die-sem Gebiet Marktchancen meist verbunden mit der Aussicht auf kologisch vertrglichere Produktions-prozesse und auf Erschlieung neuer regenerativer Rohstoffquellen. Ebenso kann Biomassenutzung dazu beitragen, Arbeitspltze in der Landwirts

32、chaft zu sichern und neu zu schaffen, was zu einer Renais-sance des lndlichen Raums und einer Neuinterpreta-tion seiner Versorgungsrolle fhren kann.Ein weiterer Vorteil der Biomassenutzung wird darin gesehen, dass bisher nicht oder nicht vollstndig ge-nutzte Stoffstrme einer industriellen Nutzung zu

33、ge-fhrt werden knnen. Auch die Entwicklung von in-novativen Umwandlungs- und Veredelungstechnolo-gien kann zu Wettbewerbsvorteilen fhren. Gleich-zeitig werden aber auch gesellschaftliche Strmun-gen sichtbar, die auf die Konkurrenz des Nahrungs- und Futtermittelsektors zur energetischen und stoff-lic

34、hen Nutzung von Biomasse hinweisen. Probleme bereiten die begrenzt verfgbare Flche, Roh-stoffspekulationen sowie die Folgen fr Arten- und Naturschutz. Die Wirkungen industrieller Biomasse-nutzung (kologisch, konomisch und sozial) sind zudem abhngig von der jeweiligen konkreten Aus-gestaltung der leb

35、enszyklusweiten Wertschpfungs-ketten (Nutzungspfade) und deshalb nicht per se als nachhaltig zu bewerten. Die Einbeziehung einer Le-benszyklusbetrachtung zur Bewertung der Gte von Bioraffinerien ist daher erforderlich.Das Konzept einer vollstndig entwickelten Bioraffi-nerie entspricht in Analogie zu

36、r Erdlraffinerie dem Einsatz verschiedener Technologien zur Herstel-lung eines ganzen Produktportfolios aus Biomasse-eingangsstoffen. Eine vollstndig entwickelte Bioraf-finerie kann als Ergebnis eines sukzessiven Aufbau-, Vernetzungs- oder Entwicklungsprozesses aus beste-henden Biomassekonversionsan

37、lagen oder als Kom-bination von chemischen, physikalischen, thermo-chemischen und biotechnologischen Verfahren mit to these structures, optimised and established over many years, a working definition for a “biorefinery” system could read:A “biorefinery” is an integrative concept for the conversion o

38、f renewable resources into chemicals, materials, fuels and, as appropriate, for the gener-ation of energy (for own use and/or supply) as a contribution to the sustainable economy while ex-ploiting biomass to the fullest extent possible. Energy and material recovery from biomass simpli-fies conversio

39、n and expansion of the raw materials economy, and thus also the development of an eco-nomic system oriented around sustainability criteria.To an increasing degree, companies are beginning to see market opportunities in this field, mostly with a view to environmentally friendly production proc-esses

40、and developing new and renewable sources of raw materials. Biomass utilisation can also help safe-guard agricultural jobs and set the stage for a renais-sance of rural space and a reinterpretation of its “sup-ply role”. An additional advantage of biomass utilisation is that previously unused or only

41、 partially used material streams can be directed to industrial use, helping drive development of innovative conversion and re-fining technologies to deliver a competitive advan-tage. However, at the same time, social currents and opinion formation can be seen broaching the issues of competition betw

42、een the food and animal feed sec-tors and energy and material recovery from biomass, as well as the limited availability of land, speculation on raw materials and consequences for biodiversity and conservation. The impacts of industrial biomass use (environmental, economic and social) are also de-pe

43、ndent on the specific design of the full life cycle value chain (use applications), and therefore cannot be assessed to be intrinsically sustainable. It is there-fore necessary to include a life cycle consideration to assess the quality of biorefineries. The concept of a fully developed biorefinery

44、like a petroleum refinery describes the use of a range of technologies to produce an entire product portfolio from biomass input materials. A fully developed bio-refinery may be viewed as the result of a gradual process of building, networking or developing exist-ing biomass conversion plants, or th

45、e combination of chemical, physical, thermochemical and biotechnical processes with adaptive process steps. With a view to the range of possible raw materials and conversion B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - St

46、and 2016-02 4 VDI 6310 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016adaptierten Verfahrensschritten angesehen werden. Angesichts der vielfltigen mglichen Rohstoffe und Konversionsverfahren lsst sich folgern, dass es nicht die eine Bioraffinerie“ geben kann

47、. Es existieren vielmehr verschiedene Definitionsanstze zu deren Kategorisierung und Benennung. Dabei ist nach heu-tigem Diskussionsstand wesentlich, dass Bioraffine-rien komplexe Produktionssysteme sind, die in der Regel Biomasse ber Zwischenprodukte (Plattfor-men, Zwischenprodukte) und mindestens

48、zwei Kon-versions- bzw. Veredelungsschritte (Raffination) zu Produkten und Energie verarbeiten.Mit diesem auf dem Niveau der technologischen Sys-temstruktur basierenden Definitionsansatz verliert die frher gelufige Einteilung der Bioraffinerietypen nach dem technologischen Entwicklungsalter an Be-de

49、utung.Aus Sicht der technologischen Systemstruktur kn-nen Bioraffinerien systematisch unterschieden wer-den nach: den eingesetzten Rohstoffen bzw. ihrer Herkunft (Biomasse von Acker- und Grnflchen, Holzbio-masse, aquatische Biomasse, biogene Reststoffe), den erzeugten Plattformen und Zwischenproduk-ten, den bereitgestellten Produkten (Materialien/ Stoffe, Energietrger, Energie) sowie den eingesetzten verfahrenstechnischen Prozessen (mechanisch-physika