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Was versteht man unter dem Begriff „Biomasse“?
- Stoffmasse von Lebewesen im Allgemeinen.
- Energetisch gesehen nur die energetisch Nutzbare Biomasse, in kg/Stoffmasse
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Nennen und beschreiben Sie die Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse! Ordnen Sie die energetische Nutzung ein!
- Nutzung als Lebens- und Futtermittel
- Stoffliche Nutzung:
- werkstofflich -> Baumaterial, Faserstoff
- rohstofflich -> Zellulose, Stärke, Öle und Fette
- Energetische Nutzung:
- Ernährung -> Nahrungs- und Futtermittel
- Energieträger: Flüssig- und Festbrennstoffe
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Worin unterscheiden sich stofflich und nichtstoffliche regenerative Energiequellen?
- Stofflich:
- -Biomassen, nachwachsende Rohstoffe, Bioabfall
- -benötigen Aufbereitung vor energetischer Nutzung
- -müssen „erzeugt“ werden (Nutzwald, KUP, Felder bedürfen Pflege, Bioabfall muss gesammelt werden)
- -Grundlastfähig
- Nichtstofflich:
- -Sonne, Wind, Thermik, Wasser, Geothermie
- -relativ direkte Umwandlung in therm. oder el. Energie
- -nutzen natürliche Phänomen (Sonne, Wind)
- -teilweise grundlastfähig (Wasser, Geothermie, aber Wind und Sonne eher weniger)
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Welche Aspekte würden Sie bei der Diskussion energetische gegen stoffliche Nutzung von Biomasse als bedeutend ansehen?
- Kaskadierte Nutzung.
- Wertholz sollte Stofflich genutzt werden.
- Energetische Nutzung für Ernährung sollte nicht durch Energiegewinnung verdrängt/beeinflusst werden (Tank oder Teller Konkurrenz)
- Stoffliche Nutzung ist auf Biomasse angewiesen, für Energie gibt es Alternativen
- Energetische Nutzung sollte der letzte Schritt der Wertschöpfungs- bzw. Nutzungskette sein
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In welchen Beziehungen sind Umwandlungsverluste in Nutzungsketten zur energetischen Nutzung von biogenen Primärrohstoffen und denen bei fossilen Rohstoffen unterschiedlich zu bewerten?
- Umwandlungsverluste sind bei fossilen Energieträgern immer eine Verschwendung von endlichen Ressourcen
- Bei biogenen Primärrohstoffen senken die Umwandlungsverluste „nur“ den Nettoenergieertrag
- Aber nur bis zu einem gewissen Grad sinnvoll
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Nennen Sie biogene Energieträger! Aus welchen Rohstoffen werden diese gewonnen?
- Reinalkohol ->Zucker und Stärke von Gräsern, Samen,
- Früchten…
- Biomethan->Zucker, Stärke aus Gräsern
- Schwachgas->über Pyrolyse aus Holz
- Festbrennstoff->Holz
- Pflanzenöl->Samen, Früchte, Rüben mittels Ölpressen
- Biodiesel-> Veresterung aus Pflanzenölen
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Warum war es notwendig, gesetzliche Regelungen zur Gewinnung von Energie aus alternativen Quellen, hier speziell Biomasse, zu erlassen?
Zum Erreichen der 20-20-20 Ziele müssen 20 % mehr erneuerbare Energie erzeugt werden. Grundlegende Voraussetzungen schaffen: Einbindung in Energienetze ermöglichen, Abnahmepflicht, ökonomische Chancen schaffen, feste Vergütung
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Welches Gesetz kann man als zentral bezüglich der energetischen Biomassenutzung bezeichnen? Was sind seine wichtigsten Regelungen!
- EEG -> Biomasseverordnung
- Biomassenstrom-Nachhaltigkeitsverordnung
- EEG: Einspeisung und Vorrang von Strom aus erneuerbaren Quellen mit Einspeisevergütung, EEG Umlage, Ausbaukorridore
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Worin besteht der Zweck der Biomasseverordnung?
Regelung der Erzeugung von Strom aus Biomasse
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Nenne Sie Beispiele für Materialien, die nach Biomasseverordnung als Biomasse gelten!
- Pflanzenteile-/Bestandteile,
- Abfälle und Nebenprodukte pflanzlicher oder tierischer Herkunft (Land, Forst und Fischwirtschaft)
- Aus diesen Hergestellte Gase oder Alkohole
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Welche Stoffe werden von der Biomasseverordnung ausgeschlossen?
- Fossile Brennstoffe,
- Torf,
- Altholz,
- Siedlungsabfälle,
- Papier,
- Klärschlamm,
- Textilien,
- Tierkörperteile, Klärgas
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Was versteht man unter einem primären Biomasserohstoff?
Speziell für Energetische Nutzung angebaute Biomassen, die bei ihrer Gewinnung noch keine weitere Bearbeitung erfahren haben
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Was versteht man unter einem sekundären Biomasserohstoff?
Energetisch nutzbare Biomassen mit Rohstoffqualität, die in anderen Prozessen angefallen sind und sonst entsorgt werden müssten.
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Was versteht man unter einem biogenen Energieträger?
Stoffe biologisch organischer Herkunft deren Energiegehalt für Energieumwandlungsprozesse nutzbar ist
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Welche Anforderungen muss ein biogener Energieträger erfüllen?
- Lagerfähig (stofflich beständig)
- Versorgungssicherheit (Menge und Zeitpunkt)
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Worin besteht der Unterschied zwischen einem Kraftstoff und einem Treibstoff?
- Kolbenmotor -> Kraftstoff
- Gasturbine, Raketentriebwerk -> Treibstoff
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Wie heißen die beiden Hauptsubstanzen, die Holz seinen Energiegehalt verleihen?
Zellulose 16 MJ/kg, Lignin 23 MJ/kg (20 % - 30 %)
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Welche einzelnen Schritte umfasst der Begriff „Nutzungskette“? Erläutern Sie diese am Beispiel der Erzeugung von Holzhackschnitzeln aus einer KUP für die Nutzung in einer Hackschnitzelheizung!
- - Stecklinge ernten und setzen
- - Holzernte
- - Trocknung
- - Zerkleinerung
- - Lagern und gegebenenfalls weitere Trocknung
- - Verbrennung als Feststoff
- - Thermische Energie + Asche
- - Heizung/Stromerzeugung + Düngemittel
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Welche Bedingungen müssten erfüllt sein, um Biomassen nachhaltig als Energieträger einsetzen zu können? Nennen Sie Biomassen, für die dies zumindest überwiegend praktisch umgesetzt werden könnte!
- - der bewirtschafteten Fläche nur so viel zu entnehmen, wie auch in der selben Zeit wieder nachwachsen kann.
- - Anbaufläche für Biomasse darf sich nicht negativ auf die Bedürfnisse dieser und kommender Generationen auswirken (Tank oder Teller)
- - Holz aus Wäldern, weil die Böden unangetastet bleiben, Überdüngung findet nicht statt
- - Sekundärbiomasse wie Altholz und Abfall für Energiegewinnung
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Nennen Sie die zwei mengenmäßig bedeutendsten in Primärbiomassen vorkommenden Stoffe!
- Lignin und Zellulose
- Kohlenhydrate (Stärke, Zucker)
- Öle
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Wie wird vom Gesetzgeber die Biomasse Holz (sowohl als Primär- als auch als Sekundärbiomasse) eingestuft?
- Naturbelassenes Holz (Scheitholz, Hackschnitzel, Industrierestholz -> Primär
- Reste aus Verarbeitung, Altholz-> Sekundär
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Welchen Zweck hat die Altholzverordnung?
Unterteilung von Altholz nach Belastung in Kategorien, Regelung der Entsorgung/Energetischer Nutzung um umweltschädliche Emissionen zu vermeiden
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Beschreiben Sie, was man unter den Altholzqualitäten A I bis A IV versteht!
- A I: Naturbelassenes Holz, Späne, Verschnitt, Vollholz
- A II: Behandeltes Holz, Verschnitt, Holzwerkstoffe
- A III: Paletten mit Verbundmaterialien
- A IV: Munitionskisten (behandelt)
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Welche Folge hat die Einordnung eines Altholzes in die Qualität A IV?
Darf nur in Anlagen >1 MW, die nach 17. BImSchV zertifiziert sind, verwertet werden
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Welche ökologischen Auswirkungen hat der Anbau einjähriger Pflanzen für die energetische Nutzung?
Intensiverer Anbau führt zu einer Nährstoffverarmung der Böden, höhere Energieaufwendungen während des Anbaus, weniger Ackerfläche für regionalen Nahrungsmittelanbau -> zusätzliche CO2-Emissionen durch Transport
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Nennen Sie jeweils einen Energieträger auf Basis Biomasse, der besonders wenige und einen, der besonders viele Behandlungs- und Umwandlungsschritte erfordert!
- Schwachgas aus Holz, Holz als Festbrennstoff
- Ernte, Trockung(, Zerkleinerung)
- Ernte, Trockung, Zerkleinerung, Pyrolyse/Vergasung, Aufbereitung
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Warum spielen Verluste bei der Gewinnung von Biogas einmal aus Maissilage und einmal aus kommunalen Bioabfällen so eine unterschiedliche Rolle?
- Biogas aus Maissilage: Primärbiomasse: nur für Energiegewinnung angebaut, Rohstoff teuer, stattdessen könnten auch Nahrungsmittel angebaut werden, jeder Verlust senkt den relativen Heizwert und ist zu vermeiden
- Biogas aus Abfällen: Rohstoff kostenlos, jeder Umsatz ist reiner Gewinn und hat Anteil an der Deckung des Energiebedarfs
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Nennen Sie die drei in Deutschland wichtigsten Getreidearten, die zur Erzeugung von Energieträgern eingesetzt werden! Welche Energieträger werden daraus gewonnen?
- Weizen, Roggen, Gerste: Reinalkohol
- Mais: alkoholische Gärung-> Biogas
- Raps: Biodiesel
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Welche technischen Einrichtungen sind erforderlich, um Getreidekörner auch für die Verarbeitung zu Energieträgern ganzjährig zur Verfügung zu haben? Die Ernten finden ja nur im Sommer statt.
Reinigung, technische Trocknung, Silo mit Kühleinrichtung, Feinreinigung
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Welcher Methode bedient man sich, um Maishäcksel von einem Erntezeitpunkt bis zum nächsten für die Nutzung in Biogasanlagen zu lagern? Beschreiben Sie kurz die Vorgehensweise!
Silierung: durch Luftabgeschlossene Lagerung vergärt das vorher Zerkleinerte (Oberflächenvergrößerung) Material, es wird Milchsäure aus Zucker gebildet, die den PH-Wert auf 4,5 absinken lässt. Schütz vor Fäulnis
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Worin bestehen die Unterschiede zwischen einem Dauergrünland (Wiese) und einem Maisfeld speziell als Quelle für Rohstoffe zur Vergärung (Biogasgewinnung)?
- Wiesen können mehrmals pro Jahr geerntet werden. Biodiversität. Extensiv. Geringer Energiegewinn, eigenerträglich
- Maisfeld wird jedes Jahr neu angelegt und einmal jährlich geerntet. Monokultur kaum Artenvielfalt, intensiv, Boden muss gedüngt werden
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Miscanthus, eine C4-Pflanze wird von manchen Experten als ökologisch relativ günstige Biomasse eingeschätzt. Welche Aspekte rechtfertigen dies? Warum spielt diese Biomasse dennoch aktuell kaum eine Rolle?
- Hohe Trockenmassenerträge von 15 – 25 t/ha/a, eigenverträglich, breitet sich nicht unkontrolliert aus.
- Hohe Auswinterverluste im Pflanzjahr, hohe Pflanzgutkosten, hohe Lagerkosten
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Welcher Teil der Pflanze wird bei Raps zur Erzeugung eines Energieträgers genutzt?
Samen
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Wofür wird der eigentliche Pflanzenkörper einer Rapspflanze genutzt?
Wird aufs Feld zur Düngung ausgebracht
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Welchen prinzipiellen Vorteil besitzt die Ölpalme gegenüber Raps, Lein und Sonnenblumen?
- Viel höherer Ölertrag je ha
- Ca. 5-mal höher
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Welche prinzipiellen Vorteile besitzt Zuckerrohr gegenüber Zuckerrüben?
Kann bis zu achtmal geerntet werden (Rüben einmal), einfachere Ernte, eigenverträglich
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Handelt es sich bei der Zuckerrübe um eine ein- oder zweijährige Pflanze? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus?
- Zweijährig -> Ertrag erst im zweiten Jahr
- Sehr aufwendiger Anbau
- Nettoertrag 50 %
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Ist der Anbau von Zuckerrüben ein aufwändiger Prozess oder handelt es sich um eine eher anspruchslose Kultur? Begründen Sie Ihre Antwort!
- Sehr anspruchsvoll und aufwendig
- Zweijährige Pflanze, sehr Anspruchsvoll, nicht eigenverträglich, Ernte umständlich
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Was bedeutet der Begriff „Nachhaltigkeit“ im Zusammenhang mit dem Rohstoff Holz? Woher stammt dieser Begriff?
- Einem Wald ist pro Jahr nur so viel Holz zu entnehmen wie pro Jahr nachwachen kann.
- Ursprung: zum Bergbau wurde sehr viel Holz gebraucht, Wälder abgeerntet, Carl von Carlowitz prägte in seinem Buch den Begriff, dass Sachsen mit Anweisungen aus der Holzkrise verhelfen sollte
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Wie unterscheiden sich die Waldbehandlungskonzepte Segregation und Integration?
- Bei der Segregation legt der Wirtschaftende oder eine hoheitliche Stelle fest, welchem Ziel der Wald zu dienen hat. Beispiel: Naturschutz oder Holzerzeugung oder Wasserschutz. Die Bewirtschaftung hat dieses Ziel optimal zu erfüllen, weitere Ziele stehen dahinter zurück. Sie meisten Forstwirtschaften der Welt betreiben Segregation. (z. B. Plantage und Naturpark nebeneinander)
- - Bei der Integration werden einer Fläche mehrere Ziele zugewiesen, die optimal auszugleichen sind. Es ist Aufgabe des Wirtschafters, einen Kompromiss zu finden, mit dem die konkurrierenden Anforderungen gut erfüllt werden. Die Deutsche Forstwirtschaft folgt i.d.R. diesem Ansatz.
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Was ist der Unterschied zwischen Niederwald, Mittelwald und Hochwald?
- Im Niederwald werden die Bäume nach relativ kurzer Zeit (10-15 Jahre) geerntet. Meist schlagen die Wurzeln wieder aus, so dass die nächste Generation ohne zusätzlichen Aufwand heranwächst. Der historische Niederwald diente der Brennholzerzeugung und ähnelt heutigen Kurzumtriebsplantagen.
- - Der Mittelwald wird genauso wie ein Niederwald behandelt, allerdings bleiben einige Bäume als Bauholz stehen, damit sie hoch und dick werden (100 Jahre und mehr). Diese Waldform war vor allem interessant für Gemeinden, die sowohl Brennholz als auch Bauholz benötigten.
- - Im Hochwald verfolgt man das Ziel, wertvolle Bäume als Nutzholz zu erziehen. Brennholz fällt nur als Abfallprodukt an. Der Hochwald benötigt für einen Umtrieb 80 bis 160 Jahre.
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Ist es sinnvoll, Waldrestholz energetisch zu verwerten?
- Wenn konkurrierend mit Papier, Zellstoff oder Werkstoffen, dann sind die genannten Verwendungen zu bevorzugen, weil höherwertig (Kaskadische Nutzung)
- - Kronen, Äste und Laub haben eine geringe energetische Ausbeute und erzeugen viel Asche, in der Natur fehlen sie aber als Nährstoffreservoir und Heimstätte für Zersetzungsketten -> besser im Wald lassen (Auf jeden Fall die Nadeln im Wald belassen
- - Die Kosten sind vergleichsweise hoch, weil die Ernte des Materials sehr aufwendig ist und kaum einen Erlös abwirft. Ausnahme: Wenn die Bäume als Vollbäume an die Straße gerückt werden und erst dort entastet werden (z.B. Seilkraneinsatz im Hochgebirge), dann fällt das Astmaterial geballt an und muss irgendwie entsorgt werden.
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Welche Sortimente aus der primären Holznutzung werden vorzugsweise für die energetische Nutzung eingesetzt?
- Waldrestholz,
- Agroforstliche Biomasse (KUP)
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Was müsste beachtet werden, wenn Waldrestholz (Was versteht man darunter?) als nachhaltiger Energie-rohstoff genutzt wird?
- Waldrestholz: nicht stofflich verwertbarer Teil der Bäume, welcher normalerweise nach dem Holzeinschlag im Wald verbleibt
- Hoher Grad an Verunreinigungen, Laub und Nadeln sollten entfernt werden (sehr viel Aufwand für die Bereitstellung)
- Hoher Aschegehalt durch hohen Rindenanteil, sollte als Mineraldünger wieder in den Wald gebracht werden, da dieser sonst fehlt
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Warum wird Stammholz nur in geringem Umfang energetisch genutzt?
Für die stoffliche Nutzung sehr hochwertiger Teil des Baumes, daher steht diese im Vordergrund
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Warum fallen bei Laubholz größere Mengen Massivholz an, die auch energetisch genutzt werden können als bei Nadelhölzern?
- Laubholz wächst nicht so gerade wie Nadelholz
- Viel mehr Ausschuss, den Sägewerke nicht annehmen
- OSB werden aus Nadelholz hergestellt
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Welche Nutzungsarten kann man bei Holz miteinander kombinieren? Skizzieren Sie dazu das entsprechende Schema!
- Komplexe Nutzung: erst Stoffliche Nutzung, dann energetische Nutzung
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Was ist eine Kurzumtriebsplantage?
- Intensiver Holzanbau
- Art Baumfeld, dass nach ca. 3 bis max. 20 Jahren geerntet wird. Anbau mittels Stecklingen
- Ab 20 Jahren ohne Ernte -> Wald
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Nennen Sie die wichtigsten Baumarten in Mitteleuropa, die sich für die Anlage von KUP eignen!
Pappel, Weide, (Robinie)
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Wie wird erreicht, dass in einer KUP genetisch unterschiedliche Bäume wachsen? Warum ist dies von Bedeutung?
- Verwendung unterschiedlicher Baumsorten
- Diversität wichtig für Schutz vor Schädlingen und Krankheiten
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Welche Eigenschaft müssen Baumarten besitzen, um in KUP angebaut werden zu können?
- Stockausschlag (Möglichkeit fehlende Pflanzenteile zu reproduzieren)
- schnellwachsend, resistent, angepasst
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Wie erfolgt die Anlage einer KUP? Wie werden die dafür benötigten Pflanzen gewonnen?
Feld pflügen, Stecklinge/Ruten im Frühjahr setzen (Kombination aus Mensch und Maschine), Stecklinge aus dem Mutterquartier(können jährlich geerntet werden, für Klonmaterial muss Lizenz bezahlt werden)
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Wie lange darf eine KUP maximal auf einer landwirtschaftlichen Fläche aktuell betrieben werden, ohne dass diese ihre Eigenschaft als
landwirtschaftliche Fläche verliert?
Maximal 20 Jahre in einem Umtrieb
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Wann erfolgt üblicherweise die Ernte einer KUP? Warum ist das so?
- In der Vegetationsruhe von Dezember bis März,
- Bodenfrost hilfreich -> mit Maschinen befahrbar, Schutz des Wurzelstocks
- Blätter verbleiben so auf der Fläche
- Zu der Zeit besonders viel Energie im Holz gespeichert
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Welchen Einfluss hat die Umtriebszeit (Was versteht man darunter?) auf die Erntetechnik und auf die Anlage einer KUP?
- Längere Umtriebszeit -> mehr Stammholz
- Geringerer Rindenanteil
- Trocknung als Stamm erst bei Umtriebszeit > 5 Jahre
- Maschinen müssen darauf angepasst werden
- Pflanzabstände müssen an Technik angepasst sein
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Warum sollte die geplante Umtriebszeit schon vor oder spätestens zur Anlage der KUP bekannt sein?
Pflanzabstände richtig wählen, muss für die Erntetechnik ausgelegt sein, Vorgewände einplanen
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Worin bestehen die Unterschiede zwischen einer Hackgut- und einer Ganzstammlinie? Welche Vor- und Nachteile bestehen zwischen beiden?
- KUP -> Hackschnitzel
- + Kontinuierliche Ernte: bis zu 9-fache Ernteleistung
- + Einstufige Bereitstellungkette
- - Direktes Trocknen nötig, nur Energetische Nutzung
- - Abtransport separat
- KUP -> Stämme
- + Ausschleusung von Wertholz möglich
- + Vortrocknung am Feldrand möglich
- + nur eine Maschine notwendig
- - Langsamer, aufwendiger, teilweise Probleme beim Ernten
- - diskontinuierlich
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Nennen und erläutern Sie die Vorteile, die eine KUP gegenüber einem Maisfeld zur Erzeugung von biogene Primärrohstoffen besitzt!
- Auch an Grenzflächen wie Hanglagen möglich,
- geringer Pflegeaufwand,
- mehrjährig, Ernte, wenn Bedarf
- gleichzeitige Rekultivierung der Fläche durch Verrotten von Laub und Wurzelstöcken
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Worin besteht der Unterschied zwischen Trocknung und Lagerung von Biomassen!
- Trocknung: Reduzierung des Wassergehalts
- Lagerung: (Lagerfähiger Wassergehalt muss schon erreicht sein), Vorhalten, bis Bedarf vorhanden, möglichst ohne Verlust durch biologische Aktivität
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Diskutieren Sie die energetische Nutzung von Sekundärbiomassen im Vergleich mit Primärbiomassen!
- Nutzung von Sekundärbiomassen bringt Mehrfachnutzen: Energie + Umweltschutz
- Ist nicht mit Primärnutzung vergleichbar
- Sekundärrohstoffe fallen sowieso an und sollten auch genutzt werden
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Kann durch den Anbau von Energiepflanzen eine signifikante Substitution von fossilen Energierohstoffen erreicht werden?
- Nicht wirklich -> Hohe Umwandlungsverluste von etwa 66 %, zu kleine Fläche in Europa
- Individualverkehr besser durch Regen. Energien versorgen
- Eher regional (Transportverluste)
- Nutzung sinnvoll bei geringer Entfernung und mit wenig Umwandlungsschritten
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Aus welchen Quellen können Sekundärbiomassen gewonnen werden? Nennen Sie jeweils Beispiele!
- Energetisch, Stofflich:
- Kommunaler Bereich (Bioabfall, Strauchschnitt, Landschaftspflege)
- Industrie/Gewerbe (Zuckerraffinerien Schlachtabfälle, Brauerei, Sägewerk)
- Landwirtschaft (Gülle, Mist, Stroh)
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Welche Regeln kann man heranziehen, um die optimale Nutzungsart auch für eine Sekundärbiomasse zu ermitteln?
- leicht abbaubare Stoffe -> Methangärung
- Zucker und Kohlenhydrate -> Alkoholische Gärung
- Öl, Fett -> Chemisch-Thermische Verwertung
- Lignozellulose -> Chemisch-Thermische Verwertung
- Hoher Wassergehalt -> Vergärung
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Welche Optionen können bedient werden, wenn kommunale Bioabfälle durch die Kombination Methangärung/Kompostierung genutzt werden?
Biogas->BHKW, Düngung mit entstandenem Kompost
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Nennen Sie 4 Beispiele für energetisch, eventuell auch stofflich und energetisch, nutzbare Sekundärbiomassen!
- Energetisch, Stofflich:
- Bioabfall und Baumschnitt (Kompost, Energie)
- Klärschlamm (Energetisch)
- Reste aus Holzverarbeitung, Sägewerken (Spanplatten, Energie)
- Stroh, Erntereste (Dünger und Energie)
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Erläutern Sie die Regeln zur Auswahl eines optimalen Nutzungsverfahrens (direkt als Energieträger, als Rohstoff zur Gewinnung eines Energieträgers) aus der stofflichen Zusammensetzung von Biomassen.
- leicht abbaubare Stoffe -> Methangärung
- Zucker und Kohlenhydrate -> Alkoholische Gärung
- Öl, Fett -> Chemisch-Thermische Verwertung
- Lignozellulose -> Chemisch-Thermische Verwertung
- Hoher Wassergehalt -> Vergärung
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Erläutern Sie, warum die sogenannte Eigenkompostierung eine Verschwendung von Ressourcen bedeuten kann!
- Eigenkompostierer verzichten auf Biotonne
- Energiereiche Biomasse aus Hausabfällen wird im Restmüll entsorgt, während nur Gartenreste kompostiert werden.
- Für funktionierende Kompostierung fällt zu wenig Abfall an, Pflanzensamen werden nicht zerstört, Hausabfälle würden aus hygienischer Sicht nicht ausreichend erhitzt werden
- dadurch wird ein Teil der Ressourcen nicht weiter stofflich genutzt sondern im Restmüll entsorgt und verbrannt
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Das zunehmende Auftreten welcher Gruppe von Substanzen führt dazu, dass auch ausgefaulter kommunaler Klärschlamm zu langfristigen Problemen bei seiner Ausbringung auf landwirtschaftlichen Flächen führen kann. Lassen Sie dabei die Problematik der Schwermetalle außer Acht.
Endokrin Wirksame Substanzen (Hormone, Medikamentenwirkstoffe)
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Für welche Zwecke werden Zerkleinerungsverfahren bei der Gewinnung biogener Energieträger eingesetzt?
- Bessere Transport- und Lagereigenschaften,
- mechanischer Aufschluss für Bioaktivität (Biogas)
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Welche Rolle spielen die Eigenschaften von Holz und holzigem Material (Art, Alter, Wassergehalt), wenn dieses Material zerkleinert werden soll?
- Art: großer Einfluss auf die Härte -> Hackleistung
- Altes Holz -> Hoher Kernholzanteil -> Härter, geringerer Wasseranteil
- Geringer Wasseranteil -> Höhere Hackleistung, splittert stärker
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Was passiert, wenn KUP-Holz aus einer Ganzstammlinie nach der Trocknung zerkleinert wird?
- Starke Staubentwicklung, Rinde löst sich ab
- Hackgutlänge sehr unterschiedlich
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Warum ist ein Schnellläufer-Schredder zur Herstellung von Energieholzhackgut für eine Hackschnitzelheizung ungeeignet
Staub, unregelmäßige Hackgutlänge
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Welcher Typ von Zerkleinerungsmaschinen ist am besten für die Herstellung von Energieholzhackgut geeignet? Warum wird dieser trotzdem kaum genutzt?
- Schneckenhacker
- Teuer, geringer Durchsatz (langsam), nur bei Stammholz sehr gleichmäßiges Hackgut, für jede Hackschnitzelgröße extra Schnecke erforderlich (bei anderen Maschinen kann dies über Drehzahl/Vorschub geregelt werden)
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Warum sind Forsttrommelhacker für die Zerkleinerung von KUP-Holz schlechter geeignet, als Feldtrommelhacker(Feldhäcksler)?
- Ausgelegt auf ganze Bäume mit großem Stammdurchmesser, nicht auf Astwerk und dünne Stammdurchmesser -> viele Überlängen
- Feldhäcksler verfügen über Schneidmesser über die gesamte Breite
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Warum kann die in Feldhäckslern verwendete Hackerbauart in den Forsthackern nicht eingesetzt werden?
Lange Klingen, zu instabil für große Holzdurchmesser
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Welche partikelseitigen Voraussetzungen müsste ein Hackgut erfüllen, um mit einer Siebanalyse das Partikelgrößenspektrumexakt bestimmen zu können? Mit welcher Maschine und aus welchem Rohstoff (KUP, Stammholz,…) müsste dazu das Material erzeugt werden?
- Kantenlänge in allen Dimensionen gleich lang
- Schneckenhacker, Stammholz
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Wie funktioniert eine Scheibenmühle? Welchen Vorteil bringt ihr Einsatz beim mechanischen Aufschluss von Maishäcksel für die Vergärung zu Biogas?
- Stehende und rotierende Scheibe, Maissilage wird aufgefasert und dadurch genau an den Stellen aufgeschlossen, die niedrige Bindungskräfte haben.
- Daher viel Feiner und besser für die Mikroorganismen zu zersetzen
- Aber sehr langsam
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In Feldhäckslern zur Maisganzpflanzenernte werden die geernteten Pflanzen im eingebauten Zerkleinerer zerschnitten und in Schüttgut verwandelt. Wie heißt die Zusatzeinrichtung, mit der ebenfalls intern das Erntegut weiter mechanisch aufgeschlossen werden kann und wie funktioniert diese Technik?
- Körnerprozessor, 2. Zerkleinerungstufe
- Zwischen Walzen gebrochen und zermahlen
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Warum sind Zerkleinerer, die nach dem Fleischwolf-Prinzip arbeiten, trotz ihres guten Zerkleinerungsergebnisses für den mechanischen Aufschluss von Maissilage ungeeignet?
durch die schnell rotierenden Hackmesser sehr anfällig für Störstoffe: Steine, Metallteile
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Was ist eine Kugelmühle? Wie funktioniert sie? Für welche Biomassen im Zusammenhang mit der energetischen Nutzung könnte eingesetzt werden?
- In rotierendem Zylinder werden spröde/zerfaserbare Stoffe durch schwere gusseiserne/Keramik- Kugeln zerstoßen und fein gemahlen
- Unempfindlich gegenüber Störstoffen
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Nennen Sie einen Apparatetyp, der für den mechanischen Aufschluss von Biomasse vor einer Vergärung unter Berücksichtigung aller Aspekte (Zerkleinerung, Verschleißverhalten…) geeignet ist.
Kugelmühle oder Scheibenmühle
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Welche „Werkzeuge“ werden beim hydraulischen Aufschluss (Stofflöser, Turbolöser) von Bioabfall vor einer Vergärung genutzt?
- Rechen für Leichtstoffe
- Stoffreibung der Teilchen in der Suspension
- Aufteilung über Dichte und Größe
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Nennen und Beschreiben Sie die Funktionen, die in einem Stofflöser zur Aufbereitung besonders von kommunalem Bioabfall integriert werden können!
- Tütenauftrenner,
- Rechen für Leichtstoffe (Schwimmtrennung),
- Schwerstoffschleuse (Sedimentation),
- Bodensieb (Nasssiebung),
- Turborührer (Zerkleinerung, Dekompaktierung, Auffaserung)
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Welche typischen Aufgaben können Trennverfahren bei der Bereitstellung und Aufbereitung von Biomasse erfüllen
- Fraktionierung in Partikelklassen
- Fraktionierung in Stoffklassen oder Stoffarten
- Abtrennung von Über- und Unterkorn
- Abtrennung von Fremd- und Schadstoffen
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Ordnen Sie die Trennprinzipien elektrisch – physikalisch – thermisch entsprechend ihrer Bedeutung bei der Aufbereitung von Biomassen! Begründen Sie Ihre Auswahl!
- Thermisch -> Trocknung, hohen Wassergehalt verringern um Biomassen überhaupt energetisch nutzbar zu machen
- Mechanisch/physikalisch-> Vorsortierung nach Größe, Dichte, Verbesserung der Schütt-, Transport- und Lagerfähigkeit
- Elektrisch -> Magnetabscheider für Störstoffe
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Erklären Sie einen sinnvollen Einsatzfall für ein Trommelsieb bei der Biomasseaufbereitung! Welche Voraussetzungen/ Eigenschaften muss das zu behandelnde Material dafür aufweisen?
- Siebung eines kontinuirlichen Stoffstroms
- Nadeln vom Hackgut trennen
- Trockene aufgeschlossene Masse ideal, da Fraktionierung so am besten funktioniert ->Siebkaskade
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Mit welchem Trennverfahren könnten Steine aus einer Biomasse abgetrennt werden? Prüfen Sie (Erläuterung), ob Ihr Vorschlag immer oder nur bei bestimmten Randbedingungen nutzbar ist!
- Sedimentieren - > Steine setzen sich unten ab (bei Dichteunterschied)
- Sieben -> bei Korngrößenunterschied
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Für welche Nutzungsart(en) von Biomasse hat ein Wassergehalt > 40% negative Konsequenzen und für welche nicht?
- Verbrennung -> negativ (Heizwert)
- Vergärung -> positiv
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Worin besteht der Unterschied zwischen den Parametern Wassergehalt und Feuchte? Welche der beiden ist die typische Rechengröße für den Ingenieur?
- Wassergehalt ist auf Gesamtmasse normiert,
- Feuchte ist auf Trockenmasse normiert
- -> Feuchte von 100 % entspricht Wassergehalt von 50 %
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Warum muss bei Mengenangaben zu Biomassen die Bezugsgröße Gesamtmasse bzw. Feststoffmasse angegeben werden
- Gesamtmasse (inkl. Wasser)
- Feststoffmasse (atro, absolut trocken)
- Unterschied im Heizwert für Auslegung essentiell
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Aus welcher Tatsache heraus ergibt sich der lineare Zusammenhang zwischen Wassergehalt und Heizwert?
- Heizwert = Brennwert – Verdampfungsenthalpie
- Brennwert = konstant
- Verdampfungsenthalpie proportional zum Wassergehalt
- -> Heizwert proportional zum Wassergehalt
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Beschreiben Sie den theoretischen Trocknungsverlauf bei der Trocknung poröser nasser Güter wie Holz!
- 1. Konvektive Trocknung -> Wasser geht von der Oberfläche als Wasserdampf an Umgebungsluft über (linear)
- 2. Flüssigkeitsaustrag durch Transportprozesse im Gut (langsamer)
- 3. Ausgleich der Feuchtigkeit in Gut und Luft (sehr langsam)
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Was kann bei der Trocknung von Holzhackgut gegenüber der Massivholztrocknung für die stoffliche Nutzung unberücksichtigt bleiben? Welche Vorteile können sich daraus ergeben?
- Diffundiver und konvektiver Transport von Stofftransport -> Überall im Haufwerk wird Wasser übertragen, nicht nur an den Schnittflächen
- Linearer Trocknungsprozess
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Welcher Trocknungsabschnitt hat bei der konvektiven Trocknung von Holzhackgut eine weniger entscheidende Bedeutung gegenüber der Trocknung eines massiven Holzbretts
2. Trocknungsabschnitt (Wassertransport im Material spielt untergeordnete Rolle)
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Nennen Sie die Kriterien, die bei der Auswahl eines geeigneten Trocknungsverfahrens für Biomassen zu berücksichtigen sind!
- Gutart,
- Anfallort, wechselnde Anfallorte, saisonaler Anfall
- Wassergehalt
- Optimaler Trocknungsprozess nicht so relevant wie die Tatsache ob eine energieminimierte Trocknung in Nutzungskette integrierbar ist
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In welcher Beziehung sind klassische technische Trocknungsverfahren einer Trocknung ohne externe Energie überlegen? Unter welchen Bedingungen sind Trocknungsverfahren mit interner Energie die bessere oder sogar einzige Lösung?
- Technisch: Optimale, schnelle Trocknung
- Interne Energie: nicht ortsgebunden (Keine Trocknungsanlage notwendig), Energieminimiert in Nutzungskette integrierbar. -> ideal bei Biomassen mit geringem Energiegehalt
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Beschreiben Sie die in einem größeren Haufwerk aus erntefrischer Biomasse spontan und unvermeidbar ablaufenden Prozesse!
- Wärmeentwicklung durch:
- Restatmung der Parenchymzellen
- Mikrobiellen Abbau leicht abbaubarer Bestandteile der Biomasse
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Nennen Sie geeignete klassische Trocknungsapparate für die Trocknung schütt- und rieselfähiger Biomassen. Welche Art der Trocknung dominiert dabei?
- Statisch: Satztrockner, Festbetttrockner
- Dynamisch: Bandtrockner, Drehrohrtrockner (optimal), Schub-Wende-Trockner
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Ist es sinnvoll, in einem Drehrohrtrockner, Scheitholz zu trocknen? Begründen Sie Ihre Entscheidung!
- Scheitholz -> trocknet über Schnittflächen, sehr langsam, über internen Stofftransport, verkeilt sich stark, starker Abrieb
- Drehrohrtrockner sind für Biomasse mit großer Oberfläche ausgelegt, Wärmekonvektion begünstigt
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Nennen Sie Vor- und Nachteile von Trocknern, die Solarenergie nutzen! Hätten Sie eine Idee, wie man auf einfache Art die Solarenergie zum Trocknen von ca. 100m3, also einer her kleineren Menge, Holzhackschnitzeln im Sommer nutzen kann?
- Vorteil: kostenlose Wärme
- Nachteil: Teure Konstruktion, Nicht voraussehbare Einstrahlung, Unstetige Wärmezufuhr passt nicht zur Nutzung, aufwendige Nebenarbeiten (Dach freihalten)
- Holz auf großer Fläche in dünner Schicht ausbringen - > sehr kurze Trocknungszeit durch höchstmöglichen solaren Wärmeeintrag pro Volumen
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Nennen und Beschreiben Sie das strömungstechnische Phänomen, das in statischen konvektiven Schüttguttrocknern(Satztrockner) als Störeffekt auftritt. Erläutern Sie technisch – konstruktive Möglichkeiten, den Einfluss diesem Phänomen zu begegnen!
- Randgängigkeit: In den Randbereichen (weniger dichte Schüttung) -> geringerer Druckverlust, höhere Strömungsgeschwindigkeit, schneller Trocknung in den Randbereichen, ungenügende, unregelmäßige Trocknung im Rest
- Keine Belüftungslöcher in den Randbereichen
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Welche beiden Energiequellen stehen für eine Trocknung mit interner Energie von erntefrischem Holzhackgut zur Verfügung?
- Kurzeitige Restatmung der Parenchymzellen
- Langsamer mikrobieller Abbau leicht abbaubarer Holznebenbestandteile
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Nennen und Beschreiben Sie ein technisches Verfahren, bei dem interne Energie für eine Holzhackguttrocknung genutzt wird! Gehen Sie dabei auf Vor- und Nachteile ein!
- Domtrocknungverfahren
- Biomasse Aufschütten, Belüftungseinrichtungen für Frischluft vorsehen, Abluftdom einbauen, Abdecken
- Vorteile: Kondensation außerhalb des Haufwerks, Nutzung der Biochemisch freigesetzten Wärme zum Feuchtetransport, dezentral, Einfacher Aufbau, keine speziellen Maschinen notwendig
- Nachteile: geringerer Energiegehalt, Ausfallrisiko
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Welche Bedeutung hat der Wald in unserer Gesellschaft?
- Erholungsgebiet
- Erosionsschutz
- Holzernte für Möbel und Energie
- Lebensraum für Tiere und Pflanzen
- Jagdgebiet
- Bindung von CO2
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Welchen Einfluss hat die Waldbesitzstruktur auf die Mobilisierung von Holz?
- 63% des Waldes in Deutschland gehören Privatpersonen oder Körperschaften (7 Mio. ha/11 Mio. ha)
- durchschnittliche Waldbesitzgröße: 2,4 ha
- Kleinstprivatwaldbesitzer haben keine Motivation Holzernte zu betreiben (zu alt, keine wirtschaftliche Nutzungsinteressen, genauer Grenzverlauf des Grundstücks unbekannt)
- ungenutzte Holzvorräte trotz möglicher nachhaltiger Bewirtschaftung
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Welche drei Kerngebiete stehen bei der Nachhaltigkeit in einem Spannungsfeld?
- politische Interessen
- wirtschaftliche Interessen
- klima-/umweltschutztechnische Interessen
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Mit welchem Hauptproblem haben die stofflichen Nutzer von Holz zu kämpfen?
- stoffliche Nutzung wird derzeit noch nicht gefördert --> kaum wettbewerbsfähig
- Kaskadennutzung --> behandeltes Holz ist je nach Altholzklasse aufwendiger energetisch zu nutzen
- für die stoffliche Nutzung ist ein Mindestzopf des Stammholzes von ca. 15 cm notwenidg
- Geradschaftigkeit
- "food first"
- stark inhomogene Ressource
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Welche Folgen hat die Nutzungskonkurrenz stofflich/energetischer bei Biomassen?
- in ärmlichen Ländern: Hunger und Armut durch substituierte Landswirtschaftsflächen
- Versorgungsengpässe werkstofflich/rohstoffliche Nutzung
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Welchen Einfluss hat der Ölpreis auf die energetische Nutzung von Biomasse?
je höher der Ölpreis, desto eher wird Biomasse in Biokraftstoff umgewandelt (energetisch genutzt)
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Wie berechnet sich die Bruttowertschöpfung?
- Bruttowertschöpfung = Produktionswert - Vorleistungen
- Produktionswert: Waren und Dienstleistungen zu Herstellerpreis (= Wert der hergestellten Waren und Dienstleistungen)
- Vorleistungen: Waren, Rohstoffe, Dienstleistungen (= Summer der in der Wertschöpfungskette bezogenen Waren und Dienstleistungen)
- durch Kaskadennutzung (stoffliche Nutzung) von Biomasse kann im Vergleich zur energetischen Nutzung die 5-10-fache Bruttowertschöpfung geschafft werden
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Beschreiben sie den Unterschied zwischen Effizienz und Effektivität
- Effizienz: Quotient aus dem nutzbaren Energiegehalt des Endprodukts und der Summer aller in den vorangegangenen Prozessstufen aufgewendete Energien
- Effektivität: Energiegewinn je Flächeneinheit
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Wann erfolgt üblicherweise die Ernte von Pflanzgut und Energieholz? Bennen sie den theoretisch zur Verfügung stehenden Zeitraum
- von Dezember bis März
- --> landwirtschaftliche Totzeit jetzt wieder wirtschaftlich nutzbar
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Nennen sie mindestens zwei gängige Bauarten von Hackaggregaten für den mobilen und stationären Einsatz
- Mobil: Feldhäcksler, Anbauhacker
- Stationär: Trommelhacker auf LKW Fahrwerk, angehängter Trommelhacker
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Welche Eigenschaften werden durch die Gutparameter Wassergehalt und Hackstücklänge beeinflusst? Nennen sie mindestens ein Beispiel wie die zuvor genannten Gutparameter technisch bestimmt werden können
- Wassergehalt beeinflusst den Heizwert, Transportgewicht und die Lagerstabilität (feuchtes Holz bildet Sporen, Pilze, etc. aus (biologische Aktivität beeinflusst den Heizwert negativ), ab 30% Wassergehalt besteht Lagerfähigkeit)
- Hackstücklänge: je gröber die Hackschnitzel desto ineffizienter die Lagerung/Transport
- Wassergehalt: Bestimmung im Trockenofen bzw. in erster Näherung durch Feuchtesensoren
- Hackstücklänge: Sieben
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In welchem Bereich liegt der Wassergehalt erntefrischen Materials? Und warum ist das problematisch?
Wassergehalt von 50-60% (geringer Heizwert, höheres Gewicht, bilden bei Lagerung Sporen und Pilze)
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Worin liegt das Problem biologischer Aktivität?
senkt den Heizwert
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Nennen sie mindestens zwei Schädlinge (pauschal), die für KUP in Frage kommen?
- Pappelblattkäfer
- Pappelblattroller
- Blattwespen
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Für welche Nutzungsart(en) von Biomasse ist ein Wassergehalt > 50% ungünstig und welche nicht?
- alle chemisch-thermischen Nutzungsverfahren erfordern prinzipiell "trockene" Einsatzstoffe
- Ausnahme: mit für integrierte Brennstofftrocknung ausgelegten Öfen und einer Rauchkondensation lassen sich Brennstoffe mit einem Wassergehalt bis zu 50% mit vertretbarem Wirkungsgrad nutzen
- Wassergehalt > 50%: teilweise bei Kompostierung
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