Sustainable bioenergy cropping concepts : optimizing biomass provision for different conversion routes

Abstract

Today energy from biomass already contributes to a considerable share to the global energy consumption. In particular, certain modern bioenergy streams like biogas, biofuels for transportation etc., are of increasing relevance. However, several of the beneficial aspects, which were initially attributed to the utilization of today’s bioenergy, had to be relativized and the controversies regarding environmental and socio-economic drawbacks have, in the meanwhile, been on the rise. Alongside a shift to advanced conversion technologies, the improvement of bioenergy cropping systems towards a sustainable biomass provision is a key element of future bioenergy production. Against this background, the present thesis assessed various aspects in terms of biomass production, biomass provision and biomass conversion mainly addressing the two bioenergy streams – 2nd generation biofuels and biogas. For biogas, the thesis addresses aspects regarding the development of alternative cropping systems, the evaluation of novel crops for biogas purpose, and the assessment of regional biogas potentials using a crop growth model. The second focus of the thesis was set on biofuels while special attention was given to the production of microbial biodiesel, and the characterization and evaluation of potential feedstocks for this purpose.

Die Nutzung von Biomasse zur Energieproduktion leistet bereits heute einen wesentlichen Beitrag zur globalen Energieversorgung, wobei insbesondere einige „moderne“ Formen der Bioenergienutzung zunehmende Bedeutung erfahren. Der verstärkte Ausbau der Bioenergienutzung basierte im Wesentlichen auf zwei zukunftsrelevanten Zielsetzungen – Energiesicherheit und Klimaschutz. Mittlerweile wurden jedoch einige der positiven Eigenschaften, die der Nutzung von Bioenergie zugeschrieben werden, relativiert und die Debatten über ökologische und sozio-ökonomische Defizite der Bioenergienutzung haben zugenommen. Neben Konversionsverfahren, die den Übergang zur Bioenergie der zweiten Generation darstellen, ist die Weiterentwicklung von Anbausystemen für die Biomasse-produktion ein wesentliches Element im Hinblick auf eine nachhaltige Bioenergieproduktion. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit verschiedenen Aspekten der Biomasseproduktion, Biomassebereitstellung sowie Biomassekonversion unter spezieller Berücksichtigung der Bioenergieformen – Biogas und Biokraftstoffe der zweiten Generation. Der Fokus im Bereich Biogasproduktion und -nutzung lag auf der Entwicklung alternativer Anbausysteme, der Untersuchung und Beurteilung neuartiger mehrjähriger Bioenergiepflanzen sowie der Abschätzung regionaler Biogaspotentiale unter Verwendung eines Pflanzenwachstumsmodells. Ein zweiter Schwerpunkt der Dissertation lag im Bereich Biokraftstoffe, insbesondere auf der Charakterisierung und Evaluierung potentieller Biomasserohstoffe für die mikrobielle Biodieselproduktion.