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The significance in the production of bio-based products is enhanced with the abundance and renewability of biogenous raw and residue materials in comparison to the depleting fossil fuels especially in producing environment friendly products and their applications in energy (CO2-neutral) as well as material applications. This work concentrates mainly on the production of bio-based products through innovative processing and refinement of biogenous residues originating from agricultural (cereal straws), industrial (lignin from black liquors) and biotechnological (biogas residues) processes. The innovative processing and refinement of the processes and their end-products solve the challenges which were not possible within the conventional processes. The innovative processes improve the cascading as well as sustainable utilization possibilities with a simultaneous value addition of the residues. Converting biogenous residues into a valuable end-product requires various preprocessing of the raw materials and are material specific (physical and chemical compositions). Agglomeration of theses residues is chosen as one of the main innovative processes making the handling of the products easier. Agglomeration in this work is carried out using press / densification processes in case of cereal straws, build-up processes in case of black liquors and encapsulation processes in case of biotechnological residues.
Der weltweite Anstieg des Bedarfs an Primärenergie und das Wachstum des weltweiten Bruttoinlandsprodukts geht einher mit der Zunahme damit verbundener Emissionen. Aktuellen wissenschaftlichen Studien zufolge beträgt der Anteil des Energiesektors (Energiewirtschaft, Industrie und Verkehr) 83 % der weltweiten Treibhausgasemissionen. Der Klimawandel und die Projektion der Auswirkungen von Treibhausgasemissionen auf die Atmosphäre werden inzwischen auch auf politischer Ebene akzeptiert und weitergehende Maßnahmen diskutiert. Da aber Zugang zu Elektrizität und nachhaltige Entwicklung untrennbar verknüpft sind, stellt sich die Frage, wie diese Aufgabe innerhalb der nächsten Jahre gelöst werden kann. Weiterhin ergibt sich gleichzeitig durch die verbleibende Laufzeit des aktuellen Kraftwerksparks, je nach Szenario, für Deutschland im Jahr 2020 eine Versorgungslücke von bis zu 12.000 MWh. Ein Teil der Lösung dieser Problematik liegt in der nachhaltigen Gestaltung von Kraftwerken. Die Erstellung der Lebenszyklusanalyse eines GuD-Kraftwerks aus Sicht eines Herstellers in höchster Detailtiefe bildet daher den Hauptbestandteil dieser Arbeit. Erst die Darstellung des gesamten Produktsystems sowie der Bilanzierungsergebnisse ermöglichen das Aufzeigen von Verbesserungspotentialen. Die Systemgrenzen für die Ökobilanz umfassen alle Abschnitte des Produktlebenszyklus (Materialien, Fertigung, Transport, Betrieb, Wartung und End of Life). Die Erfassung der Materialmengen und Energiedaten liefert die Sachbilanz für alle Komponenten und Lebensphasen. In der Interpretation der Ergebnisse der Ökobilanz, insbesondere für die Kategorie Globale Erwärmung in kg CO2e überwiegen die Emissionen der Betriebsphase naturgemäß. Die Ergebnisse wurden aber für alle Wirkungskategorien und Lebensphasen erarbeitet. Auf Basis der erarbeiteten Module der Ökobilanz wurden die Umweltprofile verschiedener Konfigurationen und Betriebsszenarien dargestellt und stehen damit als Entscheidungshilfe bereits während der Produktentwicklung zur Verfügung. Die Darstellung der Auswirkungen von Designentscheidungen auf den ökologischen Fußabdruck des Produktsystems in einer aggregierten Form vereinfacht das Verständnis für Kunden und kann damit in die Kaufentscheidung einbezogen werden. Weiterhin wurde die Basis für ein Reporting der Treibhausgasemissionen nach dem GHG Protokoll erstellt. Die Ergebnisse werden außerdem in Form einer Typ II Produktumwelterklärung nach ISO 14021 veröffentlicht und als Referenzwert für die Berechnung der Emissionsfaktoren für den jeweiligen Strommix bereitgestellt.