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Regional Biomass Scenarios for the Production of Fischer-Tropsch Liquid Fuels

Regional Biomass Scenarios for the Production of Fischer-Tropsch Liquid Fuels
Project team:

Leible, Ludwig (Project leader); Beate Fürniß; Stefan Kälber; Gunnar Kappler; Eberhard Nieke; Peter Proplesch

Funding:

DaimlerChrysler AG, Stuttgart

Start date:

2004

End date:

2005

Research group:

Sustainability and environment

Project description

Against the background of rising crude oil prices and with the extension of tax exemption until 2009 through amendment of the German Mineral Oil Taxation Act, biofuels, such as bioethanol or biodiesel (RME), are more than ever in the focus of the public. In particular, synthetic transportation fuels produced via gasification and synthesis processes (e.g. Fischer-Tropsch synthesis) are regarded as a very promising alternative. When using biomass as raw material, these transportation fuels are also referred to as "biomass-to-liquid (BTL) fuels". It is expected that the large volume of lignocellulose can be made available for the production of renewable liquid fuels, and this more efficiently than by other options of liquid fuel production from biomass. In addition, these new conversion technologies allow tailoring fuel qualities to the requirements of specific engines.

A particular aspect of this strategy for biomass utilization was investigated within the framework of this study. The all-year-round secure supply of gasification and synthesis plants for the production of Fischer-Tropsch liquid fuels from biomass represents a great logistics challenge. In two exemplary regions of Baden-Württemberg - biomass facilities with an annual demand for one million Mg dry matter of biomass and an FT fuel production capacity of 200,000 Mg respectively, were assumed - the supply costs of biomass were investigated taking into account the regional conditions of biomass collection, conditioning, storage, and transport. The biomass resources considered in the two selected regions were straw, hay (from surplus grasslands), wood residues from forestry, and corn silage. The first step of the study was to estimate the volume of each biomass resource available in the two model regions. Subsequently, detailed investigations were conducted regarding the complete process chains of biomass supply and preparation. Here, the focus was on economic aspects.

Taking into account the mentioned biomass resources, the findings of the study indicate that a biomass volume of 4 million Mg dry matter (DM) can be supplied in Baden-Württemberg and can be used for energy purposes without getting in conflict with previous forms of land use or with restrictions concerning preservation of soil humus balance. Hence, wood residues from forestry are the dominant biomass resource in Baden-Württemberg. In view of biomass logistics, at both model regions (locations "North" nearby the city of Heilbronn and "South" nearby Sigmaringen) a collection radius from 50 to 60 km is sufficient to supply 1 million Mg DM of biomass per year. Underlying this collection radius, the supply costs for wood residues average at 60 to 70 €/Mg DM. For comparison: the supply costs of straw are 20 to 30 €/Mg DM higher. The supply of hay from surplus grasslands or corn silage is definitely more unfavourable from the economic view.

This study served to prepare a joint workshop of Daimler Chrysler AG and several ministries of the federal state of Baden-Württemberg in June 2005. The results of this workshop contribute to the public discussion of the chances and perspectives of synthetic liquid fuels from biomass. The work on the study was completed in June 2005 with the publication of the final report.

Bibliographic Data:
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.:
Development of scenarios for the supply of biomass from agriculture and forestry in two model regions of Baden-Württemberg for the production of synthetic liquid fuels - Regional biomass scenarios. Study on behalf of DaimlerChrysler AG, June 2005, Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe, 42 pages in German
Title/jpg Full text (German)/pdf Table of contents (German) Summary (German)

  • Press release from DaimlerChrysler AG dated August 16th 2005 in German here

Publications


2009
Journal Articles
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.
Biomass-to-liquid: Hoffnungsträger für eine umweltfreundliche mobile Zukunft?.
2009. DVGW Energie / Wasser-Praxis, 60 (4), 17–19 
2008
Conference Papers
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Nieke, E.; Fürniß, B.
Kraftstoff, Strom oder Wärme aus Stroh und Waldrestholz - wo liegen die Prioritäten?.
2008. Energetische Nutzung von Biomassen : Beiträge zur DGMK-Fachbereichstagung, Velen, 14.- 16.April 2008 Hamburg : DGMK, 2008 (DGMK-Tagungsbericht ; 2008-2), 9–16 
Presentations
Kappler, G.; Leible, L.
Energetische Nutzung von Biomasse - Systemanalytische Betrachtungen.
2008. Vorlesungsreihe ’Biomasse - nicht nur eine Ergänzung zu fossilen Energieträgern?’ im Rahmen des Studienmodells ’Regenerative Energien’ der Universität Karlsruhe, Karlsruhe, 15.Mai 2008 
Leible, L.
Kraftstoff aus Stroh und Waldrestholz - ein Vergleich mit der Wärme- und Strombereitstellung.
2008. Fachkongress Zukunftsenergien, im Rahmen der E-World Energy & Water (2008), Essen, Germany, February 19, 2008 
Leible, L.
Energie aus Biomasse - wesentliche Aspekte einer Systemanalyse.
2008. Statuskolloquium ’Sustainable BioEconomy - im Spannungsfeld von Umwelt und Energie’, Karlsruhe, 13.-14.Dezember 2007 
Leible, L.
Wärme, Strom und Kraftstoff aus Stroh und Waldrestholz. Wo liegen die Chancen?.
2008. Öffentliche Anhörung des Umweltausschusses und des Wirtschaftsausschusses sowie des Ausschusses Ländlicher Raum und Landwirtschaft des Landtags von Baden-Württemberg zum Thema Chancen und Grenzen der Biomassenutzung, Stuttgart, 23.April 2008 
Leible, L.; Kälber, S.
Kraftstoff, Strom und Wärme aus Biomasse - Stand und Perspektiven.
2008. IHM-Kolloquium, Forschungszentrum Karlsruhe, 5.Juni 2008 
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Nieke, E.; Fürniß, B.
Kraftstoff, Strom oder Wärme aus Stroh und Waldrestholz - wo liegen die Prioritäten?.
2008. Energetische Nutzung von Biomassen : Beiträge zur DGMK-Fachbereichstagung, Velen, 14.- 16.April 2008 Hamburg : DGMK, 2008 (DGMK-Tagungsbericht ; 2008-2) 
2007
Journal Articles
Leible, L.
Back to Biomass. Interview with Dr. Ludwig Leible.
2007. Engine - Englisch für Ingenieure, (1), 6–7 
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Nieke, E.; Fürniß, B.
Kraftstoff, Strom und Wärme aus Stroh und Waldrestholz : Umfassende systemanalytische Untersuchung abgeschlossen und publiziert.
2007. Technikfolgenabschätzung, Theorie und Praxis, 16 (3), 94–97. doi:10.14512/tatup.16.3.94
Reports/Preprints
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Proplesch, P.; Wintzer, D.; Fürniß, B.
Kraftstoff, Strom und Wärme aus Stroh und Waldrestholz. Eine systemanalytische Untersuchung.
2007. Wissenschaftliche Berichte, FZKA-7170 (April 2007). doi:10.5445/IR/270068790Full textFull text of the publication as PDF document
Presentations
Leible, L.
Möglichkeiten und Grenzen der Biomasse.
2007. Informationsbesuch des Umweltausschusses des Landtags Baden-Württemberg, Karlsruhe, 16.Mai 2007 
Leible, L.
Systemanalysen zur energetischen Nutzung von Biomasse.
2007. Workshop ’Bioenergie’ des Nachhaltigkeitsbeirats Baden-Württemberg, Karlsruhe, 14.Februar 2007 
Leible, L.
BtL - Kraftstoffe aus Biomasse. Perspektiven und mögliche Szenarien regionaler Wertschöpfung.
2007. Sitzung der IHK Südlicher Oberrhein, Offenburg, 29.März 2007 
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Fürniss, B.
Fischer-Tropsch synfuels from cereal straw via fast pyrolysis and gasification - costs and benefits.
2007. 15th European Biomass Conf.and Exhibition : From Research to Market Deployment, Berlin, May 7-11, 2007 Proc.on CD-ROM ETA Renewable Energies, 2007 
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Fürniß, B.
Kraftstoffe aus Biomasse und Reststoffen - Technik, Wirtschaftlichkeit und Zukunftsfähigkeit am Beispiel BTL/Synthetische Kraftstoffe.
2007. 19.Kasseler Abfall- und Bioenergieforum, Kassel, 24.-26.April 2007 
2006
Book Chapters
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Fürniß, B.
Energiebereitstellung aus biogenen Reststoffen und Abfällen in Deutschland - eine Perspektive?.
2006. Bilitewski, B. [Hrsg.] Müll-Handbuch : Sammlung und Transport, Behandlung und Ablagerung sowie Vermeidung und Verwertung von Abfällen ; ergänzbares Handbuch für Praktiker der kommunalen und industriellen Abfallwirtschaft Bd.1 Kennzahl 7590, Lieferung 3/06 Berlin : Erich Schmidt Verlag (ESV-Handbücher zum Umweltschutz) 
Conference Papers
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Proplesch, P.; Wintzer, D.; Fürniß, B.
Synfuels, electricity or heat from wood residues and cereal straw - A systems analytical approach.
2006. Biomass for energy, industry and climate protection : 14th European Biomass Conference & Exhibition ; proceedings of the international conference held in Paris, France, 17 - 21 October 2005, 1885–1888, Renewable Energies, Florence 
Presentations
Leible, L.
Biomassepotentiale - Versorgung von Bioslurryanlagen.
2006. Workshop der Fördergesellschaft Erneuerbare Energien, Karlsruhe, 26.Juni 2006 
Leible, L.; Kälber, S.
Synfuels, electricity of heat from wood residues under European and German framework conditions.
2006. 1st Latin American Congress on Biorefinieres : Innovation Opportunities for the Forestry Sector, Conception, RCH, November 21-22, 2006 
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Fürniß, B.
Rohstoffe für die Biokraftstoffe der Zukunft. Bedeutung und Potenziale in Baden-Württemberg.
2006. Mobil mit Biomasse, Tagung, Stuttgart, 27.September 2006 Publ.in the web 
Leible, L.; Langniss, O.
Potenziale der Bioenergie. Rahmenbedingungen in Deutschland und Nutzungskonkurrenzen.
2006. Biomasse : Effiziente Nutzung und Integration in die Energieversorgung, FVS Workshop, Garching, 27.-28.Juni 2006 
2005
Conference Papers
Kälber, S.; Leible, L.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Proplesch, P.; Wintzer, D.; Fürniß, B.
Renewable transportation fuels, electricity or heat from wood and straw. A systems analytical evaluation.
2005. Bioenergy 2005 : Internat.Bioenergy in Wood Industry Conf.and Exhibition, Jyväskylä, SF, September 12-15, 2005 Book of Proc. Jyväskylä : FINBIO, 2005 (FINBIO Publication ; 32), 167–74 
Kappler, G.; Leible, L.; Kälber, S.; Nieke, E.; Wintzer, D.
GIS-based analyses and optimization of wood and straw supply for energy purposes at local level.
2005. Bioenergy 2005 : Internat.Bioenergy in Wood Industry Conf.and Exhibition, Jyväskylä, SF, September 12-15, 2005 Book of Proc. Jyväskylä : FINBIO, 2005 (FINBIO Publication ; 32), 195–200 
Presentations
Kälber, S.; Leible, L.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Proplesch, P.; Wintzer, D.; Fürniß, B.
Renewable transportation fuels, electricity or heat from wood and straw. A systems analytical evaluation.
2005. Bioenergy 2005 : Internat.Bioenergy in Wood Industry Conf.and Exhibition, Jyväskylä, SF, September 12-15, 2005 Book of Proc. Jyväskylä : FINBIO, 2005 (FINBIO Publication ; 32) 
Kappler, G.; Leible, L.; Kälber, S.; Nieke, E.; Wintzer, D.
GIS-based analyses and optimization of wood and straw supply for energy purposes at local level.
2005. Bioenergy 2005 : Internat.Bioenergy in Wood Industry Conf.and Exhibition, Jyväskylä, SF, September 12-15, 2005 Book of Proc. Jyväskylä : FINBIO, 2005 (FINBIO Publication ; 32) 
Kappler, G.; Leible, L.; Kälber, S.; Wintzer, D.
GIS-gestützte Regionalanalyse (Baden-Württemberg) zur Erschließung des energetisch nutzbaren Potentials an Waldrestholz und Reststroh für die Gaserzeugung.
2005. agit2005 : Symp.und Fachmesse für Angewandte Geoinformatik, Salzburg, A, 6.-8.Juli 2005 
Leible, L.
Biomasse - Potenzial und Stellung als Energieträger.
2005. Vortr.: Technisch-Wissenschaftlicher Beirat der GEA Holding, Speyer, 24.November 2005 
Leible, L.
Energetisches Potenzial von Biomasse.
2005. Internat.Fachmesse für Umwelttechnik und Umweltdienstleistungen (TerraTec) und Internat.Fachmesse für Energie (enertec), Leipzig, 8.-11.März 2005 
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.; Lange, S.; Nieke, E.; Proplesch, P.; Wintzer, D.; Fürniß, B.
Transportation fuels, electricity, and heat from cereal straw and wood residues. A systems analytical comparison.
2005. Parlamentarischer Abend ’Ausbau der Biomassenutzung’, Bruxelles, B, 15.September 2005 
Leible, L.; Kappler, E.
Mengenszenarien der Biomassebereitstellung für die Biokraftstoffsynthese in Baden-Württemberg.
2005. Heimische Biomasse zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe : Potenziale und Mobilisierbarkeit ; Workshop, Stuttgart, 28.Juni 2005 

Contact

Dr. Ludwig Leible
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
Institute for Technology Assessment and Systems Analysis (ITAS)
P.O. Box 3640
76021 Karlsruhe
Germany

Tel.: +49 721 608-24869
E-Mail