Der Gewerbepark «K3 Handwerkcity» in Wallisellen bietet Handwerks-, Handels- und Dienstleistungsbetrieben dank eines innovativen Raumkonzepts attraktive Rahmenbedingungen. Die Bauherren hatten sich bei der Planung zum Ziel gesetzt, einen flexibel nutzbaren Gewerbepark zu realisieren, der so ökologisch und energetisch autark wie möglich betrieben werden kann. Dabei spielt die Stromproduktion lokal im Gebäude eine zentrale Rolle und ist zukunftsweisend. Das Projekt der «werke wallisellen» ist deshalb auch für die Wissenschaft von hohem Interesse und wird von der Empa begleitet.
Ziel ist es, den Betrieb einer bivalenten Energiezentrale zu optimieren und zu validieren, sodass die lokal produzierte elektrische Energie möglichst effizient genutzt und der CO2-Fussabdruck des genutzten Stroms reduziert wird. Dies lässt sich erreichen, indem Verbrauchsphasen mit hoher CO2-Intensität möglichst vermieden werden. Das Projekt nutzt dazu Daten aus der erweiterten Gebäudeautomation des Gewerbeparks «K3 Handwerkercity». Die Effektivität wurde gemessen, indem Daten aus einem Referenzjahr mit einem Jahr verbesserter Betriebsführung und Simulationen verglichen wurden. Im ersten Betriebsjahr wurde das Heizsystem des Gewerbeparks mit einer konventionellen Regelung – wie sie heute dem Stand der Technik entspricht – auf vordefinierten Bedingungen und Regeln betrieben. Damit zu jeder Zeit die benötigte Energie für Raumkomfort und Warmwasser zur Verfügung steht, arbeiten die Wärmepumpe (WP) und das Blockheizkraftwerk (BHKW) so, dass im Wärmespeicher nie eine minimale Temperatur unterschritten wird. Auf der Basis dieser Daten und Erfahrungen wurde mittels einer Betriebsoptimierung evaluiert, wie die unterschiedliche Systemkomponenten (WP, BHKW) unter den gegebenen Umständen zeitlich am effizientesten betrieben werden können. Das Regelkonzept, das von der EMPA entwickelt wurde, erreichte schliesslich ein Einsparpotenzial der CO2-Emissionen von 20 Prozent. Auch eine kostenbasierte Optimierung führte zu unerwartet hohen Emissionseinsparungen von 17 Prozent. Das veränderte Anlageverhalten erhöht den Eigenverbrauch und schiebt den Betrieb der Wärmepumpe in Phasen, in denen Strom mit niedriger CO2-Intensität zur Verfügung steht. Es führt dazu, dass das BHKW deutlich weniger in Betrieb geht. Je nach CO2-Intensität des bezogenen Gases bleibt das BHKW auch permanent ausgeschaltet. Das Regelkonzept wurde im Gewerbepark eingebaut und hat die Werte während einer Betriebsdauer von bereits über einem Jahr bestätigt.
Mit dem Projekt NOSES 5to6 zielt das Unternehmen Laborex darauf ab, die Kosten der Installation und des Betriebs von Biogasanlagen im landwirtschaftlichen Kontext zu reduzieren. Es zeigt auf, dass es möglich ist, ein System von Fermentern (vier für einen Stall mit 70-100 ausgewachsenen Rindern) zu realisieren, das in der Werkstatt vorgefertigt wird und damit die Investitionskosten senkt. Die Fermenter können auf der Strasse transportiert und direkt in den Betrieben installiert werden, was die Installationskosten reduziert. Für den Transport der Biomasse vom einen zum anderen Fermenter wird nach Möglichkeit die Schwerkraft genutzt, um auch die Betriebskosten zu senken. Das Projekt wird zusätzlich vom Bundesamt für Energie sowie der Klimastiftung unterstützt. Im ebenfalls vom VSG geförderten Vorgängerprojekt MOSTCH4 ging es darum, die Biogasproduktion zu steigern, indem die beste Vorbehandlung von Biomasse aus Lebendvieh ermittelt wird. Dabei wurden Vorbehandlungsverfahren für Biomasse vor der Vergärung im Labormassstab untersucht. Es zeigte sich, dass mittels zweier Verfahren, der Kavitation und der Mikroaeration, die Produktion gesteigert werden konnte. Es wurde daraufhin eine Pilotanlage gebaut mit drei parallelen Strömen: eine Referenz für die unbehandelte Biomasse, eine Vorbehandlung mit Kavitation und eine Vorbehandlung mit Mikroaeration. In der ersten Phase des Projekts NOSES 5to6 wurden anschliessend in der Pilotanlage die beiden Vorbehandlungsverfahren im Vergleich zur Referenz über einen Zeitraum von sechs Monaten getestet, wobei die Auswertung von SUPSI unterstützt wurde. Hierbei zeigte sich, dass die Kavitation zu einer um 15% höheren Methanausbeute führt als die unbehandelte Referenzbiomasse. Der zusätzliche Energieaufwand für die Kavitation wurde auf ca. 4,5 Prozent der produzierten Energie geschätzt. Damit verbleibt ein positiver Wirkungsgradunterschied von mehr als 10 Prozent zwischen der Nettoenergieerzeugung in einem anaeroben Vergärungsprozess mit vorheriger Kavitation der Biomasse und einem Prozess ohne diese Vorbehandlung. Die Mikroaeration hingegen führte zu einer um ca. 50 Prozent geringeren Biogasproduktion als die Referenz ohne Vorbehandlung und wird daher nicht mehr weiterverfolgt. Für den Bau der Pilotanlage im NOSES-Projekt wird das neue Design der Vergärung zusammen mit der Vorbehandlung der Biomasse, der Kavitation, aus dem MOSTCH4-Projekt kombiniert. Der NOSES 5to6 Pilot soll im Frühjahr 2025 bereitstehen.
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