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MODULGUIDE
BIOGENE ENERGIETRÄGER
Semester
6
Modulleitung
Urs Baier
Dozierende im Modul
Christian Bach, John Brooker, Andreas Braun, W erner Edelmann,
Philip Gassner, Marcel Gauch, Thomas Halter, Christ oph Koller,
Roland Rebs amen, Alex Rudischhauser, Martin Schaub, Kandid
S c h e r e r , J e a n - P a u l S c h wi t z g ü b e l , F r e d i V o g e l , R o l f W a r t hm a n n ,
Andreas Züttel, u.a.
L e t z t e Ak t u a l i s i e r u n g
April 2015
ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Institut Umwelt und Natürliche Ressourcen
Grüental, CH-8820 Wädenswil
Telefon
www.lsfm.zhaw.ch –
+41 58 934 59 59
www.iunr.zhaw.ch
INHALTSVERZEICHNIS
M - 1. Überblick über das Modul .................................................................................................................................................. 1
M - 2. Modulziele ......................................................................................................................................................................... 3
M - 3. Modulinhalte ...................................................................................................................................................................... 4
M - 4. Lernen im Modul ................................................................................................................................................................ 6
M - 5. Pflichtlektüre, empfohlene und weiterführende Literatur ..................................................................................................... 7
M - 6. Leistungsnachweis ............................................................................................................................................................ 8
M - 7. Semesterprogramm ........................................................................................................................................................... 9
M - 1.
ÜBERBLICK ÜBER DAS MODUL
M - 1.1
FORMALE BESCHREIBUNG
Code
n.BA.UI.BGET
Modul
Biogene Energieträger
Status
Wahlpflichtmodul
ECTS-Credits
6
Semester
6
M - 1.2
ABSTRACT
Es besteht weitgehend Einigkeit darüber, dass Energieträger auf der Basis von Biomasse den derzeitigen
Energiebedarf von Industrienationen in Zukunft nicht vollständig decken können. Neue biogene Energieträger
wie Pflanzenölkraftstoffe, Bioethanol, Biogas oder Biowasserstoff tragen jedoch bereits heute massgeblich zur
Energieversorgung vieler Länder bei und ihre Bedeutung wird weltweit in den nächsten zwei Dekaden zunehmen.
Etliche der eingesetzten Verfahren und Konzepte zur Produktion von biogenen Energieträgern sind hinsichtlich
ihrer Umweltauswirkungen und ihrer Gesamtenergiebilanz nicht klar dokumentiert. Zur Bewertung solcher
Verfahren und ihrer Auswirkungen sind Grundlagenkenntnisse der eingesetzten Technologieschritte und der
entsprechenden Stoffflüsse erforderlich. Zudem müssen Ausgangsstoffe und Produkte hinsichtlich ihrer
optimalen Tauglichkeit charakterisiert werden können.
M - 1.3
GENERELLE ZIELE
Die Studierenden sind in der Lage, Produktionsverfahren von Biotreibstoffen der 1. und 2. Generation zu
erläutern und diese aus Sicht der Rohstoffe, der produzierten Energieträger und der Marktsituation zu bewerten.
Die Studierenden sind in der Lage, traditionelle sowie moderne Technologien und Konzepte zur Bereitstellung
und zur Nutzung biogener Energieträger zu erläutern. Sie können entsprechende Verfahren bewerten und ihre
Vor- und Nachteile sowie ihre Anwendbarkeit in einen Kontext stellen.
Die Studierenden kennen nach Modulabschluss Technologien und Konzepte zur Produktion, Aufarbeitung und
Nutzung von Pflanzenölkraftstoffen, Biodiesel, Bioethanol und Biogas. sowie Biowasserstoff. Sie besitzen zudem
Grundkenntnisse der Produktion von synthetischen Biotreibstoffen der 2. Generation. Sie sind in der Lage, die
Technologietauglichkeit verschiedener Verfahren zu bewerten und sie können Dimensionierungsgrundlagen
anwenden. Sie sind zudem fähig, für ein ausgewähltes Projekt einer Bioenergieanlage im Rahmen einer
schriftlichen Expertise fachlich Stellung zu beziehen.
M - 1.4
LEISTUNGSNACHWEIS
Das Modul wird mit einer Erfahrungsnote bewertet. Die Erfahrungsnote setzt sich aus 3 unterschiedlich
gewichteten Teilnoten zusammen (siehe M 6.).
1
M - 1.5
AUFBAU DES MODULS
Semesterwochen
DI
KW4
DO
FR
DI
KW5
DO
FR
DI
KW6
DO
FR
DI
KW7
DO
Vorlesungen, Übungen, Exkursionen
Präsenzunterricht
Übung
Exkursion
Leistungsnachweise
Selbststudium
LN1: Präsentation
LN2: Abgabe Expertise
LN3: Abgabe Lehrmittel
M - 1.6
ZUGANGSVORAUSSETZUNGEN
Von den Teilnehmenden des Moduls wird erwartet, dass sie die folgenden fachlichen Kompetenzen besitzen.
Ebenfalls aufgeführt sind die Module des Studienganges UI, welche es erlauben, diese Kompetenzen zu erlangen.
Methodenkenntnis der Umweltanalytik
Umweltchemie und Analytik
Kenntnis mikrobiologischer Stoffwechselreaktionen
Biosynthese und –analytik, Mikrobiologie (Biologie 1)
Stöchiometrisches Rechnen
Chemie 1 (Modul Naturwissenschaften 1)
Darüber hinaus wird auf Kenntnis von Nutzungsarten natürlicher Ressourcen aufgebaut (Modul
Nachwachsende Rohstoffe)
Die Teilnehmenden sollen zudem fähig sein, selbstständig komplexe technische Sachverhalte zu verstehen,
darzulegen und zu erläutern.
M - 1.7
EVALUATION DES MODULS
Das Modul wird durch die Modulleitung einmal jährlich durch eine schriftliche Befragung der Teilnehmenden
evaluiert. Die Resultate werden den Teilnehmenden sowie der Studiengangleitung zugänglich gemacht.
2
FR
M - 2.
MODULZIELE
M - 2.1
KOMPETENZEN UND LEARNING OUTCOMES
Fachliche Kompetenzen:

Die Studierenden kennen mikrobiologische und chemische Verfahren zur Produktion biogener
Energieträger. Sie analysieren verschiedene Verfahren aufgrund spezifischer Rahmenbedingungen und
vergleichen und bewerten technologische Konzepte.

Im Speziellen kennen die Teilnehmenden die Verfahren zur Produktion von Biodiesel und pflanzlichen
Energieölen, von Biogas und Bioerdgas, von Bioethanol und von synthetischen flüssigen und gasförmigen
Energieträgern auf der Basis von Biomasse und können Varianten dieser Verfahrensketten erläutern.

Die Studierenden wenden einfache Dimensionierungsmethoden für Biogasanlagen an.

Die Studierenden kennen Vorteile und Nachteile verschiedener Rohstoffe, Produktionsverfahren und
Nutzungsmöglichkeiten biogener Energieträger und analysieren Bereitstellungs- und Nutzungsketten
dieser Energieträger.

Sie kennen Anlagenbeispiele aus der Praxis und können Entwicklungstendenzen aufzeigen.
Methodische Kompetenzen

Die Studierenden sind befähigt, Anlagen zur Produktion biogener Energieträger im Hinblick auf ihre
Umweltauswirkungen zu beurteilen.

Die Studierenden können, Fachliteratur und Konferenzberichte im Themenbereich selbstständig
beschaffen, auswerten und deren Inhalte in schriftlicher und in mündlicher Form verständlich weiter
geben.

Die Studierenden können Englisch als primäre wissenschaftliche Fremdsprache verstehen und anwenden.
Selbst- und Sozialkompetenzen

Die Teilnehmenden versetzen sich basierend auf strukturierter Fremdinformation in fremde Denkweisen
und sie verteidigen oder widerlegen entsprechende Standpunkte.

Sie sind zudem in der Lage, eigene Wissenslücken zu erkennen und diese zu artikulieren.

Die Studierenden sind in der Lage, sich in die Rolle von Fachexpertinnen und von Fachexperten hinein zu
denken und entsprechend Stellung zu Verfahren und Konzepten von Bioenergieanlagen zu beziehen.

Die Studierenden bilden ein persönliches Netzwerk in die Schweizerische Bioenergieszene aufgrund der
Einbindung von Akteuren aus der hochschulexternen Forschung und Praxis.
3
M - 3.
MODULINHALTE
M - 3.1
THEMATISCHE EINFÜHRUNG IN DAS MODUL
„Erst wenn wir uns bewusst werden, dass wir Menschen vollständig Bioenergie – basierte Wesen sind, werden
wir auch im Stande sein, eine Bioenergie – basierte Gesellschaft aufzubauen.“
Bioenergie ist zwar in aller Munde und jedes aktuelle Energiekonzept beinhaltet biogene Energieträger als
wesentliche Faktoren – dennoch sind unsere Ansichten und Argumentarien oft unausgewogen oder stehen
fachlich auf schwachen Beinen. Mit dem Modul „Biogene Energieträger“ werden die fachlichen Wissenslücken
geschlossen und es wird einerseits aus wissenschaftlicher, andererseits auch aus Anwendersicht eine verlässliche
Wissensgrundlage zur Produktion und zur Anwendung von Bioenergie gelegt. Das Modul bleibt aber nicht beim
rein Fachlichen stehen. Es ermöglicht ebenso eine breite und ausgewogene Auseinandersetzung mit
Unsicherheiten und mit kritischen Faktoren der Bioenergie.
M - 3.2
INHALTLICHE SCHWERPUNKTE
Die Inhalte des Kurses bauen auf wissenschaftlichen Grundlagen aus den Bereichen Chemie, Physik und
Biochemie auf. Grundkenntnisse einfacher chemischer Reaktionen und ihrer Stöchiometrie werden an Beispielen
chemischer Produktionsschritte zur Herstellung von biogenen Energieträgern vertieft. Für das Verständnis
biochemischer Produktionsschritte und mikrobieller Produktionsprozesse wird das Basiswissen mikrobieller
Stoffumwandlungen gezielt verbreitert. Physikalische Grundlagen der Energieumwandlung werden eingesetzt für
energetische Bilanzierungen und für Effizienzberechnungen.
Als Standardliteratur wird „Kaltschmitt Martin, Hartmann Hans, Hofbauer Hermann. Energie aus Biomasse:
Grundlagen, Techniken und Verfahren. (2009). Springer. ISBN 978-3-540-85094-6 eingesetzt.
Der Unterricht lehnt sich an folgende Leitfragen an:

Weshalb sind „Biogene Energieträger“ nicht mit „Biotreibstoffen“ gleich zu setzen? Machen die
Bezeichnungen „1. Generation“, „2. Generation“ etc. im globalen und im lokalen Kontext Sinn?

Wie lassen wir Mikroorganismen am effizientesten für uns arbeiten um ihr metabolisches Potenzial zur
Produktion von energiereichen Produkten auszunutzen?

Welche Bereitstellungs- und Verfahrensketten stehen zur Produktion von Biogas zur Verfügung? Wie
lässt sich das Produkt Biogas ökologisch sinnvoll und ökonomisch nutzbringend am markt unterbringen?

Wie präsentiert sich der Schweizerische Markt für pflanzliche Energieöle und Biodiesel? Wie beeinflussen
unterschiedliche Edukte die Qualität und die Nutzung der entstehenden Produkte?

Weshalb basiert der Schweizerische Bioethanolmarkt vollständig auf importierten Produkten, obwohl seit
über 30 Jahren inländisch nach den Prinzipien von Biotreibstoffen der 2. Generation produziert wurde.

Weshalb boomen nicht-biologische Konzepte zur Produktion von Energieträgern aus Biomassen? Haben
thermochemische Verfahren das Potential, holz- und abfallbasierte Treibstoffe bereit zu stellen?
4
M - 3.3
BEZUG ZUR NACHHALTIGEN ENTWICKLUNG
Das Modul unterstützt den Lernprozess zur Bewertung biogener Energieträger hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit.
Es fördert die Entscheidungsfähigkeit hinsichtlich der lokalen & der globalen Produktion sowie des kurz- &
langfristigen Einsatzes von Bioenergie. Die Schwerpunkte liegen infolge der Bewertung von Umweltauswirkungen
auf der ökologischen Dimension und durch den Einbezug von Akteuren aus der Wirtschaft auf der
wirtschaftlichen Dimension.
5
M - 4.
LERNEN IM MODUL
M - 4.1
DIDAKTISCHE GRUNDSÄTZE
Kompetent sein heisst, fähig und bereit zu sein, konkrete Probleme zu lösen.
Das Modul „Biogene Energieträger“ basiert auf einem prozessorientierten Lernverständnis. Lernen wird
verstanden als schrittweises Vernetzen von neuen Inhalten innerhalb einer bekannten und beherrschbaren
Struktur.
Aufbauend auf einer soliden und strukturierten Fachsystematik werden anhand von fachspezifischen Inhalten,
welche exemplarisch durch interne und durch externe Referenten abgehandelt werden, komplexe Problemfelder
erarbeitet.
Die Verschränkung der theoretischen Inhalte mit der Praxis erfolgt dabei stark praxisreflektierend, indem zu den
meisten fachsystematischen Inhalten praxisbezogene Anwendungen erarbeitet oder entdeckt werden.
Im Rahmen von eigenverantwortlich oder in Kleingruppen zu erarbeitenden fachlichen Lösungsansätzen wird
aktives Handeln und die selbstständige Erarbeitung und Erschliessung von wissenschaftlichen Grundlagen mit
begleiteter Reflexion gefordert und gefördert.
M - 4.2
LERNARRANGEMENTS
Das methodische Setting ist geprägt durch den ständigen Wechsel zwischen Informationssuche,
Informationsaufnahme und -Verarbeitung sowie deren Anwendung und Reflexion.

In fachlichen Inputs durch interne und externe Referenten wird bestehendes Grundlagenwissen erweitert
und fachlich vernetzt (10-20%).

Die Bereitstellung von englischer Information (Literaturquellen) und der Einsatz Englisch sprechender
Referenten ermöglicht die Erweiterung der sprachlichen Kompetenz (5-10%).

Zu exemplarischen Aufgabestellungen, welche im Rahmen von Workshops durch externe Experten
präsentiert werden, erarbeiten die Studierenden fachliche Lösungsansätze (5-10%).

Die Verknüpfung von Exkursionen mit den entsprechenden fachlichen Inputs erlaubt ein unmittelbares
und vernetztes Erfassen komplexer Zusammenhänge (10-20%).

In individuellen Kurzpräsentationen werden selbstständig erarbeitete Inhalte erläutert und reflektiert (510%).

Tandemgespräche mit gegenseitiger Rückfrage ermöglichen es, Stellung zu beziehen und eigene
Meinungen zu hinterfragen (5-10%).

In einer Kleingruppenarbeit wird die Bereitschaft zur Konsensfindung gefordert (5-10%).

Im Rahmen einer individuellen Literaturarbeit wird die Fähigkeit gefördert, Fachinformation zu
beschaffen und aufbereitet darzubieten (10-20%).

Durch eine Einzelarbeit werden eigene Wissenslücken erfahrbar gemacht und wird die Möglichkeit
geboten, zu eigenen Ansichten Stellung zu nehmen und eigenes Wissen problemorientiert anzuwenden
(10-20%).
6
M - 4.3
ART DER DOKUMENTATION
Es wird kein Skript abgegeben. Es wird erwartet, dass thematische Inputs durch eigene Notizen dokumentiert
werden.
Im Modul werden mehrheitlich Handouts der einzelnen Referenten und auszugsweise Kopien der verwendeten
Präsentationen abgegeben. Es wird zudem erwartet, dass thematische Inputs durch eigene Notizen dokumentiert
werden.
Sämtliche im Rahmen der Übungsarbeiten eingesetzten und erarbeiteten Dokumente werden in elektronischer
Form zur Verfügung gestellt.
Im Rahmen des Moduls wird durch die Teilnehmenden zusätzlich kapitelweise ein Lehrmittel erarbeitet. Die
Struktur des Lehrmittels ist vorgegeben und steht als Vorlage zur Verfügung. Die Studierenden können vom
Recht Gebrauch machen, sowohl den aktuellen Stand (inkl. Vorarbeiten der vergangenen Jahrgänge) als auch
die Neuerungen der folgenden 3 Jahrgänge im Nachhinein in elektronischer Form zu erhalten.
Die Unterlagen zum Modul werden mehrheitlich auf der E-Learning-Plattform Moodle zum Download zur
Verfügung gestellt.
M - 5.
PFLICHTLEKTÜRE, EMPFOHLENE UND
WEITERFÜHRENDE LITERATUR
Lehrbuch:

Kaltschmitt M, Hartmann H, Hofbauer H. (2009). Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und
Verfahren. Springer. ISBN 978-3-540-85094-6
Weitere benutzte Informationsquellen:

FNR. (2010). Leitfaden Biogas. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Gülzow

FNR. (2009). Biokraftstoffe – Eine vergleichende Analyse. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.,
Gülzow

FNR. (2006). Marktanalyse Nachwachsende Rohstoffe. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.,
Gülzow
7
M - 6.
LEISTUNGSNACHWEIS
M - 6.1
QUALIFIKATIONSSCHRITTE
Qualifikationsschritt
Art
Beurteilung
Gewichtung
Lehrmittel erstellen
Individuell, schriftlich
Note
35 %
Erstellen einer Expertise
Individuell oder 2er Team, schriftlich
Note
35 %
Präsentieren
2er oder 3er Team, mündlich
Note
30 %
Biotreibstoffe
Lehrmittel erstellen
Die Individualarbeit „Lehrmittel“ umfasst das Erstellen eines 2-seitigen Kapitels eines umfassenden
studentischen Lehrmittels (Skript). Der formale Rahmen wird als elektronische Vorlage abgegeben. Die
Themenwahl erfolgt frei aus einer umfassenden Liste möglicher Themen (Inhaltsverzeichnis). Die Themenwahl
und die Abgabe der Formatvorlage erfolgt zu Kursbeginn.
Die Einreichung des Lehrmittelkapitels erfolgt elektronisch über die E-Learning Plattform vor Modulende. Der
Einreichungstermin wird bei Modulbeginn bekannt gegeben.
Das Lehrmittelkapitel wird nach den Kriterien „Thematische Abgeschlossenheit“, „Wissenschaftliche
Verständlichkeit“, „Darstellung“ und „Präzision“ beurteilt. Die Teilnote bestimmt zu 35% die Erfahrungsnote.
Erstellen einer Expertise
Die Individualarbeit „Expertise“ umfasst das Erstellen einer mehrseitigen schriftlichen Fachreplik zu einem
Konzeptpapier, einem Businessplan oder einem Anlagenbeschrieb einer Bioenergieanlage aus der Sicht eines
Experten oder einer Expertin. Der formale Rahmen der Expertise ist nicht vorgegeben. Es werden nicht bindende
inhaltliche Leitfragen zur Verfügung gestellt. Sämtliche benötigten Unterlagen werden zu Beginn des
entsprechenden Themenblocks elektronisch zur Verfügung gestellt.
Die Einreichung der Expertise erfolgt elektronisch über die E-Learning Plattform vor Modulende. Der
Einreichungstermin wird bei Modulbeginn bekannt gegeben.
Die Expertise wird nach den Kriterien „Breite der Expertensicht“, „Verständlichkeit und Darstellung“ und
„Eindeutigkeit der Aussagen“ beurteilt. Die Teilnote bestimmt zu 35% die Erfahrungsnote.
Präsentieren des Wissensstandes Biotreibstoffe
Die Gruppenarbeit (2er oder 3er Gruppen) „Biotreibstoffe“ umfasst das Erstellen einer Präsentation und das
Präsentieren derselben im Rahmen des Unterrichts. Der zeitliche Rahmen der Präsentation beträgt 10 Minuten.
Der formale Rahmen ist nicht vorgegeben.
Die Einreichung der Präsentation erfolgt elektronisch über die E-Learning Plattform vor Modulende. Der
Einreichungstermin wird bei Modulbeginn bekannt gegeben.
Die Präsentation wird inhaltlich und formal beurteilt. Die Teilnote bestimmt zu 30% die Erfahrungsnote.
M - 6.2
RAHMENBEDINGUNGEN
Die Leistungsnachweise werden am Modulende im Klassenverbund durch den Modulleiter kommentiert.
Die Rahmenbedingungen für den Leistungsnachweis bildet das gültige Prüfungsreglement.
Nachweislich infolge Krankheit, Unfall oder höherer Gewalt verspätet oder unvollständig eingereichte
Leistungsnachweise können auf schriftlichen Antrag nachgereicht werden.
Die Leistungsnachweise werden am Modulende im Klassenverbund durch den Modulleiter kommentiert.
8
M - 7.
SEMESTERPROGRAMM
Kalenderwoche
4
Thema
Inhalte
Einführung
Modulübersicht
Mikrobiologie: Stoffwechsel & Energieerzeugung
Biogene Ressourcen und ihre Nutzungspotentiale
Pflanzenöle
Chemie & Physik der Fette & Öle
Globaler Anbau & Handel mit Ölsaaten
Fallbeispiel Jatropha
Biodiesel
Produktionsverfahren von Biodiesel
Exkursion Biodieselproduktion
5
Bioethanol
Pflanzenzucht für Biotreibstoffe
Marktsituation Biotreibstoffe Schweiz / Europa
Produktionsverfahren von Bioethanol / Biobutanol
Algen
Produktion & Aufarbeitung von Algenbiomasse
Stoffliche & energetische Verwertungskonzepte
Treibstoffe
Wasserstoff als Energieträger
Treibstoffeigenschaften & Motorentechnik für Biotreibstoffe
6
Biogas
Anaerobe Mikrobiologie & Stoffumsätze
Produktionsverfahren von Biogas
Dimensionierung Biogasanlagen
Modellierung anaerober Systeme
Biogasnutzung, Aufbereitung und Netzeinspeisung
Marktsituation Bioerdgas Schweiz
Exkursion Biogasproduktion & Aufbereitung
7
Synthetische
Karbonisierungstechnologien, Pflanzenkohle
Biotreibstoffe
Pyrolyse- und Vergasungstechnologien, BtL, BtG
Exkursion HTC / Pyrolyse / Holzvergasung
Bewertung
Umweltauswirkungen von Biotreibstoffen
Das detaillierte Semesterprogramm des Moduls wird zu Beginn der Veranstaltung abgegeben.
9