Universität Stuttgart
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Item Open Access Large-scale high head pico hydropower potential assessment(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2018) Schröder, Hans Christoph; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)Due to a lack of site-related information, Pico hydropower (PHP) has hardly been a projectable resource so far. This is particularly true for large area PHP potential information that could open a perspective to increase the size of development projects by aggregating individual PHP installations. The present work is extending the capabilities of GIS based hydropower potential assessment into the PHP domain through a GIS based PHP potential assessment procedure that facilitates the discrimination of areas without high head PHP potential against areas with PHP potential and against areas with so called “favorable PHP potential”. The basic unit of the spatial output is determined by the underlying PHP potential definition of this work: a standardized PHP installation and the required hydraulic source, together called standard unit, are located on an area of one square kilometer. The gradation of the output is a consequence of the verification techniques. Several large area PHP potential field assessment methods, based on contemplative analysis techniques, are developed in this work. Field assessments were conducted in Yunnan Province/China, Costa Rica, Ecuador and Sri Lanka. The aim for all field assessments is to get a comprehensive view on the PHP potential distribution of the entire country/province. Application of the GIS based PHP potential assessment procedure is aimed at the global tropical and subtropical regions.Item Open Access Analyse der Einsatzpotenziale von Wärmeerzeugungstechniken in industriellen Anwendungen(Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2016) Ohl, Michael; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Fluid-phase transitions in a multiphasic model of CO2 sequestration into deep aquifers : a fully coupled analysis of transport phenomena and solid deformation(Stuttgart : Institut für Mechanik (Bauwesen), Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik, Universität Stuttgart, 2017) Häberle, Kai; Ehlers, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Item Open Access CO2-Abtrennung aus Synthesegasen mit Hydrotalciten unter Hochtemperatur-Hochdruckbedingungen(2017) Bublinski, Martin; Seifert, Helmut (Prof. Dr.-Ing.)Membranverfahren trennen Gasgemische kontinuierlich, selektiv und energieeffizient. Damit stellt dieses Trennverfahren eine interessante Alternative zu herkömmlichen, energieintensiven Gasreinigungsverfahren mittels Wäschern dar. Allerdings steigen insbesondere für Hochtempera-turanwendungen die material- und prozesstechnischen Anforderungen an das Membransystem, wodurch die Materialauswahl stark eingegrenzt wird. Bisher existiert im kommerziellen Maßstab noch kein hochtemperaturtaugliches, kontinuierliches Abscheideverfahren für die selektive Abscheidung von CO2 aus Synthesegas. Der Einsatz von Membranen aus Hydrotalcit stellt für die CO2-Abscheidung aus vorgereinigten Synthesegasen einen vielversprechenden Lösungsansatz dar. In dieser Arbeit wird die systematische Entwicklung von anorganischen mehrschichtigen Hydrotalcit-Membranen vorgestellt, mit denen CO2 selektiv aus dem Gasstrom unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen (T > 350 °C, p ≤ 80 bar) abgeschiedenen werden kann. Die Prozesse CO2-Sorption bzw. CO2-Desorption auf der Membranoberfläche sowie die Diffusionseigenschaf-ten der Membran wurden dabei getrennt voneinander untersucht. Zuerst wurden an reinen und mit Kaliumcarbonat dotierten Hydrotalciten mit einem Sorptions-/Druckreaktor CO2-Sorptionsgleichgewichtsdaten im Temperatur- und Druckbereich zwischen 200-500 °C bzw. 20-80 bar aufgenommen. Dabei wurden maximale CO2-Kapazitäten von 1,2 mol/kg für reines Hydrotalcit und 2,0 mol/kg für dotiertes Hydrotalcit mit trockenem, bzw. 1,95 mol/kg für reines Hydrotalcit und 5,70 mol/kg für K-dotiertes Hydrotalcit mit feuchtem Gas ermittelt. Die Desorptionseigenschaften wurden mittels zyklischen CO2-Sorptionsexperimenten bestimmt. Dabei stellte sich sowohl für reines als auch für K-dotiertes Hydrotalcit für trockenes und feuchtes Gas eine konstante Arbeitskapazität nach mehreren Sorptionszyklen auf dem Niveau von zwei Drittel der ursprünglichen CO2-Sorptionskapazität ein. Die Hydrotalcit-Membransynthese erfolgte auf Al2O3-Substraten mit einem Harnstoff-Hydrolyse-Verfahren. Dadurch konnte ein Wachstum der Hydrotalcit-Kristalle direkt auf der Substratoberfläche erreicht werden und eine homogene Hydrotalcit-Membran synthetisiert werden. Durch eine weitere Hydrotalcit-Schicht gelang es, die Defekte der Membran weiter zu verringern. Die CO2-Permeanzen wurden mit einem Hochtemperatur-Membranmodul bei 200 °C auf 3,03·10-7 mol/(m2·s·Pa) und 500 °C auf 1,06·10-6 mol/(m2·s·Pa) bestimmt. Neben der Knudsen-Diffusion wurde die Lösungs-Diffusion von CO2 als weiterer Transportmechanismus durch die Hydrotalcit-Membran identifiziert. Die idealen CO2-Selektivitäten bezüglich N2, H2 und CO lagen demnach meist leicht über den Knudsen-Selektivitäten. Gegenüber N2 konnte bei Tempera-turen von 350 °C eine Selektivität von 1,31 ermittelt und folglich eine partielle CO2-selektive Trennung mit den synthetisierten Hydrotalcit-Membranen erzielt werden.Item Open Access Stochastic and hydrological modelling for climate change prediction in the Lima region, Peru(2015) Chamorro Chávez, Alejandro; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)Climate change has been an important field of research in the past years and certainly is a major concern in the present time. It involves a broad spectrum of subjects and significant different time scales, ranging from decades to thousands or millions of years. Generally speaking, in a climate change scenario a change in the pattern, average or extreme conditions of some variables is observed, and this can be due to many different causes as changing processes in the earth, human activities or extra terrestrial induced factors. This study concentrates on the influences on the climate due to human activities and focuses on the hydrological response to these influences or changes as a primarily goal, for the next few decades. The main motivation is the vulnerability and scarcity of the water availability in the capital of Peru, Lima, and how the area under study will respond to a change in the climate. An important focus of analysis in order to reduce the uncertainty in the predictions is the errors that appears when modeling a given variable or set of variables. This issue is addressed first in regionalization of precipitation and second in the calibration of hydrological models in which a robust parameter estimation is performed. In the first issue concerning to regionalization, External Drift Kriging is applied. In this part of the work the results of regionalization are analyzed with focus on the errors and systematic errors which appear during the modeling. The main goal here is the reduction of these errors through some proposed transformations. Here, three approaches are suggested, namely smoothing of the digital elevation model (DEM) considering a symmetric area, power transformation and smoothing considering a non symmetric area. The second issue concerning the uncertainty in the estimations (discharge) was addressed two-fold, namely by optimizing the objective function by means of a heuristic optimization procedure based on Monte Carlo simulation, and by means of a robust parameter estimation (ROPE) algorithm developed quite recently by Bárdossy and Singh, which in general terms can be used as a general multivariate optimization procedure. The algorithm offers a way of finding a set of “good” parameter vectors, which among other characteristics, are transferable in time. The final result comprises an ensemble of estimations for expected discharge variations accounting for the uncertainty in parameterization and processes description in the models. In this study HVB and HYMOD models are used. The assessment of the impact of climate change in precipitation and temperature is carried out by a statistical downscaling procedure based on a quantil-quantil transformation. Here the information given by the Global Climate Models (GCMs) outputs are transferred to the local scale. Two different GCMs and three scenarios are used in this step. This permitted the definition of a range for the expected future variations for temperature and precipitation. The last chapter of the study addresses the assessment of the discharge in the short term. The goal here is to “infer” the outcome of a random variable (discharge) in the next time step by taking information from past observations (previous steps). As we can regard the observations (time series) as a realization generated from a stochastic process, we can address this issue from a stochastic point of view. The task is addressed first by considering some of the existing autoregressive models (AR process), and second by considering a Copula-based autoregressive model. In order to perform the Copula-based autoregressive model, a given time series (modelled discharge) was transformed into three vectors representing the same original time series but shifted in time. A three dimensional Copula was then fitted to the univariate distributions. For this, a Gaussian model as well as a Beta kernel model expressed in terms of the Beta function was considered.Item Open Access Microbial stabilization of lotic fine sediments(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2018) Schmidt, Holger; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)The microbial stabilization of fine sediments constitutes an essential ecosystem function with great ecological and economic implications e.g. in the context of reservoir and waterway management. Although this process is well researched in intertidal mudflats, there is still a major lack of knowledge for lotic systems. To perform fundamental research in this field and to account for the associated very high level of complexity, expertise of natural and engineering science was combined in an interdisciplinary approach. A highly sophisticated mesocosm setup was designed and constructed to guarantee fully controllable and reproducible natural-like boundary conditions during biofilm formation. The overall aim of the performed studies in this doctoral thesis was a comprehensive investigation of all relevant parameters of the cultivated biofilms, such as the microbial biomass, the produced extracellular polymeric substances (EPS), and the composition of the microbial community as well as the stability of the biofilm. This extensive approach should allow the identification of functional key parameters of the biofilm as well as essential interactions and their impact on the overall biofilm ecosystem and resulting biostabilization. In a series of long-term experiments, different influencing factors on biofilm development and corresponding biostabilization were assessed. The first potential impact factor that was analyzed was the experimental setup itself. Furthermore, the influence of the seasonal changes of the microbial community in the utilized river water and the effects of different levels of bed shear stress and illumination intensity were assessed. The results of these different experiments provided essential new insights into the process of biostabilization of lotic fine sediments. Firstly, the reliability of the used experimental setup could be proven, as no significant differences could be detected in biofilm formation and biostabilization comparing different mesocosm sections. The fact that very similar biofilms were developing when the boundary conditions were identical was a crucial prerequisite for any further investigations. In addition, the relevance of biostabilization in lotic systems, which was doubted for a long time, could be proven. However, freshwater and brackish habitat can be very different (e.g. in terms of nutrient availability). This was exemplarily indicated by significantly lower microbial biomass in the analyzed freshwater biofilms compared to biofilms from well-studied intertidal mudflats. Moreover, the very complex interplays between bacteria and diatoms in the biofilm matrix were underlined which led to a focus on this subject during further subsequent studies via an extensive genetic and microscopic profiling. Secondly, the important role of EPS during biostabilization could be demonstrated, whereby the significance of extracellular proteins, such as adhesives produced by sessile diatoms, was suggested. This observation may extend the current EPS research which focusses on extracellular carbohydrates due to their high quantitative fraction in the EPS matrix. Furthermore, the interactions between the microbes, the extracellular matrix and the overall stability of the biofilm system appeared to be much more complex than formerly assumed. Thirdly, the importance of the microbial community in the biofilm system could be elucidated. Even though a high correlation between mere microbial biomass and biostabilization could be detected, especially the seasonality experiments emphasized the impact of the life style of key players among the diatoms. These insights could be extended during the experiments analyzing the different levels of abiotic boundary conditions, where differently stable biofilms were clearly dominated by different assemblages of dominant bacteria. These observations constitute very important new insights into microbial biostabilization as a direct correlation between microbial ecology and the overall, actually measurable ecosystem function of the biofilm could be shown for the first time. Concluding, the insights into the fundamental principles of biostabilization gathered during this thesis can be seen as important steps for further fundamental research. The construction of a reliable unique setup is complete, the reproducible biofilm cultivation in this setup is verified and first investigations of different driving factors during biostabilization were performed. These analyses paved the way for further studies to analyze currently hardly assessed boundary conditions and deeper assessments in order to generate a sound database for future modelling approaches of the dynamics of microbially stabilized lotic fine sediments.Item Open Access Energieeinsparpotenziale von energieintensiven Produktionsprozessen in Deutschland : eine Analyse mit Hilfe von Energieeinsparkostenkurven(Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2017) Brunke, Jean Christian Ulf; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Das Ziel dieser Arbeit ist zum einen die Entwicklung einer Berechnungsmethodik von Energieeinsparungen und Energieeinsparkosten der entsprechenden Energieeinsparmaßnahmen unter Berücksichtigung bestehender methodischer Limitierungen und deren Anwendung auf eine detaillierte und konsistente Beschreibung ausgewählter energieintensiver, industrieller Produktionsprozesse in Deutschland. Der Kern der entwickelten Berechnungsmethodik ist die techno-ökonomische Analyse von Energieeinsparmaßnahmen auf der Einzelanlagenebene. Auf diese Weise können die heterogenen technologischen Ausprägungen, der hohe Integrationsgrad von energieintensiven Produktionsanlagen sowie deren Auswirkungen auf das technische Energieeinsparpotenzial berücksichtigt werden. Zudem können so die Wechselwirkungen von Energieeinsparmaßnahmen unter Berücksichtigung der Umsetzungsreihenfolge bewertet werden. Die Energieeinsparkosten werden über den Vergleich der diskontierten Produktionskosten jeweils mit und ohne umgesetzter Energieeinsparmaßnahme gebildet. Dadurch können u. a. die Veränderungen nicht-energetischer Betriebskosten (bspw. Wartungskosten), Opportunitätskosten und Opportunitätserlöse von Energieeinsparmaßnahmen in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mit einbezogen werden. Für die Anwendung der Berechnungsmethode auf die Herstellung der zehn energieintensivsten Produktgruppen in Deutschland werden 164 Energieeinsparmaßnahmen und deren Umsetzung an 859 Einzelanlagen analysiert und in Energieeinsparkostenkurven dargestellt. Es wird ein technisches Energieeinsparpotenzial von 18 % und ein wirtschaftlich darstellbares Potenzial von 10 % ggü. dem Energieverbrauch in 2013 errechnet. Ein Vergleich der Ergebnisse mit bisherigen Energieeffizienz-Untersuchungen mit vergleichbarem Bilanzräumen zeigte Potenzialabweichungen von bis zu neun Prozentpunkten innerhalb der untersuchten Produktgruppen. In einer Einzelfallbetrachtung ließen diese sich zum Teil auf die einzelanlagenspezifische Berechnungsmethodik zurückführen lassen. Produktübergreifend liegen die wirtschaftlich darstellbaren Energieeinsparpotenziale im Durchschnitt zwei Prozentpunkte über dem hier errechneten Potenzial. Mittels Parametervariationen wurde die Robustheit der Ergebnisse überprüft. Die wirtschaftlich darstellbaren Energieeinsparungen wiesen eine vergleichsweise hohe Sensitivität gegenüber der Diskontrate und den Brennstoffpreisen sowie eine niedrige Sensitivität gegenüber dem CO2-Zertifikatspreis und dem Strompreis auf.Item Open Access Modellierung biomassedominierter Energiesysteme : Methodenentwicklung anhand eines Fallbeispiels im Ost-Pamir, Tadschikistan(2015) Hohberg, Georg; Kaule, Giselher (Prof. Dr.-Ing.)Die Bereitstellung und Nutzung biogener Energieträger unterscheidet sich in wesentlichen Aspekten von jener nichtregenerativer Energieträger. Aufgrund ihrer dezentralen und flächenintensiven Erzeugung sind biogene Energieträger durch einen starken Raumbezug, Konkurrenz zu anderen Landnutzungsformen, Rückkopplungen innerhalb des Erzeugungssystems sowie durch Saisonalität und damit Einschränkungen in der Verfügbarkeit geprägt. Biomasse ist heute vor allem in Entwicklungsländern von großer Bedeutung für die Energiebereitstellung. Auch die Energieversorgung im tadschikischen Ost-Pamir, einer in Zentral Asien gelegenen und wenig entwickelten Hochgebirgsregion, ist maßgeblich durch biogene Energieträger geprägt. Ein großer Teil des Energiebedarfs wird hier durch Zwergsträucher (Krascheninnikovia ceratoides und Artemisia spp.) und Viehdung befriedigt. Die Zwergstrauchbestände des Ost-Pamir sind neben ihrer energetischen Verwendung auch als Nahrungsgrundlage für das Nutzvieh bedeutsam. Da bei einer Übernutzung der Zwergstrauchbestände zukünftig weniger Nutzvieh gehalten werden kann, jedoch ausbleibende Dungerträge zukünftig durch zusätzliche Zwergstrauchbiomasse kompensiert werden müssen, besteht die Möglichkeit einer selbstverstärkenden Wirkungskette. Die durch übermäßige Zwergstrauchernte hervorgerufene Degradation von Weideflächen im Ost-Pamir wurde von BRECKLE UND WUCHERER (2006, S.233) als Tereskensyndrom bezeichnet. Die Methode der Energiesystemanalyse wird verwendet, um wissensbasierte Entscheidungsgrundlagen für die Energiepolitik zu liefern. Ein Standardwerkzeug der Energiesystemanalyse sind optimierende Energiesystemmodelle. Diese verstehen Energiesysteme als rein technisch-ökonomische Systeme. Biomassedominierte Energiesysteme hingegen stellen eine Verbindung aus technisch-ökonomischem System, biophysikalischem System und sozialem System dar. Ziel dieser Arbeit ist es, durch Gegenüberstellung und Diskussion verschiedener Modellierungsansätze eine geeignete Methode zur Simulation von biomassedominierten Energiesystemen zu identifizieren und auf ein Fallbeispiel im Ost-Pamir anzuwenden. Im betrachteten Fallbeispiel soll geklärt werden, inwieweit die Zwergstrauchentnahme im Ost-Pamir eine Zerstörung ihrer Wachstumsgrundlagen bedingt und ob kurz bis mittelfristig mit einen Zusammenbruch der lokalen Energieversorgung gerechnet werden muss. Die Simulation von Entwicklungsszenarien soll zudem die Bandbreite von möglichen Entwicklungen beschreiben und Optimierungspotenzial aufzeigen. Ein System-Dynamics-GIS-Hybridansatz bietet die Möglichkeit der zeitlich kontinuierlichen, räumlich aufgelösten Modellierung, mit der auch Rückkopplungen in Systemen abgebildet werden können. Er ist daher für die Modellierung biomassedominierter Energiesysteme geeignet. Basierend auf dem beschriebenen Simulationsansatz und auf einer detaillierten Untersuchung des Energiesystems von Alichur, der zweitgrößten Siedlung des Ost-Pamir, wird das Energiemodell Alichur erstellt und parametrisiert. Nach eingehender Sensitivitätsanalyse und Validitätsprüfung werden im Energiemodell Alichur drei Szenarien simuliert: Szenario Business-as-usual (BAU, gleichbleibendes Management), Szenario Breckle (SB, verschlechtertes Management) und Szenario Optimierung und Energieautarkie (SOE, optimiertes Management). Die Simulationsergebnisse sämtlicher Szenarien zeigen, dass kurz- bis mittelfristig nicht mit einem Zusammenbruch des Energiesystems von Alichur gerechnet werden muss. Zwar ist zukünftig mit einem steigenden Aufwand für die Zwergstrauchernte zu rechnen, weil vermehrt auch ortsferne Bestände beerntet werden müssen. Aufgrund der Erntekultur, bei der bis zu 50 % der Zwergsträucher auf der Fläche verbleiben, ist jedoch eine völlige Degradation der Zwergstrauchbestände in der betrachteten Fallstudie nicht gegeben. Lediglich im ortsnahen Bereich erfolgt eine sehr intensive Zwergstrauchnutzung, die in den nächsten Dekaden kaum Zwergstrauchbiomassezuwachs erwarten lässt. Bei einem verschlechterten Ressourcenmanagement (Szenario SB) ist frühestens in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts mit einer Verknappung der erreichbaren Zwergstrauchbestände zu rechnen. Nicht eindeutig geklärt werden konnte die Frage, ob die gegenwärtige Zwergstrauchnutzung dauerhaft betrieben werden kann (Szenario BAU). Grundsätzlich ist bei optimiertem Management, verbunden mit moderaten Energieeinsparungen eine nachhaltige und autarke auf biogenen Energieträgern basierende Energieversorgung in der Region möglich (Szenario SOE). Die vermutete selbstverstärkende Wirkungskette zwischen thermischer Zwergstrauchnutzung und Weidekapazität kann in der Simulation nicht bestätigt werden.Item Open Access Extended theoretical and experimental studies of the calcium looping process for carbon dioxide capture(2017) Duelli, Glykeria; Scheffknecht, Günter (Univ.-Prof. Dr. techn.)The world is at a critical juncture in its efforts to combat climate change. Since the first Conference of the Parties (COP) in 1995, greenhouse-gas (GHG) emissions have risen by more than one-quarter and the atmospheric concentration of these gases has increased steadily to 435 parts per million carbon-dioxide equivalent (ppm CO2-eq) in 2012 [1]. The international commitment to keep the increase in long-term average temperatures below two degrees Centigrade, compared to pre-industrial levels, requires substantial and sustained reductions in global emissions. Given the dominant role that fossil fuels continue to play in primary energy consumption followed by the continuously increasing global energy demand, the deployment of carbon capture and storage technologies (CCS) is imperative [1]. The individual component technologies required for CO2 capture, transport and storage are generally well-understood and, in some cases, technologically mature. The largest challenge for CCS deployment is the integration of component technologies into large-scale (demonstration) projects. In this direction simulation and modeling works allow a cost effective investigation of the feasibility and the applicability of the prototype technology as well as its development and optimization. In addition, complete process approach allows determination of the impact that integration of the CO2 capture plant imposes on the power plant. However, a reliable assessment of the process performance requires the process models to be validated with experimental data. In this work, one of the major CCS technologies, the calcium looping process is realized, investigated and evaluated at a 10 kWth dual fluidized bed (DFB) continuously operating facility at the University of Stuttgart. The performance of the process in terms of CO2 capture in the carbonator and sorbent calcination in the regenerator is studied. Natural limestones were used. The process was realised in presence of water vapor in both carbonator and regenerator reactor. The calcination took place in high CO2 concentration representative of the oxy-fuel combustion in the regenerator. Synthetic flue gas was used while both reactors were electrically heated with supplementary CH4 combustion in the regenerator when necessary. The Ca flow circulating between the reactors as well as the Ca mass in the reactors were varied. The regenerator and the carbonator temperatures were varied. The sorbent CO2 capture ability was studied through thermogravimetric analysis of the samples taken during experimentation. Attrition phenomena were studied by measuring the particle size distribution and weighting the material collected from the cyclones of the DFB facility. The experimentation was successfully performed with reliable data and the trends observed are in good agreement with previous works. It was shown that CO2 capture efficiencies of more than 90% can be achieved at conditions closer to the industrial ones. The CO2 capture efficiency was improving by increasing bed inventory and looping ratio. The sorbent calcination degree is a decreasing function of the carbonate content of the incoming solid flow and an increasing function of the particle residence time and reactor temperature. In presence of water vapor, CO2 capture efficiencies of more than 90% and complete sorbent calcination were achieved for looping ratios of around 8. The temperatures were for the regenerator not more than 1193K and for the carbonator around 903K. The sorbent carbonation conversion was retained at about 0.2 molCaCO3/molCaO, constant for many hours of operation. The material loss was measured to be around 4.5%wt/h based on the total system inventory while the mean particle size of the sorbent decreased to around 400 µm and remained constant for many hours of operation. Simplified semi-empirical models were successfully implemented in the experimental results. Kinetic and attrition constants were calculated and a good agreement between the predicted and the actual data is shown. Design parameter of active space time was found to be 30s for the carbonator and 0.11h for the regenerator with efficiencies of more than 90% in both reactors.Item Open Access Stand und Entwicklungspotenziale der landwirtschaftlichen Biogasnutzung in Baden-Württemberg : ein regionalspezifischer Vergleich(Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2017) Stenull, Maria; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Die Zielsetzung dieser Arbeit besteht darin, den Stand und die zukünftigen Entwicklungsmöglichkeiten für die landwirtschaftliche Biogasnutzung in Baden-Württemberg auf der Basis einer hohen regionalen Auflösung zu erheben und dabei zu analysieren, welche Unterschiede es in den Regionen gibt. Dabei werden „typische Modellanlagen“ für die Regionen Baden-Württembergs unter Berücksichtigung der bestehenden regionalen Agrarstruktur identifiziert und bewertet. Im Ergebnis werden Strategien für die Entwicklung der Biogasnutzung in Baden-Württemberg aus technologischer, ökonomischer und ökologischer Sicht vorgeschlagen. Hierfür wurden zuerst Biomassepotenziale zur Biogaserzeugung kleinräumig auf Landkreisebene ermittelt. Die Landkreise wurden in vier verschiedene Regionen (sog. Biogasregionen) zusammengefasst, die sich durch einheitliche Eigenschaften für die Biogasproduktion in Bezug auf Substratverfügbarkeit auszeichnen: die ackerreiche und gülledurchschnittliche Biogasregion 1 (BG1) im Nordwesten, die ackerland-, grünland- und güllereiche Biogasregion 2 (BG2) im Nord- und Südosten, die grünlandreiche und gülledurchschnittliche Biogasregion 3 (BG3) überwiegend im Südwesten und die ackerland- und grünlandarme Biogasregion 4 (BG4) in Mitte-Westen von Baden-Württemberg. In den so gebildeten Biogasregionen wurden anschließend die Analyse der Potenzialausnutzung und die Bilanz der Biogasnutzung dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei der gegenwärtigen Substratzusammensetzung der Biogasanlagen nur die Energiepflanzenpotenziale im hohen Ausmaß ausgeschöpft werden. Die Anlagen, die überwiegend auf Basis von Energiepflanzen betrieben werden, könnten insgesamt bis zu 2,43 TWhel/a (Strategie „niedrige CO2-Vermeidungskosten“) Strom erzeugen (2020). Eine deutliche Steigerung der Stromerzeugung (auf 3,39 TWhel/a) kann nur erreicht werden, wenn im Schnitt Anlagen in der Größenklasse <100 kWel, mit hohen Gülleanteilen in der Substratzusammensetzung zugebaut werden (Strategie „Ausnutzung Biomassepotenzial“). Um die freien Gülle- und Dauergrünlandpotenziale maximal auszuschöpfen, müsste die Substratzusammensetzung der zukünftig zugebauten Biogasanlagen grundlegend geändert werden.