CO2 abatement costs of greenhouse gas (GHG) mitigation by different biogas conversion pathways

Journal of Environmental Management

Volumn 114, Issue , 2013, Pages 13-25

  Rehl, T ^a   Muller J ^a  

^a UNIVERSITY OF HOHENHEIM   (Germany)

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Bio waste disposal; Biogas upgrading; Carbon footprint; Digestion; Life cycle; Mitigation

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ANAEROBIC DIGESTION; BIOGAS; CARBON DIOXIDE; CARBON FOOTPRINT; COST BENEFIT ANALYSIS; COST REDUCTION; DECISION MAKING; ENERGY EFFICIENCY; GAS EMISSIONS; GREENHOUSE GASES; HOUSING; INDUSTRIAL EMISSIONS; INVESTMENTS; WASTE DISPOSAL; WASTE INCINERATION;

ABATEMENT COSTS; BIO WASTE DISPOSAL; BIOGAS CONVERSIONS; BIOGAS UPGRADING; BIOWASTES; COST-EFFICIENT; DIGESTION; GREENHOUSE GAS EMISSIONS; GREENHOUSE GAS MITIGATION; MITIGATION;

LIFE CYCLE;

BIOGAS; CARBON DIOXIDE; BIOFUEL; METHANE; NITROUS OXIDE;

ABATEMENT COST; BIOGAS; CARBON DIOXIDE; CARBON EMISSION; CARBON FOOTPRINT; COST-BENEFIT ANALYSIS; DECISION MAKING; ENERGY EFFICIENCY; GREENHOUSE GAS; LIFE CYCLE ANALYSIS; MITIGATION; QUANTITATIVE ANALYSIS; RESOURCE USE; WASTE DISPOSAL; WASTE TREATMENT;

ANAEROBIC DIGESTION; ARTICLE; CARBON FOOTPRINT; COST CONTROL; COST EFFECTIVENESS ANALYSIS; ELECTRIC POWER PLANT; ENERGY CONVERSION; INDUSTRIAL AREA; ORGANIC WASTE; RESIDENTIAL AREA; AIR POLLUTION; ANAEROBIC GROWTH; ECONOMICS; GREENHOUSE EFFECT;

AIR POLLUTION; ANAEROBIOSIS; BIOFUELS; CARBON DIOXIDE; GREENHOUSE EFFECT; METHANE; NITROUS OXIDE;

EID: 84870231814     PISSN: 03014797     EISSN: 10958630     Source Type: Journal    
DOI: 10.1016/j.jenvman.2012.10.049     Document Type: Article

References (83)

1. AGEB Auswertungstabellen zur Energiebilanz für die Bundesrepublik Deutschland 1990 bis 2007 2008, Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Germany.
2. Ahrens, T., 2006. Demonstration of an optimized production system for biogas from biological waste and agricultural feedstock.
3. Baserga, U., 1998. Agricultural co-digestion biogas plants, biogas from organic residues and energy grass, FAT-Berichte 512.
4. Berglund M. Biogas Production from a Systems Analytical Perspective 2006, Faculty of Engineering Department of Technology and Society Environmental and Energy Systems Studies. Lund University, Lund, Sweden, p. 59.
5. Blengini G.A. Applying LCA to organic waste management in Piedmont. Management of Environmental Quality 2008, 19:533-549.
6. BMWT Energy in Germany. Trends and Backgrounds about Energy Supply 2010, German ministry of economy and technology (BMWT), Berlin, Germany.
7. BMU, 2009. Characteristica of renewable energies, numbers and values. Berlin, Germany. http://www.umweltbundesamt-daten-zur-umwelt.de/umweltdaten/public/theme.do?nodeIdent=3437.
8. Borjesson P., Berglund M. Environmental systems analysis of biogas systems - Part II: The environmental impact of replacing various reference systems. Biomass Bioenergy 2007, 31:326-344.
9. Börjesson P., Berglund M. Environmental systems analysis of biogas systems - Part I: Fuel-cycle emissions. Biomass Bioenergy 2006, 30:469-485.
10. Cadena E., Colón J., Artola A., Sánchez A., Font X. Environmental impact of two aerobic composting technologies using life cycle assessment. International Journal of Life Cycle Assessment 2009, 14:401-410.
11. Caspar M., Rieker C. Entwicklung eines mathematischen Modells zur Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen unter Berücksichtigung der Biogaskinetik, Biogaskinetik und Wirtschaftlichkeit 2009, Cologne, Germany, p. 85.
12. Clemens J., Hafermann C., Cuhls C. Emissionen bei der Biogasproduktion - eine Analyse der Umweltrelevanz 2009, KTBL, Gülzow.
13. CONCAWE Well-to-wheels Analysis of Future Automotive Fuels and Power Trains in the European Context 2006, JRC (EU Joint Research Center), CONCAWE (CONservation of Clean Air and Water in Europe), EURCAR (European Council for Automotive R&D).
14. Dalgaard R.L. The Environmental Impact of Pork Production from a Life Cycle Perspective. Slurry Technologies and their Potential for Environmental Improvements 2007, Faculty of Agricultural Sciences. University of Aarhus, Tjele, Denmark, p. 143.
15. Dämmgen U. Calculations of emission from German agriculture - National Emission Inventory Report (NIR) 2010 for 2008. Johann Heinrich von Thünen-Institut 2010, 415. Federal Research Institute for Rural Areas, Forestry and Fisheries, Braunschweig. Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und V (Ed.).
16. de Jager D., Klessmann C., Stricker E., Winkel T., de Visser E., Koper M., Ragwitz M., Held A., Resch G., Busch S., Panzer C., Gazzo A., Roulleau T., Gousseland P., Henriet M., Bouillém A. Financing Renewable Energy in the European Energy Market 2011, 264. Ecofys, Cologne, Germany. European Commission D.E (Ed.).
17. destatis Inflationsrate - gemessen am Verbraucherpreisindex 2011, Statistisches Bundesamt, Wiesbaden.
18. Diekmann J., Jochem E. Methodological Guideline for Assessing the Impact of Measures for Emission Mitigation, Jülich 1998.
19. Döhler H., Niebaum A., Roth U., Amon T., Balsari P., Friedl G. Greenhouse gas emissions and mitigation costs in two european biogas plants. XXXIII CIOSTA-CIGR V Conference 2009, Reggio Calabria 2009, G. Giametta, G. Zimbalatti (Eds.).
20. DVGW Gasbeschaffenheit 2000, Wirtschafts- und Verlagsgesellschafts Gas und Wasser mbH, Bonn.
21. DVGW Nutzung von Gasen aus regenerativen Quellen in der öffentlichen Gasversorgung 2010, Wirtschafts- und Verlagsgesellschafts Gas und Wasser mbH.
22. Edelmann W., Baier U., Engeli H. Environmental aspects of the anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid wastes and of solid agricultural wastes. Water Science and Technology 2005, 203-208.
23. Edelmann W., Schleiss K. ökologischer, energetischer und ökonomischer Vergleich von Vergärung, Kompostierung und Verbrennung fester biogener Abfallstoffe 2002, Arbeitsgemeinschaft Bioenergie, arbi and Umwelt- und Kompostberatung Schleiss-Baar, p. 122.
24. Edelmann W., Schleiss K., Engeli H., Baier U. ökobilanz der Stromgewinnung aus landwirtschaftlichem Biogas Bundesamt für Energie, Bern 2001, p. 97.
25. EEX European Energy Exchange. Electricity Prices - Yearly Average According to Phelix Day Base for 2008 2009.
26. Engerer H., Horn M. Natural gas vehicles: an option for Europe. Energy Policy 2010, 38:1017-1029.
27. ERS Table 7. Average U.S. Farm Prices of Selected Fertilizers Fertilizer Use and pRices 2012, United States Department of Agriculture, Economic Research Service, Washington, USA.
28. EU Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. April 2009 zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen und zur Änderung und anschließenden Aufhebung der Richtlinien 2001/77/EG und 2003/30/EG 2009, Amtsblatt der Europäischen Union.
29. Eyerer P. Ganzheitliche Bilanzierung, Werkzeuge zum Planen und Wirtschaften in Kreisläufen 1996, Springer, Stuttgart, Germany.
30. Eyerer P. Software and database for balancing of sustainability 2006, GaBi, 4.4 ed, PE INTERNATIONAL GmbH and University of Stuttgart, Stuttgart, Germany.
31. FNR Handreichung Biogasgewinnung und - nutzung (Assisstance report biogas generation and use) 2006, Fachagentur nachwachsende Rohstoffe (Agency for Renewable Resources), Gülzow.
32. FNR Biogasmessprogramm II 2009, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow.
33. Frisch J., Fröba N., Funk M., Weiershäuser L. Datensammlung Betriebsplanung Landwirtschaft 2004/05, Maschinen-, Arbeits- und Verfahrenskosten in der Pflanzenproduktion 2005, Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL), Darmstadt, Germany.
34. Fritsche U., Rausch L. Bestimmung spezifischer Treibhausgas-Emissionsfaktoren für Fernwärme 2008, Endbericht zum Forschungsvorhaben 360 16 008 des Umweltbundesamts, Darmstadt. Umweltbundesamt (Ed.).
35. Fritsche U., Rausch L. Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS) Version 4.5 2008, Hessisches Ministerium für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten unter Mitarbeit des öko-Institut, Darmstadt.
36. Fritsche U., Schmidt K. Endenergiebezogene Gesamtemissionen für Treibhausgase aus fossilen Energieträgern unter Einbeziehung der Bereitstellungsvorketten Kurzbericht im Auftrag des Bundesverbands der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e.V 2007, BGW, Darmstadt.
37. Frondel M., Grösche P.T.H., Vance C. Erhebung des Energieverbrauchs der privaten Haushalte für das Jahr 2005 2008, Forschungsprojekt Nr. 15/06, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Berlin, Germany.
38. Hartmann H., Kaltschmitt M. Biomasse als erneuerbarer Energieträger - Eine technische, ökologische und ökonomische Analyse im Kontext der übrigen Erneuerbaren Energien. Schriftenreihe " Nachwachsende Rohstoffe" (vollständige Neubearbeitung), Münster, Germany 2002, Landwirtschaftsverlag (Ed.).
39. Heine R., Waldeyer V. Country Programs Natural Gas - Experiences in Germany, NGVs Becoming a Global Reality - Country Programms, 6 1998, International Conference for Natural Gas Vehicles, Cologne, Germany.
40. Hiepp G. Machbarkeitsstudie für eine Biogasanlage auf Basis häuslicher, industrieller und landwirtschaftlicher Reststoffe, Institute of agricultural engineering. Agricultural engineering in the tropics and sub-tropics 2008, Universität Hohenheim, Stuttgart, Germany, p. 131.
41. Hofmann F., Plättner A., Lulies S., Scholwin F. Evaluierung der Möglichkeiten zur Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz 2005, Institut für Energetik und Umwelt gGmbH (IE), Leipzig, Germany. (FNR), F.N.R.e.V (Ed.).
42. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventoris, Greenhouse Gas Inventories 1996.
43. Environmental Management - Life Cycle Assessment - Principles and Framework 2006, ISO, Switzerland International Organization of Standardization, Geneva.
44. Jacobsen B.H., Hjort-Gregersen K. An Economic and Environmental Analysis of Slurry Separation, 14th International Farm Management Congress, Perth, Australia 2003, p. 12.
45. Jahraus B., Heinrich P. Betriebskosten von. Bioenergieanlagen; Ermittlung der Wirtschaftlichkeit von Energieprojekten., Leitfaden Bioenergie - Planung, Betrieb und Wirtschaftlichkeit von Bioenergieanlagen 2000, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Gülzow.
46. Jury C., Benetto C., Koster D., Schmitt B., Welfring J. Life Cycle Assessment of biogas production by monofermentation of energy crops and injection into the natural gas grid. Biomass & Bioenergy 2010, 34:54-66.
47. Kaltschmitt M., Hartmann H. Energie aus Biomasse 2001, Berlin, Heidelberg.
48. Karl J. Dezentrale Energiesysteme: Neue Technologien im liberalisierten Strommarkt 2006, Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH, München, Germany. second ed.
49. KFW Konditionenübersicht für Endkreditnehmer 2010, Kreditanstalt für Wiederaufbau, Frankfurt am Main.
50. Kimming M., Sundberg C., Nordberg å., Baky A., Bernesson S., Norén O., Hansson P.-A. Biomass from agriculture in small-scale combined heat and power plants - A comparative life cycle assessment. Biomass & Bioenergy 2011, 35:1572-1581.
51. Klinski P.D.S. Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz, Institut für Energetik und Umwelt gGmbH 2006, DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Leipzig, p. 200.
52. Klobasa, M., Sensfuß, F., Ragwitz, M., 2009. Experts review about CO2 mitigation in the electricity sector by the use of renewable energy sources in the year 2006 and 2007, Report for the AGEE-Statistik, Karlsruhe, Germany.
53. Kolke R. Vergleich der Umweltverträglichkeit neuer Technologien im Straßenverkehr 2004, University of Magdeburg, Magdeburg, Germany.
54. KTBL Faustzahlen für die Landwirtschaft 2005, YARA GmbH & Co. KG; KTBL e.V., Darmstadt. 13 ed.
55. KTBL Faustzahlen Biogas 2007, Darmstadt, Germany.
56. LAGA PN 98 - Richtlinie für das Vorgehen bei physikalischen, chemischen und biologischen Untersuchungen im Zusammenhang mit der Verwertung/Beseitigung von Abfällen 2002, Erich Schmidt Verlag GmbH & Co., Berlin.
57. Mähnert P. Kinetik der Biogasproduktion 2008, Saarbrücken, Germany.
58. Mathiesen V.B., Münster M., Fruergaard T. Uncertainties related to the identification of the marginal energy technology in consequential life cycle assessments. Journal of Cleaner Production 2009, 17:1331-1338.
59. Moerschner J., Eltrop L. Biomasse-Heizkraftwerke, Technikauswahl und aggregierte Ergebnisdarstellung 2002, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER), Universität Stuttgart, Stuttgart, Germany.
60. Nill M., Wilfert R., Kaltschmitt M., Weiland P. Umweltaspekte einer Biogasgewinnung und -nutzung, VDI-Berichte 1751. Biogas - Energieträger der Zukunft 2003, VDI-Verlag, Düsseldorf, Germany.
61. PCR Solid Waste Disposal Services, Version 1.0 ed 2008, The International EPD Cooperation (IEC).
62. Pehnt M., Vogt R. Biomasse und Effizienz, Vorschläge zur Erhöhung der Energieeffizienz von §8 und §7 - Anlagen im Erneuerbare-Energien-Gesetz 2007, IFEU, Heidelberg, Germany.
63. Persson M.B. IOGAS as vehicle Fuel - Swedish Development and Experience of Upgrading Techniques 2007, Construction and Operation of Biogas Plants, Trebon, Czech Republic.
64. Pölz W., Salchenegger S. Biogas im Verkehrssektor. Technische Möglichkeiten, Potential und Klimarelevanz. Berichte 283 2005, 74. Umweltbundesamt GmbH, Vienna, Austria. Bundesministerium für Verkehr, I.u.T (Ed.).
65. Pöschl M., Shane Ward S., Owende P. Evaluation of energy efficiency of various biogas production and utilization pathways. Applied Energy 2010, 87:3305-3321.
66. Scholwin F., Michel J., Schröder G., Kalies M. ökologische Analyse einer Biogasnutzung aus nachwachsenden Rohstoffen 2006, Institut für Energetik und Umwelt gemeinnützige GmbH, Leipzig, Germany, p. 88.
67. Smokers R., Vermeulen R., van Mieghem R., Gense R., Skinner I., Fergusson M., MacKay E., ten Brink P., Fontaras G., Samaras Z. Review and analysis of the reduction potential and costs of technological and other measures to reduce CO2-emissions from passenger cars. TNO Report 06.OR.PT.040.2/RSM. Report to the European Commission 2006, Institute for European Environmental Policy (IEEP), TNO - Institute for European Environmental Policy, LAT - Laboratory of Applied Thermodynamics, Brüssel, Belgium. R. Smokers (Ed.).
68. Stan C. Alternative Antriebe für Automobile, Hybridsysteme, Brennstoffzellen, alternative Energieträger 2005, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York.
69. Statistisches Bundesamt Maisanbaufläche Deutschland in ha 2010 (endgültig) und 2011 (vorläufig) nach Bundesländern und Nutzungsrichtungen in ha 2011, Wiesbaden, Germany.
70. UBA Zentrales System Emissionen (ZSE) 2008, UBA- Datenbank zur Unterstützung der Emissionsberichterstattung, Umweltbundesamt (UBA).
71. Umierski, M., 2004. Pkw-Erdgasantriebe für hohe Leistungsdichte und niedrigste Abgasemissionen. Gasfahrzeuge - die passende Antwort auf die CO2-Herausforderung der Zukunft?, Berlin.
72. UNEP Mitigation and Adaptation Assessment. Concepts, Methods and Appropriate Use 1998, UNEP Collaborating Centre on Energy and Environment, Roskilde, Denmark, p. 169.
73. Urbs AfA-Tabelle Land- und Forstwirtschaft (deprecitation tables for land and forestry) 2005, GbR u.-m.
74. VDI Betriebswirtschaftliche Berechnungen für Investionsgüter und Anlagen (VDI 6025) 1996, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf Germany.
75. VDI Berechnung der Kosten von Wärmeversorgungsanlagen - Blockheizkraftwerke. NormCD Stand 2007, Blatt 7 1998, Berlin, Germany. GmbH, B.-V. (Ed.).
76. VDI VDI 2067, Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen 2004, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf Germany, p. 51.
77. VDI Fermentation of Organic Materials. Characterisation of the Substrate, Sampling, Collection of Material Data, Fermentation Tests 2006, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf Germany, p. 3.
78. Wahl R.E. Konzeption und Kosten von Tankstellen. Arbeitsgespräch: Gasbetriebene Nutzfahrzeuge in Ballungsräumen 1995, Berlin, Germany. Umweltbundesamt (Ed.).
79. Weidner E., Urban W., Girod K., Lohmann H. Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz. Ergebnisse der Markterhebung 2007-2008 2009, 123. Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT), Oberhausen. BMBF, B.f.B.u.F (Ed.).
80. Wellinger A., Lindberg A. Energy from biological conversion of organic waste. Biogas Upgrading and Utilisation. Task 24 2004, IEA Bioenergy. Sailer-Druck (Ed.).
81. White A.L., Savage D., Shapiro K. Life Cycle Costing: Concept and Applications 1996, Mc Graw Hill.
82. Wolf M., Bos U., Deimling S., Rehl T. Agrarian Model for Annual and Perennial Crops 2005, PE International, Echterdingen, Germany.
83. Wulf S., Maeting M., Clemens J. Application technique and slurry co-fermentation effects on ammonia, nitrous oxide, and methane emissions after spreading: I. Ammonia volatilization. Journal of Environmental Quality 2002, 31:1789-1794.