Zoocampus Vorplanung Abschnitt B.pdf

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Zoologischer Garten Schwerin gGmbH hmp • ingenieure partnerschaftsgesellschaft mbb Waldschulweg 1 meyland • tedt • petersen beratende ingenieure 19061 Schwerin für bauwesen

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Mein Zeichen 25-416 Ihr Zeichen Schafflund, den 29.04.2026 Daniel Harder

Zum Bauvorhaben: Neubau Zoocampus , Waldschulweg 1, 19061 Schwerin

Betreff: Konzept Energieversorgung Zoo Schwerin

Sehr geehrte Damen und Herren,

anbei erhalten Sie den Entwurf des Energiekonzeptes zur Versorgung des Zoocampus und des Bestandszoos.

Mit freundlichen Grüßen

Daniel Harder

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Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 3

2. Annahmen 3

2.1 Heizwärmebedarf 3

2.2 Warmwasserbedarf 3

2.3 Strombedarf 4

2.4 Minimaler und maximaler Wärmebedarf 4

3. Varianten der Wärmeversorgung 4

3.1 Variante 1: Holzvergasungsanlage + Wärmepumpen 5

3.2 Variante 2: Holzvergasungsanlage 6

3.3 Variante 3: Dezentrale Wärmepumpen (Erdsonden) 8

4. Stromversorgung 9

4.1 Photovoltaikanlagen 9

4.2 Kleinwindkraftanlagen 10

4.3 Stromerzeugung durch Holzvergasung (BHKW) 11

4.4 Berücksichtigung des Bestandsverbrauchs 11

4.5 Jahresbilanz der Varianten 11

4.6 Vergleich der Jahreswerte 13

5. Kostenvergleich 13

5.1 Investitionskosten 13

5.2 Jährliche Kosten 15

6. Biogasanlage 16

6.1 Wahl des Verfahrens: Feststoffvergärung 16

6.2 Substratmengen und Energiepotenzial 17

6.3 Einbindung in die Erdgasinfrastruktur 17

6.4 Investitionskosten 18

7. CO2-Einsparung durch Eigenproduktion 19

8. Fazit 19

8.1 Bewertung der Varianten 20

8.2 Gesamtfazit 21

9. Bauphysik 22

9.1 Dämmstoff Reet 23

9.2 Dämmstoff Holzfaserplatte und Reet 24

9.3 Dämmstoff Seegras und Reet 25

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Konzept Energieversorgung und Bau-

physik

Zoo Schwerin

1. Einleitung

Der geplante Zoocampus des Zoo Schwerin soll ein zukunftsfähiges, nachhaltiges und wirtschaftlich tragfähiges Energie- und Ressourcenversorgungskonzept erhalten. Ziel dieses Dokuments ist es, auf Grundlage normgerechter Berechnungen, realer Verbrauchsdaten und technisch bewährter Sys- teme verschiedene Varianten der Wärme- und Stromversorgung sowie ergänzende Anlagen der Kreislaufwirtschaft zu analysieren und vergleichbar darzustellen.

Die Untersuchung berücksichtigt sowohl den Neubau des Zoocampus als auch den bestehenden Zoo und umfasst Berechnungen zu Wärme-, Warmwasser- und Strombedarf, zur Eigenenergiepro- duktion sowie zur Wirtschaftlichkeit der einzelnen Systeme. Die Varianten werden hinsichtlich In- vestition, Betrieb, technischer Umsetzbarkeit, ökologischer Wirkung und Zukunftssicherheit bewer- tet.

Durch die Analyse der Systeme – Holzvergasung, Wärmepumpentechnik und deren Kombination – sowie die ergänzende Betrachtung einer Biogasanlage entsteht ein ganzheitliches Energieversor- gungskonzept, das die langfristigen Ziele des Zoos Schwerin in den Bereichen Nachhaltigkeit, Kli- maschutz und Kreislaufwirtschaft unterstützt und eine solide Entscheidungsgrundlage für die wei- tere Planung bietet.

2. Annahmen

2.1 Heizwärmebedarf

Für die Ermittlung des Heizwärmebedarfs wurde ein Endenergiebedarf auf Basis des KfW-40- Standards angesetzt.

• Richtwert Verwaltungsgebäude: 25 kWh/m²a • Für andere Gebäude wurde dieser Wert nutzungsspezifisch nach oben oder unten ange- passt. • Der Heizwärmebedarf des Tapir-Stalls basiert auf den bisherigen Verbrauchsdaten des Be- standsgebäudes, berücksichtigt aber einen verbesserten baulichen Standard.

2.2 Warmwasserbedarf

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Der Warmwasserbedarf wurde nach DIN 18599 berechnet. Dabei wurden folgende Grundlagen genutzt:

• Standardisierte Nutzungsvarianten gemäß DIN (abhängig von Personenanzahl, Raum- größe, Nutzungstagen) • Für nicht standardisierte Räume wurden in Abstimmung mit dem Zoo geeignete Annah- men festgelegt

2.3 Strombedarf

Der Strombedarf gliedert sich grundsätzlich in zwei Kategorien:

a) Strombedarf für Gebäudetechnik

• Wärmepumpen • Kompressionskältemaschine • Lüftungs- und Klimatisierungsanlagen

b) Nutzungsbedingter Strombedarf

• Allgemeine Verbraucher (Beleuchtung, Grundlasten) • Spezifische Verbraucher (z. B. Büro-IT, Werkstattmaschinen)

Die Verbrauchswerte wurden auf Basis von Studien und Erfahrungswerten für die jeweiligen Ge- bäudetypen festgelegt.

2.4 Minimaler und maximaler Wärmebedarf

Zur Darstellung verschiedener Lastszenarien wurde der ermittelte Wärmebedarf wie folgt variiert:

• Minimalwert: Grundwert –10 % • Maximalwert: Grundwert +10 %

Für die Auslegung der Wärmeversorgungssysteme wurde jeweils der maximale Wärmebedarf zugrunde gelegt.

3. Varianten der Wärmeversorgung

Es werden drei technisch unterschiedliche Versorgungslösungen untersucht:

1. Holzvergasungsanlage + Wärmepumpen (Kombination)
2. Holzvergasungsanlage
3. Dezentrale Wärmepumpen mit Erdsonden

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3.1 Variante 1: Holzvergasungsanlage + Wärme-

pumpen

Funktionsprinzip

• In der kalten Jahreszeit deckt die Holzvergasungsanlage den hohen Grundlastbedarf.

Abbildung 1: Holzvergasungsanlage Spanner RE² HKA 35

• In der Übergangs- und Sommerzeit übernehmen Wärmepumpen die Versorgung im Teillastbetrieb. • Wärmepumpen ermöglichen eine passive Kühlung (Fußbodenheizung / Kühldecken). • Die entzogene Wärme wird über Erdsonden ins Erdreich zurückgeführt.

Biomassebedarf und Kreislaufwirtschaft

• Benötigte Trockenmasse pro Jahr: ca. 103 t • Eigener Grünschnitt gemäß Konzept: 30–83 t/a • Zusätzliche Lagerfläche für Hacken und Trocknen erforderlich → Hoher Anteil Eigenressourcen, gute Kreislaufwirtschaft

Energieerzeugung und Redundanz

• Strombedarf der Wärmepumpen wird überwiegend durch Wind- und PV-Eigenstrom ge- deckt. • Futtermittelkühlung erfolgt über eine Kompressionskälteanlage. • Kombination von zwei Systemen schafft Redundanz: → Ausfallrisiko der Wärmeversorgung ist sehr gering.

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Auslegung und Wärmenetz

• Im Winter entsteht Wärmeüberschuss (Oktober–März), nutzbar für die Hackschnitzeltrock- nung. • Holzvergasungsanlage (z. B. Spanner Re² HKA 35) erreicht eine Winterauslastung von ca. 88 % über die Wintermonate. • Bei späteren Erweiterungen (z. B. Tropenhaus) kann die Restwärme geringer ausfallen, aber durch längere Laufzeiten ausgeglichen werden. • Notwendig: Wärmenetz + ausreichende Wärmespeicher o Holzvergasung: ≥ 55 l/kW (BImSchV) o Wärmepumpen: 30 – 40 l/kW

Wärmebedarf und -produktion

Holzvergasungsanlage und Wärmepumpe

60000,00

50000,00

40000,00

30000,00

20000,00

10000,00

0,00

Wärmebedarf min Wärmebedarf max

Wärmebedarf Trocknung Wärmeabgabe Holzvergasungsanlage

Wärmeabgabe Wärmepumpe

Abbildung 2: Wärmebedarf und -produktion Variante 1

3.2 Variante 2: Holzvergasungsanlage

Funktionsprinzip

• Die Holzvergasungsanlage deckt den gesamten Wärmebedarf. • Da Biomasseanlagen nicht flexibel takten können, entsteht im Sommer deutlicher Wär- meüberschuss. • Dieser wird durch eine Absorptionskältemaschine genutzt, die über das ganze Jahr ein großer Wärmeabnehmer ist.

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Auslastung und Verbrauch

• Prognostizierte Auslastung: ~92 % • Jährlicher Trockenmassebedarf: ca. 215 t

Kapazitätsgrenzen

• Zusätzliche Wärmeabnehmer (z. B. Tropenhalle) sind nur begrenzt möglich. • Option: Überdimensionierung der Anlage zur Sicherstellung zukünftiger Wärmebedarfe.

Infrastruktur und Risiken

• Notwendig: o Wärmenetz o Große Wärmespeicher wie in Variante 1 • Kritisch: o Bei einem Ausfall der Holzvergasungsanlage gibt es keine alternative Wärme- quelle → Totalverlust der Versorgung.

Sommerbetrieb

• Großteil der Sommerwärme wird zur Trocknung der Hackschnitzel genutzt. • Sicherstellung ausreichender Hackgutmenge für den Winter.

Wärmebedarf und -produktion

Holzvergasungsanlage

60000,00

50000,00

40000,00

30000,00

20000,00

10000,00

0,00

Wärmebedarf min Wärmebedarf max Wärmebedarf Trocknung Wärmeabgabe Holzvergasungsanlage

Abbildung 3: Wärmebedarf und -produktion Variante 2

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3.3 Variante 3: Dezentrale Wärmepumpen (Erdson-

den)

Funktionsprinzip

• Jede Gebäudeeinheit erhält eine eigene Wärmepumpe mit Erdsonden. • Wärmepumpen erreichen Jahresarbeitszahlen (JAZ) zwischen 3,5–5,0. • Für die Berechnungen wurde konservativ JAZ = 3,5 angesetzt.

Kühlung und Strombedarf

• Passive Kühlung wie in Variante 1 möglich. • Futtermittelkühlung über Kompressionskälte. • Alle Systeme benötigen elektrischen Strom → kein Wärmenetz notwendig.

Infrastruktur und Betrieb

• Geringer Platzbedarf, da kleine Wärmespeicher ausreichend. • Hohe Versorgungssicherheit: → Fällt eine Anlage aus, ist nur ein Gebäude betroffen. • Stromausfälle können durch PV, Wind und Batteriespeicher abgefedert werden.

Wärmebereitstellung

• Wärmeerzeugung erfolgt bedarfsgerecht. • Jahresverlauf von Bedarf und Erzeugung ist nahezu deckungsgleich. • Kurzfristige Bedarfsspitzen werden durch Pufferspeicher ausgeglichen.

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Wärmebedarf und -produktion

Wärmepumpe

45000,00

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00

Wärmebedarf min Wärmebedarf max Wärmeabgabe Wärmepumpe

Abbildung 4: Wärmebedarf und -produktion Variante 3

4. Stromversorgung

Die Stromversorgung des zukünftigen Zoocampus sowie der Bestandsanlagen soll in allen Varian- ten teilweise durch eigene erneuerbare Energieerzeugung abgedeckt werden. Dabei wird be- wusst nicht auf eine einzelne Technologie gesetzt, sondern auf einen Mix aus Photovoltaik, Klein- windkraft und – in zwei Varianten – dem BHKW der Holzvergasungsanlage.

4.1 Photovoltaikanlagen

In allen drei Varianten ist eine umfangreiche Nutzung der neu entstehenden Dachflächen vorge- sehen.

Auslegung nach DIN 18599

• Belegung von 50 % der verfügbaren Dachgrundfläche • Ausrichtung: Ost–West • Dachneigung: 30°

Diese Parameter wurden entsprechend der Norm DIN 18599 zur Ertragsberechnung angesetzt.

Zielsetzung

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• Maximierung des Eigenverbrauchs • Ausnutzung der tageszeitlichen Erzeugungsverteilung (Ost-West) → gleichmäßigere Stromproduktion am Vormittag und Nachmittag

Abbildung 5: Flachdach mit PV-Aufständerung und Dachbegrünung

4.2 Kleinwindkraftanlagen

Zur Ergänzung der PV-Erzeugung wird die Installation von Kleinwindkraftanlagen vorgesehen.

Annahmen

• Gesamtleistung: 40 kW • Nutzung des typischerweise höheren Windaufkommens im Winter

Damit wird das winterliche Solarstromdefizit teilweise ausgeglichen und die Versorgungssicher- heit erhöht.

Abbildung 6: Vertikales Windrad Airiva 2.0 Abbildung 7: Vertikales Windrad O-Wind

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4.3 Stromerzeugung durch Holzvergasung (BHKW)

(nur in Variante 1 und 2)

Die Holzvergasungsanlage speist über ein Blockheizkraftwerk zusätzliche elektrische Energie ein.

Leistungsdaten

• Elektrische Leistung BHKW: 35 kWel

Betriebsweise

• Der Zoo kann Laufzeiten eigenständig steuern • Dadurch ist eine gezielte Deckung eigener Spitzenlasten möglich • Wärme-Kopplung muss berücksichtigt werden (Wärmenutzung ist erforderlich)

Durch die dauerhaft hohe elektrische Leistung kann die Holzvergasungsanlage einen bedeuten- den Teil des Strombedarfs decken.

4.4 Berücksichtigung des Bestandsverbrauchs

Der bestehende Zoo hat einen dokumentierten Jahresstromverbrauch von:

• 560.000 kWh/a

Die monatliche Verteilung wurde anhand des Lastgangs aus dem Jahr 2025 übernommen und in allen Varianten berücksichtigt.

4.5 Jahresbilanz der Varianten

Variante 1 – Holzvergasungsanlage + Wärmepumpe

• Kombination aus PV, Windkraft und BHKW • Hohe Eigenproduktion, jedoch auch hoher Stromverbrauch durch Wärmepumpen und Kälteanlagen → verbleibender Zukaufbedarf: ca. 490.000 kWh/a

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Holzvergasungsanlage und Wärmepumpe

Stromertrag

60000

40000

20000

0 h W k -20000

-40000

-60000

-80000 Jahresverlauf

Photovoltaikanlage Windkraftanlage Holzvergasungsanlage Gesamtertrag Bilanz

Abbildung 8: Stromertrag Variante 1

Variante 2 – Holzvergasungsanlage

• Größter Stromertrag aufgrund des durchgehenden Betriebs der Holzvergasung • In den Sommermonaten (Juni/Juli) entsteht teils Stromüberschuss → deutlich geringerer Bedarf an zugekauftem Strom als Variante 1 & 3

Holzvergasungsanlage

Stromertrag

80000

60000

40000

20000 h W k 0

-20000

-40000

-60000 Jahresverlauf

Photovoltaikanlage Windkraftanlage Holzvergasungsanlage Gesamtertrag Bilanz

Abbildung 9: Stromertrag Variante 2

Variante 3 – Wärmepumpen

• Geringer Ertrag, da kein BHKW vorhanden • Hoher Strombedarf durch Wärmepumpen und Kältemaschine → über das Jahr hinweg größter Zukaufbedarf

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Wärmepumpe

Stromertrag

60000

40000

20000

0 h W -20000 k -40000

-60000

-80000

-100000 Jahresverlauf

Photovoltaikanlage Windkraftanlage Holzvergasungsanlage Gesamtertrag Bilanz

Abbildung 10: Stromertrag Variante 3

4.6 Vergleich der Jahreswerte

Tabelle 1: Jahreswerte Stromertrag und -verbrauch

Interpretation

• Variante 2 erzielt den höchsten Stromertrag → geringster Fremdbezug • Variante 1 kombiniert gute Erträge mit hoher Versorgungssicherheit • Variante 3 hat den höchsten Gesamtverbrauch und den geringsten Eigenstromanteil

5. Kostenvergleich

5.1 Investitionskosten

Für den Vergleich der Investitionskosten wurden die folgenden Kostenkomponenten berücksich- tigt:

a) Holzvergasungsanlage

• Anschaffungskosten: 450.000 € (Mittelwert aus Konzept Kreislaufwirtschaft)

b) Einhausung Holzvergasungsanlage, BHKW und Lagerfläche für

Hackschnitzel

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• Kosten Einhausung: 1.500 €/m² • Schütthöhe Hackschnitzel: 3 m • Schüttdichte: 220 kg/m³ Trockenmasse → Grundlage zur Dimensionierung benötigter Lagerflächen

c) Kälteerzeugung

• Absorptionskältemaschine: 75.000 € (30 kW) • Kompressionskältemaschine: 18.000 € (12 kW) • Differenz der Kosten und Leistungen der beiden Kältemaschinen → Leistungszahlen: o Absorptionskälte: 0,6 o Kompressionskälte: 1,5

d) Wärmespeicher & Wärmenetz

Wärmespeicher:

• Variante 1 & 2 (Biomasse): 280 €/kW • Variante 3 (Wärmepumpe): 220 €/kW → Biomasseanlagen benötigen größere Pufferspeicher (25–30 % größer)

Wärmenetz:

• 500 €/m

e) Wärmepumpen

• Anschaffungskosten: 4.500 €/kW

f) Gebäudekühlung

• Variante 1 & 3: 68.500 € (Kühldecken + passive Kälte) • Variante 2: 211.500 € (zusätzliche aktive Kühlgeräte)

g) Photovoltaikanlage

• Kosten: 1.800 €/kWp

h) Windkraftanlage

• Kosten: 5.000 €/kW

Hinweise zur Auslegung

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• In Variante 1 & 3 erfolgt die Gebäudekühlung weitgehend passiv über die Wärmepum- pen. • In Variante 2 müssen zusätzliche aktive Kühlgeräte installiert werden. • Die Einhausung der Hackschnitzellagerfläche ist in der geplanten Scheune vorgesehen und für den Jahresbedarf an getrockneten Hackschnitzeln ausgelegt.

Investitionskosten der Varianten

Tabelle 2: Investitionskosten

→ Variante 3 (Wärmepumpen) ist die kostengünstigste Investitionslösung.

5.2 Jährliche Kosten

Für die Berechnung der jährlichen Betriebskosten wurden folgende Annahmen zugrunde gelegt:

a) Brennstoffkosten

• Hackschnitzelbezug: 220 €/t • Eigenanteil Trockenmasse: 56,5 t/a

b) Stromvergütung und -kosten

• Einspeisevergütung: 0,05 €/kWh • Strombezugskosten: 0,20 €/kWh

c) Wartungskosten

• Holzvergasung: 0,03 €/kWhel • Wärmepumpen: 500 €/a pro Anlage • Photovoltaik: 2 % der Anlagenkosten pro Jahr • Windkraftanlagen: 3 % der Anlagenkosten pro Jahr • Absorptionskältemaschine: 5 % der Anlagenkosten pro Jahr • Kompressionskältemaschine: 5 % der Anlagenkosten pro Jahr

d) Betriebskosten Gebäudekühlung

• Variante 1 & 3: 10.500 € • Variante 2: 16.500 €

Nicht berücksichtigt

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• Instandhaltungskosten • Lebensdauer der Systeme (Werte schwanken stark; sehr systemabhängig)

Jährliche Kosten der Varianten

Tabelle 3: Betriebskosten

6. Biogasanlage

Die Biogasanlage stellt – entsprechend dem Konzept der Kreislaufwirtschaft des Zoos – eine sinn- volle Ergänzung zur Energie- und Ressourcenstrategie des Zoocampus dar. Ihr Zweck ist zweifach:

1. Reduktion der Entsorgungskosten für Mist, Grünschnitt und organische Reststoffe
2. Erzeugung von nutzbarem Biomethan, das in die vorhandene Erdgasinfrastruktur einge- speist werden kann

Da die Biogasanlage unabhängig vom gewählten Heizsystem des Zoocampus ist, wird sie ge- sondert betrachtet.

6.1 Wahl des Verfahrens: Feststoffvergärung

Abweichend vom ursprünglichen Kreislaufwirtschaftskonzept wird in dieser Betrachtung keine Nassvergärung, sondern eine Feststoffvergärung vorgesehen.

Vorteile der Feststoffvergärung

• Besser geeignet für die im Zoo anfallenden Substrate (Mist, Grünschnitt, Abfälle) • Substrate können ohne Aufbereitung per Radlader in die Vergärungsboxen eingebracht werden • Anpassung der Substratmengen ist flexibel und schnell möglich • 30–40 % geringerer Platzbedarf gegenüber klassischen Nassvergärungsanlagen • Anlage ist modular erweiterbar (zusätzliche Boxen können nachgerüstet werden)

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Abbildung 11: Nassvergärungsanlage Renergon RSD-S

6.2 Substratmengen und Energiepotenzial

Für die jährliche Substratmenge wird ein Bereich von 400–500 t/a angesetzt:

• 350 t Mist • 20 t Speisereste • 30–130 t Grünschnitt

Auf Basis dieser Inputmengen ergibt sich ein erwartetes Energiepotenzial von:

400.000 – 550.000 kWhHi pro Jahr

(nutzbares Biomethan)

6.3 Einbindung in die Erdgasinfrastruktur

Die erzeugte Biomethanmenge soll in die bestehende Erdgasringleitung des Zoos eingespeist werden.

Effekt auf den Erdgasbezug

• Aktueller Erdgasbezug: 570.000 kWhHi/a • Nach Einspeisung von Biomethan: → Reduktion auf 20.000 – 170.000 kWhHi/a

Damit kann der Fremdbezug an Erdgas um bis zu 95 % gesenkt werden.

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Eine potenzielle Überschusseinspeisung ins öffentliche Gasnetz ist technisch möglich; hierzu ist eine Abstimmung mit dem Netzbetreiber erforderlich, um die einzuhaltenden Regularien zu er- mitteln.

Abbildung 12: Prozess in einer Nassvergärungsanlage

6.4 Investitionskosten

Die Investitionskosten der geplanten Biogasanlage können aufgrund der vergleichsweise geringen Substratmengen nur näherungsweise abgeschätzt werden. Marktübliche Feststoffvergärungsanla- gen sind in der Regel für deutlich höhere Durchsätze ausgelegt, wodurch eine direkte Skalierung kleiner Anlagen wirtschaftlich nicht sinnvoll ist.

Als Referenz dient das kleinste verfügbare Anlagenkonzept eines Herstellers (Renergon RSD XS), welches jedoch mit einer Auslegung von 2.800–3.500 t/a die Anforderungen des Zoos deutlich übersteigt. Vor diesem Hintergrund wurden die Investitionskosten der Biogasanlage in Anlehnung an das bestehende Kreislaufwirtschaftskonzept und vergleichbare Flüssigvergärungsanlagen abge- schätzt.

Für die weitere Planung wird von einem Investitionsvolumen von ca. 1,1 Mio. € ausgegangen. Die Biogasanlage ist dabei modular erweiterbar, wodurch eine spätere Anpassung an steigende Sub- stratmengen oder zusätzliche Stoffströme möglich ist. Die Investition ist unabhängig vom gewähl- ten Heizsystem des Zoocampus zu betrachten und stellt eine eigenständige Ergänzung zur Energie- und Ressourcenstrategie dar.

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7. CO2-Einsparung durch Eigenproduktion

Ermittelt wurde in diesem Absatz die CO -Einsparung durch die Eigenproduktion von Strom und 2 Biogas im Vergleich zu einem Zoo inklusive des Zoocampus ohne Eigenproduktion. Für den Zoo- campus wurde für den Vergleich die Wärmeversorgung durch Wärmepumpen angesetzt, da dies dem aktuellen Stand der Technik darstellt. Die folgende Tabelle stellt die Annahmen der gewählten CO2-Emissionsfaktoren je Energievariante dar. Für die Eigenproduktion wurde der Mittelwert an- hand der prozentuell erwarteten Erträge am Gesamtertrag der einzelnen Anlagen am Beispiel der ersten Variante des Konzeptes ermittelt.

Tabelle 4: CO2-Emmisionsfaktoren je Energievariante

Als maßgebender Verbrauch des Zoos wurde die dritte Variante unter Berücksichtigung der Be- standsverbräuche angenommen. Der zu erwartende CO2-Ausstoß dieser Variante ohne den Einbe- zug von Eigenproduktion wurde in der nachstehenden Tabelle dargestellt.

Tabelle 5: CO2-Bilanz Vergleichsvariante 3 ohne Eigenproduktion

Dem gegenübergestellt wurden die Erträge der drei Varianten aus Strom- und Biogasproduktion. Bei der Vorzugsvariante der Kombination aus Holzvergasungsanlage und Wärmepumpen kann so- mit eine Reduktion des CO2-Ausstoßes in etwa 50 % erwartet werden.

Tabelle 6: CO2 Einsparung der Varianten im Vergleich

8. Fazit

Die drei untersuchten Varianten der Wärmeversorgung – Holzvergasung mit Wärmepumpe, Holzvergasung sowie dezentrale Wärmepumpen – unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich

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Technologie, Kosten und Betrieb, sondern auch deutlich in ihrem CO₂-Minderungspotenzial. Die folgende Bewertung fasst alle Kriterien zusammen und zeigt, welche Lösung für den Zoocampus die beste Gesamtperspektive bietet.

Die Einbindung einer Biogasanlage wirkt systemübergreifend positiv:

• sie reduziert den fossilen Erdgasbezug erheblich • steigert die Gesamt-CO₂-Einsparung aller Varianten • stärkt die Kreislaufwirtschaft unabhängig vom Heizkonzept

8.1 Bewertung der Varianten

Die zusammengefassten Bewertungskriterien ergeben folgendes Bild:

Tabelle 7: Bewertung der Varianten

Variante 1 – Holzvergasung + Wärmepumpen (Platz 1)

Diese Variante stellt die ausgewogenste Gesamtlösung dar. Sie kombiniert:

• hohe ökologische Effizienz • starke Einbindung eigener Stoffströme (Holz, Grünschnitt, organische Reststoffe) • hohe CO₂-Reduktion von rund 50 % • Redundanz und hohe Ausfallsicherheit • gute Erweiterungsfähigkeit • modernste Technik (Wärmepumpen + Holzvergasung)

Durch die Möglichkeit, sowohl Strom als auch Biomethan eigenständig zu erzeugen, erreicht diese Variante eine besonders hohe Energieautarkie und Versorgungssicherheit. Trotz höherer Anfangs- investitionen überzeugt sie durch ihre langfristige Wirtschaftlichkeit und ihre ausgeprägte Vorbild- funktion.

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Variante 3 – Wärmepumpen (Platz 2)

Die rein elektrische Wärmepumpenlösung bietet: • die geringsten Investitionskosten • der CO₂-Minderungseffekt deutlich geringer • den niedrigsten technischen Aufwand • den geringsten Platzbedarf

Allerdings führt der hohe Stromverbrauch zu deutlich höheren Betriebskosten und der geringste Beitrag zur Kreislaufwirtschaft spricht gegen diese Variante. Sie ist technisch zuverlässig, aber öko- logisch und wirtschaftlich weniger nachhaltig als Variante 1.

Variante 2 – Holzvergasung (Platz 3)

Diese Variante erzielt zwar: • die höchste Eigenstromproduktion • eine starke Kreislaufwirtschaft • die größten absoluten CO₂-Einsparungen • eine hohe Innovationswirkung

Jedoch sind die größten Nachteile: • hoher Platzbedarf • hoher Betriebsaufwand • starke Abhängigkeit von einer einzigen Anlage → Ausfall = vollständiger Wärmeverlust

Daher ist diese Variante aus Versorgungssicht am wenigsten empfehlenswert.

8.2 Gesamtfazit

Die Kombination aus Holzvergasungsanlage und Wärmepumpen (Variante 1) und eine er- gänzende Biogasanlage stellt die beste Lösung für den Zoocampus Schwerin.

Sie bietet:

• höchste Versorgungssicherheit
• eine CO₂-Reduktion von bis zu 50 %,
• eine drastische Verringerung fossiler Energiebezüge
• starke Einbindung bestehender Stoffströme (Grünschnitt, Reststoffe)
• sehr gute ökologische und pädagogische Vorbildfunktion
• effiziente Kopplung aus Strom-, Wärme- und Kälteerzeugung
• Flexibilität für zukünftige Erweiterungen (z. B. Tropenhaus, weitere Gebäude)

Damit stellt Variante 1 ein robustes, nachhaltiges und langfristig wirtschaftliches Energiever- sorgungskonzept dar, das optimal zu den Zielen des Zoos im Bereich Umweltbildung, Nachhaltig- keit und Kreislaufwirtschaft passt.

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9. Bauphysik

Für den Zoo steht ein möglichst nachhaltiger Aufbau der Konstruktion im Vordergrund. Hierzu wurde seitens der Planer eine Fassade aus Reet mit einer massiven Brettschichtholz- oder Stahlbe- tonwand als Tragkonstruktion angedacht. Reet kann, ebenso wie die Brettschichtholzwand, regional bezogen werden. Grundsätzlich wäre ein Eigenproduktion durch Paludikulturen möglich. Dies würde Aufgrund der Dauer der Etablierung der Pflanzen von 3-5 Jahren eine Verzögerung im ge- planten Bauzeitraum bedeuten. Geplant ist bei dem Wandaufbau die untypische Konstruktion ohne eine Hinterlüftung des Reetaufbaus. Dieses bietet den Vorteil, dass das Reet nicht nur als Fassade, sondern auch als Wär- medämmung fungiert. Weiterhin besteht durch den Verzicht der Hinterlüftungsebene ein besserer Brandschutz. Bei der traditionellen Bauweise würde im Brandfall in der Hinterlüftung ein Kamineffekt entste- hen. Dieses würde zu einer schnelleren Ausbreitung und einer Erschwernis bei der Brandbekämpfung bedeuten. Da der Aufbau der Fassade mit Reet eine Abweichung in der Gebäudeklasse 3 darstellt ist ggf. eine Sprinkleranlage unterhalb der Deckenvorsprünge vor- zusehen. Im Folgenden werden drei unter- schiedliche Dämmvarianten darge- stellt. Wobei die Varianten jeweils mit Stahlbeton und Brettschichtholz als Abbildung 13: Beispiel einer Reetfassade tragende Konstruktion aufgezeigt sind.

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9.1 Dämmstoff Reet

Abbildung 14: Stahlbeton mit Reet

Maximale wäre eine Reetstärke von 30 cm zu verbauen, da ansonsten An- und Abschlüsse an der oberen Kante nur schwer herzustellen sind. Von diesen 30cm sind 15cm für den Wärmeschutz an- rechenbar, da der äußere Teil luftdurchspült wird. Aufgrund der eingeschränkten Dämmstärke und der Befestigung der Reetlage wurde bei der Stahlbetonkonstruktion noch eine Brettschichtholzlage eingefügt. Diese Aufbauten erreichen den Effizienzhaus 55 Standard.

Abbildung 15: Brettschichtholz mit Reet

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9.2 Dämmstoff Holzfaserplatte und Reet

Abbildung 16: Stahlbeton mit Holzfaserplatte und Reet

Zusätzlich zu der Dämmlage aus Reet wird in den beiden Darstellung eine Holzfaserplatte einge- baut. Da Holzfaserplatten im Brandfall schwelen und dies sich in Kombination mit Reet ungünstig darstellt, wurde eine Schalung als Trennschicht eingeplant. Diese ermöglicht weiterhin die bessere Montage der Reetlage. Die Erhöhung des Wärmeschutzes hat zu Folge das diese Aufbauten dem Effizienzhaus 40 Standard entsprechen.

Abbildung 17: Brettschichtholz mit Holzfaserplatte und Reet

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9.3 Dämmstoff Seegras und Reet

Abbildung 18: Stahlbeton mit Seegras und Reet

Als Alternative zum Holzfaserdämmlatte wird in der dritten Variante eine Seegrasdämmung ge- plant. Diese kann wie das Reet regional bezogen werden und bietet von Natur aus einen besseren Brandschutz als Holzfaserdämmung. Ebenso wie die Variante mit der Holzfaserdämmung würde mit dem Aufbau der Effizienzhaus 40 Standard erreicht, allerdings ist hierfür eine geringfügig stär- kerer Wandaufbau nötig.

Abbildung 19: Brettschichtholz mit Seegras und Reet

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Konzept Energieversorgung

Zoo Schwerin

Strom:

Erwarteter Ertrag aus Photovoltaik,

Windkraft und Holzvergasung: 480.000 kWh

Verbrauch Bestand: 560.000 kWh

Verbrauch Neubau: 410.000 kWh

Wärmenetz

Restbedarf: 490.000 kWh

erweiterbar

Wärmenetz mit

Wärmepumpen

Bestands

Gasringleitung

Holz

Vergasung

Biogas

Spanner Re² HKA 35 Holzvergasungsanlage

Gasproduktion bei 400-500t/a

zwischen 400.000-550.000 kWhHi/a

Gasverbrauch

570.000 kWhHi/a

Feststoffvergärungsanlage

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R u n d u m B i o ga s . We l t we i t .

RENERGON ist ein dynamischer, innovativerund global agierender Greentech-Champion mit Sitz in der Schweiz und Deutschland. Unser weltweites Netzwerk von Partnern garantiert den Erfolg unserer patentierten RSD-Technologie zur Trockenvergärung – sowohlausökonomischeralsauchausökologischerSicht.

Unsere Mission

Unsere Mission ist es, durch die Entwicklung nachhaltiger Verfahren für erneuerbare Energien und geschlossene Stoffkreisläufe einen Beitrag zur Lösung des globalen Problems der sauberen Energieversorgung zu leisten. Wir stehen für Nachhaltigkeit, lokale Wertschöpfung sowie geschlossene Stoffkreisläufe und fokussieren uns auf eine saubereund lebenswerteUmwelt.

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Te c h n o l o g i e & E x p e r t i s e

Innovative RSD® Technologie zur Feststoffvergärung

RENERGON nutzt die patentierte RSD®-Technologie, die speziell zur Feststoffvergärung entwickelt wurde. Diese Technologie ermöglicht die Vergärung trockener und faseriger Substrate, die in herkömmlichen Biogasanlagen oft zu Problemen führen. Unser Batch-Verfahren liefert eine kontinuierliche Biogasausbeute bei geringem manuellem Aufwand und niedriger Störanfälligkeit.

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P roze s s & Ve r fa h re n

Die Feststoffvergärungsanlage besteht aus mehreren befahrbaren, gasdichten und säurebeständigen Beton-Fermenterboxen, sowieeinemPerkolattankfür dieProzessflüssigkeit.

Die Fermenterboxen werden mit einem zeitlichen Abstand von wenigen Tagen mit den verfügbaren organischen Feststoffen befüllt. Zum Starten und Aufrechterhalten des thermophilen Biogasprozesses wird die Biomasse mit erwärmter Prozessflüssigkeit (Perkolat) besprüht, welche durch die Biomasse sickert und anschliessend wieder dem Tank zugeführt wird. Durch diesen geschlossenen Kreislauf werden die im Perkolat enthaltenen Mikroorganismen, essenziellen Nährstoffe, Feuchtigkeitund WärmegleichmäßiginderBiomasseverteilt.

Die Biomasse wird während der gesamten Verweilzeit nicht bewegt, weshalb die Feststoffvergärung ohne aufwändige und anfällige Pump-, Rühr- und Heiztechnik auskommt. Das Resultat ist eine wartungsfreundliche Anlage mit hoher Verfügbarkeitund Lebensdauer,sowie mitgeringem Wärme-und Eigenenergiebedarf.

Während des anaeroben Abbauprozesses entsteht Biogas, das zu Biomethan aufbereitet direkt ins Gasnetz eingespeist werden kann. Oder alternativ in einem BHKW oder einer Brennstoffzelle zu Strom und Wärme gewandelt wird. Durch die zeitversetzte Befüllung der Boxen entsteht, über alle Fermenterboxen kumuliert, ein kontinuierlicher Gasertrag. Das Gärprodukt, welches eine Massenreduktion gegenüber der eingesetzten Biomasse erfährt, kann direkt als hochwertiger Dünger und zum Humusaufbau auf Felder ausgebracht oder zu Kompost aufbereitet und vermarktet werden. Störstoffe in der Biomasse haben weder auf die robuste Anlagentechnik noch auf den stabilenbiologischenAbbauprozessEinfluss.

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Vo r te i l e d e r Fe st sto f f ve rgä r u n g

Durch die innovative Feststoffvergärungstechnologie können verschiedene Arten von Biomasse optimal genutzt werden, was sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet. Im Folgenden werden die Hauptvorteile und der Vergleich zwischen Fest- und Flüssig-Vergärungdargestellt.

 Hohe Substratflexibilität: Verwertung faserreicher und trockener Inputstoffe (TS >20-55%).  Geringe Betriebskosten: Niedriger Eigenenergieverbrauch.  Wertvolles Gärprodukt: Organischer Mehrnährstoff-und Humusdünger zur Bodenverbesserung.  Kontinuierlicher Gasertrag: Durch zeitversetzten Betrieb der Fermenterboxen.

Fest- vs. Flüssigvergärung

 Statische Biomasse: Biomasse ruht statisch im Fermenter, nur das Perkolat wird im Kreislauf geführt.  Geringer Verschleiss: Wenige mechanische Komponenten reduzieren Belastung und Verschleiss.  Geringe Servicezeiten: Höhere Anlagenverfügbarkeit und geringe Wartungskosten.  Stabiler Abbauprozess: Keine Prozesshemmungen, besserer Abbauprozess und geringeres Restgaspotential im Endlager.

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A u s d e r P rax i s

Im niedersächsischen Lehrte verwerten die beiden Landwirte Bartels und Boedecker Pferdemist aus der Region in einer Renergon 75 kW Kompaktanlage. Wie wirtschaftlich erfolgreich und ökologisch nachhaltig diese Verwertung ablaufen kann, zeigt dort das Landwirte-Team.

Pferdemist, der hauptsächlich aus Stroh besteht, stellt ein Entsorgungs-Problem für Reitställedar.DafürhabendiezweiLandwirtenuneineLösunggefunden.Siehabensichfür eine Renergon Biogasanlage zur Feststoffvergärung entschieden die mit Pferdemist betriebenwird.

Das Besondere an dieser Anlage ist, dass sich anders als bei herkömmlichen Biogasanlagen im Vergärer keine Flüssigkeit, sondern nur fester Mist befindet. Das entstehende Gas wird in einem Blockheizkraftwerk zu Wärme und Strom gewandelt.„Das scheint auf den ersten Blick etwas teurer, aber es lohnt sich, da man dadurch keine eigene Mistplatte bauen muss, die Wärme nutzen und den Strom zu langfristig festem Preis einspeisen kann“, Die Landwirte Jens Boedecker und Adrian Bartels. sagt Bartels, der die Anlage zusammen mit Boedecker betreibt. Aufgrund der geringen Quelle: TOP AGRAR, 06.08.2020 Geruchsbelastung ist auch der Abstand seines Wohnhauses in direkter Nachbarschaft kein Problem,daszudemmitderentstehendenAbwärmeversorgtwird.

Der Pferdemist kommt aus der Region. In dieser vorbildlichen Kreislaufwirtschaft wird Mist zu einem Gärprodukt, das als Dünger und Bodenverbesserer auf den eigenen Getreidefeldern ausgebracht wird. Nach der Ernte wird das Getreidestroh wieder als Einstreu für die Pferde verwendet. Zwei bis dreimal im Jahr wird das Gärprodukt auf die Felder verteilt. Besonders gut reagiert das Bodenleben im Frühjahr auf die Ausbringung des Gärprodukts, das aufgrund des niedrigen Stickstoffgehaltes (im Vergleich zu flüssiger Gülle) oben auf dem Boden liegen darf. „Das konnte man dieses Jahr schon auf den Meter genau am Bestand sehen, wo das Gärprodukt gestreut wurde und wo nicht“, freut sich Bartels. Im Februar schützt die Schicht zudem gegen Frost.„Wenn wir früh im Jahr streuen, ist Ostern alles von der Oberfläche verschwunden und steht den Pflanzen als Dünger zur Verfügung“, sagt Bartels. Er stellt fest, dass das Bodenleben durch den festen Dünger vitaler geworden ist. „Ich habe schon zwei Jahre lang keineInsektizide mehr im Raps und Getreide verwendet“, sagt der Landwirt. Pilze und Unkrautsamen, die zuvormitdemMistüberdieganzeFlächeverteiltwordensind,werdennundurchdieBakterienunddieWärmeinderBiogasanlageabgetötet.In 18 bis 21 Tagen verwandeln die Landwirte den Mist in den Fermenterboxen zu wertvollem organischem Dünger. „Wir sind froh, dass wir das Vorhabengewagthaben“,sagtBoedeckerabschliessend.

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Schweiz - Steinach

Substrat: Festmist, Grüngut Durchsatz: 4‘000 t/a CO2 Einsparung: 1‘000 t CO2-eq/a

NaheSt.Gallenging2023eineRSD-SKompakt-Biogasanlagein Betrieb. Sie verarbeitet jährlich 4‘000 Tonnen Grünabfall und Ernterückstände und erzeugt dabei 345‘000 Nm³ Biogas. Die durchschnittlicheLeistungbeträgt64kWelund95kWth.Dank der Integration in eine bestehende Kompostierung werden Stoffkreisläufe geschlossen und regionale Ressourcen effizient genutzt.

Deutschland - Lehrte

Substrat: Pferdemist, Rindermist Durchsatz: 4‘100 t/a CO2 Einsparung: 452 t CO2-eq/a

In Lehrte betreiben Adrian Bartels und Jens Boedecker eine Biogasanlage, die jährlich bis zu 4‘100 Tonnen Pferde- und Rindermist verarbeitet. Dabei entstehen 300‘000 Nm³ Biogas sowie75kWelelektrischeLeistung–genugStromfürrund230 Haushalte. Seit Inbetriebnahme zeigt die Anlage, wie Feststoffvergärung Mist effizient in Energie und hochwertigen Dünger verwandelt, der direkt wieder in die Landwirtschaft zurückfliesst.

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Deutschland - Sundern

Substrat: Biotonne, Grünschnitt Durchsatz: 22‘000 t/a CO2 Einsparung: 3‘280 t CO2-eq/a

Die Anlage auf der Hellefelder Höhe in Sundern verarbeitet jährlich 22‘000 Tonnen Bioabfall und Grünschnitt. Dabei erzeugtsie2,2MillionenNm³Biogas,daszurStromversorgung von rund 1‘250 Haushalten beiträgt. Die durchschnittliche elektrischeLeistungliegtbei580kWel.Anschliessendwirddas Gärgut kompostiert, wodurch hochwertiger Kompost für Privathaushalte, Gärtnereien und die Landwirtschaft entsteht. DieAnlageistseit2019inBetrieb.

Schweiz - Küsnacht

Substrat: Grünschnitt Durchsatz: 8‘000 t/a CO2 Einsparung: 1‘280 t CO2-eq/a

In Küsnacht bei Zürich verwertet die Biogasanlage des Maschinenrings seit 2021 jährlich 8‘000 Tonnen Grünschnitt. Mit einem Biogasertrag von 800‘000 Nm³ und einer Leistung von 202 kWel versorgt sie rund 400 Haushalte mit Strom. Einwohner können ihren Gartenschnitt abgeben und erhalten dafürhochwertigenKompostzurück.

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Schweiz - Murimoos

Substrat: Grüngut, Festmist Durchsatz: 4‘300 t/a CO2 Einsparung: 650 t CO2-eq/a

AufdemGeländevonMurimooswerkenundwohnenwirdseit über 30 Jahren Grüngut aus der Region zu hochwertigem Kompost verarbeitet. Seit 2018 wird die Biomasse zuvor energetischgenutzt:DieBiogasanlageerzeugtjährlich380‘000 Nm³ Biogas und liefert mit einer Leistung von 97 kWel Strom für rund 300 Haushalte. In der Kreislaufwirtschaft entsteht so nicht nur erneuerbare Energie, sondern auch wertvoller KompostausGartenabfällen,KüchenrestenundTiermist.

Deutschland - Biberach

Substrat: Grüngut, Festmist Durchsatz: 17‘500 t/a CO2 Einsparung: 2‘980 t CO2-eq/a

Feststoffvergärung von Garten- und Parkabfällen sowie Pferdemist. Die Anlage versorgt rund 1‘000 Haushalte mit Strom und speist Wärme ins Nahwärmenetz ein. Zwei BHKW ermöglichen eine flexible Stromproduktion nach Bedarf. Dank eingehauster Bauweise mit Abluftreinigung werden Geruchsemissionen minimiert. Der hochwertige Gütekompost wirdinLandwirtschaftundGartenbaugenutzt.

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China - Chongming

Substrat: Weizenstroh / Schweinegülle Durchsatz: 19‘000 / 46‘000 t/a CO2 Einsparung: 15‘900 t CO2-eq/a

AufderInselChongminginChinasetzteineBiogasanlageneue MassstäbeinderVerwertungorganischerMaterialien.Mitder jährlichenVerarbeitungvon65‘000TonnenBiomasse,darunter 19‘000 Tonnen Weizenstroh und 46‘000 Tonnen flüssiger Schweinegülle, demonstriert die Anlage, wie Abfallprodukte ausderLandwirtschafteffizientgenutztwerdenkönnen.

Türkei - Gaziantep

Substrat: Haushaltsabfall Durchsatz: 22‘000 t/a CO2 Einsparung: 5‘150 t CO2-eq/a

Das Projekt zählt zu den grössten Umsetzungen des United NationsDevelopmentProgramme(UNDP). Als umfassende Abfallbehandlungsanlage konzipiert, soll diese die lokale Wirtschaft und das städtische Budget unterstützen und gleichzeitig umweltfreundliche Lösungen für das wachsendeAbfallproblembieten.

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R E N E RG O N RS D ®

Fe st sto f f ve rgä r u n g

Unsere Anlagen zur Feststoffvergärung zeichnen sich durch Effizienz und Wirtschaftlichkeit aus. Sie stehen für dezentrale energetische und stoffliche Verwertung eines breiten Spektrums an stapelbaren organischen Substraten, zum Beispiel Festmist, Grünschnitt, Bioabfall,ErnteresteoderStroh.

Erprobte Feststoffvergärungs-Technologie Höchste Substratflexibilität Keine aufwändige Pump-, Rühr-und Heiztechnik Wirtschaftlich in Anschaffung und Betrieb Effiziente dezentrale Energieproduktion Kontinuierliche Gasproduktion durch zeitversetzten Fermenterbetrieb

RenergonGmbH Otto-Lilienthal-Str. 5 88677 Markdorf Deutschland www.renergon.com