Vielfältig wie die Natur selbst – Bioenergie

Bioenergie ist der vielseitigste erneuerbare Energienträger in Deutschland. Biomasse wird in fester, gasförmiger und flüssiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt.
Sie kann als klimaneutraler Speicher von Sonnenenergie bezeichnet werden. Für die Bildung von Biomasse wird der Atmosphäre zunächst das Treibhausgas CO2 entzogen und später wird der Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre abgegeben, z.B. bei der Verbrennung oder Verrottung. Bei der energetischen Nutzung der Biomasse wird daher nur das CO2 freigesetzt, das zuvor beim Wachstum der Pflanzen aus der Atmosphäre entnommen wurde. Lieferant von Bioenergie ist bspw. die Forst- wie auch die Landwirtschaft. Außerdem wird aus Reststoffen und Abfällen Energie gewonnen. Grundsätzlich wird für die nachhaltige Nutzung der Bioenergie nur so viel Material aus der Natur entnommen, wie gleichzeitig wieder nachwächst.
2007 deckte die Bioenergie (bezogen auf den Endenergieverbrauch) in Deutschland 3,9 Prozent des gesamten Stromverbrauchs, 6,2 Prozent des gesamten Wärmebedarfs und 7,6 Prozent des gesamten Kraftstoffverbrauchs.

biogas_-_ertragreich

Bioenergie hat viele Vorteile

1.    Der immense „Energiehunger“ hoch entwickelter Gesellschaften verbraucht in wenigen Jahrzehnten die in Jahrmillionen gebildeten fossilen Ressourcen. Wer Biomasse energetisch nutzt, schont diese knappen, wertvollen fossilen Vorräte.

2.    Transport und Lagerung von Biomasse bergen bei Unfällen erheblich geringere Umweltrisiken, als dies bei fossilen Energieträgern der Fall ist. Man denke an undichte Erdgasleitungen, havarierte Öltanker oder geplatzte Ölpipelines.

3.    Die Energiebilanz der Biomasse ist positiv. Die für die Gewinnung des Energieträgers eingesetzte Energie ist geringer als diejenige, die bei dessen energetischer Verwertung frei wird. Bei Holzhackschnitzeln müssen weniger als 5% der Nutzenergie für deren Gewinnung aufgewandt werden.

4.    Nachwachsende Rohstoffe stammen in der Regel aus der Region, lange Transporte werden vermieden.

5.    Als rohstoffarmes Land ist Deutschland in hohem Maße auf den Import fossiler Energieträger angewiesen. Geld fließt aus der Region ins Ausland. Wird Biomasse energetisch genutzt, bleibt die Wertschöpfung in der Region.

6.    Die vermehrte Nutzung
einheimischer Energieträger wie Holz vermindert diese Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und verschafft auf lange Sicht auch mehr Bewegungsfreiheit bei Energiekrisen und Preissteigerungen.

7.    Die Land- und Forstwirtschaft wird von Menschen betrieben, die in der Region verwurzelt sind. Beinahe alle Mittel für den Brennstoff, dessen Gewinnung und den Betrieb des Biomasse-Heizwerkes bleiben in der Region und kommen ihr wieder zugute. Dezentral erzeugte Energie aus Biomasse schließt nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvolle Kreisläufe.

8.    Land- und Forstwirte stellen oftmals nicht nur den Energieträger Biomasse bereit. Sie treten auch als Betreiber von Biomasse-Heizwerken auf. Hier und durch den vermehrten Absatz für bislang ungenutzte Reststoffe der Holzindustrie entstehen neue Beschäftigungsfelder und Einkommensquellen. Dies hilft Arbeitsplätze erhalten und stärkt die ländliche Struktur.


Wie aus Biomasse Energie wird

strom-aus-bio

Biogas

In der Vorgrube werden Gülle und andere Substrate zwischengelagert und eventuell zerkleinert, verdünnt oder gemischt. Substrate sind die feste oder flüssige Biomasse, die im Fermenter zur Biogaserzeugung eingesetzt werden.
In Biogasanlagen kommen Energiepflanzen (z.B. Mais und Getreide, Schilfgras), Reststoffe wie Ernterückständen (z.B. Rübenblätter), tierische Exkremente (z.B. Gülle, Mist), Nebenprodukte der Lebensmittelproduktion (z.B. Fette, Speisereste, Kartoffelschalen) oder organische Abfälle (z.B. Klärschlamm) zum Einsatz. Damit ist ein städtischer Zoo bspw. ein guter Einsatzort für die Biogaserzeugung. Der Münchener Zoo geht mit gutem Beispiel voran und produziert 240 MWh/Jahr Strom und 230 MWh/Jahr Wärme.
Der Fermenter ist das Kernstück der Biogasanlage. Der Fermenter ist ein Behälter, in dem Biomasse unter Ausschluss von Licht und Sauerstoff von Mikroorganismen abgebaut wird. Aus den Abbauprodukten dieses Gärprozesses bilden methanogene Bakterien dann Methan und Kohlendioxid. Der Fermenter ist beheizt und verfügt über eine Durchmischungseinrichtung und eine Möglichkeit zur Entnahme des Biogases.
Das entstehende Biogas wird in der Haube direkt über dem Substrat gespeichert. Es kann direkt in ein Blockheizkraftwerk geleitet werden, wo es in einem Gasmotor zur Strom- und Wärmeerzeugung verbrannt wird.
Alternativ kann das Biogas in einer Gasaufbereitungsanlage gereinigt werden. Bei dieser Biogasaufbereitung wird der Methangehalt des Biogases gesteigert, um dessen Zusammensetzung der konventionellen Erdgases anzugleichen. Dazu muss das Biogas veredelt werden, d.h. Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und andere Schadgase werden entfernt. Dieses Biogas kann dann direkt in bestehende Erdgasnetze eingespeist werden oder als Kraftstoff in Erdgasautos genutzt werden.
Ist das Substrat im Fermenter vergoren, kommt es zunächst ins Gärrestelager, um dann als hochwertiger Dünger genutzt zu werden. Eine zweite Stufe der Vergärung in einem weiteren Fermenter kann nachgeschaltet werden, um aus den Gärresten noch mehr Biogas zu gewinnen.
wie-funktionierts

Holzpellets

Das Ausgangsmaterial für Holzpellets sind Sägenebenprodukte, die beim Bearbeiten von Stammholz in Sägewerken anfallen. Damit wird Biomasse speicherbar und ist jederzeit abrufbar. Das Holzmaterial wird über den Schubboden in die Anlage eingespeist. Zunächst ist es wichtig, Fremdmaterialien wie Metalle und Steine zu entfernen. Dies geschieht im Metall- und Schwergutabscheider. Anschließend wird das Holzmaterial in der Hammermühle auf eine maximale Größe von vier Millimetern zerkleinert. Über ein Förderband gelangen die Holzspäne in eine Trocknungsanlage, wo ihnen bei 90°C Wasser entzogen wird. Um zu gewährleisten, dass die Holzpellets insgesamt eine gute Klimabilanz vorweisen, sollte die Energie für den Trocknungsprozess mit Hilfe erneuerbarer Energien gewonnen werden. Sinnvoll ist hierfür etwa eine angeschlossene Biogasanlage oder ein Biomasse-Heizkessel, welche die nötige Prozesswärme bereitstellen können.

Nach der Zwischenlagerung der Holzspäne im Trockensilo werden sie zum Konditioneur transportiert. Dieser misst ihren Wassergehalt, um sie abhängig von den Messergebnissen noch einmal zu befeuchten. Das ist notwendig, um das Lignin an der Oberfläche der Pellets als Klebstoff zu aktivieren. Aufgabe des Konditioneurs ist es, einen einheitlichen Wassergehalt von 10 bis 15 Prozent zu gewährleisten. Nur ergänzend wird im Konditioneur bis zu einem maximalen Anteil von zwei Prozent auch Stärke zugegeben.

Für circa 10 bis 15 Minuten werden die Holzspäne im Reifebehälter zwischengelagert, damit das Wasser gleichmäßig in sie eindringen kann. Erst dann werden die Holzspäne in das Herzstück der Pelletierungsanlage – die Matrizenpresse – transportiert. Unter hohem Druck und bei einer Temperatur von etwa 40°C bis 50°C wird die Masse gepresst und durch die Bohröffnungen der Matrize gedrückt. Dadurch erhalten die Pellets ihre charakteristische Form. An der Außenseite der Matrizenpresse schneidet ein Messer die Pellets auf eine Länge von 5 bis 45 Millimeter zu. Abhängig von der Größe der Bohröffnungen haben die Pellets einen Durchmesser von bis zu 6 Millimetern. Die Späne verkleben durch das im Holz enthaltene Lignin und die zugegebene Stärke.

Abschließend werden die Holzpellets im Kühler mit Hilfe eines Luftstroms ausgekühlt und damit ausgehärtet. Jetzt haben die Pellets nur noch einen Wassergehalt von unter 10 Prozent. Über ein Sieb werden Abrieb und zerbröselte Pellets abgeschieden und zum Trockensilo zurückgeführt, um von hier erneut den Prozess zu durchlaufen. Gelagert werden die Pellets bis zu ihrem Abtransport zum Endverbraucher im Pelletsilo.
holzpellets

Kraft-Wärme-Kopplung

Bei der Stromerzeugung aus Biomasse entsteht auch Wärme. Dieses Nebenprodukt kann ebenfalls noch verwendet werden: durch die Kraft-Wärme-Kopplung. Zwei Drittel der erzeugten Energie aus Biomasse bei der Stromproduktion ist Wärme. Erst wenn diese Wärme ebenfalls sinnvoll eingesetzt wird, kann aus Klimaschutz- und Energieeffizienzgesichtspunkten von einer optimalen Ausnutzung der Biomasse gesprochen werden. Der Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung ist nach aktuellem Stand der Technik allerdings nur bei größeren Anlagen sinnvoll. Bei kleineren Anlagen lohnt sich ein Zusammenschluss mit weiteren Anlagen.


Tank-Teller-Diskussion

Auch wenn dieses Thema in regelmäßigen Abständen durch die Medien geht: Der Einsatz von Lebensmitteln im weitesten Sinne für die Biogas-Erzeugung führt nicht zu leeren Tellern. Für die Landwirtschaft werden aktuell 84 Prozent der Ackerflächen genutzt, die 16 Prozent für die Erzeugung von Produkten für die Biogaserzeugung sind damit übrig und führen zu keiner Reduktion in der Erzeugung von Nahrungsmitteln. Dies entspricht etwa 2 Millionen Hekatr für den Anbau von Energiepflanzen, eine Steigerung bis auf 4 Millionen Hektar bis 2030 ist denkbar – ohne die Nahrungsmittelversorgung in Deutschland zu gefährden.

Branchenzahlen
Beschäftigte 2008: rund 96.000
Umsatz 2008: rund 11 Milliarden Euro
Rund 57 Millionen Tonnen vermiedene CO2-Emissionen 2008
fachverband_biogas_jahreszahlen08_nov08
Bioenenergie im Überlick (Film, Dauer 2:13 Minuten)
Holzpellets (Animation, Dauer 2:04 Minuten)
Biogasanlage (Animation, Dauer 2:50 Minuten)
Multitalent Bioenergie (Film, Dauer 6:41 Minuten)

Quellen
Agentur für Erneuerbare Energien
Bundesverband Erneuerbare Energie e.V.
Bundesumweltministerium
www.bioenergie.de