Energie leicht gemacht

Gepostet am Okt 26, 2009 in Wissenschaft&Bildung

Diese Woche kümmern wir uns mal wieder um die Kleinen, die Energiekonsumenten der Zukunft. Schon Mitte August haben wir zusammen mit Kruschel Wind- und Sonnenenergie erklärt, diese Woche sprechen wür über Bioenergie, über Wasserkraft und Geothermie sowie Elektromobilität. Komisches Wort, zugegebenermaßen, aber dafür macht es umso mehr Spaß! Ihr werdet sehen…

Auch ein Lagerfeuer ist Bioenergie

Wer draußen unterwegs ist und sich abends wärmen möchte, der entzündet einfach ein Lagerfeuer. Obwohl Bioenergie in Form von Holz die älteste genutzte Energiequelle der Menschheit überhaupt ist, macht das Kunstwort selbst erst seit ein paar Jahren die Runde. Bioenergie bedeutet ganz allgemein, die Energie zu nutzen, die in pflanzlicher und tierischer Biomasse enthalten ist. Wie die Windenergie ist auch sie eine indirekte Form der Sonnenenergie. Denn zum Wachsen benötigen die Pflanzen das
Sonnenlicht. Die Tiere brauchen wiederum – direkt oder als Fleischfresser indirekt – pflanzliche Nahrung, um selbst gedeihen zu können. Vor der Entdeckung und Nutzung der fossilen Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas war die Bioenergie die wichtigste Energiequelle für die Menschen.

Die in der Biomasse gespeicherte Energie gibt es in vielfältiger Form – z. B. als pflanzliche Rohstoffe wie Holz oder Mais, als Gülle oder als Reststoffe wie Stroh und biologische Küchenabfälle. Ebenso vielfältig sind die Einsatzmöglichkeiten: Aus flüssiger, fester oder gasförmiger Biomasse werden Wärme, Strom oder Kraftstoffe gewonnen. Ein großer Pluspunkt der Bioenergie ist ihre Speicherfähigkeit, d.h., sie kann bei Bedarf abgerufen werden und ist nicht direkt auf Wind oder Sonnenschein angewiesen.
Die Bioenergie spielt daher in einer rein erneuerbaren Energieversorgung im Zusammenspiel mit Wind- und Sonnenenergie eine wichtige Rolle.

Was ist eine Energiekabine?
Ein Beispiel dafür, wie erneuerbare Energien im Zusammenspiel genutzt werden können, ist die Energiekabine. Dort gibt es einen Heizkessel, der mit Holzpellets betrieben wird und eine solarthermische Anlage auf dem Dach, die die Sonnenenergie
nutzt, um Warmwasser für die Heizung bereitzustellen. Die Energiekabine ist für Gewerbebetriebe, Schwimmbäder, Hotels sowie Alten- und Pflegeheime eine kostengünstige Alternative zur herkömmlichen Wärmeversorgung.

Wärme und Strom aus Holz

Mit den steigenden Preisen für Erdöl und Erdgas hat Holz als Wärme- und Stromlieferant wieder an Bedeutung gewonnen. Holz-Heizkraftwerke funktionieren im Prinzip so wie die mit fossilen Energieträgern befeuerten Kraftwerke – mit dem Unterschied, dass Holz als Energielieferant keine Millionen von Jahren braucht, um zu entstehen. Das bei der Verbrennung
von Holz freigesetzte Kohlendioxid (CO2) wird in den nachwachsenden Bäumen wieder aufgenommen, so dass ein geschlossener Kreislauf vorliegt.
Aber wie wird der Strom bei der Verbrennung von Holz gewonnen? Die Hitze der Brennkammer wird per Wasserdampf in einen Hochdruckkessel übertragen, der wiederum an eine Kondensations-Dampfturbine angeschlossen ist. Die Turbine setzt die im Wasserdampf enthaltene Energie in eine Drehbewegung um. Über eine Antriebswelle wird diese Bewegung schließlich auf einen Generator übertragen, der Strom produziert. Bei allen Bioenergiekraftwerken – seien sie mit Holz, Stroh oder Gas betrieben – ist es wichtig, dass die bei der Verbrennung entstehende Wärme nicht ungenutzt in die Umwelt entweicht. Vielmehr sollte sie in Fernwärmenetze eingespeist oder vor Ort zum Heizen genutzt werden. In diesem Fall spricht man von Kraft-Wärme-Koppelung
(KWK), bei der fast 90 Prozent der im Brennstoff gespeicherten Energie tatsächlich genutzt wird.
Ein weiterer Trend der letzten Jahre ist das Heizen mit Holzpellets in privaten Haushalten. Holzpellets sind kleine runde Stangen, die aus Restholz (z.B. Sägemehl, Waldrestholz oder Hobelspäne) hergestellt werden. Ihr Vorteil liegt darin, dass sie durch die Verdichtung auch einen höheren Brennwert, also mehr Energie, als alle anderen biogenen Brennstoffe haben. Damit benötigt man zur Lagerung der Pellets weniger Platz als beispielsweise für Holz.

Wie aus Gülle und Mais elektrischer Strom entsteht

Wie kann man aus Biomasse Strom gewinnen? Ein Verfahren, das in den letzten Jahren zunehmend genutzt wird, ist die Herstellung und Verbrennung von Biogas. In Biogasanlagen wird dabei Biomasse vergoren und Methan gewonnen, eine Verbindung aus Kohlen- und Wasserstoff, die sich sehr gut zum Verbrennen eignet. Um allerdings Gülle, Küchenreste oder
Energiepflanzen wie Mais in ihre Bestandteile zu zerlegen und möglichst viel Biogas zu gewinnen, ist das Teamwork von verschiedenen Bakterien gefragt. Diese arbeiten unter Ausschluss von Licht und Sauerstoff im Inneren des Fermenters – das ist sozusagen der große Bauch der Biogasanlage, in den die Biomasse eingefüllt wird. In vier Stufen werden Kohlen- und Wasserstoffe aus ihren ursprünglichen Verbindungen gelöst und in Methan umgewandelt, das sich als leichtes Gas in der Haube
der Biogasanlage sammelt.
Um den Stoffwechsel der Bakterien zu erleichtern, muss darauf geachtet werden, dass die zugeführte Biomasse mindestens zur Hälfte aus Wasser besteht und die Temperatur im Fermenter nicht unter 25° C sinkt. Das Biogas wird schließlich aus der Anlage abgepumpt und einem Verbrennungsmotor, der denen in unseren Autos ähnelt, zugeführt. Der Motor wiederum treibt einen Generator an, der Strom produziert. Biogasanlagen bieten gerade für Landwirte eine willkommene zusätzliche Einnahmequelle.