Bionenergie - Biomasse
Unter Bioenergie versteht man die energetische Nutzung von Biomasse. Das sind zu erst einmal die pflanzlichen Produkte Holz, Stroh, Mais, Getreide, Zuckerrüben und Raps, dann die daraus entstandenen Produkte Biogas, Pflanzenöle, sowie Bioabfälle, Exkremente (Mist, Gülle), aber auch Algen und anderes.
Bioenergie bietet den Vorteil, neben der Versorgung aus erneuerbaren statt endlichen Energiequellen, die meist nur relativ kleine Verringerung des Kohlendioxid-Ausstoßes in die Atmosphäre.
Der Nachteil liegt im großen Flächenbedarf, sofern die Biomasse speziell zur Energiegewinnung angebaut wird. Der Anbau von Biomasse (Mais, Raps, Zuckerrüben, Getreide, Holz) zum Zweck der Energiegewinnung ist ökologisch nicht sinnvoll.
Falls Biomasse in größerem Umfang bei der Verarbeitung von (landwirtschaftlichen) Produkten als Abfall anfällt, den man sonst mit unter Umständen mit großem Energieaufwand behandeln müsste, kann ein Einsatz zu sinnvoller und effektiver Energiegewinnung möglich sein. Das Kriterium hierfür ist die so genannte Ökobilanz.
Als Biokraftstoffe (zum Antrieb von Motoren oder zur Verwendung in Heizungsanlagen) gelten heutzutage folgende aus Biomasse hergestellte Produkte:
- Bioethanol
- Biodiesel (Methylester mit Dieselkraftstoffqualität)
- Biogas
- Biomethanol
- Biowasserstoff
- Biobutanol
- Pflanzenöl
- Synthetische Kohlenwasserstoffe
Biodiesel
Zur Herstellung von Biodiesel wird Pflanzenöl mit ca. 10 % Methanol und verschiedenen Reagenzien versetzt. Als Rohstoff für Biodiesel hat sich in Deutschland der Raps als geeignete Pflanze mit einem Ölgehalt in den Samen von 40% bis 45% herausgestellt. In einer Ölmühle wird aus den Samen Öl gewonnen. Das Nebenprodukt Rapsschrot wird in der Futtermittelindustrie weiter verwertet. In einer Umesterungsanlage werden die Öl- und Fettmoleküle des Rapsöls mittels Alkohol in Fettsäure-Methylester-Moleküle umgewandelt
Wollte man den gesamten Jahresverbrauch Deutschlands durch Biodiesel ersetzen, wäre eine Jahresproduktion von etwa 58 Mio. t Biodiesel bereit zu stellen. Hierzu würde man 1.490.000 km² Anbaufläche benötigen. Das entspricht mehr als der vierfachen Gesamtfläche Deutschlands von 357.050 km².
Allerdings liegt ein riesiges potential im Optimieren der Motoren, bzw. der Einsatz von Hybridmotoren. Dann könnten Pflanzen unseren Bedarf an Brennstoffen liefern.
Eine Alternative zu Biodiesel wäre Pflanzenöl (aus Raps, Ölpalmen, Kokospalmen, Sojabohnen etc.) als Kraftstoff.
Biogas
Biogasanlage in Hessen
Chemisch gesehen ist Biogas ein Gemisch aus (hauptsächlich) Methan und Kohlendioxid (CO2) und mit dem Faulgas aus Kläranlagen identisch.
Als Ausgangsstoffe für die Produktion von Biogas eignen sich: alle vergärbaren, biomassehaltige Reststoffe (wie zum Beispiel Klärschlamm, Bioabfall aus den Haushalten oder Speisereste), Gülle und Mist. Weiterhin die speziell im Hinblick auf diese Verwendung angebauten „Energiepflanzen“ und bisher ungenutzte Abfälle der agrarischen oder forstlichen Produktion. Biogas wird in Deutschland bisher meist als Brennstoff für Blockheizkraftwerke zur Stromerzeugung oder zu Heizungszwecken genutzt.
Die Biogaserzeugung findet in einer Biogasanlage statt. In dem gesteuerten Prozess der Biogasbildung sind verschiedene Arten von anaeroben Mikroorganismen beteiligt, deren Mengenverhältnis zueinander durch Ausgangsstoffe, pH-Wert, Temperatur- und Faulungsverlauf beeinflusst wird. Aufgrund der Anpassungsfähigkeit dieser Mikroorganismen an die Prozessbedingungen können nahezu alle organischen Stoffe durch Verfaulen abgebaut werden.
Die Aufbereitung des Gases, um es als Brennstoff verwenden zu können, wird in mehreren Schritten und Prozessen vollzogen.
Bei der Entschwefelung wird dem Biogas der bei der Vergärung entstandene Schwefelwasserstoff entzogen. Die anschließende (Energie-)Verdichtung und Trocknung (Reduzierung des Wasseranteils) dient der besseren Verwertbarkeit in den Gasversorgungsnetzen. Schließlich muss das CO2 abgetrennt werden, da lediglich das Methan der „Energieträger“ ist und dessen Anteil erhöht werden muss.
Dabei ergibt 1 ha Mais ca. 2 kW elektrische Leistung, 1 ha Gras ca. 1 kW und die Gülle einer Kuh ca. 0,15 kW.
Holzpellets zählen ebenfalls zur Kategorie Bioenergie. Sie werden aus Abfällen der Sägewerke und holzverarbeitender Betriebe hergestellt und bestehen in der Regel aus 100% Holz. Der Bereitstellungsaufwand (Herstellungsenergie) im Verhältnis zur Energieausbeute liegt für trockenes Holz bei knapp 3%, kann aber bei nassem Holz bis auf 17% ansteigen (Heizöl 12%).
Der Heizwert beträgt 4,8 kWh/kg, so dass für die Lagerung der gleichen Energiemenge bei Pellets ca. dreimal soviel Raum benötigt wie bei Heizöl. Allerdings ist der Aufwand für die Lagerung wesentlich geringer, da Sicherheitsmaßnahmen größtenteils entfallen können.
Das größte Biomassekraftwerk der Welt in Penkun liefertden Strom für 40.000 Haushalte. Dort zersetzen Bakterien in riesigen Betontanks Gülle, Maissilage und Getreide und erlauben die Installation von 20 MW elektrischer Leistung. Das Kraftwerk benötigt pro Jahr 300.000 Tonnen Mais, 20.000 Tonnen Getreide und 60.000 Tonnen Gülle.