Regenerative Zukunft

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Nutzungsmöglichkeiten Bioenergie

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a) Biogas

Die prinzipielle Funktionsweise einer Biogasanlage ist in Abbildung 6 dargestellt. Der Biogasreaktor oder Fermenter stellt das Herzstück der Anlage dar. In ihm wird unter Ausschluss von Sauerstoff durch anaerobe Bakterien die Biomasse in gasförmiges Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) bei Temperaturen von 30°C bis 37°C zersetzt. Die organischen Substanzen die darin vergoren werden können sind vielseitig: Biomüll, Gülle bis hin zu zerkleinerten Energiepflanzen und Reststoffen. Nachdem das organische Material im Biogasreaktor für 10 bis 35 Tage vergoren wurde, wird der Gärrest ausgeschleust und das Biogas durch eine Gaswäsche gereinigt und eventuell entschwefelt [10]. Der Gärrest kann als Dünger auf dem Feld verteilt werden, wobei er eine geringere Geruchsbelästigung im Vergleich zur Gülle aufweist. Das gewonnene Biogas hat einen Brennwert von etwa 6 kWh/m³, was dem Energiegehalt von 0,6 l Heizöl oder 0,6 m³ Erdgas entspricht [10]. Aus 1 Tonne Biomüll oder den täglichen Exkrementen von 90 Rindern bzw. 12.000 Hühnern lässt sich ungefähr 100 m³ Biogas gewinnen [10]. Abbildung 4 zeigt, dass man mit Biogas aus der Gülle von 30 Rindern den Wärmebedarf eines Haushalts und den Strombedarf von 9 Haushalten decken kann. Meist wird das Biogas direkt im Blockheizkraftwerk (BHKW) verbrannt und somit Warmwasser und Strom bereitgestellt. Es kann aber auch als Kraftstoff verwendet werden. Insgesamt ist die Nutzung von Biogas sehr sinnvoll wenn dafür Rest- und Abfallstoffe genutzt werden.




b) Holz

Holz wird meist in Form von Scheitholz, Pellets oder Hackschnitzel in kleineren Heizanlagen oder Blockheizkraftwerken verbrannt. Typisch ist hier die bloße Verbrennung im Kamin des Privathaushalts. Größere Anlagen wie Heizkraftwerke arbeiten hier natürlich effizienter als die Kleinanlagen im Privathaushalt und weisen auch geringere Schadstoffemissionen auf.
Leider ist das Brennholzpotenzial deutscher Wälder nahezu erschöpft. Daher wird ein starker Ausbau dieser Biomasseart kaum möglich sein. Die Einfuhr von Holz aus dem Ausland könnte den Ausbau natürlich erweitern, jedoch sollte hier genau darauf geachtet werden woher dieses Holz stammt.
Neben der Möglichkeit die direkte Verbrennungswärme von Holz zu nutzen, kann Holz auch vergast werden. Hierzu werden sogenannte Holzvergaser eingesetzt. Dabei kommt es zu einer unvollständigen Oxidation und wasserstoffreiches Gas und Ascherest bleiben als Endprodukte übrig. Dieses Gas kann anschließend in Biogas-Blockheizkraftwerken zur Strom- und Wärmeerzeugung verbrannt werden. Nähere Informationen zur Holzvergasung finden Sie hier.

c) Bio-/Agrokraftstoffe

In Deutschland werden jährlich 60 Mio. Tonnen Kraftstoffe auf Erdölbasis benötigt, davon 85% für den Straßenverkehr und 10% für den Flugverkehr [10]. Um diesen Energiehunger zu stillen, müssen diese Rohstoffe nahezu komplett nach Deutschland importiert werden. Um die Abhängigkeit von Erdölimporten und den Treibhausgasausstoß zu verringern wurden die sogenannten Biokraftstoffe eingeführt.
Unter den Begriff Biokraftstoff fallen die Biokraftstoffe der ersten Generation: Pflanzenöle, Biodiesel und Bioethanol sowie die Biokraftstoffe der zweiten Generation: Biomethan, Biomethanol und –butanol, Biowasserstoff, die bisher nicht wirtschaftlichen BTL-Kraftstoffe sowie weitere. Für den Kraftverkehr sind momentan auf dem Markt vor allem Biodiesel und Bioethanol erhältlich.
Biodiesel (Rapsmethylester) wird vorrangig aus Raps gewonnen. So können von einem Hektar Raps pro Jahr zwischen 3 und 4 t Trockenmasse Rapssaat geerntet werden, woraus sich etwa 1.300 bis 1.700 Liter Biodiesel gewinnen lassen [10]. Das bedeutet, dass für die durchschnittliche Jahresfahrleistung eines deutschen PKWs die Größe eines Fußballfeldes ausreicht, um den benötigten Kraftstoff bereitzustellen. Die Rapssaat wird gepresst, raffiniert, unerwünschte Nebenprodukte werden entfernt noch chemisch verändert.
Bioethanol wird in Deutschland bevorzugt aus Zuckerrüben, Weizen oder Roggen gewonnen, wobei die Zuckerrübe den höchsten Ertrag liefert. Die Zuckerrüben werden hierfür zerkleinert und die Zuckerlösung extrahiert. Bei stärkehaltigen Pflanzen wird die Stärke gelöst und verzuckert. Die gewonnene zuckerhaltige Lösung wird dann vergoren und der energiehaltige Alkohol abgetrennt. 62 t Rüben wurden im Jahr 2000 in Deutschland im Schnitt pro Hektar geerntet. Hieraus lassen sich etwa 6.600 Liter Bioethanol gewinnen [10]. Vergleicht man das mit dem Energiegehalt des Biodiesel, so ist der energetische Ertrag fast doppelt so hoch wie beim Biodiesel.
Oft wird diskutiert, dass die Energieeffizienz von Biokraftstoffen zu gering und diese somit unwirtschaftlich seien. Hierin geht ein, dass für den Prozess der Kraftstoffherstellung Energie und Einsatzstoffe benötigt werden. So entfällt ein großer Teil des Energiebedarfs beim Energiepflanzenanbau auf die Düngemittelproduktion und die Feldarbeit. Bei der Produktion von Biodiesel hat die Umesterung mit ca. 40 % den größten Anteil am benötigten Gesamtenergiebedarf, gefolgt von der Produktion des Rapskorns (ca. 30 %) und der Ernte und Ölgewinnung [10]. Auch eingerechnet müssen jedoch die Verwendung der gewonnenen Nebenprodukte, zum Beispiel das Rapsschrot als Futtermittel, Glyzerin als Rohstoff in der Chemie. Der Herstellungsprozess ist in Abbildung 7 veranschaulicht. Insgesamt fällt die Energiebilanz für Kraftstoffe der 1. Generation zwar meist positiv aus, ist jedoch trotzdem nicht zufrieden stellend. Daher wurden die Kraftstoffe der 2. Generation entwickelt, deren Energieeffizienz sich wesentlich gesteigert hat. Siehe dazu auch den Teilartikel Umweltverträglichkeit von Bioenergie.

 

Die Gewinnung der Kraftstoffe der zweiten Generation, bekanntestes Beispiel das Biomethan, weist eine höhere Energieeffizienz auf. Diese werden verstärkt aus Abfallstoffen hergestellt [11]. Bei den Biokraftstoffen der 2. Generation wird die gesamte Pflanze verwendet. Daher liegt der Ertrag pro Hektar bis zu dreimal so hoch wie bei Rapsöl (Biokraftstoff der 1. Generation), das heißt aus einem Hektar Anbaufläche kann ein Energieinhalt gewonnen werden der 3.700 Liter Diesel entspricht. Mit Biogas kann aus einem Hektar sogar die Energie von fast 5.000 Litern Benzin gewonnen werden [1]. Zudem können die Nährstoffe nach dem Gärprozess auf den Acker zurückgebracht werden, der Einsatz von Kunstdüngern verringert sich.
Zu Beginn 2011 wurde in Deutschland E10 eingeführt. Es enthält 10% statt bisher bis zu 5% Bioethanol. Ziel der Bundesregierung ist die Verringerung von Treibhausgasen und eine geringere Importabhängigkeit von Erdöl. Die Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung regelt, dass Biokraftstoffe nur dann als nachhaltig gelten, wenn mindestens 35% Treibhausgase eingespart und keine Flächen mit hoher biologischer Vielfalt genutzt werden [12]. Ein Leitfaden Nachhaltige Biomasseherstellung gibt konkrete Hinweise zur Berechnung der Treibhausgasemission.

 

Hier geht es weiter mit den Verfahren der Bioenergie oder zurück zur Hauptseite des Bioenergieartikels.


 

Quellenangabe auf der Titelseite des Bioenergieartikels


erstellt im Februar 2012 von Katja Engelhardt und Christoph Schünemann

Zuletzt aktualisiert am Dienstag, den 17. April 2012 um 13:09 Uhr  

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