So wird aus Biomasse Wärme und Strom erzeugt

Was früher nur als Abfall galt, kann heute sogar Geld einbringen: Bioenergie aus Biomasse ist der Allrounder unter den erneuerbaren Energiequellen. Doch die nachhaltige Produktion der eingesetzten Biomasse stellt eine komplexe Herausforderung an die Zukunft dar.

Biomasse – was ist das genau?

Der Begriff „Biomasse“ umfasst alle Energieträger, die ihre Energie ursprünglich aus der Fotosynthese gewonnen haben. Während des Wachstums binden Pflanzen Kohlendioxid aus der Erdatmosphäre und speichern Sonnenenergie.

Beim Verrotten oder Verbrennen der Gewächse wird das gebundene CO2 freigesetzt und auch die gespeicherte Energie wieder an die Atmosphäre abgegeben. Neue Pflanzen binden das Kohlendioxid wiederum ein und ein nicht endender CO2-Kreislauf beginnt erneut.

Aus diesem Grund gehört Biomasse zu den erneuerbaren Energien. Sie besteht beispielsweise aus Holz sowie Garten- und Grünabfällen, aber auch aus organischen Materialien.

Industrielle Bioabfälle aus der Lebensmittelindustrie werden ebenfalls als Biomasse genutzt. Die gesetzliche Definition für Biomasse findet ihr in der eigens konzipierten Biomasse-Verordnung. Zu Zwecken der Energieversorgung werden dabei nicht nur Abfälle verwendet, sondern auch spezielle Energiepflanzen kultiviert.

Energieträger aus Biomasse sind im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen noch aktiv im Kohlenstoffkreislauf eingebunden. Aus diesem Grund entsteht bei der Verbrennung der Biomasse in der Summe kein zusätzliches CO2.

Der natürliche Zersetzungsvorgang, der eigentlich viele Jahre beansprucht, wird durch den technischen Vorgang lediglich beschleunigt. Die Verwertung von Bioenergieträgern erhöht so nicht den CO2-Gehalt der Atmosphäre. Daher gelten Biomasse-Energieträger als CO2-neutral.

Wie wird aus Biomasse Strom erzeugt?

Biomasseheizkraftwerke (BMHKW) und Biomassekraftwerke (BMKW) erzeugen entweder mit gleichen oder ähnlichen Verfahren elektrische Energie durch die Verbrennung biologischer Stoffe. Biomasseheizkraftwerke stellen außerdem Wärme bereit, die als Fernwärme oder Nahwärme genutzt werden kann.

Mit erneuerbarer Biomasse lässt sich nicht nur Strom erzeugen, sondern auch Wärme sowie flüssige und feste Kraftstoffe gewinnen. Zu diesem Zweck werden auf der einen Seite sogenannte Energiepflanzen wie Mais oder Raps angebaut.

Auf der anderen Seite dienen Holz, Biomüll, Ernteabfälle, Stroh und Gülle als Energieträger. Im Vergleich zu den fossilen Brennstoffen entstehen bei der Verbrennung von Biomasse zwar auch Treibhausgas-Emissionen, doch entsprechen diese in der Bilanz der natürlichen Wachstumsversorgung der Pflanzen.

Da die Energiespeicherung aus nachhaltigen Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasser sich noch nicht effektiv realisieren lässt, braucht es eine unproblematische Alternative. Und die ist mit Biomasse gefunden.

Die biologischen Stoffgemische können hervorragend gespeichert werden. Im Biomasseheizkraftwerk werden zerkleinerte Substrate und Gülle zunächst in der Vorgrube gelagert. Andere Substrate wie Ernterückstände, Klärschlamm, Mais oder Abfälle aus der Lebensmittelproduktion werden im Fermenter mithilfe von Mikroorganismen zersetzt. Der Fermenter wird auch als Bioreaktor, Gärbehälter und Faulbehälter bezeichnet und bildet das Kernstück der Anlage.

Der Zersetzungsprozess findet ohne Licht und Sauerstoff statt. Durch sogenannte methanogene Bakterien entstehen aus den Abbauprodukten dann Kohlendioxid und Methan. Das so entstandene Methan wird direkt danach im Blockheizkraftwerk verheizt und erzeugt mithilfe eines Gasmotors Wärme und Strom.

Nach der vollständigen Reinigung des Gases ähnelt es dem konventionellen Erdgas und kann die gleichen Aufgaben erfüllen. Das übrig gebliebene Substrat dient als Biodünger.

Dazu wird im Biomasseheizkraftwerk die Biomasse in einem speziellen Dampfkessel verbrannt. Dabei entsteht zunächst ein etwa 850 Grad heißes Rauchgas. Dieses Rauchgas dient wiederum zur Gewinnung von Wasserdampf, der Turbinen und so sie Stromgewinnung antreibt.

Private Eigenheime nutzen Biomasse indirekt mithilfe einer Pelletheizung zur Wärmeerzeugung. Hierzu werden Holzpresslinge aus gepresstem Restholz, sogenannte Pellets, im Holzpellet-Ofen verbrannt.

Die Pellet-Zentralheizungen ersetzen problemlos konventionelle Ölheizsysteme. Sie sind außerdem so anwenderfreundlich wie herkömmliche Erdgas- und Ölheizsysteme.

Wie gelangt der erzeugte Strom ins eigene Haus?

Über die Nah- und Fernwärmenetze gelangt die erzeugte Energie in die eigenen vier Wände. Dabei wird der Strom vom Kraftwerk über das Stromnetz transportiert.

Dafür kommen gleich vier verschiedene Spannungen zum Einsatz. Zunächst wird der generierte Strom ins Übertragungsnetzwerk eingespeist. Die etwa 60 Meter hohen Masten verbinden Kraftwerke in ganz Europa.

Nach der Umwandlung fließt der gewonnene Strom ins überregionale Verteilnetz. Ins regionale Verteilnetz gelangt der Strom mit einer Mittelspannung von 10 bzw. 20 kV.

Zum Schluss wird die Spannung noch einmal heruntertransformiert. Nun besitzt der Strom eine Niederspannung von 230 oder 400 Volt. Das lokale Verteilnetz leitet die Energiequelle weiter, bis der gewonnene Strom das eigene Haus erreicht.

Welche Brennstoffe werden als Rohstoffe verwendet?

Biomasse lässt sich prinzipiell in drei verschiedene Gruppen einteilen:

• agrarische Bioenergieträger
• Abfälle und Reststoffe biogenen Ursprungs
• Bioenergieträger Holz

Zum Betreiben der Biomasseheizkraftwerke kommen so verschiedene feste Brennstoffe infrage, wie beispielsweise:

• Holzhackschnitzel aus forstwirtschaftlichem Frischholz sowie Altholz
• Holzpellets
• Stroh und Getreide
• biologische Abfall- und Reststoffe
• Gülle
• Klärschlamm
• Textilfasern
• Ersatzbrennstoffe aus Reststoffen mit hohen anorganischen Anteilen

Biomasse: Alle Vor- und Nachteile auf einen Blick

Ein wesentlicher Vorteil der Biomasse sind die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Ob als Kraftstoff, Strom oder Wärme: Abhängig vom jeweiligen Bedarf kommen für die Biomasse die unterschiedlichsten Einsatzgebiete infrage.

Zudem ist mit einer dauerhaften Verfügbarkeit zu rechnen, denn Biomasse zählt zu den erneuerbaren Energiequellen. Doch nicht nur das: Im Vergleich zu anderen Energieträgern „wächst“ Biomasse relativ schnell nach und befriedigt so eine hohe Nachfrage.

Auch beim Thema Nachhaltigkeit spielt die biologische Energiequelle eine wichtige Rolle. Im Gegensatz zu traditionellen Energieträgern weist Biomasse eine positive CO2-Bilanz auf und schont das ökologische Gleichgewicht. Während des Wachstums der Inhaltsstoffe wird sogar Kohlendioxid gebunden. So gelangt weniger CO2 in die Atmosphäre und die Umwelt wird nachhaltig entlastet.

Nachteile in der CO2-Bilanz zeigen sich allerdings im Vergleich mit regenerativen Energiequellen wie Wind- und Sonnenenergie. Schließlich findet bei der Verarbeitung von Biomasse ein Verbrennungsprozess statt, der bei anderen regenerativen Energieträgern entfällt.

Darüber hinaus ist Biomasse relativ begrenzt verfügbar. Die notwendigen Stoffe sind zwar vorhanden, doch fehlt es an ausreichender Anbaufläche. Zudem konkurriert der Anbau mit der klassischen Landwirtschaft und zieht in diesem Wettstreit häufig den Kürzeren.

Wie kann Biogas in den eigenen vier Wänden genutzt werden?

Heizen mit nachhaltigem, echtem Biogas bietet eine sinnvolle Alternative zu den herkömmlichen Energiequellen. Das ressourcenschonende Gas entsteht bei der Vergärung von Biomasse.

Der in Biogasanlagen erzeugte Stoff ist brennbar und kann somit zum Heizen verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil des Biogases ist die Regionalität. Während herkömmliche Gase erst einen langen Weg über Pipelines zurücklegen müssen, wird der biologische Brennstoff in heimischen Kraftwerken hergestellt.

Da Biogas aufgrund der derzeit noch aufwendigen Herstellung teurer ist, steigt auch der Endpreis für den Kunden. Dabei gilt: Je mehr Kunden auf nachhaltige Energiequellen wie Biogas setzen, desto günstiger wird die Technologie.

Welche Förderungen für Biomasse gibt es beim Hausbau?

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, kurz BAFA, bietet staatliche Förderungen sowohl für Hausbauer als auch für Immobilienbesitzer. Gefördert werden in erster Linie Investitionen in erneuerbare Energien.

Hausbauer, die auf Biomasse-Anlagen setzen oder Hauseigentümer, die ihre Heizungsanlage modernisieren wollen, erhalten von der BAFA lukrative Förderungen. Diese kann in Form von Bonuszahlungen oder Zuschüssen abgewickelt werden.

Anträge auf Förderung werden direkt bei der BAFA eingereicht. Vor der Beantragung solltet ihr beachten, dass ihr die Förderung bereits vor dem Einbau bzw. vor der Modernisierung beantragen müsst.

Wie steht es um die Zukunft von Biomasse?

Mit dem nationalen Biomasseaktionsplan für Deutschland verankerte die Bundesregierung Biomasse fest in der wirtschaftlichen Planung. Der Anteil an Biomasse im Ökostrom soll im gesamten Stromverbrauch bei mindestens acht Prozent bis zum Jahre 2020 liegen.

Doch wirtschaftliche Flächen sind in Deutschland begrenzt, also muss Biomasse zukünftig sogar importiert werden. Andererseits arbeiten Ingenieure bereits unter Hochdruck an einer Effizienzsteigerung der Anlagen.

Viele Landwirte profitieren vom Verkauf ihrer biologischen Abfälle und Energiepflanzen. In Zeiten des fortschreitenden Klimawandels bildet Biomasse auch in Zukunft eine sinnvolle Alternative.

Viele Industriezweige setzen heute schon auf ihre eigenen Biomassekraftwerke, um zusätzliche Einkünfte aus ihren Abfällen zu erzielen. Zudem steht Strom aus Biomasse auch dann zur Verfügung, wenn es absolut windstill ist und die Sonne nicht scheint. Ein Biomasseheizkraftwerk wird so zu einer verlässlichen Komponente in der Grundversorgung.

Vor- und Nachteile liegen nahe beeinander

Bei kaum einer Energiequelle liegen die Vor- und Nachteile so dicht zusammen wie bei der Biomasse. Auf der einen Seite sind die biologischen Energieträger praktisch unendlich verfügbar, doch auf der anderen Seite mangelt es an Anbaufläche.

Dennoch kann die Nutzung der biogenen Abfall- und Reststoffe dazu beitragen, Flächenkonkurrenzen beim Anbau von Energiepflanzen, Nahrungs- und Futtermitteln sowie von Rohstoffen zu vermindern oder gar zu vermeiden. So ergibt sich ein sinnvoller Energieträger, der in Verbindung mit anderen regenerativen Energiequellen in Zukunft einen festen Platz in der Strom- und Wärmeversorgung einnehmen wird.

Habt Ihr weitere Gedanken zu diesem Thema oder bereits konkrete Erfahrungen mit der alternativen Energiequelle gemacht? Über eure Kommentare freuen wir uns.

Bildquelle: PublicDomainPictures | Pixabay