Nutzungsmöglichkeiten BioenergieAktualisiert Samstag, den 24. April 2021 um 22:22 Uhr

a) Biogas

Die prinzipielle Funktionsweise einer Biogasanlage ist in Abbildung 6 dargestellt. DerBiogasreaktor oder Fermenter stellt das Herzstück der Anlage dar. In ihm wird unter Ausschlussvon Sauerstoff durch anaerobe Bakterien die Biomasse in gasförmiges Methan (CH4) undKohlenstoffdioxid (CO2) bei Temperaturen von 30°C bis 37°C zersetzt. Die organischenSubstanzen die darin vergoren werden können sind vielseitig: Biomüll, Gülle bis hin zuzerkleinerten Energiepflanzen und Reststoffen. Nachdem das organische Material imBiogasreaktor für 10 bis 35 Tage vergoren wurde, wird der Gärrest ausgeschleust und dasBiogas durch eine Gaswäsche gereinigt und eventuell entschwefelt [10]. Der Gärrest kann alsDünger auf dem Feld verteilt werden, wobei er eine geringere Geruchsbelästigung im Vergleichzur Gülle aufweist. Das gewonnene Biogas hat einen Brennwert von etwa 6 kWh/m³, was demEnergiegehalt von 0,6 l Heizöl oder 0,6 m³ Erdgas entspricht [10]. Aus 1 Tonne Biomüll oderden täglichen Exkrementen von 90 Rindern bzw. 12.000 Hühnern lässt sich ungefähr 100 m³Biogas gewinnen [10]. Abbildung 4 zeigt, dass man mit Biogas aus der Gülle von 30 Rindernden Wärmebedarf eines Haushalts und den Strombedarf von 9 Haushalten decken kann. Meistwird das Biogas direkt im Blockheizkraftwerk (BHKW) verbrannt und somit Warmwasser undStrom bereitgestellt. Es kann aber auch als Kraftstoff verwendet werden. Insgesamt ist die

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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 Heizanlagenoder Blockheizkraftwerken verbrannt. Typisch ist hier die bloße Verbrennung im Kamin desPrivathaushalts. Größere Anlagen wie Heizkraftwerke arbeiten hier natürlich effizienter als die

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Kleinanlagen im Privathaushalt und weisen auch geringere Schadstoffemissionen auf. Leider ist das Brennholzpotenzial deutscher Wälder nahezu erschöpft. Daher wird ein starkerAusbau dieser Biomasseart kaum möglich sein. Die Einfuhr von Holz aus dem Ausland könnteden Ausbau natürlich erweitern, jedoch sollte hier genau darauf geachtet werden woher diesesHolz stammt.Neben der Möglichkeit die direkte Verbrennungswärme von Holz zu nutzen, kann Holz auchvergast werden. Hierzu werden sogenannte Holzvergaser eingesetzt. Dabei kommt es zu einerunvollständigen Oxidation und wasserstoffreiches Gas und Ascherest bleiben als Endprodukteübrig. Dieses Gas kann anschließend in Biogas-Blockheizkraftwerken zur Strom- undWärmeerzeugung 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 dieAbhängigkeit von Erdölimporten und den Treibhausgasausstoß zu verringern wurden diesogenannten 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-Kraftstoffesowie weitere. Für den Kraftverkehr sind momentan auf dem Markt vor allem Biodiesel undBioethanol erhältlich.Biodiesel (Rapsmethylester) wird vorrangig aus Raps gewonnen. So können von einem HektarRaps pro Jahr zwischen 3 und 4 t Trockenmasse Rapssaat geerntet werden, woraus sich etwa1.300 bis 1.700 Liter Biodiesel gewinnen lassen [10]. Das bedeutet, dass für diedurchschnittliche Jahresfahrleistung eines deutschen PKWs die Größe eines Fußballfeldesausreicht, 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 zerkleinertund die Zuckerlösung extrahiert. Bei stärkehaltigen Pflanzen wird die Stärke gelöst undverzuckert. Die gewonnene zuckerhaltige Lösung wird dann vergoren und der energiehaltigeAlkohol abgetrennt. 62 t Rüben wurden im Jahr 2000 in Deutschland im Schnitt pro Hektargeerntet. Hieraus lassen sich etwa 6.600 Liter Bioethanol gewinnen [10]. Vergleicht man dasmit dem Energiegehalt des Biodiesel, so ist der energetische Ertrag fast doppelt so hoch wiebeim Biodiesel. Oft wird diskutiert, dass die Energieeffizienz von Biokraftstoffen zu gering und diese somitunwirtschaftlich seien. Hierin geht ein, dass für den Prozess der Kraftstoffherstellung Energieund Einsatzstoffe benötigt werden. So entfällt ein großer Teil des Energiebedarfs beimEnergiepflanzenanbau auf die Düngemittelproduktion und die Feldarbeit. Bei der Produktion

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von Biodiesel hat die Umesterung mit ca. 40 % den größten Anteil am benötigtenGesamtenergiebedarf, gefolgt von der Produktion des Rapskorns (ca. 30 %) und der Ernte undÖlgewinnung [10]. Auch eingerechnet müssen jedoch die Verwendung der gewonnenenNebenprodukte, zum Beispiel das Rapsschrot als Futtermittel, Glyzerin als Rohstoff in derChemie. Der Herstellungsprozess ist in Abbildung 7 veranschaulicht. Insgesamt fällt dieEnergiebilanz für Kraftstoffe der 1. Generation zwar meist positiv aus, ist jedoch trotzdem nichtzufrieden stellend. Daher wurden die Kraftstoffe der 2. Generation entwickelt, derenEnergieeffizienz sich wesentlich gesteigert hat. Siehe dazu auch den TeilartikelUmweltverträglichkeit von Bioenergie.

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Die Gewinnung der Kraftstoffe der zweiten Generation, bekanntestes Beispiel dasBiomethan, weist eine höhere Energieeffizienz auf. Diese werden verstärkt aus Abfallstoffenhergestellt [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 gewonnenwerden der 3.700 Liter Diesel entspricht. Mit Biogas kann aus einem Hektar sogar die Energievon fast 5.000 Litern Benzin gewonnen werden [1]. Zudem können die Nährstoffe nach demGärprozess auf den Acker zurückgebracht werden, der Einsatz von Kunstdüngern verringertsich.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 einegeringere Importabhängigkeit von Erdöl. Die Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung regelt,dass Biokraftstoffe nur dann als nachhaltig gelten, wenn mindestens 35% Treibhausgaseeingespart und keine Flächen mit hoher biologischer Vielfalt genutzt werden [12]. Ein LeitfadenNachhaltige Biomasseherstellung gibt konkrete Hinweise zur Berechnung derTreibhausgasemission.

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Quellenangabe auf der Titelseite des Bioenergieartikels

erstellt im Februar 2012 von Katja Engelhardt und Christoph Schünemann

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