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Was ist Biomasse − und wie wird Bioenergie gewonnen?
Einfach erklärt ist Biomasse organische Substanz − alles, was durch Tiere und Pflanzen erzeugt wird oder anfällt und zur Erzeugung von Bioenergie genutzt wird. Zur Biomasse zählen beispielsweise Bioabfälle und Grünschnitt sowie Schlachtabfälle oder auch Möbelreste und Althölzer. Biomasse ist ein natürlicher, nachwachsender Rohstoff. Aus diesem Grund zählt Biomasse zu den regenerativen Energien: Aus organischen Abfällen und pflanzlichen Rohstoffen lässt sich klimaschonend sowohl Wärme und Strom als auch Treibstoff gewinnen. So ist neben Solarenergie, Wind- und Wasserkraft auch die Energieerzeugung mittels Biomasse ein wichtiger Beitrag zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft.
Woher stammt die Biomasse!
Grüne Energie aus Biomasse kann zudem auf unterschiedliche Weise zur Verfügung gestellt werden, z. B. als Biogas oder Biomethan (gasförmig), als Biokraftstoff (flüssig) oder als Hackschnitzel, Holzpellets oder Scheitholz zum Heizen (in fester Form).
Biomasse von Energiepflanzen: Der nachwachsende Rohstoff
Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) schätzt, dass Energiepflanzen im Jahr 2050 etwa 25 % des Strom- und Wärmebedarfs sowie des Kraftstoffbedarfs in Deutschland decken könnten. Die sogenannten "Energiepflanzen" kann man in zwei Gruppen einteilen, in einjährige und mehrjährige Anbaukulturen. Zu den typischen einjährigen Energiepflanzen gehören u. a. Zuckerrüben und Winterroggen; zu den klassischen mehrjährigen Kulturen zählen beispielsweise Wildpflanzenmischungen und Weizengras.
Nachhaltigkeitsanforderungen
Schaut man sich auf den Seiten des Umweltbundesamtes genauer um, findet man auch bestimmte Vorgaben und Kriterien, die sowohl für heimisch produzierte als auch importierte Biomasse gelten. Zum Beispiel darf die Biomasse nicht von Flächen stammen, die durch Rodung oder Drainage von Moorböden erschlossen wurden oder die als Grünland mit hoher Biodiversität gelten. Anforderungen dieser Art sind wichtig, damit die zur Energiegewinnung eingesetzte Biomasse auch tatsächlich den Nachhaltigkeitsanforderungen entspricht und ein Beitrag zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft sein kann.
Wie wird aus Biomasse Bioenergie?
In der Regel erfolgt die Energiegewinnung aus Biomasse in einer Biogasanlage oder in einem Biomassekraftwerk. Gasförmige Biomasse (Biogas), wird durch Vergärungsprozesse gewonnen. Dieses Biogas wird dann entweder in Blockheizkraftwerken zu Grünstrom und Wärme umgewandelt oder es wird zu Bioerdgas veredelt und ins Erdgasnetz eingespeist.
Das Grundprinzip einer Biogaslange ist wie folgt: Durch Bakterien wird unter Ausschluss von Sauerstoff Biomasse abgebaut. Dadurch entsteht Biogas. Je nachdem, um was für eine Biomasse es sich handelt, kann man auf diese Weise Biogas mit einem Methangehalt von 50 % bis 75 % gewinnen.
Gut zu wissen: Nicht jede Art von Biomasse darf in einer Biogasanlage verwertet werden. Der biologische Abbau von organischen Stoffen unter Ausschluss von Sauerstoff nennt sich Fermentation. Der sog. "Fermenter" ist das Kernelement jeder Biogasanlage. Doch nicht alles, was auf den ersten Blick nach verwertbarer Biomasse aussieht, darf auch in den Fermenter. Was erlaubt ist und was nicht, wird durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelt. Auf einer sog. "Negativliste" ist jene Biomasse vermerkt, die nicht als nachwachsende Rohstoffe gelten, wie z. B. aussortiertes Gemüse, Sägespäne oder Exkremente von Haustieren. Diese sind nur in Abfallvergärungsanlagen erlaubt. Auch Früchte oder Fruchtteile, die nicht mehr verkauft werden können oder angefault sind, sowie Futterreste dürfen beispielsweise nicht in einer Biogasanlage verwertet werden.
Wie funktioniert ein Biomassekraftwerk?
Übrigens: Als Abfallprodukt bei der Verbrennung der Biomasse entsteht natürlich auch jede Menge Asche. Diese Asche kann dann noch für andere Zwecke verwertet werden, wie zum Beispiel im Straßenbau oder als hochwertiger Dünger auf land- und forstwirtschaftlichen Flächen. Auch die bei einer Biogasanlage entstandenen Gärreste werden als Dünger in der Landwirtschaft verwertet.
Es gibt verschiedene Biomassekraftwerke
Achtung, Verwechslungsgefahr: Ein Biomassekraftwerk (BMKW) erzeugt ausschließlich Strom, ein Biomasseheizkraftwerk (BMHKK) stellt Wärme bereit. Sowohl Biomasseheizkraftwerke als auch Biomassekraftwerke erzeugen mittels verschiedener Prozesse elektrische Energie durch die Verbrennung von Biomasse. Ein Biomasseheizkraftwerk stellt jedoch zusätzlich noch die Abwärme für technische Prozesse (Prozesswärme) oder die Beheizung von Wohnungen und Gebäuden über Nahwärme und Fernwärme bereit. Geht es nur um die Bereitstellung von Wärme, handelt es sich um ein Biomasseheizwerk.
Vorteile und Nachteile der Energiegewinnung aus Biomasse
Der größte Vorteil der Energiegewinnung aus Biomasse ist wahrscheinlich, dass die Stromproduktion eine sehr gute CO2-Bilanz im Vergleich zu anderen Formen der Energiegewinnung hat. Die energetische Nutzung von Biomasse zur Biogasproduktion kann so ein nachhaltiger und wichtiger Beitrag zur Energiesicherung sein.
Vorteile von Biomasse auf einen Blick:
Natürlich gibt auch Nachteile bei der Energiegewinnung aus Biomasse:
Im Vergleich zu anderen Kraftwerken sind Biomasseheizkraftwerke zwar ökologischer, dafür aber in der Regel auch teurer. Zudem beanspruchen solche Anlagen viel Platz und bei der Verbrennung der Biomasse entstehen unangenehme Gerüche, die die Anwohner im Umkreis empfindlich stören können. Hinzu kommt, dass sich Biomasse-Anlagen in der Regel eher in ländlicheren Regionen befinden und dort oft mehr Wärme und Strom produziert wird, als im Umfeld der Anlage tatsächlich benötigt wird. Die Aufbereitung der Energie bzw. die Einspeisung des überflüssigen Stroms ins Netz ist zwar möglich, doch der Netzaufbau in ländlichen Gegenden ist kostenintensiv. Energie aus Biomasse kann daher oft nicht wirklich effizient genutzt werden. Doch ein Nachteil bei der Nutzung von Biomasse sticht besonders hervor und wird auch in der Öffentlichkeit kontrovers diskutiert: Wenn für die Produktion von Biodiesel und Bioethanol eigens Pflanzen angebaut werden, benötigt man dafür große Acker- bzw. Anbauflächen. Doch diese Flächen wären ebenfalls für den Anbau von Nahrungsmitteln geeignet. Es entsteht eine Konkurrenzsituation: Energiegewinnung oder Nahrungsmittelproduktion? Man nennt das den sog. "Tank-Teller-Konflikt".
Wie viele Biomassekraftwerke gibt es in Deutschland?
Laut dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) erzeugen in Deutschland ca. 9.600 Biogasanlagen mit Biomasse aus Holz, Gülle und Pflanzen mehr als 5.600 Megawatt Leistung. Damit liefern sie durch die Verbrennung in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen Grünstrom für mehr als 9 Millionen Haushalte und decken rund 5,4 % des deutschen Stromverbrauchs. Zusätzlich erzeugen die Biogasanlagen genug Wärme für über 2,5 Millionen Haushalte, was rund 10 % der erneuerbaren Wärme in Deutschland entspricht. (Stand: August 2022).
Heizen mit Biomasse: Welche Biomasseheizungen gibt es?
Biomasse zum Heizen gibt es in fester Form als Holzscheite, Pellets, Hackschnitzel, Sägeholzreste, Holzrinde und Altholz. Doch auch Stroh, trockenes Getreide wie Gerste, Roggen und Weizen sowie Gräser und Schilf oder auch flüssige Biostoffe können in einer Biomasse-Heizung verwendet werden. Biomasse-Heizungen gibt es daher in verschiedenen Bauarten und Heizungssystemen, je nachdem, welcher Biomasse-Brennstoff genutzt wird: Es gibt Kamine und (wasserführende) Kaminöfen, Holzheizkessel wie Pellet- und Stückholzheizungen oder Hackschnitzelheizungen, Gasheizungen oder auch Blockheizkraftwerke.
Pro und Contra Biomasse − ein Ausblick
Laut Bundesnetzagentur ist die Nutzung von Biomasse und anderen Erneuerbaren Energien auch 2023 weiter steigend. Dennoch wird die Nutzung von Biomasse zur Energiegewinnung in der Öffentlichkeit und in Fachkreisen zunehmend kontrovers diskutiert: Energie aus Biomasse hat zwar im Großen und Ganzen eine bessere CO2-Bilanz als fossile Energie, doch der gezielte Anbau von Biomasse (Anbaubiomasse) kann auf längere Sicht auch einige negative Auswirkungen auf Menschen und Umwelt mit sich bringen.
Vergleicht man die unterschiedlichen Energiegewinnungsprozesse, ist die optimale Nutzung von Fläche in relativ kleinen bzw. dicht besiedelten Ländern wie Deutschland ein wichtiger Aspekt. Insbesondere fruchtbare Anbauflächen und Äcker werden zunehmend knapper − und das birgt beim Thema Anbaubiomasse durchaus Konfliktpotenzial. Im Vergleich zu anderen Erneuerbaren Energien wie beispielsweise Photovoltaik beansprucht Anbaubiomasse sehr viel Platz. Windenergie sowie Solarenergie können bei der Energieerzeugung mit Biomasse also eher überzeugen, wenn es um die effiziente Nutzung von Flächen jeder Art (bebaute Flächen oder unfruchtbarer Boden) geht. Andererseits hat Biomasse aus Abfall- und Reststoffen ökologisch auch gute Nebeneffekte: Die Vergärungsprozesse wandeln die Gülle in einen gut verträglichen Dünger um, die bei der Verbrennung entstehende Asche kann ebenfalls noch für andere Zwecke genutzt werden. Biomasse wird zudem bei der industriellen Prozesswärmeerzeugung oder zur Produktion von Biokraftstoffen genutzt, wenn es an Alternativen mangelt. Im Energiesystem der Zukunft ist aus Biomasse gewonnene Energie hervorragend für eine planbare Form der Stromerzeugung geeignet, denn Energieerzeugung aus Wind und Sonne unterliegt natürlichen Schwankungen. Ein mit Biogas betriebenes Kraftwerk hingegen kann flexibel, schnell und bedarfsgerecht Energie liefern. Ohne die Nutzung von Biomasse ist die Energiewende demnach wohl nicht so einfach durchführbar. Und es ist davon auszugehen, dass besonders im Bereich Wärme und Prozesswärme die aus Biomasse gewonnene Energie weiterhin eine wichtige Rolle bei der Netzeinspeisung von Nah- und Fernwärme spielen wird.