Wer durch Deutschland mit dem Zug fährt, wird sich der Energiewende mit jedem gefajrenen Kilometer immer bewusster. Windkraftanlagen sind unübersehbarer Bestandteil der deutschen Landschaft gworden. Vielerorts wurden die Ziele der Energiewende bis in das Jahr 2050 bereits erreicht und sind teilweise auch über das angestrebte bis dahin Ziel hinaus erfüllt. Im Gebiet verschiedener Netzbetreiber ist der Grünstromanteil, für den erneuerbare Energien zeichnen, bei über 90 %. Einzelne Regionen haben schon einen Endenergieverbrauch von 100 % grünem Strom. Auch die Energie aus Biomasse ist weiter verfolgt worden, stagnierte aber 2016 auf dem Niveau des Vorjahres.
Biomasse - Nachwachsende Rohstoffe lösen unser Energieproblem?
Mit ca. 2,7 Millionen Hektar stagnierte die Anbaufläche für nachwachsende Rohstoffe 2016 in Deutschland auf dem Niveau von 2015. Landwirte haben im Jahr 2016 auf genau 16 Prozent der Fläche die landwirtschaftlich genutzt wird Pflanzen für die Energieherstllung angebaut. Diese wird zum größten Teil für die Produktion von Strom- und Biokraftstoff genutzt. Gemeinsam mit Forstwirten liefern Landwirte in Deutschland die mengenmäßig wichtigsten Energieträger für erneuerbare Energien.
Der Sektor der nachwachsenden Rohstoffe ist damit ein sicheres recht stabiles Standbein der Landwirtschaft geworden, die sonst im Jahr 2016 ein eher wirtschaftlich schwieriges Jahr hatte.
Die Anbauzahlen werden von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) jährlich für das Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft erhoben. Im Zuge von Aktualisierungen werden die erreichten Zahlen angepasst, so ist es auch für die beiden Jahre 2015 und 2014 geschehen.
Die Energiepflanzen für die Herstellung von Biogas nehmen mit ca. 1,5 Mio. Hektar den größten Teil der Fläche in Anspruch, welche beim Anbau von nachwachsenden Rohstoffen genutzt wird. Auf ungefähr zwei Drittel der Fläche baute man Mais an. Auf dem Rest der Fläche wurden weitere Energiepflanzen für die Biomassenutzung gezogen wie: Getreide, Gräser, Rüben und andere Leguminosen. Die Anbaufläche der dauerhaften Kultur für durchwachsene Silphie als Substrat für Biogas hat sich inzwischen auf insgesamt von 400 auf 800 ha verdoppelt.
Wie viel Kraftstoff liefert die Masse aus biologische Herkunft?
Knapp fünf Prozent des Verbrauchs an Kraftstoff sichern in Deutschland Biokraftstoffe. Dafür nutzen deutsche Biokraftstoffhersteller in der Mehrheit heimische Pflanzen wie Getreide, Raps und Zuckerrüben, die auf ca. 960 000 ha kultiviert wurden. Bei der Produktion von Biokraftstoffen gibt es Koppelprodukte ala Abfall, die natürlich als Futtermittel dienen. Vor allem werden dadurch Soja-Importe reduziert.
Der Anbau von Pflanzen zur Herstellung von Industrierohstoffen liegt auch weiterhin auf dem stabilen, recht niedrigen Niveau bei ca. 300 000 ha. Dabei dominiert Rapsöl bei der Nutzung für technische Zwecke mit einer Fläche von 122 500 Hektar sowie für Industriestärke werden 108 000 ha bebaut und die Zuckerrüben zur Herstellung von Industriezucker wachsen nur auf 16 000 Hektar. Arznei- und Färbepflanzen werden auf etwa 12000 Hektar kultiviert. Positiv ist festzustellen, dass die Kultur von Faserpflanzen (wie Hanf) erneut etwas gestiegen ist.
Was genau ist nun Biomasse?
Für den Begriff gibt es unterschiedliche Begriffsbestimmungen und auch Definitionen. Biomasse ganz weit gefasst die Gesamtheit der Lebewesen auf unserer Erde, einschließlich der abgestorbenen Pflanzen und Tiere. In Bezug auf Erneuerbare Energien werden sämtliche organischen Stoffe pflanzlichen und tierischen Ursprungs, die als Energieträger dienen, Biomasse genannt.
Definition in der Erneuerbare-Energien-Richtlinie der EU lautet:
"Biomasse ist der biologisch abbaubare Teil von Erzeugnissen, Abfällen und Reststoffen der Landwirtschaft mit biologischem Ursprung (einschließlich tierischer und pflanzlicher Stoffe), der Forstwirtschaft und damit verbundener Wirtschaftszweige einschließlich der Fischerei und der Aquakultur." Auch der Teil welcher biologisch abgebaut werden kann wie die Abfälle aus der Industrie und aus Haushalten zählt demnach zur Biomasse.
Es ist also:
• Pflanzen und Pflanzenteile sowie die aus Pflanzen oder ihren Bestandteilen produzierten Energieträger,
• Abfälle und Nebenprodukte von pflanzlicher und tierischer Herkunft aus der Land- und Forstwirtschaft sowie aus der Fischereiwirtschaft und aus den ihr nachgelagerten Verarbeitungsbetrieben,
• Restholz aus holzbe- und -verarbeitenden Betrieben und aus der Holzwerkstoffindustrie,
• Landschaftspflegegut
• Treibsel aus der Gewässerpflege sowie aus der Uferpflege und Uferreinhaltung,
• Altholz, Gebrauchtholz und Bioabfälle.
Keine biologisch erneuerbare Masse sind fossile Brennstoffe wie Erdgas, Erdöl, Kohle und auch Torf, denn diese regenrieren sich nicht in klar definierbaren Zeiträumen und können damit nicht die verschiedenen Kriterien für Erneuerbarkeit erfüllen. (Richtilinie 2009/28 EG)
Der Biomassemassebegriff ist über die Biomasseverordnung klar definiert worden.
Biogas - Erneuerbare Energie
Biogas wird überall dort gebildet, wo sich organisches Material in einer feuchten Umgebung und unter Ausschluss von Sauerstoff zersetzt. Verschiedene Bakterien sind dafür verantwortlich, darunter leisten Methanbakterien die Hauptarbeit. In einer Biogasanlage wird der Prozess der Bildung von Biogas technisch realisiert. Die Biogaserträge und auch die Zusammensetzung des Biogases sind, je nach der Zusammensetzung der eingesetzten Ausgangsstoffe und der Verfahrensprozesstechnik sehr unterschiedlich. Der Energiegehalt von Biogas ist direkt von seinm Gehalt an Methan abhängig. Ein Kubikmeter (m³) Methan hat einen Energiegehalt von 9,97 kWh.
Mit dem Inkrafttreten des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ist in Deutschland die Zahl an Biogasanlagen deutlich angestiegen. Derzeit liefern über 8.000 Biogasanlagen eine elektrische Leistung von mehr als 4.000 MW ans Netz und produzieren somit soviel Strom wie es drei mittelgroße Atomkraftwerke tun.
Die Rohstoffe für Biogas
Biogas wird aus einer großen Zahl an organischen Ausgangsstoffen hergestellt. In landwirtschaftlichen Gasanlagen werden dafür überwiegend direkt dafür angebaute Energiepflanzen hergenommen. Auch tierische Exkremente wie Gülle und auch Mist werden als Substrate genutzt. Die Nutzung von Wirtschaftsdüngern wie es Gülle einer ist, ist für den Klimaschutz und für die Kaskadennutzung sehr bedeutsam. Die Verwendung zur Biogasherstellung hat eine zusätzlich den gesamten Prozess stabilisierende Wirkung. Nachwachsende Rohstoffe sind Gräser, Mais, Getreide u. v. m., wobei dem Mais zurzeit eine prominente Rolle zukommt. Als Kultur mit einem hohen Masse- und Gasertrag sowie mit sehr geringen spezifischen Kosten nimmt Mais den größten Anbauumfang ein. Negativ wirkt sich der intensive Maisanbau in verschiedenen Gebieten auf Die Fruchtbarkeit des Bodens und der Biodiversität.
Aufbau der Biogasanlage
Eine landwirtschaftliche Biogasanlage ist folgenermaßen aufgebaut:
a.) Vorgrube/Substrateinbringung,
b.) Fermenter mit Rührwerk,
c.) Gasspeicher,
d.) Gärrückstandslager
e.) Biogasverwertung (z. B. Blockheizkraftwerk oder Gasaufbereitung).
Die Vorgube - Hier werden Substrate zwischengelagert, wenn zerkleinert, verdünnt und vermischt. Sie werden von hier weiter in den beheizten Fermenter. Dieser ist das Kernstück einer Biogasanlage. Er muss lichtundurchlässig, gas- und wasserdicht sein. Über eine Rührtechnik wird die Homogenität des Substrates gewährleistet und die Gasbildung unterstützt. Das Biogas wird in den Gasspeicher geleitet, während das benutzte Substrat in das Restlager für Gärreste transportiert wird, das meist auch ein Nachgärbehälter ist.
Der Rückstand der Vergärung kann flüssig oder fest sein und wird Gärrest bzw. Biogasgülle genannt. Landwirten benutzen diese Rückstände auf Grund ihres hohen Nährstoffgehalts meist zum Düngen ihrer Felder als organischen Dünger. Der Vergärungsprozess des Substrats im Fermenter erfolgt in vier aufeinander folgenden Schritten, die voneinander abhängig sind und die unter anaeroben Bedingungen ablaufen. Daran sind jeweils unterschiedliche Mikroorganismen beteiligt. Das auf diese Weise entstandene Gasgemisch besteht vorwiegend zu 50-75 % aus Methan, Kohlendioxid sind 25-45 % und auch ein geringer Anteil an Wasserdampf, Sauerstoff , Stickstoff, Schwefelwasserstoff sowie anderen Spurengasen sind auch dabei.
Grundsätzlich finden alle vier Phasen der Biogasgewinnung zeitgleich. parallel zueinander statt. Aufgrund des unterschiedlichen Milieus, der verschiedenen Mikroorganismen muss ein Kompromiss in den optimalen Parametern gefunden werden.
Nutzung und Aufbereitung von Biogas
Biogas bietet viele Nutzungsoptionen. Es wird sowohl für die Erzeugung von Strom- und Wärme sowie als Kraftstoff und als Erdgas-Äquivalent genutzt. Das Biogas ist gut speicherbar und kann über das Erdgasnetz transportier werden. Dadurch steht es jederzeit und unabhängig von seinem Produktionsort zur Verfügung. Die Energieherstellung aus Biogas unterliegt keinen Schwankungen und kann bedarfsgerecht kontinuierlich erfolgen.
Durch feste Vergütungssätze über das EEG ist die Erzeugung von Strom und auch Wärme direkt an der Anlage die zurzeit vorrangige Art der Nutzung. Sie erfolgt über die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in Blockheizkraftwerken (BHKW). Hier werden Strom und Wärme simultan erzeugt.
Grundsätzlich kann Biogas als Energieträger in Brennstoffzellen dienen, sowie in Stirlingmotoren und auch Mikrogasturbinen eingesetzt werden. Vorteile der Technologien, sind größere Wirkungsgrade und geringe Betriebskosten, die aber noch durch höhere Produktionskosten überlagert werden.
In den letzten Jahren hat aber die Einspeisung von Biogas im Erdgasnetz etabliert. Ende 2014 haben 170 Biogasaufbereitungsanlagen circa 100000 Normkubikmeter Biomethan in der Stunde. Während der Aufbereitung wird Methan von den anderen Gasen abgetrennt, so ist das Biomethan, Bioerdgas genannt, ist als Erdgassubstitut einzusetzen. Durch die Infrastruktur im Erdgasnetz kann auch das Biomethan über beliebige Entfernungen transportiert werden an die Orte mit großer Nachfrage, in eine KWK-Anlage oder einfach nur zur Wärmeerzeugung hergenommen werden. Biomethan wird zunehmend immer mehr verwendet.
Wie sieht die Ökobilanz der biologischen Kraftstoffe aus?
Die Ökobilanz von Energie aus biologischer Masse ist immer noch von viel Kritik und großen Unsicherheiten geprägt. Die Meinungen der Forscher sind diesbezüglich weit auseinander. Sie sehen einen erheblichen Forschungsbedarf auf dem Gebiet.
Viele Szenarien zum Klimaschutz sehen Bioenergie "CO2-neutral". Bei seiner Verbrennung wird nur die Menge CO2 freigesetzt, wie beim Wachstum der Pflanzen und Tiere aus der Luft aufgenommen wurde. Diese Aspekte haben viele Studien bestätigt. Dabei wurde die Emissionsminderung jedes Mal bestätigt. Die genaue Höhe der Minderung fällt aber unterschiedlich aus.
Die Emissionen werden dann zeitnah wieder durch nachwachsende Rohstoffe gebunden. Weitere Emissionen entstehen allein im Produktionsprozess. Also bietet die biologische Masse den fossilen Energieträgern gegenüber einen großen Vorteil, denn es werden nur geringe Emissionen verursacht. Es werden keine umweltschädigenden Wirkungen festgestellt. Unfälle kommen bei Biokraftstoffen nicht vor. Man kann also mit gutem Gewissen bestätigen:
Es ist eine Erfolgsstorry in Deutschland geworden!
