Häufige Fragen im Bereich Biomasse

Biomasse Wie funktioniert das? Was versteht man unter "Bioenergieträger"? Warum ist Biomasse für die Umwelt so günstig? Gibt es überhaupt genug Biomasse zur Energieerzeugung? Was sagt die Umwelt zur Bioenergie? Wie viel Energie steckt in Biomasse? Wie gewinnt man aus Biomasse Energie? Was gibt es für Möglichkeit, mit Holz zu heizen? Was ist beim Heizen mit Holz zu beachten? Vorteile und Nachteile der Nutzung von Biomasse Welche festen Bioenergieträger können genutzt werden?

Biomasse

Menschen versuchen seit langem, Sonnenwärme für kalte Winternächte zu speichern. Bäume beherrschen dieses Prinzip seit jeher. Ihr Holz gibt bei der Verbrennung gespeicherte Sonnenenergie ab.

Wie funktioniert das?

Grüne Pflanzen binden die Sonnenenergie durch chemische Umwandlungsprozesse aus Sonnenlicht, Wasser, den Mineralien des Bodens und CO2. Diese Umwandlung geschieht in der Hauptsache durch die Fotosynthese im Blattgrün (Chlorophyll). Pflanzen produzieren zunächst einen Zucker (Glucose, auch Traubenzucker genannt) und dann "höhere" Zucker (Polysaccharide), das sind größere Kohlenstoffverbindungen (wie Zellulose). Diese machen den Hauptbestandteil von Biomasse aus. Menschen und Tiere erzeugen durch die Nahrungsaufnahme ebenfalls Biomasse.

Was versteht man unter "Bioenergieträger"?

Bioenergieträger liegen in vielfältiger Form vor. Zu den Festbrennstoffen gehören u.a.: • Holz und Holzreste aus der Durchforstung, der Waldpflege und dem Einschlag, aus Sägewerken oder aus Recyclingholz, • Energieholz, d.h. speziell angebaute, schnellwachsende Baumarten wie Pappeln und Weiden ("Kurzumtriebshölzer"), • Landwirtschaftliche Reststoffe (Stroh) • Speziell angebaute Energiepflanzen auf Stilllegungsflächen. Bei den flüssigen Bioenergieträgern, die z.B. als Treibstoff dienen können, sind von Bedeutung: • Zucker- und Stärkepflanzen zur Umwandlung in Ethanol, • Ölhaltige Pflanzen wie Raps und Sonnenblumen zur Produktion von Pflanzenöl. Als gasförmiger Bioenergieträger ist zu nennen: • Biogas, das aus landwirtschaftlichen Reststoffen wie Gülle durch eine mikrobielle Umsetzung ("Vergärung") gebildet wird.

Warum ist Biomasse für die Umwelt so günstig?

Biomasse verbraucht etwa 0,1 Prozent der auf die Erde einstrahlenden Sonnenenergie. Hochgerechnet auf die ganze Welt ist dies eine gewaltige Energiemenge: rund 200 Milliarden Tonnen so genannter "Steinkohleeinheiten" pro Jahr! Der gesamte Weltenergieverbrauch durch die Menschheit beträgt nur einen Bruchteil davon: etwa 11,7 Milliarden Tonnen Steinkohleeinheiten pro Jahr. Die Umsetzung der Sonnenenergie in Biomasse ist für die Biosphäre eine der wichtigsten Energieumwandlungen, denn: Ohne die Produktion von Pflanzen gäbe es keine Nahrung – weder für die Tiere noch für den Menschen.

Gibt es überhaupt genug Biomasse zur Energieerzeugung?

Zur Abschätzung der verfügbaren Mengen an Bioenergieträgern gibt es zahlreiche Untersuchungen. Danach lassen sich zwischen 5% und 10% des derzeitigen Primärenergiebedarfs in Deutschland aus Biomasse decken und die entsprechende Menge an Öl, Erdgas oder Kohle einsparen. Genutzt werden von dieser verfügbaren Menge aber bislang lediglich 0,8%. Allein durch die Nutzung der derzeit anfallenden forst- und landwirtschaftlichen Reststoffe würde sich der Anteil der Biomasse am Primärenergiebedarf verdreifachen lassen. Reststoffe heißt, dass es sich um Material handelt, welches nicht oder nur teilweise sinnvoll genutzt werden kann, wie • Stroh aus dem Getreideanbau • Kommunaler Grünschnitt • Waldrestholz.

Was sagt die Umwelt zur Bioenergie?

Die Bioenergie nimmt - wie alle regenerativen Energieträger - für sich in Anspruch, eine besonders umweltfreundliche Art der Energieerzeugung zu sein. An erster Stelle wird dabei immer die CO2 - Neutralität dieser Energieträger genannt. Nun erfolgt die Energiebereitstellung bei der Biomasse aber üblicherweise über einen Verbrennungsprozess, bei dem zwangsläufig auch andere Komponenten freigesetzt werden. An erster Stelle sind hier Stickoxide zu nennen, da Stickstoff Hauptbestandteil der bei der Verbrennung benutzten Luft ist. Darüber hinaus entstehen aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen, die etwa zum charakteristischen Geruch eines Holzfeuers führen sowie Halogenverbindungen. Je nach Brennstoff werden diese Schadstoffe in unterschiedliche Menge freigesetzt. Dominant ist immer die Bildung von Wasserdampf, da biogene Brennstoffe durch einen hohen Wassergehalt gekennzeichnet sind. Dieser Wasserdampf führt zur Bildung der weithin sichtbaren Wasserdampffahnen, die einen vermeintlich hohen Schadstoffausstoß vortäuschen. Solange unbelastete Brennstoffe eingesetzt werden, sind die entstehenden Emissionen mit den verfügbaren Technologien sicher beherrschbar. Besonders hohe Anforderungen an die nachgeschaltete Abgasreinigung sind allerdings dann erforderlich, wenn belastete, d.h. mit Holzschutzmitteln behandelte Hölzer verbrannt werden. Daher haben diese Materialien insbesondere in Kleinfeuerungsanlagen nichts zu suchen, sondern sind speziellen Verbrennungsanlagen vorbehalten.

Wie viel Energie steckt in Biomasse?

Wie viel chemisch gebundene Sonnenenergie in der Biomasse steckt, ist von Fall zu Fall unterschiedlich. Land- und Wasserpflanzen, pflanzliche und tierische Rückstände sowie organische Abfälle lassen sich vielfältig energetisch nutzen. Man kann sie trocknen und zu Brennmaterial zusammenpressen – etwa Sägemehl zu Briketts und Pellets oder Stroh zu Ballen. Die folgende Tabelle zeigt, welcher Heizwert jeweils in den einzelnen Biomasse-Arten steckt; 1 kWh/kg bedeutet dabei eine Heizenergie von einer Kilowattstunde pro Kilogramm Brennstoff. Dies entspricht etwa dem Heizwert, der in knapp einem Schnapsglas voll Dieselkraftstoff steckt. Man kann aus der Tabelle ablesen, dass fossile Energieträger einen höheren Heizwert besitzen; zum Teil liegt er doppelt so hoch wie bei der Biomasse. Um die gleiche Energie freizusetzen, muss man also bei der Biomasse bis zur doppelten Menge aufwenden. Brennstoff Heizwert in Biomasse: Stroh 4 kWh/kg Schilfarten 4 kWh/kg Getreidepflanzen 4,2 kWh/kg Holz 4,4 kWh/kg Biogas 6,1 kWh/m 3 Brennstoff Heizwert in Fossilen Energieträgern: Braunkohle 5,6 kWh/kg Steinkohle 8,9 kWh/kg Heizöl 11,7 kWh/kg Erdgas 8,3 kWh/m 3

Wie gewinnt man aus Biomasse Energie?

Das älteste und bekannteste Verfahren ist die Verbrennung; dabei verbindet sich hauptsächlich der in der Biomasse gebundene Kohlenstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft. Diese chemische Reaktion setzt Wärme frei. Zwar ist die Verbrennung von Biomasse CO2-neutral, aber da Biomasse nicht nur aus reinem Kohlenstoff besteht, werden wie bei praktisch jeder Verbrennung auch hier noch andere Stoffe freigesetzt. Biomasse kann auch chemisch umgesetzt werden: beispielsweise in Holzgas, mit dem man Motoren antreiben kann. Bei den biologischen Prozessen, wie sie auch in der Natur vorkommen, sorgen Mikroorganismen für die Zersetzung der Biomasse. "Arbeiten" diese Bakterien mit Luftsauerstoff – etwa bei der Verrottung von Biomasse in einem Komposthaufen – spricht man von aeroben Verfahren. Dabei entsteht Wärme; ihre Nutzung ist aber unüblich. Für die technische Nutzung interessanter sind Vorgänge, bei denen Mikroorganismen ohne Luftsauerstoff auskommen (anaerobe Verfahren). Beispiele hierfür sind die Vergärung von Biomasse zu energetisch nutzbarem Alkohol (Brennspiritus), die Entstehung methanhaltiger Brenngase in den Faultürmen der Klärwerke oder die Biogasgewinnung aus tierischen Exkrementen (Gülle) und anderen biologischen Abfällen. Viele der Einzeltechniken zur Umwandlung von Biomasse sind heute schon am Markt verfügbar. Am häufigsten werden in Deutschland die Holzverbrennung und Biogasanlagen genutzt, da diese für den privaten Haushalt bzw. für die Landwirtschaft besonders interessant sind. Die Anpflanzung und Nutzung von Biomasse speziell und ausschließlich für energetische Zwecke (Verbrennung oder Herstellung von Biokraftstoffen) befindet sich hierzulande noch in der Anfangsphase, es gibt jedoch bundesweit schon Vorzeigeprojekte. Die Verbrennung organischer Reststoffe ist eine Art der Energieerzeugung, die heute schon wirtschaftlich betrieben werden kann. Dies ist um so eher möglich, wenn die Entsorgung von organischen Abfällen sowieso nötig ist und die Aufwendungen dafür der energetischen Nutzung gutgeschrieben werden können. Beispiele hierfür sind die Wärmeerzeugung aus Rinden- bzw. Holzresten und –spänen in einem Sägewerk oder die Verbrennung von Stroh, das bei der Getreideernte anfällt. Die Verbrennung von Holz und Holzabfällen ist die traditionelle energetische Nutzung von Biomasse und stellt wahrscheinlich den ältesten aktiven Einsatz Erneuerbarer Energien überhaupt dar. Bei der Entwicklung vom einfachen Lagerfeuer bis zur modernen Verbrennungsanlage wurde der Wirkungsgrad immer weiter gesteigert; das heißt, es gelang, aus der chemisch gebundenen Sonnenenergie des Brennstoffes immer mehr Nutzenergie zu erzeugen.

Was gibt es für Möglichkeit, mit Holz zu heizen?

Je nach Brennstoff und Verwendungszweck gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Öfen, in denen man Holz verbrennen kann. Typische Kleinfeuerungsanlagen für große Holzstücke (Scheite, etc.) sind so genannte Durchbrandkessel und Oberbrandkessel. Bei diesen Anlagen wird die Verbrennungsluft dem Brennholz von unten zugeführt. Bessere Eigenschaften haben Kessel mit unterem Abbrand. Dabei wird die Verbrennungsluft von oben zugeführt; aus der Glut entweichende Holzgase verbrennen in einer Nachbrennkammer vollständig. Diese Kessel werden auch "Vergaserkessel" genannt; sie lassen sich besser regeln als Durchbrandkessel, der Wirkungsgrad nimmt jedoch merklich ab, wenn man die Anlage drosselt. Bei größeren Öfen kann man das Brennholz nicht mehr wie bei den oben beschriebenen Öfen von Hand nachlegen, man muss zur automatischen Brennstoffzufuhr übergehen. Dazu muss das Holz vorher entsprechend aufbereitet werden: Kleinere Holzstücke (etwa Holzhackschnitzel) sind beispielsweise gut schütt- und dosierbar. Die Verbrennung hat einen hohen Wirkungsgrad und erzeugt nur wenig Schadstoffe. Immer mehr an Bedeutung gewinnt auch der Einsatz von Holzpellets – eine bestimmte Form gepresster Holzspäne, wie sie etwa als Hobel- und Sägespäne bei holzverarbeitenden Betrieben entstehen. Der Vorteil der Pellets gegenüber den Schnitzeln ist die konstant geringe Feuchtigkeit des Brennmaterials, da bei der Pellet-Herstellung bereits eine gewisse Trocknung erfolgt. Da Hackschnitzel- und Pelletkessel automatisch mittels Förderschnecken mit Brennmaterial beschickt werden, kann die Leistung der Anlage über die Brennstoffmenge anstatt über zugeführte Luft reguliert werden. Benötigt man weniger Wärme, gibt man einfach weniger Brennstoff in den Ofen - damit bleibt der Wirkungsgrad immer gleich hoch.

Was ist beim Heizen mit Holz zu beachten?

Für das Heizen mit Holz gibt es nützliche Tipps, die beim Umgang beachtet werden sollten: • Nur naturbelassenes Holz verbrennen! Das Holz darf nicht behandelt sein - also nicht lackiert, imprägniert, lasiert oder mit Kunststoff beschichtet. Die dafür verwendeten Substanzen erzeugen bei der Verbrennung gesundheits- und umweltschädliche Schadstoffe. • Möglichst trockenes Holz verwenden! Frisches Holz enthält 60 Prozent Wasser und hat deshalb nur einen relativ geringen Heizwert - rund zwei kWh/kg. Trockenes Holz dagegen enthält nur noch 20 Prozent Wasser, sein Heizwert ist doppelt so hoch. Es dauert relativ lange, bis Holz trocken genug ist. Entscheidend ist dafür die richtige Lagerung. Am besten schichtet man Brennholz an einem luftigen, sonnigen und trockenen Ort auf - mit einer Hand breit Abstand zwischen den Stapeln. • Manche Hölzer brauchen zum Trocknen länger als andere! Während Pappel und Fichte schon nach einem Jahr trocken sind, benötigen Linde, Erle und Birke eineinhalb, Buche, Esche und Obstbäume sogar zwei Jahre Lagerzeit. • Bezogen auf das Gewicht ist der Heizwert weitgehend unabhängig von der Holzsorte. Allerdings wird Holz meist nach dem Volumen in so genannten Festmetern gemessen. Da die Dichte von Holz recht unterschiedlich sein kann, ist hier Vorsicht geboten: Den höchsten Heizwert haben - in Festmetern gemessen - Buche und Eiche; Kiefer und vor allem Fichte haben einen weit geringeren Heizwert. • Rauch vermeiden! Umweltschädlicher Rauch entsteht bei unvollständiger Verbrennung durch ungenügende Luftzufuhr. Bei offenen Feuerstellen - wie beispielsweise Kaminen - ist eine vollständige Verbrennung oft nicht möglich und macht auch bei vielen schlecht regulierbaren Einzelöfen Probleme. Genügend Luft zuführen! Wenn die im Holz enthaltenen Gase nicht verbrennen können, entstehen zusätzliche Schadstoffe. • Die Feuerstelle sauber halten! Verschmutzungen behindern oft den ausreichenden Zustrom von Luft. Öfen und Heizkessel mit einer Wärmeleistung von weniger als 15 Kilowatt unterliegen nach den gesetzlichen Vorschriften keinen Emissionsgrenzwerten für Staub und Kohlenmonoxid. Sie müssen lediglich raucharm betrieben werden. Eine saubere Verbrennung erkennt man am klaren Abgas über dem Kamin und einer feinen, weißen Asche.

Vorteile und Nachteile der Nutzung von Biomasse

Vorteile: 1. Wird Biomasse energetisch genutzt, bleibt der Kohlendioxid-Kreislauf weitgehend geschlossen. Denn das in der Biomasse gebundene CO2 wird bei der energetischen Nutzung wieder freigesetzt. Der nahezu geschlossene CO2-Kreislauf belastet den Treibhauseffekt nicht zusätzlich. 2. Der immense "Energiehunger" hoch entwickelter Gesellschaften verbraucht in wenigen Jahrzehnten die in Jahrmillionen gebildeten fossilen Ressourcen. Wer Biomasse energetisch nutzt, schont diese knappen, wertvollen fossilen Vorräte. 3. Transport und Lagerung von Biomasse bergen bei Unfällen erheblich geringere Umweltrisiken als dies bei fossilen Energieträgern der Fall ist. Man denke an undichte Erdgasleitungen, havarierte Öltanker oder geplatzte Ölpipelines. 4. Die Energiebilanz der Biomasse ist positiv. Die für die Gewinnung des Energieträgers eingesetzte Energie ist geringer als diejenige, die bei dessen energetischer Verwertung frei wird. Bei Holzhackschnitzeln müssen weniger als 5 % der Nutzenergie für deren Gewinnung aufgewandt werden. 5. Nachwachsende Rohstoffe stammen in der Regel aus der Region, lange Transporte werden vermieden. 6. Als rohstoffarmes Land ist Deutschland in hohem Maße auf den Import fossiler Energieträger angewiesen. Geld fließt aus der Region ins Ausland. Wird Biomasse energetisch genutzt, bleibt die Wertschöpfung in der Region. 7. Die vermehrte Nutzung einheimischer Energieträger wie Holz vermindert diese Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und verschafft auf lange Sicht auch mehr Bewegungsfreiheit bei Energiekrisen und Preissteigerungen. 8. Die Land- und Forstwirtschaft wird von Menschen betrieben, die in der Region verwurzelt sind. Beinahe alle Mittel für den Brennstoff, dessen Gewinnung und den Betrieb des Biomasse-Heizwerkes bleiben in der Region und kommen ihr wieder zugute. Dezentral erzeugte Energie aus Biomasse schließt nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvolle Kreisläufe. 9. Die Verbesserung der bereits jetzt hoch entwickelten Verbrennungstechnik erfordert Innovationen. Diese gehen meist von kleinen bis mittleren Unternehmen aus. Innovationsbedarf besteht auch im Vorfeld, bei der Bereitstellung der Biomasse. Hier können sich Unternehmen in Deutschland, aber auch international, neue zukunftsträchtige Märkte erschließen. 10. Land- und Forstwirte stellen oftmals nicht nur den Energieträger Biomasse bereit. Sie treten auch als Betreiber von Biomasse-Heizwerken auf. Hier und durch den vermehrten Absatz für bislang ungenutzte Reststoffe der Holzindustrie entstehen neue Beschäftigungsfelder und Einkommensquellen. Dies hilft Arbeitsplätze erhalten und stärkt die ländliche Struktur. Nachteile: 1. Anders als Erdgas, Erdöl oder Kohle ist feste Biomasse ein "langflammiger" Bennstoff. Das erfordert ausreichend große Brennräume. Daraus resultieren relativ große und schwere Heizkessel, der Platzbedarf im Heizraum steigt 2. Die Montage eines Pufferspeichers ist erforderlich. Die Größe soll mindestens 50 Liter/kW Heizleistung sein, besser sind 100 Liter/kW. Das sind im Einfamilienhaus etwa 600...1500 Liter, der Platzbedarf und auch die Anforderungen an den Fußboden steigen 3. Ebenfalls Platz braucht man für die Lagerung des Brennstoffes. Während man Scheitholz noch im Freien lagern kann (vor Nässe schützen!), benötigt man für Pellets und Holzschnitzel eigene Lagerräume. Diese müssen, vor allem bei Pellets, je nach Bundesland spezielle Anforderungen erfüllen (Brandschutz!).

Welche festen Bioenergieträger können genutzt werden?

• Scheitholz... wird als etwa ein Meter langes oder zerkleinert als "ofenfertiges Stückholz" in 25 cm, 33 cm oder 50 cm Länge angeboten. Um eine gute Qualität zu erreichen, ist vor der Verwendung eine Lagerung von bis zu 2 Jahren erforderlich. Ziel ist ein Wassergehalt von nicht mehr als 20 %. Üblicherweise wird Brennholz in Raummeter (Ster) gehandelt (siehe Vergleich). 1 Raummeter entspricht einem Quader von je 1 Meter Kantenlänge (1x1x1mtr) aufgeschichtetem Holz. Da sich zwischen den aufgeschichteten Holzstücken verschieden große Lufträume befinden, entspricht das tatsächliche Volumen an massivem Holz nur ca. 0,7 - 0,8 m³. Brennholz sollte in jedem Fall nach seinem Volumen und nicht nach Gewicht gekauft werden. Frisch geschlagenes Holz enthält noch viel Wasser und ist dadurch zunächst schwerer. Nach der Lufttrocknung sind Gewichtsveränderungen bis zu 40 % keine Seltenheit. Das Volumen ändert sich jedoch auch nach der Lufttrocknung kaum (ca. 8-10%). • Holzhackschnitzel... sind maschinell zerkleinertes Holz für den automatischen Betrieb von modernen Holzfeuerungen. Feinhackgut mit Stückgrößen von ca. 3 cm eignet sich für den Betrieb von kleineren Anlagen. Qualität und Lagerfähigkeit werden vom Wassergehalt geprägt. Empfohlen wird ein Wassergehalt bis maximal 20 %. • Holz-Pellets... sind zylindrische Presslinge aus trockenem, naturbelassenem Restholz (Säge- und Hobelspäne) mit einem Durchmesser von 5...15 mm (meist 6-8 mm) und einer Länge von 10-30 mm, die ohne chemische Zusätze unter mechanischem Druck geformt werden. Holz-Pellets werden lose als Schüttgut oder in Säcken gehandelt. Zum Vergleich • 1 Festmeter Rundholz ergibt etwa 1,4 Raummeter Scheitholz oder 2,0 Schüttraummeter Stückholz oder 2,5 Schüttraummeter Hackgut (fein). • 1 Raummeter trockenes Buchenholz hat den Heizwert von 200 l Heizöl bzw. 200 m³ Erdgas (etwa 2000 kWh) • 1 Schüttraummeter trockenes Buchenstückholz hat den Heizwert von 140 l Heizöl bzw. 140 m³ Erdgas (etwa 1400 kWh) • 1 Schüttraummeter trockenes Fichtenhackgut (fein) hat den Heizwert von 80 l Heizöl bzw. 80 m³ Erdgas (etwa 800 kWh) • 1 Kubikmeter Holz-Pellets hat den Heizwert von 320 l Heizöl bzw. 320 m³ Erdgas (etwa 320 kWh) 1 Kilogramm Holz-Pellets hat den Heizwert von 0,5 l Heizöl bzw. 0,5 m³ Erdgas (etwa 5 kWh)