Biomasse

Welche Möglichkeiten bietet Biomasse als Energiequelle? Biomasse enthält erneuerbare Energie und ist deshalb für eine ökologische und klimaschonende Energieversorgung und Erzeugung von Strom von Interesse. Obwohl die Abläufe natürlich sind und schon sehr lange genutzt werden, sind Biomasse und Bioenergie erstaunlich komplexe Themen. Das betrifft nicht nur die moderne Technologie, sondern auch die Einschätzung ihrer Möglichkeiten und Grenzen.

Was ist Biomasse und wie kann man damit Energie erzeugen?

Biomasse wird von der Substanz aller Lebewesen gebildet. Auch nach dem Ableben eines Organismus bleibt die Biomasse bestehen, für die energetische Nutzung ist aber nur die Biomasse vor dem Beginn der Zersetzungsprozesse interessant. Pflanzen und manche Mikroorganismen können Biomasse unmittelbar bilden, andere Organismen wie fleischfressende Tiere nehmen die Biomasse mit ihren Beutetieren auf. Bei der Bildung der Biomasse werden CO2 und andere Stoffe aus der Atmosphäre und dem Erdreich entnommen und mit Sonnenenergie in Nähr- und Baustoffe umgewandelt. Die Energieerzeugung ist die Umkehrung dieses Prozesses, bei der durch Verbrennung oder Verrottung Wärmeenergie freigesetzt wird.

Wie wird Biomasse eingeteilt?

Wassergehalt

Wasser ist für alle höheren Lebewesen lebensnotwendig, sie bestehen zu einem wesentlichen Teil aus dieser essentiellen Flüssigkeit. Biomasse kann getrocknet oder noch mit dem natürlichen Wasseranteil vorliegen. Die Trocknung ist wesentlich, denn das Wasser ist für eine Verbrennung hinderlich.

Herkunft

Der größte Teil der Biomasse liegt in pflanzlicher Form vor. Tiere bilden nur einen kleinen Bruchteil der Gesamtmasse. Das ist auch nachvollziehbar, denn der größte Teil der Energie von gefressenen Pflanzen wird von Tieren für Bewegung und organische Funktionen wie Atmung verbraucht. Nur wenig pflanzliches Material wird in den tierischen Körper verwandelt. Zur tierischen Form von Biomasse zählt auch der Mist, aus dem Gülle erzeugt werden kann. Mikroorganismen werden biologisch, aber nicht für Zwecke der Energieerzeugung zur Biomasse gezählt. Fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas werden nicht zur Biomasse gezählt, obwohl sie aus dieser entstanden sind. Das gilt auch für Sedimentgesteine, die aus Schalen von Krustentieren entstanden sind. Alle diese Stoffe sind unter Ausschluss von Sauerstoff aus Biomasse entstanden. Nachdem dieser Prozess allerdings geologische Zeiträume in Anspruch nimmt, ist er für erneuerbare Energie nicht von Interesse. In diesem Zusammenhang geht es darum, das in fossilen Energieträgern gebundene CO2 heute nicht wieder freizusetzen.

Woraus besteht Biomasse?

Sie besteht aus den drei Stoffklassen der organischen Chemie, aus denen alle Lebewesen bestehen. Der größte Bestandteil sind Kohlenhydrate, also Zuckermoleküle verschiedenen Typs. Dazu kommen noch Fette und Proteine.

Gewinnung von Biomasse für Bioenergie

Gehört Biomasse zum Bereich Erneuerbare Energien?

Biomasse enthält erneuerbare Energie von der Sonne, die von Pflanzen mittels Photosynthese aufgenommen wurde. Beim Verbrennen oder Verrotten wird die gespeicherte Energie durch Oxidation in der Form von Wärme wieder frei, wobei CO2 abgegeben wird.

Einfache Beispiele sind das Verbrennen von Holz oder die Wärme, die in einem Komposthaufen entsteht. Der Kreislauf aus dem Verbrennen von Holz und seinem Nachwachsen durch Entnahme von CO2 aus der Luft verdeutlicht die Erneuerbarkeit dieses Energieträgers. Man kann hier also durchaus schon von Erneuerbare Energien sprechen.

Wie wird Biomasse gewonnen?

Die Grundlage sind immer die Wachstumsprozesse von Pflanzen. Je nach Art findet das Wachstum aber mit sehr verschiedener Geschwindigkeit statt. Der Vergleich einer Eibe mit schnell wachsenden Fichten drängt sich als Beispiel auf. Einjährige Gewächse werden als Ölpflanzen oder Stärkepflanzen zur landwirtschaftlichen Gewinnung von Biomasse eingesetzt. Unter mehrjährigen Pflanzen für diesen Zweck finden sich vor allem schnell wachsende Bäume. Nicht zu vergessen sind auch organische Abfälle aus Industrie, Forst- und Landwirtschaft. Für die Gewinnung von Bio-Energie sind sie sogar besonders interessant, da sie ohnehin anfallen und entweder verwertet oder entsorgt werden müssen.

Eine grüne Pflanze wächst auf Biomasse

Bedeutung von Biomasse als Energieträger

Vorteile von Bioenergie

Im Vordergrund steht natürlich ihre Erneuerbarkeit. Es gibt aber noch einige andere Vorteile, die nicht vernachlässigt werden sollten. Die Verbrennung von Biomasse ist CO2-neutral. Das Kohlendioxid wird bei der Verbrennung zwar in die Luft abgegeben, die Pflanzen nehmen es aber für ihr Wachstum wieder aus der Atmosphäre auf. Handelt es sich um Abfallstoffe, entlastet die Verwertung von Biomasse Kläranlagen oder die Müllverbrennung. Im Gegensatz zu erneuerbaren Energieträgern wie Sonnenenergie und Wind zur Erzeugung von Strom ist Biomasse einfach speicherbar. Bioenergie ist also in der Stromerzeugung grundlastfähig und als solche nicht nur eine sinnvolle, sondern in irgendeiner Form notwendige Ergänzung. In der Verwertung ähnelt Bioenergie sehr stark den fossilen Energieträgern. Mit Bioenergie lässt sich also die Abhängigkeit von den Anbietern fossiler Brennstoffe reduzieren.

Nachteile von Bioenergie

Werden Pflanzen wie Mais, Zuckerrüben und Raps eigens als Träger von biologischer Energie angebaut, entsteht ein Konkurrenzverhältnis zwischen der Herstellung von Nahrungsmitteln und Bio-Energie. Das Verhältnis von erzeugter Energie und der dafür notwendigen Fläche ist für Sonnen- und Windenergie wesentlich günstiger als für Biomasse. Die Ernte von Pflanzen erfordert beträchtlichen maschinellen Aufwand mit dem Einsatz von elektrischer Energie oder sogar fossilen Brennstoffen.

Kriterien für die Beurteilung des Einsatzes von Biomasse

Der Energieträger Biomasse und seine Herstellung bringen oft Folgeerscheinungen mit sich, die ökologisch schwere Schäden bedeuten können. Bereits erwähnt wurde die Frage, ob Anbauflächen dringender für Nahrungsmittel gebraucht werden. Muss Urwald und Holz gerohdet oder müssen Moore für Anbauflächen trockengelegt werden, hat das oft ernsthafte negative Folgen für die Artenvielfalt. Biomasse muss oft über weitere Strecken zur Verwertung transportiert werden, was die Energiebilanz verschlechtert und andere ökologische Probleme wie Feinstaubbelastung nach sich ziehen kann.

Traditionelle Nutzung von Bioenergie

Das Verbrennen von Holz gehört zu den ältesten Formen der Energienutzung der Menschheit. In Entwicklungsländern ist es bis heute oft die einzige verfügbare Energiequelle, etwa für das Zubereiten von Mahlzeiten oder die Erzeugung von Wärme. Auch die Verwendung von Gülle als Dünger ist ein Einsatz von Biomasse, in diesem Fall eben mit indirektem Nutzen.

Nutzung mit heutiger Technologie zur Erzeugung von Bioenergie

Die Formen der aus Biomasse gewonnenen Energieträgern ist sehr vielfältig und umfasst alle drei Aggregatzustände.

Gas

Aus Biomasse lässt sich unter Luftabschluss zusammen mit Bakterien ein Vergärungsprozess einleiten, der Biogas erzeugt. Es besteht zu 50 bis 70% aus Methan, der Rest wird von CO2, Wasser und einigen andere Stoffen gebildet. Das so entstandene Gas kann in einem Blockheizkraftwerk direkt verfeuert werden. Es lässt sich aber auch auf Erdgasqualität aufbereiten und in dieser Form ins Erdgasnetz einspeisen. Auch Gülle kann zur Biogaserzeugung vergärt werden. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die übriggebliebene Gülle einen bodenverträglicheren Dünger darstellt.

Flüssigkeit

Aus Biomasse kann Treibstoff wie Biodiesel gewonnen werden. Er lässt sich wie herkömmlicher Diesel verwenden, ein Nachteil ist aber seine höhere chemische Aggressivität. Es kann deshalb nötig sein, Schläuche in Ihrem Motor durch widerstandsfähigere Teile zu ersetzen. Klärschlamm besteht zu einem wesentlichen Teil aus Biomasse und kann als solche zur Erzeugung von biologischer Energie verwendet werden. Nachdem dieser Abfallstoff sowieso anfällt, ist eine nutzbringende Verwendung naheliegender als eine bloße Entsorgung.

Feststoffe

Insbesondere Holz, aber auch alle anderen festen Teile von Pflanzen fallen darunter. Statt das Holz traditionell in Scheite zu spalten, werden heute immer öfter Holzpellets erzeugt und zur Strom und Wärmeerzeugung verbrannt.

Potential zukünftiger Technologien

Algen werden schon seit längerem für die Gewinnung von Biomasse untersucht. Sie können auf Flächen mit Brackwasser oder im Meer wachsen, wo sie nicht in Konkurrenz zu einer Nahrungsmittelerzeugung stehen. Schätzungen und die Auswertung von Untersuchungen gehen davon aus, dass mit Algenplantagen im Meer der gesamte fossile Energiebedarf der Menschheit gedeckt werden könnte. Die technischen Probleme sind allerdings noch nicht befriedigend gelöst.

Fazit zum Thema Biomasse

Schätzungen über die ohne negative Nebenwirkungen verwertbare Biomasse schwanken sehr stark, da sie von jeweils verschiedenen Annahmen ausgehen. Klar ist, dass viel Biomasse immer noch entsorgt wird, statt sie gewinnbringend zu nutzen. Man sollte also überlegen, ob die Nutzung dieses Typs Biomasse nicht als Rohstoff wirtschaftlich und ökologisch für Wärmeerzeugung oder Gewinnung von Strom sinnvoll sein kann. 🌱

Bildquellen

  • Biomasse-Kraftwerk: iStock/imantsu
  • Biomasse-gruen: iStock/tiero