ledjo renewable

Glossar Bioenergie

Bioenergie
Bioenergie ist die in Biomasse gespeicherte Energie. Diese besteht aus pflanzlichen oder tierischen Stoffen und Reststoffen. Die Energie steht nach einem Transformationsprozess in fester, flüssiger oder gasförmiger Form zur Verfügung. Biomasse in gebundener Form ist zu jeder Zeit verfügbar und leistet aus diesem Grund einen zentralen Beitrag zur Versorgungssicherheit. Die Bioenergie zählt zu den wichtigsten Energieträgern für nachhaltige Strom-, Wärme- und Treibstofferzeugung.

In der Vergangenheit hat der Einsatz von Bioenergie stark zugenommen. Im Jahr 2007 erzeugten in Deutschland rund 3.700 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 1.270 MW Strom und Wärme. Insgesamt 65.000 Beschäftigte gibt es im Bereich Bioenergie, 10.000 davon arbeiten in der Biogasbranche.

Biodiesel
Biodiesel ist ein Kraftstoff und erneuerbarer Energieträger, der aus Pflanzenölen oder tierischen Fetten gewonnen wird. Der meist verwendete Ausgangsstoff ist Raps. Daher spricht man auch oft von Rapsdiesel. Biodiesel entspricht in seiner Verwendung dem Dieselkraftstoff. Biodiesel kann dem herkömmlichen Dieselkraftstoff zugemischt werden.

Bioethanol
Bioethanol (auch Agraralkohol genannt) findet als Biokraftstoff Verwendung. Es kann Mineralölen beigemischt werden, als reines Ethanol oder zusammen mit anderen Alkoholen wie Methanol verwendet werden. Bioethanol wird aus nachwachsenden Kohlenstoffträgern oder biologisch abbaubaren Abfällen hergestellt. Die Nachhaltigkeit einer Erzeugung und Nutzung von Bioethanol wird kontrovers beurteilt. Ein großflächiger Anbau in Monokulturen erfordert den Einsatz von Düngemitteln, die klimaschädliche Gase frei setzen.

Biogas
Das in einer Biogasanlage produzierte Biogas ist eine Mischung aus Methan (55-70%) und Kohlenstoffdioxid. Chemisch gesehen entspricht Biogas dem Faulgas, das bei der anaeroben (sauerstofffreien) Vergärung entsteht. Es kommt durchaus vor, dass Deponiegas in Mülldeponien oder Klärgas in Kläranlagen ebenfalls unter diesen Begriff fallen. Energetisch verwendet wird das farb- und geruchlose Methan. Es kann in Gasbrennern und Motoren zur Erzeugung von Wärme, Strom und Kraftstoffen benutzt werden.

Biogasanlage
Eine Biogasanlage dient zur Gewinnung von Biogas aus Biomasse. Eine Biogasanlage umfasst einen Faulbehälter, eine Vorgrube und ein Gärrückstandslager. Je nach Anlagentyp, -größe und Einsatzstoffen können weitere Komponenten hinzukommen. Das entstehende Gas wird meist zur Strom- oder Wärmeerzeugung genutzt. Bei dem Prozess wird Substrat (Dünger) als Nebenprodukt produziert.

Als Ausgangsstoffe für die Erzeugung von Biogas können Pflanzen, pflanzliche Reststoffe und landwirtschaftliche Abfälle (z.B. Gülle) eingesetzt werden, die luftdichten Fermentern zugeführt werden. Durch Gärung wird das Biogas gebildet, das variierend nach den Ausgangsstoffen aus Methan, Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff sowie Ammoniak besteht. Biogasanlagen arbeiten heute geräusch- und emissionsfrei.

Biogasausbeute
Die Biogasausbeute beschreibt das Verhältnis von erzeugtem Gas zu eingesetzter organischer Trockensubstanz. Einheiten sind Kubikmeter/kg oder bei der Vergärung von tierischen Exkrementen auch Kubikmeter/GV (Großvieheinheit). Je länger das Gärsubstrat im Fermenter abgebaut werden kann, desto höher ist die Biogasausbeute. Dabei wird ein Optimum von wirtschaftlichem Ertrag und Lagerdauer angestrebt. Die Ausbeute kann sich je nach eingesetzten tierischen und pflanzlichen Substraten unterscheiden.

Biogasbildung
Die Bildung von Biogas aus organischen Stoffen erfolgt mit Hilfe von Mikroorganismen unter Ausschluss von Luftsauerstoff (anaerob). Der Entstehungsprozess wird in die vier Phasen Hydrolyse, Versäuerung, Acetogenese und Methanbildung unterteilt. Einzelne Bakterienstämme haben relativ enge optimale Temperaturzonen, die über eine konstante Prozesstemperatur stets aufrechterhalten werden sollte.

1. Phase: Hydrolyse
Mit Hilfe von Enzymen, die von Bakterien hergestellt werden, kommt es zur Spaltung von langkettigen Stoffen wie Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette.

2. Phase: Versäuerung
Die aus Schritt 1 entstandenen Zwischenprodukte werden von fermentativen Mikroorganismen gespaltet. Endprodukte sind dann überwiegend kurzkettige Fettsäuren (z.B. Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure). Die Bildung von Milchsäure, Alkoholen und Wasserstoff, sowie Kohlendioxid wird ebenfalls eingeleitet.

3. Phase: Acetogenese
Aus der Versäuerungsphase entstandene Produkte wie Milchsäure, Buttersäure, Alkohole und Propionsäure werden von Mikroorganismen zu Essigsäure, Wasserstoff und CO2 umgewandelt.

4. Phase: Methanbildung
Methanogene Bakterien benötigen eine sauerstofffreie Umgebung. Sie sind empfindlich gegenüber Licht und Temperatur. Als Ausgangsstoff entsteht durch die stufenweise Vergärung eine Mischung aus Methan, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Wasserdampf, das sogenannte Biogas.

Biokraftstoff
Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren oder Heizungen, die aus Biomasse hergestellt werden, bezeichnet man als Biokraftstoffe. Beispiele sind Biodiesel und Bioethanol.

Biokraftstoffe werden in Deutschland heute im Normalfall aus heimischer Biomasse erzeugt. In der Vergangenheit ist Biodiesel auch aus den USA und Argentinien importiert worden. Im Jahr 2007 wurde eine Biomassenachhaltigkeitsverordnung verabschiedet, die Importe nur dann zulässt, wenn die CO2 Emission min. 30% unter der üblichen Emission von Kraftstoffen liegt. Biokraftstoffe, deren Erzeugung mit einer Zerstörung der Regenwälder einher geht (Stichwort Palmöl), gelten in Deutschland nicht als nachhaltige Rohstoffe bzw. Erneuerbare Energien.

Biomasse
Als Biomasse bezeichnet man die Gesamtheit aller organisch erzeugten Substanzen, die durch Tiere oder Pflanzen anfallen. Die Energie der Sonnenstrahlung wird bei der Bildung der Biomasse durch die Pflanzen mit Hilfe von Photosynthese genutzt und in Form von organischem Material gespeichert.

Beim Einsatz von Biomasse zur Gewinnung von Strom, Wärme und Treibstoff wird zwischen nachwachsenden Rohstoffen, Energiepflanzen und organischem Abfall unterschieden. Etwa 60% der Biomasse wird durch Mikroorganismen gebildet.

Bei der Verbrennung von Biomasse handelt es sich um einen geschlossenen CO2- Kreislauf. Das bei der Verbrennung von Biomasse freigesetzte CO2 entspricht der Menge, die die Pflanzen während ihres Wachstums aufgenommen haben. Die freigesetzte Menge CO2 wird wiederum von der nachwachsenden Biomasse absorbiert.

Bioschmierstoffe
Im Bereich der Schmierstoffe stammen in Deutschland etwa vier Prozent aus nachhaltigen Rohstoffen. Dies entspricht etwa 47.000 Tonnen.

Zum einen tragen Bioschmierstoffe zum Umweltschutz bei, indem sie den Energieverbrauch durch Reduzierung von Reibungswiderständen drosseln, zum anderen indem sie auch schnell und biologisch abbaubar sind. Die Einsatzgebiete sind recht vielfältig. So können sie sowohl in Hydraulik- und Getriebeölen, als auch als Kühlschmierstoffe in der Metallbearbeitung, als Umformungsöle oder im Schienenverkehr verwendet werden.

Biomass-to-Liquids (BtL)
Unter dem Sammelbegriff „Biomass to Liquid“ (deutsch: "Biomasse zu Flüssigkeit") werden Erzeugnisse zusammengefasst, die als flüssiger, synthetischer Kraftstoff aus Biomasse gewonnen werden. BtL-Kraftstoff wird im Allgemeinen aus fester Biomasse (z. B. Holz, Stroh), also aus Cellulose und nicht aus Ölfrüchten hergestellt. In einem ersten Schritt wird durch Vergasung ein Synthesegas erzeugt. Anschließend wird daraus der Treibstoff synthetisiert. Bei dieser thermischen Umwandlung können aber je nach Ausgangsenergieträger größere Teile der in der Biomasse gespeicherten Energie verloren gehen.

Energiepflanze
Eine Energiepflanze wird speziell für den Zweck der energetischen Verwertung gezüchtet und angebaut. Beispiele sind Mais, Raps, Futterrüben, Schilf oder Weiden. Die Energie kann thermisch durch Verbrennung oder chemisch gewonnen werden. Aus Energiepflanzen werden feste, flüssige oder gasförmige Energieträger gewonnen. Hierzu gehören Pellets für eine thermische Verwertung, Pflanzen-Substrate, Kraftstoffe wie zum Beispiel Bioethanol oder Biodiesel, Pflanzenöle sowie Biogas und Wasserstoff.

Der Einsatz von Energiepflanzen soll Energieträger günstig und ökologisch zur Verfügung stellen. Unter dem Gesichtspunkt des Klimaschutzes liegt der Fokus auf der Minderung von CO2-Emissionen.

Faulbehälter
Im Faulbehälter laufen die eigentlichen Prozesse zur Umwandlung von Biomasse zu Bioenergieträgern ab. Er ist das Kernstück einer Biogasanlage. Faulbehälter müssen gas-, wasser- und lichtundurchlässig sein. Bei Faulbehältern sind viele Ausführungen möglich, was Material (Stahl, Beton), Form und Ausrichtung angehen. Eine Rühreinrichtung sorgt für ein besseres Entweichen des Gases und eine gleichmäßige Vergärung des Materials. Die Prozesstemperatur von meist 32-42 Grad (seltener auch 50-57 Grad) wird durch eine Heizung gewährleistet.

Gastrocknung
Bei der Trocknung von Biogas unterscheidet man im Wesentlichen zwei Verfahren. Beim adsorptiven Gastrocknungsverfahren kommen Stoffe zum Einsatz, an denen sich Wasserdampf anlagert, wenn sie vom Biogas umströmt werden. Das Granulat muss nach der Adsorption wieder aufbereitet werden.

Beim Kondensationsverfahren wird das Biogas abgekühlt, damit das enthaltene Wasser auskondensieren kann. Das gesammelte Wasser wird abgeleitet. Dieses Verfahren ist jedoch nur bedingt zur Aufbereitung des Gases für die Netzeinspeisung geeignet, da es die vorgegebenen Anforderungen an Bioerdgas nicht erfüllt.

Holzgas
Durch die Holzverbrennung ist es möglich, das brennbare Holzgas zu gewinnen. Holzgas findet Verwendung als Antrieb von Fahrzeugen, Leuchtgas und als Energieträger für die Verstromung. Holzgas entstet unter Luftabschluss und anschließender Kühlung. Die Hauptbestandteile sind Kohlenstoffdioxid (ca. 50%), Kohlenstoffmonoxid (ca. 35%), Methan (ca. 10%) sowie Ethan und Wasserstoff. Je nach Feuchte des Holzes variiert der Gehalt an Wasserdampf. Unter Sauerstoffausschluss wird das Holz auf etwa 700 bis 800 Grad erhitzt, wodurch Holzgas entsteht. In eine Stunde entstehen bei 100 kg Holz etwa 34 bis 40 Kubikmeter feuchtes Holzgas. Dabei werden ca. 25 bis 30 kg Holzkohle als Rückstand hinterlassen.

Kofermentation
Die gleichzeitige Vergärung zweier Stoffe, z.B. von Gülle und einem anderem organischen Material, wird als Kofermentation bezeichnet. Durch die gleichzeitige Vergärung kann das Gärvolumen des Fermenters besser ausgenutzt werden. Damit wird letztendlich die Biogasausbeute gesteigert.

Kompostierung
Bei der Kompostierung handelt es sich um ein aerobes bio-chemisches Verfahren zur Gewinnung von Bioenergie. Im Gegensatz zur anaeroben Biogasgewinnung ist bei der Kompostierung also Sauerstoff beteiligt. Die Biomasse wird von Bakterien oxidiert, wobei Wärme freigesetzt wird. Diese Wärme kann mit Wärmepumpen gewonnen werden und als Niedertemperaturwärme verfügbar gemacht werden. Aufgrund der bisher auf breiter Ebene fehlenden technischen Unterstützung und der mangelnden Nachfrage an Niedertemperaturwärme, ist dieses Verfahren bisher wenig verbreitet.

Monokulturen
Bei Monokulturen handelt es sich um den großflächigen Anbau einer bestimmten Art von Nutzpflanze. Monokulturen werden kontrovers beurteilt, wenn es um den Anbau ausgewiesener Flächen für Energiepflanzen zur Gewinnung von Bioenergie geht. Monokulturen haben neben wirtschaftlichen Vorteilen auch negative Auswirkungen auf die Umwelt. Neben der Ausnutzung des Bodens sind einheitliche Anbauflächen auch anfälliger für Schädlinge. Weiterhin stellen großflächige Monokulturen eine Bedrohung für viele Tierarten, insbesondere bodenbrütende Vögel dar. Durch eine starke Nutzung von Stickstoffdüngern kommt es zu einer Überdüngung der Gewässer und einer Versauerung des Bodens.

Netzeinspeisung von Biogas
In einer Biogasanlage erzeugtes Gas kann über einen Kompressor in eine angeschlossene Druckgasleitung eingespeist werden. Dadurch, dass der Gaserzeuger das Gas in die Netze der zahlreichen herkömmlichen Versorger einspeisen kann, ergibt sich hier ein attraktives Geschäftsfeld. Voraussetzung für eine Einspeisung ist, dass das erzeuget Gas der vom Netzbetreiber geforderten Qualität angepasst wird. Dazu muss es unter Umständen speziell aufbereitet werden. Biomethan, das der Qualität des Erdgas nicht entspricht, kann zu einem bestimmten Teil dem normalen Erdgas beigemischt werden.

Pflanzenöle
Durch Pressen von ölhaltigen Samen wird Pflanzenöl gewonnen. Das Öl kann nach einer Reinigung als Kraftstoff für entsprechend modifizierte Motoren dienen oder in Blockheizkraftwerken eingesetzt werden. Einige wichtige Öle sind Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl, Maiskeimöl, Palmöl, Kokosnussöl, Erdnussöl und Sojabohnenöl.

Palmöl aus Indonesien hat auf dem deutschen Biokraftstoffmarkt keine Bedeutung, da es bei niedriger Temperatur in einen festen Zustand tritt und somit als Kraftstoff in Mittel- und Nordeuropa nicht genutzt werden kann. Aufgrund der Plantagenwirtschaft und den damit verbundenen Schäden am Regenwäldern, wird Palmöl auch nicht zu den regenerativen Energieträgern gezählt.

Jede einzelne Pflanze besitzt ein für sie spezifisches Fettsäuremuster, deshalb kann man unter Ölen verschiedene Qualitäten unterscheiden.

Umwandlung von Biomasse
Die Umwandlung von Biomasse in energetisch verwertbare Materialien kann je nach Einsatz- und Ausgangsstoffen mit verschiedenen Verfahren erfolgen. Unterschieden werden thermo-chemische, physikalisch-chemische und bio-chemische Verfahren. Bei der thermo-chemischen Umwandlung werden die organischen Stoffe vorwiegend durch Wärme in feste, flüssige und/oder gasförmige Energieträger umgewandelt. Man trennt hier zwischen Verkohlung, Verflüssigung und Vergasung. Bei der physikalisch-chemischen Umwandlung geht es vor allem um die Gewinnung von Ölen und Fetten, die ebenfalls energetisch nutzbar sind. Dies geschieht durch Pressen, Extraktion mit Lösemitteln oder Umesterung. Bei den bio-chemischen Verfahren geht es um die Umwandlung in Sekundärenergieträger bzw. End- oder Nutzenergie durch Mikroorganismen. Dies kann anaerob (unter Sauerstoffabschluss) oder aerob (mit Sauerstoff) erfolgen. Ein weiteres bio-chemisches Verfahren ist die Gärung von Alkohol.

Verpuffung
Fehler bei der Bedienung von Biogasanlagen oder Mängel an der Konstruktion können gefährliche Auswirkungen haben. Dies können im schlimmsten Fall Verpuffungen und Explosionen sein, bei denen durch austretende Gase und Flüssigkeiten unter Umständen Schäden an der Umwelt eintreten oder Personen verletzt werden können.

Impressum Imprint Impressum
Nutzungsbedingungen Nutzungsbedingungen