16.02.2021 | Dr. Lucas Giller in:

Potenziale der energetischen Abfall- und Reststoffnutzung weiter ausbauen

Biomasse ist eine der weltweit wichtigsten erneuerbaren Energieträger für eine nachhaltige Energie- und Stromproduktion. Bei Biomasse handelt es sich um gespeicherte Sonnenenergie in der Form von Reststoffen, Energiepflanzen oder Holz. Aufgrund der Vielfalt der Rohstoffe, aus denen die Bioenergie gewonnen werden kann, ist Bioenergie in vielen energierelevanten Sektoren, darunter als Prozesswärme in der Industrie, als Treibstoff im Verkehr sowie als Heizwärme für Haushalte, nutzbar. Allerdings muss auch der Anbau von Biomasse nachhaltig durchgeführt werden, um durch diese Form der Energieerzeugung einen positiven Beitrag zum Klimaschutz leisten zu können.

Der große Vorteil von Biomasse ist, dass es sich bei dieser um einen speicherbaren Energieträger handelt. So kann nicht immer verfügbare erneuerbare Energie, wie Wind- oder Solarenergie, durch die Bioenergie flexibel ergänzt werden, um so mögliche Fluktuationen in der Energieversorgung ausgleichen zu können. Das Ziel der Bundesregierung bis zum Jahr 2050 ist die Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien im Strommarkt auf mindestens 80 Prozent. Eine hochwertige energetische Nutzung von Abfall- und Reststoffen und daraus gewonnenen Gasen, wie Biogas oder Biomethan, spielt somit eine wichtige Rolle, um dieses gesetzte Ziel zu erreichen.

Mit KWK und Gasmotoren Biomasse effektiv nutzen

Die Stromerzeugung aus Biogas kann in verschiedenen Produktionssektoren und Anwendungsbereichen genutzt werden, darunter in der Landwirtschaft, der Nahrungsmittelverarbeitung oder in der Industrie. Die Bioenergie gilt als Allround-Talent unter den erneuerbaren Energieträgern, da die Energie aus fester, flüssiger oder gasförmiger Biomasse gewonnen werden kann. In konventionellen Blockheizkraftwerken wird die Biomasse wie fossile Brennstoffe verbrannt. Durch dieses Verfahren können jedoch nur etwa 35 Prozent der Primärwärme, die im Brennstoff erhalten ist, in elektrischen Strom umgewandelt werden. Setzt man Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zur Stromerzeugung aus Biomasse ein, wird auch die anfallende Abwärme effektiv genutzt, wodurch der Wirkungsgrad der KWK-Anlage deutlich gesteigert wird. Im Verhältnis zur eingesetzten Primärenergie sind so Wirkungsgrade von mehr als 80 Prozent möglich. Neben der Sonnen-, Wind- und Wasserenergie trägt Biogas als regenerative Energiequelle zur Einsparung der begrenzten fossilen Brennstoffe bei.

Biogas entsteht durch anaerobe Vergärung organischer Materialien im Fermenter einer Biogasanlage. Bei der Verbrennung fällt nur so viel CO2 an, wie die Substrate zuvor aufgenommen haben. Bei der Stromproduktion aus Biogas werden somit Emissionen, die bei fossilen Energieträgern freigesetzt werden würden, verhindert. Für die effiziente Stromerzeugung aus gasförmiger Biomasse mittels Kraft-Wärme-Kopplung eignen sich Gasmotoren. In Blockheizkraftwerken oder Heizkraftwerken werden bei der thermischen Biomassevergasung feste biogene Brennstoffe durch Wärmeenergie und ein Vergasungsmittel thermisch gespalten und in ein Produktgas umgewandelt. Dieses Produktgas wird gereinigt und durch die Gasmotoren zur Erzeugung von Strom und Wärme aus Biomasse genutzt. Insbesondere im landwirtschaftlichen Sektor werden solche Biogasanlagen aufgrund ihrer Effizienz häufig zur Energiegewinnung eingesetzt. Der Vorteil durch die Bioenergieproduktion mittels Kraft-Wärme-Kopplung und Gasmotoren ist zum einen der hohe elektrische Wirkungsgrad, der durch die Stromerzeugung mit Gasmotoren erreicht wird, sowie die Möglichkeit, das erzeugte Produktgas nach einer Aufbereitung für weitere Prozesse und Anwendungsbereiche, wie der Einspeisung in das Erdgasnetz oder der Verwendung als Treibstoff, zu nutzen.

Verantwortungsvoller Anbau und Verwendung von Biomasse erforderlich

Die Bioenergienutzung in Deutschland muss stets im Zusammenhang mit der globalen Landnutzung betrachtet werden. Beim Anbau von Energiepflanzen dürfen weder Ökosysteme noch die Artenvielfalt zerstört werden. Die nutzbare Biomasse muss ökologisch verantwortungsvoll und sinnvoll eingesetzt werden. Auch die Verfügbarkeit freier Flächen für den Biomasseanbau zur energetischen Nutzung ist problematisch, da durch die wachsende Weltbevölkerung der Bedarf an Landflächen zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion sehr hoch ist und voraussichtlich weiter zunehmen wird. Die noch ungenutzten Landflächen bestehen größtenteils aus Wüsten und Urwäldern. Der Einsatz sowie die Verarbeitung von Rest- und Abfallstoffen zu Biogas bietet unter diesen Voraussetzungen viele Möglichkeiten und Chancen für eine verantwortungsvolle Bioenergieproduktion, da für diese Stoffe keine Landflächen bewirtschaftet werden müssen.

Studie: Vorhandenes Potenzial für Biogas und Biomethan aus Reststoffen nutzen

Eine IEA-Studie (International Energy Agency) aus dem Jahr 2020 hat ergeben, dass das Potenzial für Biomethan aus Rest- und Abfallstoffen weltweit bei rund 730 Mtoe (Megatonnen Öleinheiten) pro Jahr liegt, das Potenzial für Biogas bei 570 Mtoe. Deutschland liegt mit zwei Dritteln der europäischen Biogasanlagen-Kapazität in Europa an der Spitze, die europäische Nutzung von Rest- und Abfallstoffen zur Biogas- und Biomethanherstellung kann jedoch noch deutlich ausgebaut werden. Das Potenzial in Entwicklungsländern ist ebenfalls sehr hoch, es fehlen jedoch politische Anreize, diese zu nutzen.

Zu den ungenutzten Rohstoffen zählen der Studie zufolge Ernterückstände, feste Siedlungsabfälle, Tierdung, Abwasser sowie forstwirtschaftliche Rückstände. Berücksichtigt wurden nur Rohstoffe, die nicht mit Lebensmitteln um landwirtschaftliche Flächen konkurrieren. Im Jahr 2018 betrug die Biogas- und Biomethanproduktion rund 35 Mtoe und damit nur ein Bruchteil des geschätzten Gesamtpotenzials. Würde das nachhaltige Potenzial vollständig ausgeschöpft werden, könnten damit rund 20 Prozent des heutigen weltweiten Gasbedarfs gedeckt werden.

Kohlenstoffarme Gase sind für eine erfolgreiche Energiewende essenziell. Wie sich die Biogas- und Biomethanindustrie entwickelt, hängt von den jeweiligen Länderstrukturen ab. Um das gesamte Potenzial von Biogas und Biomethan für eine saubere Energieerzeugung ausschöpfen zu können, sind unterstützende Maßnahmen seitens der Politik in den Bereichen Energie, Verkehr, Landwirtschaft, Umwelt und Abfallwirtschaft erforderlich.

Quelle IEA Studie: IEA (2020), Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane-prospects-for-organic-growth
https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane-prospects-for-organic-growth

Foto: © Kletr, Adobe Stock

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