Bioenergie

Bioenergieatlas.NRW

Bioenergieatlas.NRW:
Die Bioenergiebranche auf einen Blick

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Neu: Marktführer Holzpellets NRW 2017

Die Communities stehen allen interessierten Akteuren kostenfrei zur Verfügung – einfach anmelden und teilnehmen.
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Neu: Online-Communities zum Klimaschutz

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Information

Bioenergie-ABC

Abfall
In der Abfallwirtschaft stellen Siedlungsabfälle den Großteil der energetisch nutzbaren Biomasse dar. Sie umfassen Hausmüll, hausmüllähnlichen Gewerbeabfall (z.B. Straßenkehricht oder Marktabfälle) und Sperrmüll. Der organische Anteil wird teilweise getrennt erfasst und größtenteils kompostiert – und momentan nur selten vergoren. Biogasanlagen kommen hingegen häufiger bei Speiseresten und Altspeisefetten aus Industrie und Gewerbe zum Einsatz. Pro Tonne Input kann man bei der Vergärung in etwa die folgende Energieausbeute erwarten:

Speiseabfälle:   100 bis 180 m³ Biogas
Bioabfälle:     90 bis 140 m³ Biogas
Grünabfälle:     40 bis   90 m³ Biogas

Abwasser
Organisch belastete  Abwässer aus Haushalten, Gewerbe und Industrie können energetisch genutzt werden. Denn Klärschlamm, der bei der Vorklärung als auch bei der aeroben biologischen Reinigungsstufe in der Kläranlage entzogen werden kann, verfügt über chemisch gespeicherte Energie. Wird er anschließend eingedickt und ausgefault, entsteht Klärgas, das beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk zu thermischer und elektrischer Energie umgewandelt werden kann. Die so erzeugte Energie kann für den Betrieb der Anlage verwendet werden. Alternativ kann Klärgas auch auf Erdgasqualität aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist werden.

Biogas
Biogas entsteht durch biochemische Umwandlung von Biomasse. Dabei zersetzen Bakterien die eingesetzten Substrate und bilden dabei Methan und andere Gase. In landwirtschaftlichen Betrieben, in denen viel Gülle anfällt, ist die Nassfermentation das bevorzugte Verfahren zur Biogasgewinnung. Das Grundsubstrat bilden hierbei die tierischen Exkremente, denen in der Regel Energiepflanzen, Rückstände aus der Landwirtschaft und Abfallstoffe beigemischt werden. Bei der Trockenfermentation wird stapelbare, nicht pumpfähige Biomasse eingesetzt. Sie bietet sich in Betrieben an, bei denen hauptsächlich Festmist oder Ernterückstände anfallen. Durch den Zusatz von nachwachsenden Rohstoffen und Bioabfall kann der Ertrag gesteigert werden. Die Nutzung von Biogas in Blockheizkraftwerken (BHKW) ist weit verbreitet. Nach Reinigung von unerwünschten Inhaltsstoffen wie Schwefelwasserstoff wird das Biogas in Gas-Otto- und Diesel-Motoren verbrannt. Der erzeugte Strom lässt sich in das Stromnetz einspeisen. Die Abwärme des Motors dient der Beheizung des Gärbehälters sowie benachbarter Gebäude und Ställe.

Biokraftstoff - flüssig
Biokraftstoffe der ersten Generation, also Pflanzenöl, Biodiesel (PME) und Bioethanol, gehören zum festen Repertoire der Bioenergiebranche. Insbesondere Biodiesel ist fest auf dem deutschen Markt etabliert, nicht zuletzt durch die 5-prozentige Beimischung von Biodiesel zu fossilem Diesel. Bei Benzin sind 5 Prozent Bioethanol per Norm erlaubt. Bei den E10-Kraftstoffen erfolgt sogar eine zehnprozentige Beimischung von Bioethanol zum üblichen Benzin. Der Fahrzeughalter muss ggf. prüfen, ob sein Automotor für die Verwendung des jeweiligen Biokraftstoffs ausgelegt ist. Auch für den Betrieb mit reinem Pflanzenöl müssen die Motoren umgerüstet werden.

Biokraftstoff - synthetisch
Einzelne Automobilbauer setzen in Zukunft auf synthetische Kraftstoffe, so genannte BTL-Kraftstoffe (Biomass To Liquid). Die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen befindet sich derzeit aber noch in der Entwicklungsphase.

Biokraftstoff - gasförmig
Biogas aus vergorener Biomasse oder auch Klärgas aus Klärschlamm kann nach Reinigung und Aufbereitung in das Erdgasnetz eingespeist oder an Zapfsäulen durch Erdgasfahrzeuge getankt werden. In Erdgasfahrzeugen, die von zahlreichen Automobilherstellern serienmäßig angeboten werden, kann ohne weitere technische Anpassung Biogas eingesetzt werden. Betankt werden die Fahrzeuge an Biomethan- oder an Erdgastankstellen. In Zukunft könnte es möglich sein, Methangas also sogenanntes Synthetic Natural Gas (SNG) durch thermochemische Umwandlung von Biomasse herzustellen.

Biomasseheizkraftwerk
Biomasseheizkraftwerke arbeiten mit festen Bioenergieträgern, beispielsweise Holzhackschnitzeln aus der Landschafts- oder Waldpflege, geschreddertem Gebraucht- und Altholz, Halmgut, Bioabfall und getrocknetem Klärschlamm. Sie liefern Strom und Wärme und liegen in ihrem Leistungsbereich über den Anlagen zur reinen Wärmeerzeugung. Der Brennstoff bestimmt mit seinen Eigenschaften die Konstruktionsmerkmale des Kessels, der Feuerung und der Abgasreinigung. So müssen beispielsweise bei der Verbrennung von Altholz besondere Anforderungen an die Abgasreinigung erfüllt sein. In der Erprobung befindet sich auch der Einsatz von Stirling Motoren und von Biomassevergasungstechniken mit anschließender Umsetzung in Gasturbinen und Brennstoffzellen.

Getreide
Getreide ist primär ein Lebensmittel, weshalb nur das nicht für die Nahrung vorgesehene Mindergetreide, Bruchkörner sowie Stroh energetisch verwertbar sind. Halmgut- und Getreidefeuerungen werden in Leistungsbereichen von 30 kW bis in die Megawatt-Klasse gebaut. Sie sind grundsätzlich in der Lage, sowohl einzelne Gebäude also auch Nah- und Fernwärmenetze mit Wärme zu versorgen. Allerdings stellt Getreide durch den höheren Aschegehalt sowie hohe Anteile an Stickstoff, Kalium und Chlor besondere Anforderungen an die Anlagentechnik. Die Folgen: erhöhte Schadstoffemissionen, Korrosion von Feuerraum- oder Wärmetauscherflächen und Verschlackung. Somit können nur weiterentwickelte Pellet- oder Hackschnitzelfeuerungen, für Stroh auch Ganzballenvergaserkessel und ab 3 MW sogenannte Zigarrenbrenner verwendet werden.

Holz
Der Wald nimmt nach Angaben des Landesbetriebs Wald und Holz mit 915.800 Hektar etwa 27 Prozent der Fläche in NRW ein. Dabei nimmt die Bedeutung von Holz in der stofflichen und chemischen Nutzung sowie als Energieträger konstant zu. Bei der energetischen Nutzung dominiert als Energieträger das Industrierestholz, das in der holzbe- und -verarbeitenden Industrie anfällt. Dieses wird zu Holzpellets und Hackschnitzeln weiterverarbeitet und zur Wärme- und ggf. Stromerzeugung verwendet. Auch Altholz – also Gebrauchtholz, das bereits im Einsatz war und mit Fremdstoffen belastet sein kann – wird heutzutage zu zwei Dritteln energetisch verwertet, wobei eine gründliche Getrennterfassung und kostengünstige Aufbereitungsverfahren, um den Schadstoffanteil zu senken, entscheidend sind.

Holzpellets
Holzpellets werden aus naturbelassenem Restholz wie Sägemehl  und Hobelspänen hergestellt. Unter hohem Druck  entstehen ohne Zusatz  von chemischen Bindemitteln kleine Energiebündel, die es in sich haben. Ein Kilogramm Holzpellets hat den gleichen Heizwert  wie ein halber Liter Heizöl. Holzpellets verbrennen per Definition CO2-neutral und weisen durch ihre Normung und perfekt abgestimmte Verbrennungstechnik eine höhere Effizienz als andere Holzverbrennungen, etwa Hackschnitzel oder Scheitholz, auf. Sie werden als Brennstoff für Einzelöfen in Wohnräumen oder für Zentralheizungskessel eingesetzt. Der Brennraum bleibt  aufgrund der  vollautomatischen Brennstoffförderung ständig  geschlossen. Hierdurch ist ein Dauerbetrieb mit effektivem Abbrand möglich, der Wirkungsgrade von bis zu 95 Prozent ermöglicht und geringe Emissionen zur Folge hat.

Holzhackschnitzel
Holzhackschnitzel kommen meist in größeren Anlagen und Heizwerken bis 1 Megawatt Feuerungswärmeleistung zum Einsatz, so z.B. in Landwirtschaftsbetrieben, Kommunen und Gewerbe. Während im privaten Bereich meist Waldholzhackschnitzel verfeuert werden, wird in den größeren Biomasseanlagen überwiegend Altholz und Industrierestholz verwendet. In Ermangelung entsprechender DIN-Normen werden sie hierzulande meist unter Zuhilfenahme der österreichischen Norm M7133 gehandelt. Das Leistungsspektrum der Hackschnitzelfeuerungen reicht von 15 kW bis in den zweistelligen Megawattbereich.

Kraft-Wärme-Kopplung
Kraft-Wärme-Kopplung ist das effizienteste Prinzip zur energetischen Nutzung von (fossilen oder erneuerbaren) Brennstoffen. Wird die bei der Stromerzeugung angefallene Abwärme zusätzlich genutzt, spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder bei Verwendung einer Absorptionskältemaschine von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK). Sind genügend Wärme- und Kälteabnehmer vorhanden, lassen sich mit diesen Techniken sehr hohe Systemwirkungsgrade von circa 80 bis 90 Prozent erreichen. Die reine Stromerzeugung erreicht lediglich Wirkungsgrade von knapp 30 Prozent.

Pflanzenöl
Ein pflanzenölbetriebenes Blockheizkraftwerk (BHKW) besteht im Wesentlichen aus einem pflanzenöltauglichen Motor. Der Motor muss entsprechend für die Verbrennung von Pflanzenöl umgerüstet sein. Daran angeschlossen sind ein Generator und ein Wärmeüberträger zur Kühlung des Motors. Mit Pflanzenöl betriebene BHKW sind dort interessant, wo ein konstanter Wärmebedarf auf niedrigem Temperaturniveau besteht. Klassische Beispiele sind Gärtnereien mit Gewächshäusern oder aber auch Wohnsiedlungen mit einem Nahwärmenetz. Die Eigenschaften, die Pflanzenöl als Brennstoff aufweisen sollte, werden in der Vornorm DIN V 51605 geregelt. Aus wirtschaftlichen Gründen wird in der Regel Rapsöl eingesetzt.

Scheitholz
Scheitholz kommt sowohl in Einzelraumfeuerungen, z.B. in Kamin- oder Kachelöfen, als auch in Zentralheizungen zum Einsatz. Die Wärmeleistungen von Einzelraumfeuerungen liegen meist zwischen  4 und 15 kW. Interessant ist der Brennstoff v.a. für Waldbesitzer, die das Holz aus ihrem eigenen Bestand verwenden können.

Scheitholzvergaser
Der so genannte Scheitholzvergaserkessel kann bei Einsatz von trockenem Holz Brauch- und Heizungswasser bereitstellen. Die Leistung solcher Kessel reicht von 14 kW bis zu 100 kW und reicht somit für kleinere und sogar größere Wohngebäude aus. Besonders emissionsarme Scheitholzvergaserkessel werden staatlich durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. Für die holzverarbeitende Industrie stehen auch Anlagen in größerer Leistungsklasse zur Verfügung.

Substrat
Als Einsatzstoffe in Biogasanlagen, die so genannten Substrate, kommen nachwachsende Rohstoffe (NaWaRo) in Frage. Auch feuchte Erntereste, die bei der Erzeugung von Feldgemüse oder von Hackfrüchten anfallen, sowie Exkremente aus der Nutztierhaltung, z.B. Gülle und Festmist, gehören zu den typischen Substraten einer landwirtschaftlichen Biogasanlage. Nebenprodukte, z.B. Stroh aus Getreide, Ölsaaten, Körnerleguminosen, Körnermais und Grünschnitt können ebenfalls eingesetzt werden.

Larissa Mathiszik
Leiterin Aktion Holzpellets
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642290
mathiszik@energieagentur.nrw

Heike Frinken
Leiterin Netzwerk Biomasse
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642297
frinken@energieagentur.nrw

Isabel Kuna
Aktion Holzpellets
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642298
kuna@energieagentur.nrw

Monika Löber
Netzwerk Biomasse
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642241
loeber@energieagentur.nrw

Dr. Petr Tluka
Netzwerk Biomasse
Telefon: 0211 86642217
tluka@energieagentur.nrw

Sie erreichen die EnergieAgentur.NRW außerdem werktags von 8 bis 18 Uhr über die Hotline unter 0211 - 8371930.