Potentiale zur energetischen Nutzung von Biomasse in der ... - EPFL

Anhang 13
Bundesamt für Energie BFE
Die prinzipiell möglichen Prozesse zur energetischen Nutzung von Biomasse können in folgende
Kategorien unterteilt werden 1 :
Thermo-chemische Umwandlung
Bei den thermo-chemischen Veredelungsverfahren erfolgt die Umwandlung der Biomasse primär
unter dem Einfluss von Wärme, durch die aus biogenen Feststoffen gasförmige, flüssige und/oder
feste Sekundärenergieträger hergestellt werden können. Dabei wird unterschieden zwischen der
Vergasung, der Verkohlung und der Pyrolyse.
Vergasung: Bei der Vergasung wird Biomasse bei hohen Temperaturen möglichst vollständig in
brennbare Gase umgewandelt. Dazu wird dem Prozess unterstöchiometrisch ein sauerstoffhaltiges
Vergasungsmittel (z. B. Luft) zugeführt. Dieser Sauerstoff wird benötigt, um den in der Biomasse
enthaltenen Kohlenstoff über diverse Zwischenstufen zu Kohlenstoffmonoxid (CO) zu vergasen. Dazu
wird durch eine teilweise Verbrennung des Einsatzmaterials die erforderliche Prozesswärme
bereitgestellt. Das produzierte Brenngas kann anschliessend in Motoren, Turbinen oder in
Brennstoffzellen zur Stromerzeugung eingesetzt werden. In letzter Zeit macht jedoch insbesondere
eine Gruppe von neuartigen Verfahren zur Herstellung von flüssigen Bio-Treibstoffen Schlagzeilen. Mit
Hilfe von Verfahren wie der Fischer-Tropsch-Synthese (oder Methanolssynthese) werden die
gasförmigen Zwischenprodukte in flüssige Bioenergieträger (oft auch Bio-Fuels, Designer Fuels oder
Synthetic Fuels genannt) umgewandelt. Die Beschreibung und Analyse des Fischer-Tropsch-Verfahrens
bildet einen Technologieschwerpunkt im Rahmen dieser Studie.
In der Schweiz laufen seit Jahren verschiedene Forschungs-, Pilot- und Demonstrationsprojekte im
Bereich der Holzvergasung. Eine grosstechnische Stromerzeugung aus Biomasse über die Vergasung
ist derzeit noch nicht kommerziell verfügbar. Die Chancen stehen jedoch gut, dass diese Technologie
den Durchbruch auf dem Markt schafft und entsprechende Anlagen in wenigen Jahren in kleinen
Stückzahlen realisiert werden. Für den Vergleich der Technologien wäre es im Rahmen dieser Studie
interessant gewesen, die Vergasung näher zu untersuchen, diese Option wird jedoch aus Prioritäts-
/Budgetgründen in dieser Studie nicht weiter verfolgt.
Verkohlung: Darunter wird eine Veredelung von fester Biomasse mit dem Ziel einer möglichst hohen
Ausbeute an Festbrennstoff (Holzkohle) verstanden. Das organische Material wird dabei thermisch
zersetzt, wobei die erforderliche Prozesswärme meist durch eine Teilverbrennung des Rohstoffs bereit
gestellt wird. Die bei der Verkohlung ablaufenden thermo-chemischen Prozesse unterscheiden sich
also nicht grundsätzlich von denen der Vergasung; sie laufen nur unter anderen Prozessbedingungen
ab und führen deshalb zu einem teilweise anderen Ergebnis.
Biomasse wird in Westeuropa derzeit fast ausschliesslich mit dem Ziel einer stofflichen Nutzung der
produzierten Holzkohle (z. B. Aktivkohle) oder zum Einsatz als Grillholzkohle verkohlt. Holzkohle als
Energieträger im Energiesystem wird dagegen in industrialisierten Ländern kaum grosstechnisch
genutzt. Dies erscheint auch aus energetischen und ökologischen Gründen wenig sinnvoll; deshalb
wird diese Option hier nicht näher betrachtet.
Pyrolyse: Bei der Pyrolyse wird (feste) Biomasse unmittelbar unter kurzfristiger Hitzeeinwirkung in
einen gasförmigen, flüssigen und festen Sekundärenergieträger umgewandelt, indem die langkettigen
organischen Moleküle unter Wärmeeinfluss aufgebrochen werden. Wird die flüssige Fraktion
abgetrennt und anschliessend aufbereitet, kann das dabei anfallende Bioöl u.U. in Motoren und/oder
Turbinen zur Strom- und allenfalls zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden. Ein Einsatz im
Verkehrssektor ist – wenn die noch offenen technischen Fragen gelöst werden – grundsätzlich auch
denkbar. Derartige Verfahren befinden sich bisher noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium.
1 Vergl. Kaltschmitt M 2003