Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltige Landnutzung

158 7 Anbau und energetische Nutzung von Biomasse
7.1.6
Folgerungen
Grundsätzlich sind Anbaukulturen schlechter für
die Biodiversität und die Kohlenstoffspeicherung im
Boden als Wald oder Grasland bzw. Weide. Mehrjährige
Kulturen wie Jatropha, Ölpalme und KUP
sind bezüglich der genannten Faktoren positiver zu
bewerten als ein- bis dreijährige Kulturen wie Raps,
Getreide oder Mais. Zuckerrohr, das sowohl einjährig
als auch mehrjährig kultiviert werden kann, weist
im einjährigen Anbau ebenfalls eine schlechtere
Bilanz auf als im mehrjährigen Anbau (Tab. 7.1-5).
7.2
Technisch-ökonomische Analyse und Bewertung
von Bioenergienutzungspfaden
7.2.1
Übersicht der energetischen
Nutzungsmöglichkeiten
Die Möglichkeiten, Energie aus Biomasse bereitzustellen,
sind sehr vielfältig (Abb. 7.2-1; Kasten 7.2-1).
Biomasse hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber
anderen erneuerbaren Energiequellen: sie liegt
meist in Form eines Energiespeichers vor bzw. ist
ohne zusätzlichen technischen Aufwand speicherbar.
Ein weiterer Vorteil ist ihre universelle Verwendbarkeit
im Strom-, Wärme- und Verkehrssektor. Große
Teile der Wärme- und Mobilitätsversorgung können
jedoch auch durch die Stromerzeugung von anderen
erneuerbaren Energien übernommen werden, weshalb
letztendlich vor allem die Speicherbarkeit der
Biomasse als Vorteil zu nennen ist.
Ein Nutzungspfad bzw. eine Bereitstellungskette
umfasst alle Prozesse, beginnend mit dem Anbau von
Energiepflanzen bzw. der Verfügbarmachung biogener
Reststoffe oder Abfälle bis hin zur Bereitstellung
von Endenergie (Strom, Wärme, Kraftstoffe). Diese
Bereitstellungsketten können in verschiedene Teilprozesse
aufgeteilt werden. Es wird unterschieden
zwischen:
– Biomasseproduktion,
– Biomassebereitstellung,
– Biomasseumwandlungsverfahren (Konversionsprozesse),
– Energetischer Nutzung,
– Verwertung und Entsorgung der anfallenden
Rückstände und/oder Abfälle.
Die Teilprozesse sind voneinander abhängig, so
dass für eine Bewertung die gesamte Prozesskette
betrachtet werden muss.
Jeder Teilabschnitt stellt eine Summe aus vielen
einzelnen Prozessschritten dar (FNR, 2005). Im Folgenden
werden die wesentlichen technischen Prozesse
kurz erläutert.
7.2.2
Technologien zur Energieumwandlung
7.2.2.1
Verbrennung und thermochemische Verfahren
Verbrennung ist die Oxidation eines Brennstoffes in
Gegenwart von Sauerstoff unter Energiefreisetzung.
Chemisch gesehen wird Kohlenstoff (C) oder Wasserstoff
(H) mit Hilfe von Sauerstoff (O 2 ) zu Kohlendioxid
(CO 2) oder Wasser (H 2O) oxidiert. Die Reaktion
ist exotherm, d. h. es wird Energie frei. Die maximal
freigesetzte Energie bei der Verbrennung von
Kohlenstoff zu CO 2 beträgt z. B. 394 kJ pro mol, die
als Wärme freigesetzt werden. Bei der Verbrennung
von Wasserstoff zu Wasserdampf sind dies 242 kJ pro
mol.
Dem Prozess wird gewöhnlich mehr Oxidationsmittel
(Sauerstoff) zugeführt als zur vollständigen
Oxidation notwendig. Die Verbrennung eines festen
Brennstoffs setzt sich zusammen aus den Teilprozessen
pyrolytische Zersetzung (siehe Pyrolyse), Vergasung
und anschließender Oxidation der Zersetzungsprodukte.
Läuft die Verbrennung vollständig ab, wird
sie als stöchiometrische Verbrennung bezeichnet
(Kaltschmitt und Hartmann, 2003).
Die direkte Verbrennung von fester Biomasse
in Feuerungsanlagen (großtechnische Feuerungen,
Kaminöfen, Pelletöfen usw.) oder Kesseln ist das
am weitesten verbreitete Energiewandlungsverfahren
für biogene Festbrennstoffe wie Holz oder Stroh.
Verbrennungsanlagen werden zur Produktion von
Wärme eingesetzt, die als Sekundärenergie (z. B. als
Dampf, der mechanisch Turbinen antreibt, die die
Energie über einen Generator in elektrische Energie
umwandeln), als Endenergie (z. B. Fernwärme) oder
als Nutzenergie (z. B. Strahlungswärme eines Kachelofens)
genutzt wird.
Eine gemeinsame Nutzung von fester Biomasse
mit fossilen Energieträgern, die so genannte Ko- oder
Mitfeuerung, ist möglich und in vielen Feuerungsanlagen
Stand der Technik. Beispiele hierfür sind eine
Nahwärmeversorgung im kleinen Maßstab, in der zur
Abdeckung des Grundlastbedarfs Biomasse und zur
Spitzenlastabdeckung leichtes Heizöl oder Erdgas
eingesetzt wird. Große Kohlekraftwerke setzen feste
Biomasse in Form von Pellets in der Mitverbrennung
zur Strom- und Wärmebereitstellung ein.