Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltige Landnutzung

Der Vorgang der Vergasung lässt sich grob in
vier verschiedene Bereiche aufteilen. Zunächst findet
eine Aufheizung und Trocknung des Brennstoffs
bei Temperaturen bis ca. 200°C statt. Anschließend
erfolgt die pyrolytische Zersetzung. Dabei entstehen
in Abwesenheit von Sauerstoff bei ungefähr 200–
500°C gasförmige Kohlen wasserstoffverbindungen,
Pyrolyseöle und Pyrolysekoks. Anschließend kommt
es zur Oxidation. Bei Temperaturen von ca. 2.000°C
erfolgt die Aufspaltung des Koks und eines Teils der
höheren Kohlenwasserstoffe in kleinere gasförmige
Moleküle (CO, H 2 , CO 2 , CH 4 und Wasserdampf).
Durch die sich anschließende Reduktion von Kohlendioxid
und Wasser wird der größte Teil der brennbaren
Bestandteile des Rohgases gebildet. Dieses
besteht hauptsächlich aus Kohlenstoffmonoxid und
Wasserstoff, Kohlendioxid, Methan, höheren Kohlenwasserstoffen
sowie Wasserdampf und gegebenenfalls
Stickstoff. Die Gaszusammensetzung ist
abhängig von der Art der Vergasung, vom Vergasungsmittel
(Art und Menge) und von den Reaktionsbedingungen
(Temperatur und Druck; Sterner,
2007; Kaltschmitt und Hartmann, 2003). Neben diesen
Hauptkomponenten (CO, CO 2, H 2, CH 4, C 2-Kohlenstoffverbindungen,
Wasserdampf, N 2 ) enthält das
bei der Vergasung entstehende Gas noch verschiedene
Schadkomponenten (Teere, Partikel, Alkalien,
Schwefel-, Halogen- und Stickstoffverbindungen),
die vor der weiteren Verwendung des Rohgases entfernt
werden müssen. Diese zum Teil sehr aufwändige
Reinigung des Gases ist das Nadelöhr für die
Entwicklung und Markteinführung von Vergasern
im dezentralen Bereich (Kaltschmitt und Hartmann,
2003; Knoeff, 2005).
Das ungereinigte Gas kann direkt in Brennern
zur Wärmebereitstellung eingesetzt werden. Für die
Strombereitstellung ist eine Gasreinigung notwendig,
da das direkt verwendete Rohgas den Motor
stark verunreinigen und funktionsunfähig machen
würde. Die Möglichkeiten zur Verstromung von
Reingas sind vielfältig: Es kann als Dieselsubstitut
in einem Dieselmotor beigefeuert oder pur in Gasmotoren
oder -turbinen mit gekoppelten Generatoren
verstromt werden. Weiter besteht die Möglichkeit,
das Reingas über Brennstoffzellen zur Strombereitstellung
zu nutzen. Hierbei sind die Entwicklungen
unter Verwendung von Solid-Oxid Fuel Cells
(SOFC) am weitesten vorangeschritten (Aravind et
al., 2006; IISc, 2006). Es gibt viele weitere Verwendungsmöglichkeiten,
die an dieser Stelle nicht näher
erläutert werden. Alternativ kann das gereinigte Gas
nach einer weiteren Aufbereitung (insbesondere der
Einstellung des erforderlichen H 2 /CO-Verhältnisses)
einer Synthese zugeführt werden und in flüssige
Energieträger (Fischer-Tropsch-Diesel, Ethanol,
Methanol) oder verwendbare biogene Gase (Bio-
Technisch-ökonomische Analyse und Bewertung von Bioenergienutzungspfaden 7.2
methan, Dimethylether, Wasserstoff) umgewandelt
werden (Vogel, 2006).
In Indien und China werden Holzvergaser zur
Strom- und Wärmeerzeugung bereits länger erfolgreich
eingesetzt (IISc, 2006). In den Industrieländern
sind die Umweltauflagen (Luft- und Wasseremissionen)
für die Anlagen in der Regel höher angesetzt,
weshalb es bisher nur vereinzelt Vergasungsanlagen
im kommerziellen Maßstab zur Strom- und
Wärmeerzeugung gibt (Vogel, 2007). Dabei handelt
es sich jedoch nur um technische Probleme der Gasreinigung,
die lösbar und meist nur eine Frage der
Kosten sind. Biomassevergasungsanlagen sind der
Kernprozess in der Herstellung von synthetischen
Biokraftstoffen, die auch Biokraftstoffe der 2. Generation
genannt werden. Vor der Vergasung des Biomasserohstoffs
muss dieser gegebenenfalls zerkleinert
und getrocknet werden. Das im Vergasungsprozess
gebildete Rohgas wird gereinigt und konditioniert,
d. h. es werden Verunreinigungen wie Teere,
Partikel oder Schwefelverbindungen entfernt (Reingas)
und die für die Kraftstoffsynthese notwendige
Gaszusammensetzung eingestellt. Das so gewonnene
Synthesegas wird über eine Synthese in den gewünschten
Kraftstoff gewandelt. Es gibt verschiedene Synthesen:
Die Fischer-Tropsch-Synthese wandelt Synthesegas
in ein Fischer-Tropsch-Rohprodukt, das
durch anschließende Aufbereitung zu gebrauchsfertigem
Fischer-Tropsch-Diesel-Kraftstoff, welcher oft
als BtL-Diesel (Biomass-to-Liquid-Diesel) bezeichnet
wird, weiterveredelt wird. Die Methanisierung
(Methansynthese) wandelt Synthesegas in Methan
und Kohlendioxid. Das CO 2 muss dabei abgetrennt
werden und kann eingelagert werden (Kasten 7.2-
2). Diese Prozesskette ist energieaufwändig und verlustreich:
Die Produktion von Fischer-Tropsch-Diesel
erfordert den zweifachen Wechsel des Aggregatszustandes
der meist festen Biomasse in einen gasförmigen
und schließlich flüssigen Energieträger, wobei
nur noch ca. die Hälfte der ursprünglichen Bioenergie
im Endprodukt BtL-Diesel enthalten ist (Sterner,
2007). Biomethan lässt sich effizienter produzieren,
da das Endprodukt gasförmig ist. Das Ausgangsprodukt
ist in vielen Fällen holzartige Biomasse wie
Hackschnitzel, die jedoch über die direkte Verbrennung
zur Strom- und Wärmebereitstellung besser
genutzt werden können als zur Produktion von synthetischen
Kraftstoffen über die Vergasung. Diese ist
energetisch nur sinnvoll, wenn als Biomasserohstoff
eine schwierig zu verarbeitende Biomasse verwendet
wird.
Die Entwicklung von Biomassevergasungsanlagen
zur Produktion von synthetischen Kraftstoffen
befindet sich in den Vorreiterländern Deutschland,
Schweden und Österreich noch im Pilot- und
Demonstrationsstatus. Erste kommerzielle Anlagen
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