Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltige Landnutzung

162 7 Anbau und energetische Nutzung von Biomasse
entstehen zurzeit, ein volkswirtschaftlich relevanter
Beitrag ist frühestens ab 2020 zu erwarten. Besonders
erfolgversprechend hinsichtlich der Energieausbeute
sind hochintegrierte Verfahren, in denen
eine ausgereifte Wirbelschichtvergasung zur Polygeneration
von Strom, Wärme und Kraftstoff (synthetischem
Biomethan) eingesetzt wird (Choren, 2007;
Chemrec, 2007; TU Vienna, 2005).
Pyrolyse (Verflüssigung)
Bei der Pyrolyse handelt es sich um die thermische
Zersetzung fester Biomasse unter Sauerstoffabschluss,
weshalb sie auch Entgasung genannt wird.
Ziel ist es, in dem Prozess einen maximalen Anteil
an flüssigen Komponenten zu erhalten (Pyrolyseöl).
Zusätzlich entstehen feste und gasförmige Nebenprodukte
(Pyrolysekoks, Pyrolysegas), die teilweise prozessintern
genutzt werden können. Prinzipiell kann
gereinigtes und aufbereitetes Pyrolyseöl als Brenn-
und Treibstoff in Feuerungsanlagen oder Verbrennungsmotoren,
Gasturbinen oder Blockheizkraftwerken
eingesetzt werden. Technische Probleme bei der
Herstellung und dem Einsatz von Pyrolyseöl und die
geringe Wirtschaftlichkeit der Aufbereitung behindern
aber bisher einen Durchbruch dieser Technologie.
Der wesentliche Vorteil des Verfahrens besteht in
der hohen Energiedichte des Pyrolyseöls. Pyrolyseöl
ist ein hervorragendes Energietransportmedium zwischen
dezentral anfallenden, weniger energiedichten
Stoffen (z. B. Stroh) und zentralen großtechnischen
Anlagen (Vergasung zur Kraftstoffherstellung). Dieses
Konzept wird besonders am Forschungszentrum
Karlsruhe untersucht (FZK, 2007).
7.2.2.2
Physikalisch-chemische Verfahren
Bei physikalisch-chemischen Umwandlungsverfahren
werden energetisch nutzbare Öle und Fette aus
bestimmten Bioenergieträgern (z. B. Rapssaat oder
Jatropha-Pflanzen) gepresst bzw. extrahiert. Diese
können direkt in Blockheizkraftwerken effizient zur
Strom- und Wärmebereitstellung verwendet oder
in umgebauten Motoren im Straßenverkehr eingesetzt
werden. Durch Umesterung können pflanzliche
Öle auch in Biodiesel umgewandelt werden, dessen
Eigenschaften weitgehend dem konventionellen
Dieselkraftstoff entsprechen. Dadurch wird ein
Umbau des Motors überflüssig und die Einsatzbandbreite
des biogenen Kraftstoffes erhöht (Abb. 7.2-1;
FNR, 2005).
Pressung und Extraktion
Durch einfaches mechanisches Pressen ölhaltiger
Pflanzenbestandteile (z. B. der Saat) wird das flüssige
Öl von der festen Phase (sog. Presskuchen) getrennt.
Der Presskuchen wird meist als Tierfutter verwendet,
mit Ausnahme von giftigen Pflanzenresten wie
z. B. Jatropha. Die Presstechnik ist sowohl in kleinem
(z. B. in der Landwirtschaft) als auch in großem
Maßstab (z. B. Ölpresse) verfügbar. Pflanzenöl für
den Nahrungsmittelsektor wird mit derselben Technik
gewonnen. Nach einer Reinigung lässt sich das
Pflanzenöl im mobilen Bereich in speziellen Pflanzenölmotoren
einsetzen oder im stationären Bereich
in Blockheizkraftwerken.
Alternativ oder zusätzlich zur Pressung kann Öl
durch Extraktion mit Hilfe eines Lösungsmittels
(z. B. Hexan) vom Bioenergieträger gewonnen werden.
Über Destillation werden Öl und Lösemittel
voneinander getrennt. Das Lösemittel wird wieder
verwendet. Auch dieses Verfahren ist großtechnisch
im Einsatz. Pflanzenöl kann aus sehr vielen ölhaltigen
Pflanzen gewonnen werden, Beispiele sind Jatropha
oder Ölpalmen.
Veresterung
Um das Einsatzspektrum für biogene Kraftstoffe
zu vergrößern und einen Motorumbau für den Einsatz
von Pflanzenöl zu umgehen, wird Pflanzenöl in
Pflanzenölmethylester (PME oder engl. FAME –
Fatty Acid Methyl Ester, allgemein Biodiesel) unter
Verlusten von ca. 5–10 % umgewandelt (TUM, 2000).
Das Veresterungsverfahren ist großtechnisch im Einsatz.
PME kann pur in angepassten und allen neuer en
Dieselmotoren sowie in bis zu 5 %iger Beimischung
in allen herkömmlichen Dieselmotoren eingesetzt
werden. Nicht nur im Verkehrssektor kann Biodiesel
eingesetzt werden, auch in Blockheizkraftwerken
(BHKW) ist ein Einsatz technisch möglich. Dies ist
jedoch systemtechnisch nicht sehr effizient, da Pflanzenöl
ohne weiteres auch direkt in BHKW verbrannt
werden kann (FNR, 2005; 2006b).
7.2.2.3
Biochemische Umwandlung
Die Konvertierung der Biomasse in Endenergie
erfolgt bei den biochemischen Verfahren mit Hilfe
von Mikroorganismen (Abb. 7.2-1; FNR, 2005).
Anaerober Abbau – Vergärung
Unter einem anaeroben Abbauprozess versteht man
den Abbau organischer Stoffe unter Ausschluss von
Sauerstoff durch die Aktivität bestimmter Bakterien.
Das Endprodukt dieses Prozesses ist ein wasserdampfgesättigtes,
brennbares Mischgas (Biogas),
welches im Wesentlichen aus Methan (50–70 %)
und Kohlendioxid (25–40 %) besteht (BayLfU, 2004;
FNR, 2006a). Der Entstehungsprozess des Bioga-