Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltige Landnutzung

164 7 Anbau und energetische Nutzung von Biomasse
Kasten 7.2-2
Biomethan: ein viel versprechender
Bioenergieträger
Die Herstellung von Biomethan ist aus vielen Gründen ein
besonders interessanter Pfad. Ausgangsstoff ist entweder
Biogas, das aus der Vergärung feuchter Biomasse in Biogasanlagen
entsteht, oder Synthesegas aus der Vergasung
überwiegend fester Biomasse.
Biogas setzt sich aus den Hauptbestandteilen Methan
(CH 4 ) und Kohlendioxid (CO 2 ) und zu sehr geringen Anteilen
aus den Verbindungen H 2 O, H 2 S, NH 3 , N 2 und O 2 zusammen.
Für die Abtrennung der unerwünschten Bestandteile
stehen verschiedene Prozesse wie die Druckwechselabsorption
und die Aminwäsche zur Verfügung. Membrantrennverfahren
versprechen zwar eine Erhöhung der Effizienz,
befinden sich jedoch im Entwicklungsstadium. In Europa
sind heute ca. 80 Anlagen zur Aufbereitung von Biogas für
die Einspeisung in Erdgasnetze oder für den Einsatz als
Erdgassubstitut in Betrieb. Je nach Verfahren werden dabei
Reinheiten im Bereich von 96–99 % Methan erreicht.
Synthesegas setzt sich aus anderen Bestandteilen
zusammen. Je nach verwendetem Vergasungsprozess bilden
dabei Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H 2 ) die
Hauptbestandteile, während CH 4 und Wasserdampf nur in
geringen Konzentrationen vorkommen. Dieses Gemisch
wird in Synthesereaktoren zu CH 4 und CO 2 konvertiert und
das CO 2 wird abgetrennt. Der Prozess der Konversion von
Synthesegas zu CH 4 und der Prozess der CO 2 -Abtrennung
wird großtechnisch beherrscht und beide Prozesse werden
Motoren, die Ottokraftstoffmischungen mit bis zu
85 % Ethanol verbrennen können und von immer
mehr Automobilherstellern serienmäßig gebaut werden
(FNR, 2005). Eine synthetische Ethanolherstellung
aus lignozellulosehaltigen Stoffen über einen
mikrobiologischen Fermentationsprozess ist bislang
nicht über den Pilotmaßstab hinausgekommen (Igelspacher
et al., 2006). Eine Ethanolherstellung basierend
auf Lignozellulose über den Weg der Vergasung
ist theoretisch auch möglich (Abengoa, 2006; Sterner,
2007).
7.2.3
Effizienz verschiedener moderner
Konversionsverfahren
Im Folgenden werden die beschriebenen Verfahren
eingebettet in ausgewählte Bioenergienutzungspfade
nach technischen und ökonomischen Parametern
bewertet. Das robusteste und wichtigste technische
Kriterium in der Technologiebewertung allgemein
und zur Bewertung eines Nutzungspfades ist
der Wirkungsgrad. Für das vorliegende WBGU-Gutachten
wurden Expertisen beim deutschen Biomasseforschungszentrum
Leipzig (Müller-Langer et al.,
2008) und beim Öko-Institut (Fritsche und Wiegmann,
2008) in Auftrag gegeben, in denen Daten für
seit über 20 Jahren erfolgreich eingesetzt (IPCC, 2005). Im
Gegensatz zur direkten Nutzung des Bio- bzw. Synthesegases
in dezentralen Stromerzeugungsanlagen, mit denen nur
teilweise eine sinnvolle Abwärmenutzung möglich ist, kann
durch die Einspeisung des Biomethans in Erdgasnetze eine
flexiblere Nutzung erreicht werden. Dadurch lässt sich
Biomethan den Nutzern zuführen, denen eine optimale
Abwärmenutzung bei der Kraft-Wärme-Kopplung möglich
ist. Andererseits kann das Erdgasnetz auch eine Sammelfunktion
ausüben und die Biomethanproduktion vieler
Anlagen der höchsteffi zienten Nutzung in großen GuD-
Anlagen zuführen.
Generell kann bei Verwendung von Biomethan die
gesamte für Erdgas entwickelte Infrastruktur (Gasnetz,
Gas- und Dampfkraftwerke, Gasmotoren, Gasturbinen,
Erdgasfahrzeuge) verwendet werden.
Das in jedem Fall bei der Gasaufbereitung anfallende
CO 2 kann zumindest bei größeren Anlagen aufgefangen
und deponiert werden. Dadurch verbessert sich die Klimaschutzwirkung
der Bioenergienutzung um ca. 20 %. Die
Technologie zur Deponierung des CO 2 befindet sich derzeit
in der Entwicklung. Der WBGU hat an anderer Stelle
zu den Anforderungen an die Nachhaltigkeit von CO 2 -
Sequestrierung Stellung genommen (WBGU, 2006).
Kritisch sind die bei der Gasaufbereitung entstehenden
Emissionen von CH 4 zu sehen. Diese liegen zwar im
Bereich weniger Prozentanteile, führen jedoch wegen der
hohen Klimaschädlichkeit des CH 4 zu spürbaren Reduktionen
der Klimaschutzwirkung bei der Biomethanerzeugung
und -nutzung. Es muss das Ziel zukünftiger Entwicklung
sein, diese Leckagen drastisch zu reduzieren.
ausgewählte Konversionspfade zusammengestellt
wurden. Auf Basis dieser Daten wurde der Wirkungsgrad
nach der VDI Norm 4661 berechnet. Zunächst
wird eine Übersicht über die untersuchten Bioenergienutzungspfade
gegeben.
7.2.3.1
Übersicht der untersuchten
Bioenergienutzungspfade
Bei der Auswahl der Bioenergienutzungspfade wurden
derzeit marktwirtschaftlich relevante Pfade einbezogen
und zusätzlich solche Pfade aufgenommen,
die der WBGU aus ökologischer und technischer
Sicht vom Anbau bzw. von der Gewinnung bis zur
Endenergienutzung zukünftig als besonders bedeutsam
erachtet. Ein wesentliches Selektionskriterium
war die Datenverfügbarkeit. Aus über 120 Pfaden
wurden unter diesen Kriterien insgesamt 66 ausgewählt
und analysiert, davon 25 im Bereich Mobilität
(Biokraftstoffe und Elektromobilität), vier Wärmepfade
und 37 Nutzungspfade im Bereich Strom-
und Wärmeerzeugung (überwiegend Kraft-Wärme-
Kopplung, KWK). In allen Pfaden ist der Bezugspunkt
die Bioenergienutzung in Deutschland, ebenso bei
der Gewinnung der Reststoffe und dem Anbau der
temperaten Energiepflanzen. Als Ursprungsländer