Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltige Landnutzung

Technisch-ökonomische Analyse und Bewertung von Bioenergienutzungspfaden 7.2
Abbildung 7.2-3
Überblick über die exergetischen und energetischen Wirkungsgrade (ohne bzw. mit hellgelben Balken) der untersuchten
Bioenergienutzungspfade – Wirkungsgrad des Biomassekonversionspfades in %. Die Bezeichnungen der Pfade beziehen sich
auf die in den Tabellen 7.2-1 und 7.2-2 aufgelisteten Anbaussysteme und Konversionsverfahren.
Quelle: WBGU
(Mande und Kishore, 2007). Weit verbreitet ist auch
die Holzkohleherstellung und -nutzung, die eine
Gesamteffizienz von nur 4 % aufweist, jedoch besonders
in den wachsenden urbanen Zentren aufgrund
der hohen Energiedichte und des einfachen Transportes
der Holzkohle eine hohe Verbreitung hat.
Die geringe Effizienz ergibt sich einerseits durch den
geringen Wirkungsgrad von ca. 18 % bei der Holzkohleherstellung
und andererseits einem Wirkungsgrad
von 23 % bei der Verbrennung im Herd. Holz-
und Holzkohleherde stellen den überwiegenden Teil
der Wärmequellen in Entwicklungsländern. Kerosin-
und Elektroherde werden vorwiegend von den zahlenmäßig
kleinen reicheren Bevölkerungsgruppen
eingesetzt (FAO-RWEDP, 2008).
Der Wirkungsgrad der Holzherde kann sehr einfach
und kostengünstig durch eine geänderte Herdbauart
erheblich gesteigert werden. In Südindien
wurden beispielsweise einfache Lehmherde entwickelt,
die einen effizienteren Abbrand ermöglichen.
Die Wärme wird auf zwei Herdplatten verteilt bereitgestellt
und die Wärme der Abluft auf dem Weg in
den Schornstein um einen Metallkessel geführt, in
dem Wasser erwärmt wird (IISc, 2006). Der hierbei
erzielte Wirkungsgrad beträgt 40 %, was eine Vervierfachung
der Effizienz bedeutet, d. h. bei gleichem
Nutzen kann der Biomasseverbrauch gegenüber
dem Drei-Steine-Herd auf ein Viertel gesenkt
werden. Falls keine Abwärmenutzung der Abluft
stattfindet, liegt der Wirkungsgrad der Holzherde
immer noch bei 25–30 %, so dass sich der Verbrauch
von Feuerholz auf die Hälfte bis ein Drittel reduziert
(Jagadish, 2004). Auch die Effizienz der Holzkohleöfen
in Lehmbauweise oder aus Metall kann durch
ein geeignetes Design verbessert werden. Wirkungsgrade
von bis zu 40 % sind hier ebenfalls möglich,
und auch die Herstellung von Holzkohle kann effizienter
(mit Wirkungsgraden bis zu 20 %) gestaltet
werden. Diese Technologieverbesserungen können
die Gesamteffizienz auf 8 % verdoppeln (Kumar et
al., 1990).
Kleinbiogasanlagen
Der Brennstoff Holz lässt sich durch Biogas ersetzen.
Werden tierische Exkremente mit Wasser vermischt
in eine Kleinstbiogasanlage gegeben, kann bis
zu 80 % der Energie der Reststoffe in Methan umgewandelt
und zum Kochen und Beleuchten benutzt
werden. Das Methan kann in einem einfachen Biogasherd
mit einem Gesamtwirkungsgrad von ca.
40–60 % in thermische Energie gewandelt oder über
einen Generator mit einer Gesamteffizienz von
15–25 % verstromt werden (FAO-RWEDP, 2008).
Vergasungsanlagen
Die Holzvergasung zur Stromerzeugung ist seit einigen
Jahren in Indien Stand der Technik. Abfälle und
Reststoffe wie Kokosnussschalen oder Altholz können
über den Weg der Vergasung genutzt werden.
Diese Reststoffe werden mit einem Wirkungsgrad
von ca. 80 % in Rohgas gewandelt. Das Rohgas kann
im Dual-Fuel Mode, dem Betrieb eines Dieselgenerators
mit 80 % Rohgas und 20 % Diesel, mit einem
Wirkungsgrad von 20–25 % in Strom gewandelt werden.
Werden Gasmotoren verwendet, lässt sich der
Wirkungsgrad auf 25–30 % steigern. Dadurch lassen
sich Gesamtwirkungsgrade von ca. 15–25 % erreichen
(Dasappa et al., 2003). Vergasungsanlagen
können auch zur reinen Wärmebereitstellung (z. B.
Trocknung) eingesetzt werden und erzielen Gesamtwirkungsgrade
von 30–45 % je nach Biomasserohstoff,
also etwa den drei- bis vierfachen Wert der traditionellen
Wärmebereitstellung (Mande und Kishore,
2007). Eine Herausforderung beim Einsatz dieser
Technik besteht in der Reinigung des Abwassers,
das durch die Gaswäsche anfällt sowie in der Reduzierung
der Schadstoffe in den Luftemissionen (Dasappa
et al., 2003; Mande und Kishore, 2007).
Pflanzenölmotoren, Aggregate und
Blockheizkraftwerke
Verbrennungsmotoren kommen auch oft für verschiedene
stationäre Zwecke zum Einsatz, z. B. das
Mahlen von Lebensmitteln (Mais, Getreide) oder
den Betrieb von Wasserpumpen. Häufig werden sie
mit einem Generator zu einem Aggregat gekoppelt
und zur Stromversorgung verwendet (z. B. für öffentliche
Gebäude wie Krankenhäuser und Schulen oder
für Mini-Grids). Diese Aggregate können mit unraffiniertem
Pflanzenöl (aus Jatropha oder Ölpalmen)
betrieben werden, weisen einen Wirkungsgrad von
20–25 % auf und haben ein großes Potenzial in der
ländlichen netzfernen Elektrifizierung, da sie wartungsarm
und relativ einfach handhabbar sind (FAO-
RWEDP, 2008). Die Abwärme der Aggregate kann
z. B. in der Trocknung von landwirtschaftlichen Produkten
genutzt werden. Findet eine Abwärmenutzung
statt, werden die Aggregate als Blockheizkraftwerke
(BHKW) bezeichnet.
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