Biomasse

Definition Biomasse

Für Biomasse finden sich verschiedene Begriffsbestimmungen und Definitionen. Weit gefasst bezeichnet Biomasse die Gesamtheit aller Lebewesen, einschließlich des abgestorbenen Materials. Im Kontext der Erneuerbaren Energien werden alle organischen Stoffe pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, die als Energieträger genutzt werden, als Biomasse bezeichnet.

Definition nach Erneuerbare-Energien-Richtlinie: Biomasse ist der biologisch abbaubare Teil von Erzeugnissen, Abfällen und Reststoffen der Landwirtschaft mit biologischem Ursprung (einschließlich tierischer und pflanzlicher Stoffe), der Forstwirtschaft und damit verbundener Wirtschaftszweige einschließlich der Fischerei und der Aquakultur. Auch der biologisch abbaubare Teil von Abfällen aus Industrie und Haushalten zählt nach dieser Definition zur Biomasse.

Biomasse ist damit also u. a.:

• Pflanzen und Pflanzenbestandteile und die aus Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen hergestellten Energieträger,
• Abfälle und Nebenprodukte (pflanzlicher und tierischer Herkunft) aus Land-, Forst- und Fischereiwirtschaft und den jeweils nachgelagerten Verarbeitungsbetrieben,
• Restholz aus Betrieben der Holzbe- und -verarbeitung und der Holzwerkstoffindustrie,
• Landschaftspflegegut und Treibsel aus Gewässerpflege, Uferpflege und -reinhaltung,
• Altholz bzw. Gebrauchtholz und
• Bioabfälle.

Nicht als Biomasse gelten biogene fossile Brennstoffe wie Erdöl, Kohle, Erdgas und Torf, da diese sich nicht in überschaubaren Zeiträumen regenerieren und damit nicht die Kriterien der Erneuerbarkeit erfüllen.

Holz mit seinen verschiedenen Herkünften ist derzeit im Bereich Biomasse der bedeutendste Energieträger. Holz kommt dabei nicht allein aus dem Wald. Neben Waldrestholz sind als bedeutende Holzaufkommen u. a. Gebrauchtholz/Altholz, Industrierestholz, Holz aus der Landschaftspflege und Holz aus der Landwirtschaft (Agrarholz, Kurzumtriebsplantagen) zu nennen.

Darüber hinaus ist der Biomassemassebegriff über die Biomasseverordnung definiert.

Entwicklung der landwirtschaftlichen Anbaufläche nachwachsender Rohstoffe in Deutschland, in Hektar (Quelle: FNR)

Mit Blick auf die Möglichkeiten und Potenziale werden Energiepflanzen beim geplanten Ausbau der Energieerzeugung aus Biomasse künftig den größten Beitrag zu leisten haben. Energiepflanzen werden speziell für die energetische Nutzung angebaut und liefern wahlweise

• Substrate für die Biogaserzeugung (Anbau von Mais, Gras, Getreide, Hirse, Zuckerrüben und weiteren Kulturen);
• holzartige bzw. lignocellulosehaltige Biomasse zur Nutzung als Festbrennstoff (z. B. schnell wachsende Baumarten, Miscanthus und andere Großgräser) und/oder
• Zucker bzw. Stärke oder Pflanzenöle für die Biokraftstoffgewinnung (Anbau z. B. von Raps, Getreide, Mais oder Zuckerrüben).

Energiepflanzen erzeugen als ein- oder mehrjährige Kulturen regelmäßige und nachhaltige Biomasseerträge. Ein besonderer Vorteil der Biomasse zeichnet sie gegenüber den anderen erneuerbaren Energien aus: Biomasse ist über längere Zeiträume (viele Monate oder Jahre) lagerfähig bzw. speicherbar und kann somit je nach Bedarf zur Energieerzeugung bereitgestellt bzw. genutzt werden.

Energiepflanzen zählen zu den nachwachsenden Rohstoffen. Die derzeitige Bedeutung und den Umfang des landwirtschaftlichen Anbaus von Energiepflanzen verdeutlicht die Grafik:

Aber nicht nur die Rohstoffbasis ist vielfältig, auch die daraus gewonnenen Energieträger, die Umwandlungsverfahren und die Formen der Endenergie bieten eine breite Varianz:
Biomasse steht in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Wärmeerzeugung, zur Stromgewinnung und zur Herstellung von Biokraftstoffen zur Verfügung. Mit den verschiedensten Technologien und Verfahren und in den unterschiedlichsten Leistungsklassen kann aus Biomasse Energie gewonnen werden.
Bioenergie in Form von Wärme liefern z. B. Kaminöfen und Pelletheizungen in privaten Haushalten. Biogene Wärme erzeugen auch die mit Waldrestholz-Hackschnitzeln befeuerten Dampferzeuger in Industrie und Gewerbe und Holzheizwerke zur Nahwärmeversorgung in Dörfern und Städten.
Bioenergie entsteht durch Stromerzeugung aus Altholz und Industrierestholz in Biomasse-Kraftwerken und durch Mitverbrennung von Biomassepellets in Kohlekraftwerken.
Bioenergie ist Biogas aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen, das je nach Aufbereitung und Konversionsverfahren – an der Anlage oder über das Erdgasnetz verteilt – vielseitig zur Wärme- und Strombereitstellung oder als Kraftstoff genutzt wird.
Auch das auf landwirtschaftlichen Betrieben gepresste und in Traktoren als Kraftstoff genutzte Rapsöl ist Bioenergie, ebenso wie Biodiesel und Bioethanol, die von der Mineralölwirtschaft den Diesel- und Ottokraftstoffen anteilig beigemischt werden.
Und nicht zuletzt wird auch die aus Bioabfall, Klärgas und Deponiegas erzeugte Energie der Bioenergie zugerechnet.

• Quelle: http://bioenergie.fnr.de/bioenergie/biomasse/definition/ und http://mediathek.fnr.de/broschuren/bioenergie/bioenergie.html - Abgerufen: 10.10.2013

Grundlagen

Biomasse ist gespeicherte Sonnenenergie - Die biochemischen Grundlagen

Biomasse entsteht im Wesentlichen durch Photosynthese von Pflanzen. Mittels Sonnenenergie werden aus dem Kohlendioxid der Luft, Wasser und verschiedenen Nährstoffen Biomassen gebildet, die sich in folgende wesentliche Stoffgruppen einteilen lassen:

• Holz und Halmgut (Lignin, Hemicellulose und Cellulose)
• Zucker, Stärke und Cellulose (Kohlenhydrate)
• Öle und Fette
• Proteine

Photosynthese

Kreislauf (Quelle: FNR)

Die Photosynthese findet unter Freisetzung von Sauerstoff statt. Die dabei erzeugte Biomasse besteht überwiegend aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Sonnenenergie wird somit als chemische Energie gespeichert, z. B. in Form von Holz, Zucker, Ölen und Fetten. Als vereinfachte Formel wird die Photosynthese am Beispiel Zucker oft wie folgt dargestellt:

6 CO₂ + 6 H₂O + Licht = C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

CO₂-Kreislauf

Wird Biomasse energetisch genutzt, bleibt der Kohlendioxid-Kreislauf – je nach Art der Nutzung – weitgehend geschlossen. Damit ist die CO₂-Bilanz deutlich positiv im Vergleich zu fossilen Brennstoffen, denn das bei der Nutzung wieder freigesetzte CO₂ wurde beim Wachstum der Pflanze aus der Atmosphäre entnommen und gebunden. In der CO₂-Bilanz zu berücksichtigen ist jedoch der zusätzliche Energieaufwand für Ernte, Transport, Aufbereitung und Umwandlung (in Wärme, Strom oder Kraftstoff), sofern er nicht aus erneuerbaren Quellen gedeckt wird. Für Holzbrennstoffe wie Scheitholz, Hackschnitzel oder Holzpellets ist dieser zusätzliche Energieaufwand besonders gering und liegt bei unter 5 Prozent des Energiegehalts der Brennstoffe.

Ersetzt man fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl oder Erdgas durch biogene Energieträger, leistet dies einen wichtigen Beitrag zur Vermeidung zusätzlicher CO₂-Emissionen. Zwar steht auch am Ursprung der fossilen Rohstoffe nichts anderes als Biomasse, denn sie entstanden in einem Jahrmillionen dauernden Prozess aus abgestorbenen Pflanzen und Tieren. Doch die Menschheit verbraucht die weltweiten Öl-, Gas- und Kohlevorkommen im Verhältnis dazu rasend schnell, nämlich innerhalb weniger Jahrhunderte. Die CO₂-Bilanz der Nutzung fossiler Rohstoffe ist deshalb nicht ausgeglichen, zumal eine Neubildung fossiler Rohstoffe heute nur in äußerst geringem Maße stattfindet. Pflanzen können hingegen – eine nachhaltige Nutzung vorausgesetzt – in gleichem Umfang, in dem sie verbraucht werden, auch wieder nachwachsen.

Kaskadennutzung

Die CO₂-Bilanz bei der Holzverbrennung verbessert sich noch weiter, wenn Altholz, das zuvor viele Jahrzehnte als Bauholz oder in anderen Holzprodukten Verwendung fand, erst im Anschluss an diese stoffliche Nutzung als Energieträger eingesetzt wird (sogenannte Kaskadennutzung). Dieses Holz hat der Atmosphäre zunächst lange Zeit CO₂ entzogen und gespeichert und verbrennt dann CO₂-neutral. Der Unterschied zu den fossilen Brennstoffen besteht darin, dass nicht sämtliches stofflich genutzte Holz in einem kurzen Zeitraum gleichzeitig verbrannt wird, außerdem wachsen in der Zeitspanne der stofflichen Holznutzung im Wald bereits neue Bäume im gleichen Umfang nach. Übrigens: Verrottet das Holz im Wald, setzt es die gleiche Menge an Energie und CO₂ frei wie bei der Verbrennung, denn der Prozess des biologischen Abbaus läuft energetisch quasi analog ab.

Von den weltweit mittels Photosynthese an Land und in den Meeren gebildeten Biomassen wird nur ein sehr kleiner Teil für die Ernährung von Mensch und Tier oder für stoffliche und energetische Zwecke genutzt. Das globale theoretische Potenzial von Biomasse als Energieträger wird auf 2.400 Exajoule (EJ) geschätzt, das nachhaltig nutzbare allerdings auf lediglich 100 EJ. Der weltweite Primärenergieverbrauch lag in 2008 bei rund 500 EJ. Daraus ergibt sich näherungsweise, dass etwa 20 Prozent des derzeitigen weltweiten Energiebedarfs aus Biomasse gedeckt werden können.

Seit jeher nimmt der Mensch durch Auslese und Züchtung Einfluss auf die Ausprägung und Leistungsfähigkeit von Pflanzen als Lieferant von Rohstoffen für Nahrung, Energie und stoffliche Produkte. Viele Pflanzen, ob Bäume im Wald oder Getreide, Hackfrüchte und Ölpflanzen auf dem Acker, decken mit ihren Haupt- und Nebenprodukten oder Reststoffen dabei die verschiedenen Bedürfnisse. Mit der wachsenden Bedeutung der Bioenergie werden auch Pflanzen mit optimierten Merkmalsausprägungen und Eigenschaften für diese Nutzungsrichtung gezüchtet und so sind in den zurückliegenden Jahren auch neue Begriffe wie z. B. Energierübe und Biogasmais geprägt worden. Sie heben hervor, dass Rüben und Mais mit besonders vorteilhaften und leistungsfähigen Merkmalen für den Einsatz in Biogasanlagen gezüchtet werden.

• Quelle: http://bioenergie.fnr.de/bioenergie/biomasse/grundlagen/ und http://mediathek.fnr.de/broschuren/bioenergie/bioenergie.html - Abgerufen: 10.10.2013

Weiter mit Nutzung Bioenergie

Siehe auch

• Deutsches BiomasseForschungsZentrum

Sie haben Anregungen und wollen bei dem WISSEN Wiki mitmachen? . ==> bitte hier lang

Nachwachsende Rohstoffe - mit Bundesstatistiken

Biomasse aus Strom, - Wärme; Kosten/Preise | Energiepflanzen (Raps) • Bioenergie: Biokraftstoff: Pflanzenöl | Biodiesel | Bioethanol | Biomass-to-Liquid | Biogas
Industr. Nutzung: Rohstoffmengen | Baustoff | oleochem. Anwendung | Naturarznei, Kosmetika | Biowerkstoff: Biokunstst. | naturfaserverst. Kunstst. | WoodPlasticComposites