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.

Politische Ziele, Gesetze und Rahmenbedingungen

Der Hintergrund für die staatliche Unterstützung erneuerbarer Energien und der Bioenergie, sowohl seitens der Bundesregierung als auch der EU, liegt in der Endlichkeit fossiler Rohstoffe und in der Verstärkung des Treibhauseffektes begründet, den ihre Nutzung verursacht. So setzen die Strategien zur Sicherung der Energieversorgung und zum Klimaschutz neben der Energieeinsparung und Effizienzsteigerung auf die Nutzung Erneuerbarer Energien.

Die Ziele und Maßnahmen der Bundesregierung zum Ausbau der Biomassenutzung sind auf Grundlage der 2009 durch die Europäische Union erlassenen Erneuerbare-Energien-Richtlinie („Richtlinie 2009/28/EG des Europäischen Parlamentes und des Rates zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen“)

• im „Aktionsplan für Erneuerbare Energien“ (BMU August 2010),
• im „Nationalen Biomasseaktionsplan für Deutschland“ (BMELV, BMU, September 2010) und
• im „Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung“ (BMWi, BMU, vom 28. September 2010) verankert.

Der Biomasseaktionsplan zeigt auf, welche Bioenergie-Potenziale Deutschland hat, welcher Anteil bereits genutzt wird und welche Reserven noch erschlossen werden können.
Darauf aufbauend wird dargelegt, welche Strategien die Bundesregierung zum Ausbau der Nutzung von Bioenergie im Wärme-, Strom- und Kraftstoffbereich verfolgt und welche Maßnahmen dabei vorgesehen sind. Auch in ihrem Energiekonzept, in dem die Bioenergie in das Gesamtkonzept der künftigen Energieversorgung für Deutschland eingebettet ist, bekennt sich die Bundesregierung zum Ausbau der drei Bereiche Wärme, Strom und Kraftstoffe aus nachhaltiger Biomassenutzung. Das Energiekonzept formuliert Leitlinien für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. Dabei wird in einer langfristigen, bis ins Jahr 2050 reichenden Strategie der Weg zur weitgehenden Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien beschrieben. Im Ergebnis der Katastrophe von Fukushima im Frühjahr 2011 soll der im Energiekonzept angestrebte Umstieg noch schneller als geplant umgesetzt werden.

Wichtige messbare Kriterien des Energiekonzepts sind

• die Treibhausgas-Emissionsminderung,
• der Anteil der erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch,
• der Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch und
• der Primärenergieverbrauch.

Für diese Kriterien werden die in der nachstehenden Tabelle 1 dargelegten Entwicklungspfade beschrieben:

Tabelle 1: Entwicklungspfade des Energiekonzepts

	Treibhausgas- Emissions-minderung (Bezugsjahr 1990)	Anteil der erneuerbarer Energien am Bruttoend-energieverbrauch	Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch	Primärenergie-verbrauch (Bezugsjahr 2008)
2020	–40 %	18 %	35 %	–20 %
2030	–55 %	30 %	50 %
2040	–70 %	45 %	65 %
2050	–80 % bis –95 %	60 %	80 %	–50 %

Darüber hinaus wird eine Verdoppelung der Sanierungsrate im Gebäudebestand von derzeit jährlich < 1 Prozent auf 2 Prozent angestrebt, um die Effizienz der Gebäudeenergieversorgung zu verbessern. Im Verkehrsbereich soll der Endenergieverbrauch bis 2020 um rund 10 Prozent und bis 2050 um rund 40 Prozent zurückgehen (Bezugsjahr 2005). Ausbaumaßnahmen und Restriktionen zur Bioenergie werden im Energiekonzept wie folgt beschrieben:

1. verbesserte Ausschöpfung heimischer Bioenergiepotenziale unter Vermeidung von Nutzungskonkurrenzen durch verstärkte Verwendung organischer Rest- und Abfallstoffe, landwirtschaftlicher Koppelprodukte, von Landschaftspflegematerial und von Holz aus Kurzumtriebsplantagen;
2. Steigerung der Energie- und Flächeneffizienz durch verbesserte Bewirtschaftungsformen, Verfahrensentwicklung, stärkere Biomasseverwertung in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Ausbau der steuerbaren Stromproduktion aus Biomasse zur Ergänzung anderer, nicht steuerbarer erneuerbarer Energien sowie die Weiterentwicklung integrierter Biomassenutzungskonzepte, also die innovative Kombination von Anlagen und Verfahren;
3. stärkere Nutzung von Biomethan durch Schaffung weiterer Einspeisemöglichkeiten ins Erdgasnetz zur Energiebereitstellung und
4. Ergänzung des Bioenergiebedarfs durch Importe nachhaltig erzeugter Biomasse.

Ein besonderes Anliegen sind dabei also die Vermeidung von Nutzungskonkurrenzen zur Erzeugung von Nahrungs- und Futtermitteln und die Wahrung einer nachhaltigen, effizienten, naturverträglichen Land- und Forstwirtschaft.

Neben den genannten politischen Richtlinien und Konzepten zum künftigen Bioenergieausbau sind vielfältige staatliche Regelungen entscheidend, die sowohl die aktuelle Nutzung flankieren als auch die Erreichung der weiteren Ausbauziele unterstützen sollen. Dazu zählen Gesetze, Verordnungen und Richtlinien, die Ge- und Verbote, Nutzungsverpflichtungen, steuerliche Anreize, Investitionsbeihilfen und Vergütungshöhen festlegen.

Folgende gesetzliche Regelungen in Bezug auf Bioenergie sind von besonderem Interesse auch für den Endverbraucher:

Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (1. BImSchV, 2010)

Die Kleinfeuerungsanlagenverordnung regelt die in Heizkesseln und Öfen zugelassenen Brennstoffe, technische und Emissionsanforderungen an Heizkessel und Öfen und deren Überwachung durch den Bezirksschornsteinfegermeister. Deren Novelle im Jahr 2010 legte hinsichtlich Effizienz und Emissionen deutlich höhere Anforderungen für neu zu installierenden Anlagen fest. Zudem wurden Sanierungsregeln für Bestandsanlagen getroffen, die zu bestimmten Terminen nachzurüsten oder außer Betrieb zu setzen sind. Verschiedene feste Biobrennstoffe wie z. B. Getreide und nachwachsende Rohstoffe wurden – bei spezifischen Auflagen – neu als Regelbrennstoffe aufgenommen und für Holzbrennstoffe wurden konkretere Eigenschaftsanforderungen festgelegt. Einhergehende strengere Anforderungen an Staub- und CO-Emissionen und die Bürgerberatung bei handbeschickten Biomasseanlagen sollen Emissionsfrachten und Nachbarschaftsbelästigungen durch den Anlagenbetrieb, insbesondere bei Kaminöfen, mindern. Weitere Informationen gibt der Schornsteinfeger.

Die Energieeinsparverordnung (EnEV)

Über die Wärmeschutzverordnung von 1995 und die bereits mehrfach novellierte Energieeinsparverordnung wird nachdrücklich auf eine Verbesserung der Wärmedämmung und eine Reduzierung des Energieverbrauchs von Gebäuden hingewirkt. Die EnEV 2009 regelt Anforderungen an neu zu errichten Gebäude und an bestehende Gebäude und Anlagen. Auch Anforderungen an Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Wasseraufbereitungsanlagen werden in der EnEV geregelt.
Die EnEV schreibt die Erstellung von Energieausweisen vor, die den Energiebedarf von Gebäuden für den Hauseigentümer und für Wohnungsmieter aufzeigen und transparent machen.

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Das wichtigste rechtliche Instrument zur Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Es trat erstmalig im Jahr 2000 in Kraft und wurde Mitte 2004 sowie jeweils zum Jahresbeginn 2009 und 2012 unter Berücksichtigung der Marktentwicklung novelliert. Das EEG verpflichtet die Netzbetreiber dazu, Anlagen, die Strom aus erneuerbaren Energien erzeugen, vorrangig an ihr Netz anzuschließen und den erzeugten Strom zu festgelegten Vergütungssätzen abzunehmen. Das Gesetz hat damit die Rahmenbedingungen für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien immens verbessert. Die Vergütungshöhe differiert je nach Anlagentyp und -leistung. Der Vergütungszeitraum beträgt 20 Jahre zuzüglich dem Jahr der Inbetriebnahme der Anlage. Die Grundvergütung und die Boni unterliegen einer jährlichen Degression, die 1 Prozent für nach dem EEG 2009 in Betrieb genommene Anlagen beträgt und 2 Prozent für Anlagen, die ab 2012 in Betrieb gehen (EEG 2012).

Für Biogas- und Biomasseanlagen, die ihren Betrieb ab 2012 aufnehmen, gibt es neben der gestaffelten Grundvergütung eine zusätzliche Rohstoffvergütung, unterteilt in zwei Vergütungs-Klassen:
In der Einsatzstoffvergütungsklasse 1 befinden sich Energiepflanzen wie Mais oder Rüben,
in der Einsatzstoffvergütungsklasse 2 ökologisch vorteilhafte Einsatzstoffe (z. B. Gülle, Landschaftspflegematerial oder neue Energiepflanzen wie Wildblumenaufwuchs).
Die Rohstoffe in Klasse 2 erhalten eine etwas höhere Vergütung als diejenigen in Klasse 1. Die Zusatzvergütungen für beide Rohstoffklassen unterliegen nicht der jährlichen Degression. Boni werden für Bioabfallvergärungsanlagen und Anlagen zur Biomethanproduktion gewährt, außerdem gibt es eine Sondervergütung für sogenannte Gülle-Kleinanlagen bis maximal 75 kW elektrische Leistung. Neu eingeführt wurden mit der EEG-Novelle 2012 auch eine verpflichtende Mindestwärmenutzung und die Begrenzung des Einsatzes von Mais und Getreidekorn. Die Nachweispflicht der Betreiber im Rahmen des EEG umfasst beispielsweise die Dokumentation der Einsatzstoffe und die Prüfung durch einen Umweltgutachter. Um die erneuerbaren Energien an den Markt heranzuführen und eine bedarfsgerechte Stromproduktion zu initiieren, wurden optional eine Markt- und eine Flexibilitätsprämie eingeführt. Für Neuanlagen, die ab 2012 Strom aus Pflanzenöl oder Altholz erzeugen, entfällt die EEG-Vergütung.

Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz (EEWärmeG)

Zweck des EEWärmeG ist es, die Weiterentwicklung von Technologien zur Erzeugung von Wärme und Kälte aus Erneuerbaren Energien zu fördern. Das Gesetz soll – unter Wahrung der wirtschaftlichen Vertretbarkeit – dazu beizutragen, den Anteil Erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch für Wärme und Kälte bis zum Jahr 2020 auf 14 Prozent zu erhöhen. Das EEWärmeG orientiert auf die Vorbildfunktion öffentlicher Gebäude und legt Nutzungspflichten für Wärme aus erneuerbaren Energien für Neubauten fest. Eigentümer von neu zu errichtenden Gebäuden müssen den Wärme- und Kälteenergiebedarf durch die anteilige Nutzung von Erneuerbaren Energien decken. Bei öffentlichen Gebäuden gelten Nutzungspflichten auch im Fall grundlegender Renovierungen von Bestandsgebäuden. Daneben regeln das Energiesteuergesetz, die Nachhaltigkeitsverordnung, die Biomasseverordnung und andere die Erzeugung und Nutzung von Bioenergie.

• 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

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          Erneuerbare Energien

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Erneuerbare-Energien-Gesetz

 

Nachwachsende Rohstoffe - mit Bundesstatistiken

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