Strom und Wärme aus Biomasse

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In Österreich kommt neben der Stromerzeugung durch Wasserkraft und Photovoltaik auch der Windkraft eine besondere Bedeutung zu. Was aber nicht ganz ausser Acht gelassen werden darf ist, die Erzeugung in Biomasse-Heizkraftwerken. Dort kann nämlich neben Wärme auch Strom aus Biomasse gewonnen werden. Doch was genau meint man, wenn man von Biomasse spricht?

Per Definition ist Biomasse gespeicherte Sonnenenergie in Form von Energiepflanzen, Holz oder Reststoffen wie etwa Stroh, Biomüll oder Gülle. Bioenergie ist unter den Erneuerbaren Energieträgern der „Alleskönner“: Sowohl Strom, Wärme als auch Treibstoffe können aus fester, flüssiger und gasförmiger Biomasse gewonnen werden.

Wärme durch das Verbrennen von Holz ist das wohl bekannteste Beispiel von Biomasse-Nutzung.

Arten von Biomasse

Grundsätzlich unterscheidet man feste, flüssige und gasförmige Biomasse:

Feste Biomasse wie Holz wird durch Verbrennen zur Strom- und Wärmeerzeugung im privaten, kommunalen und industriellen Bereich eingesetzt.

Von flüssiger Biomasse spricht man bei Pflanzenölen aus Raps, Palmen oder Sonnenblumen, die als Kraftstoff für Fahrzeuge sowie in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen eingesetzt werden können.

Biogas, also gasförmige Biomasse, wird zum Beispiel durch die Vergärung von Bioabfällen oder Nutzpflanzen gewonnen. Biogas wird in der Regel in Blockheizkraftwerken in Strom und Wärme umgewandelt. Es kann aber auch zu Bioerdgas veredelt und ins Erdgasnetz eingespeist werden.

Biomasse gehört anders als Kohle, Erdöl und Erdgas zu den nachwachsenden Rohstoffen. Der Kreislauf aus dem Verbrennen und dem Nachwachsen der Rohstoffe durch Entnahme von CO2 aus der Luft verdeutlicht zusätzlich die Erneuerbarkeit dieses Energieträgers.

Hauptlieferant Wald

Der Wald ist und bleibt die bedeutendste Rohstoffquelle für den Biomassesektor. Österreich verfügt derzeit über historisch hohe Holzvorräte; seit 1960 ist das Holzvolumen in Österreichs Wäldern um etwa 56 Prozent angewachsen. Im Rahmen der Nachhaltigkeit wird immer weniger Holz genutzt als zuwächst. Insgesamt wurden in Österreich 2021 rund 27 Millionen Festmeter Holz in Haushalten, Gewerbebetrieben und in der Holz verarbeitenden Industrie (Sägewerke, Platten-, Papier- und Zellstoffindustrie) energetisch genutzt. Bis 2030 könnte der Energieholzeinsatz auf knapp 31 Millionen Festmeter gesteigert werden. Dies kann jedoch nur gelingen, wenn der Holzeinsatz in Österreich in der stofflichen und energetischen Verwertung deutlich erhöht wird und rasch umfassende Maßnahmen zur Mobilisierung der Potenziale, vor allem im bäuerlichen Kleinwald, gesetzt werden.

Biomasse ist nicht davon abhängig, ob gerade der Wind weht oder die Sonne scheint. Und sie kann für Landwirte ein zusätzliches Einkommen generieren und somit die Entwicklung im ländlichen Raum fördern. Schon jetzt findet in vielen ländlichen Gegenden Biomassenutzung statt.

© FNR 2021
© FNR 2021

Bedeutung von Biomasse als Energieträger

Biomasse hat zahlreiche Vorteile aber auch einige Nachteile. Im Vordergrund steht natürlich ihre Erneuerbarkeit und guten CO2-Bilanz. Es gibt aber noch einige andere Vorteile, die nicht vernachlässigt werden sollten. Im Gegensatz zu erneuerbaren Energieträgern wie Sonnenenergie und Wind zur Erzeugung von Strom ist Biomasse einfach speicherbar.

Bioenergie ist also in der Stromerzeugung grundlastfähig und als solche nicht nur eine sinnvolle, sondern in irgendeiner Form notwendige Ergänzung. In der Verwertung ähnelt Bioenergie sehr stark den fossilen Energieträgern. Mit Bioenergie lässt sich also die Abhängigkeit von den Anbietern fossiler Brennstoffe reduzieren. Beim weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien können Biomasse und Bioenergie also auch eine tragende Rolle spielen.

Vorteile Biomasse

Grundsätzlich kann Biomasse vielfältig eingesetzt werden. Von Treibstoff im Verkehr, zur Erzeugung von Wärme in Haushalten, von Prozesswärme in der Industrie zur Stromerzeugung. Strom- und Wärmeerzeugung kann außerdem gekoppelt erfolgen.

Biomasse ist nicht davon abhängig, ob gerade der Wind weht oder die Sonne scheint.

Nachteile Biomasse

Biomasse steht nicht unbegrenzt zur Verfügung – auch, weil die Flächen für den Anbau von Pflanzen für die energetische Nutzung nicht für den Anbau von Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen. Daher kann der Anbau von Energiepflanzen zu einem Konflikt führen.

Das Verhältnis von erzeugter Energie und der dafür notwendigen Fläche ist für Sonnen- und Windenergie wesentlich günstiger als für Biomasse. Die Ernte von Pflanzen erfordert beträchtlichen maschinellen Aufwand mit dem Einsatz von elektrischer Energie oder sogar fossilen Brennstoffen.

Ökobilanz

Holz kann in Form von Scheiten, Hackschnitzel oder Pellets verbrannt und so zur Gewinnung von Wärme oder Strom eingesetzt werden. Diese Art der energetischen Nutzung gilt als CO2-neutral bei der Verbrennung. Das trifft aber nur dann zu, wenn höchstens so viel Holz aus dem Wald entnommen wird, wie im gleichen Zeitraum nachwächst.

Klimaneutralität oder Treibhausgasneutralität bedeutet, dass ein Gleichgewicht hergestellt wird zwischen den vom Menschen verursachten Emissionen und dem Abbau dieser Gase – etwa durch Pflanzen, die CO2 für die Photosynthese brauchen.

Werden also beispielsweise Holzpellets im großen Stil verbrannt und diese möglicherweise noch importiert (wie das laut einer Studie der Europäischen Akademie der Wissenschaften teilweise praktiziert wird), dann ist die Ökobilanz deutlich schlechter.

Strom und Wärme aus Biomasseheizkraftwerken

In energietechnischen Anlagen zur Nutzung von Biomasse werden verschiedene Prinzipien der Energiewandlung eingesetzt. Bei größeren Anlagen ist eine kombinierte Erzeugung durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) üblich, die einen höheren exergetischen Wirkungsgrad erreicht als alleinige Wärme- oder Stromerzeugung. Beispiele für KWK-Anlagen sind Biomasseheizkraftwerke (Verfeuerung fester Biobrennstoffe), wie etwa das Biomasse-Heizkraftwerk Siezenheim II.

Biomassekraftwerke sind ganzjährig betriebene Anlagen zur Biomasseverfeuerung, die über Dampfturbinen Elektrizität produzieren. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei 30 bis 35 Prozent. Zum Einsatz kommen vorwiegend Hackschnitzel aus kaskadischer Nutzung, Gebrauchtholz (Altholz) sowie preisgünstige sonstige Holzsegmente (Restholz). Die typische elektrische Leistung liegt bei 5 – 20 MW.

Biomasse-Heizkraftwerke nutzen ganzjährig Biomasse, um Strom und Wärme kombiniert (Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen kurz KWK) zu erzeugen. Die Wärme wird dabei meist für thermische Produktionsprozesse oder für die Fernwärme genutzt. Dabei kommen meist Dampfturbinen und ORC-Turbinen zum Einsatz. Neben Forstholz (Waldrestholz) und Industrierestholz als hauptsächlichem Brennstoff können auch landwirtschaftliche Erzeugnisse wie das Holz aus Kurzumtriebsplantagen und Stroh genutzt werden. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei 15 bis 25 Prozent, also niedriger als bei reiner Stromerzeugung, dafür liegt der Gesamtwirkungsgrad aufgrund der Wärmenutzung meist oberhalb von 85 Prozent. Die typische elektrische Leistung liegt bei 0,5 bis 20 MW.

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