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Energie aus Biomasse

WeberV

Die Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnt zunehmend an Bedeutung. In der umweltpolitischen Diskussion ist der anthropogen verursachte Treibhauseffekt mit den daraus resultierenden Problemen ein ständiges Thema. Bereits 1992 verpflichteten sich die Industrieländer, mit Ausnahme der USA und China, in der Klimakonvention den Ausstoß an Treibhausgasen zu reduzieren (WENIG, 2005). Die energetische Nutzung von Biomasse ist klimaneutral, d. h. es entsteht nur die Menge CO2, die vorher beim Wachstum der Pflanzen gebunden wurde (WORTMANN, 2007). Des Weiteren können Energierohstoffe für die Ausübung von ökonomischem und politischem Druck eingesetzt werden. Am Neujahrstag 2006 stoppte z. B. der russische Energieversorger Gazprom die Gasversorgung der Ukraine über deren Gasleitung auch Deutschland und viele andere europäische Staaten mit Gas beliefert werden (HANDELSBLATT (HRSG.), 2006). Der verstärkte Einsatz von Biomasse als Energieträger könnte somit zur Minderung von Umweltschäden und gleichzeitig zur nationalen Energiegewinnung beitragen (OECHSNER, MAURER, 2004).
Biomasse im Sinne der Biomasseverordnung sind „Energieträger aus Phyto- und Zoomasse“. Hierzu gehören auch aus „Phyto- und Zoomasse resultierende Folge- und Nebenprodukte, Rückstände und Abfälle, deren Energiegehalt aus Phyto- und Zoomasse stammt“ (BIOMASSEV, § 2, 2001).
Generell existieren mehrere Verfahren der Umwandlung von Biomasse zu Energie. Neben der Erzeugung von Biogas und der Erzeugung von Biokraftstoffen besteht die Möglichkeit der Verbrennung von Biomasse. Mit dem Inkrafttreten des Erneuerbare Energie-Gesetzes (BGBI 2004) haben sich die Bedingungen zur Erzeugung von Energie aus Biomasse deutlich verbessert (HONERMEIER, FRIEDT, 2005). Seit einigen Jahren baut die Landwirtschaft deshalb gezielt Energiepflanzen an (WENIG, 2005). Energiepflanzen sind „alle in der Land- und Forstwirtschaft für eine potentielle energetische Nutzung produzierten Nutzpflanzen und Pflanzenkomponenten“ (BRENNDÖRFER ET AL., 1994). Als Energiepflanzen eignen sich schnellwachsende Baumarten wie Pappeln oder Kulturpflanzen wie Miscanthus (WENIG, 2005). Aber auch Raps und Getreide können zur Energiegewinnung genutzt werden. Raps ist dabei vor Mais und Weizen, die am meisten angebaute Energiepflanze in Deutschland (RATHKE, DIEPENBROCK, 2006).

Thermische Nutzung von Weizen

Für die thermische Verwertung von Biomasse dient, je nach Größe der Verbrennungsanlage, das Bundesimmissionsschutzgesetz (BAYRISCHER BAUERNVERBAND, 2005). In der 1. Bundesimmissionsschutz-Verordnung (BImSchV) sind Brennstoffe aufgeführt, die in Kleinfeuerungsanlagen verbrannt werden dürfen. Unter anderem werden dort neben verschiedenen Holzbrennstoffen in § 3a, Absatz 8, Stroh und ähnliche pflanzliche Stoffe als Regelbrennstoff genannt (1. BIMSCHV, 2001). In Erläuterungen zur 1. BImSchV werden als strohähnliche Energiepflanzen z. B. Schilf, Elefantengras, Heu und Maisspindeln genannt. Getreide ist hier nicht aufgeführt und demnach kein Regelbrennstoff. Die Auslegung, ob Getreide ein strohähnlicher Brennstoff ist oder nicht, ist Sache der Bundesländer (BRÖKELAND ET AL., 2006). Für Großfeueranlagen sind im Bundesimmissionsschutzgesetz Getreidekörner zugelassen (RATHKE, DIEPENBROCK, 2006).
Begründet wird die Ausgrenzung der Getreidekörner in kleinen bis mittleren Anlagen mit den höheren Anteilen von Asche, NOx, Kalium und Chlor (BAYRISCHER BAUERNVERBAND (HRSG.), 2005), da sie nicht entsprechend dem Immissionsschutz ausreichend mit Filteranlagen gerüstet sind (WELTHUNGERHILFE (HRSG.), 2006).

Des Weiteren schaffen bei der energetischen Verwertung von Getreide der im Vergleich mit Holz niedrigere Ascheschmelzpunkt und der sehr hohe Aschegehalt erhebliche Probleme (WORTMANN, 2007). Während Holz mit einem Erweichungspunkt zwischen 1220 und 1470 °C bei herkömmlichen Verbrennungstechniken keine Probleme mit anbackender Schlacke verursacht, wirkt sich der besonders bei Getreide sehr niedrig liegende Erweichungspunkt von 705 °C negativ auf den Verbrennungsprozess aus (OECHSNER, MAURER, 2004). Da im Brennraum von Holzfeuerungsanlagen Temperaturen von ca. 1000 °C erreicht werden, kommt es sehr viel schneller zu Verschlackungen, wenn Getreide verbrannt wird. Durch andere Gestaltung der Verbrennungsräume in neueren Anlagen (WORTMANN, 2007) oder durch eine Mischung des Brennstoffes, beispielsweise mit Holzpellets, kann diesem Problem entgegengewirkt werden (OECHSNER, MAURER, 2004). Die aus dem hohen Aschegehalt resultierenden hohen Staubemissionen bewirken, dass die gesetzlichen Grenzwerte (siehe Abb. 1) nicht zuverlässig eingehalten werden können. Entsprechende Filter können den Staubgehalt drastisch senken (WORTMANN, 2007).

Auch beim Stickstoff, Kalium und Chlorgehalt weisen Getreidekörner, Stroh und Landschaftspflegeheu stets um ein Vielfaches höhere Werte als Holz auf (OECHSNER, MAURER, 2004). Diese Stoffe sind an der Bildung von Luftschadstoffen beteiligt und wirken sich bei der Korrosion und Verschlackung von Feuerraum und Wärmeübertragungsflächen negativ aus (OECHSNER, MAURER, 2004). Der hohe Stickstoffgehalt in der Abluft basiert im Wesentlichen auf dem Rohproteingehalt der Körner. Dieser lässt sich durch gezielte Kulturmaßnahmen, z. B. geringere Stickstoffgaben oder Sortenwahl beeinflussen (BRÖKELAND ET AL., 2006). Der Chlorgehalt in Weizenkörnern kann bei der Verbrennung zu einer Aufkonzentrierung und damit zur Bildung von Salzsäure führen. Durch die Düngung chlorfreier Düngemittel kann der Chlorgehalt im Korn gesenkt werden (WORTMANN, 2007).
Mit technischen Anpassungsmaßnahmen in Strohöfen bzw. angepassten Pelletheizanlagen unter Einhaltung der Emissionsgrenzwerte kann Getreide somit energetisch genutzt werden und stellt bei weiter steigenden Preisen für Heizöl eine wirtschaftlich interessante Alternative dar. (OECHSNER, MAURER, 2004). Weizenkörner haben einen Brennwert von durchschnittlich 16,8 MJ/kg. Kohlenstoff ist dabei Hauptenergieträger, neben Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel (LAP FORCHHEIM (HRSG.), 2006). Die Wirtschaftlichkeit des „Energieträgers Weizen“ soll mit folgender Berechnung deutlich gemacht werden:
Im Juni 2007 kosteten 100 kg Getreide in Brotqualität etwa 12 €. Da 2,5 kg Getreidekörner in etwa dem Brennwert von einem Liter Heizöl entsprechen (BAYRISCHER BAUERNVERBAND (HRSG.), 2005), entspricht der Brennwert dieser Menge Korn etwa 40 l Heizöl im Wert von 24 € (0,6 €/ l) (WINTZENBURG, 2006), was einen Gewinn von 100 % bedeutet. Bei dieser Rechnung ist allerdings der schwankende Weizenpreis und der höhere Investitionskostenanteil bei einer Getreidefeuerung zu berücksichtigen (BAYRISCHER BAUERNVERBAND (HRSG.), 2005).
Neben der Wirtschaftlichkeit ergeben sich bei der energetischen Nutzung von Getreide weitere Vorteile. Zum einen sind die Getreidekörner wegen ihrer hohen Dichte gut zu lagern (BAYRISCHER BAUERNVERBAND HRSG, 2005) und liegen in einer idealen Form vor, um auch für kleine Feuerungsleistungen eine gleichmäßige Beschickung des Ofens zu garantieren (OECHSNER, MAURER, 2004). Als regionaler Brennstoff bietet Getreide zudem den Vorteil, dass wenige Umweltbelastungen beim Transport entstehen und die Wertschöpfung in der Region bleibt (BRÖKELAND, ET AL., 2006). Des Weiteren ist die Anbau-, Ernte- und Lagerungstechnik bei Getreide bereits vorhanden.
Die Verwendung von Übergetreide, d. h. Getreide, welches aus Qualitätsmängeln nicht als Lebensmittel oder Tierfutter verwendet werden kann, als Brennstoff ist aufgrund des seit 2005 bestehenden Deponierungsverbotes für Landwirte sehr interessant (WORTMANN, 2007). Neben der gesetzlich festgelegten absoluten Höchstgehalte in der gelieferten Ware an unerwünschten bzw. verbotenen Stoffen werden je nach Abnehmer weitere Qualitätsrichtlinien vereinbart, die die Verwendung bestimmter Partien weiter einschränkt (AGRIMEDIA (HRSG.), 2005). Hinzu kommt das Verschneidungsverbot, nach dem Futtermittel mit überhöhten Gehalten an unerwünschten Stoffen zum Zwecke der Verdünnung nicht mit anderen Futtermitteln vermischt werden dürfen. Zu den in der Futtermittelverordnung aufgeführten Stoffen zählen z. B. Mutterkorn, Cadmium, Dioxin, Blei und das Mykotoxin Aflatoxin B (BRÖKELAND ET AL., 2006).
Insgesamt ist die energetische Verwendung von Weizen als nachwachsender Rohstoff technisch möglich und wirtschaftlich interessant. Dabei ist jedoch zu beachten, dass „die Konkurrenz um Flächen einerseits für die Biomasseerzeugung und andererseits für die Nahrungsmittelproduktion ansteigt“ (Brodersen, 2007).
Des Weiteren ist von Bedeutung, dass die Energiebilanz nur dann ausgeglichen ist, wenn Weizen extensiv, also mit wenig Input an Kunstdünger, Pestiziden und Transportenergie, erzeugt wird (WELTHUNGERHILFE (HRSG.), 2006). Weiterhin sind ethische Vorbehalte in der Bevölkerung gegenüber der thermischen Nutzung von Weizen zu berücksichtigen.

Literatur siehe http://cropscience.ch/?p=33

September 8th, 2007
Topic: Crop Science, Regenerative Energy Tags: None

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