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Biomasse



Definition

Nach dem Gesetzt vom 01.04.200, fällt die Biomasse in den Bereich der erneuerbaren Energien. Zur Biomasse gelten sowohl flüssige und gasförmige als auch feste Organische Stoffe und deren Umwandlungsprodukte, die zur Gewinnung von Strom und Wärme genutzten werden können  In der Pflanze wird die Sonnenenergie mit dem Zusammenspiel von Wasser und Kohlenstoff in energiereiche Stoffe umgewandelt. Diesen natürlichen Vorgang bezeichnet man als Fotosynthese Die entstandenen Umwandlungsprodukte  werden  in der Pflanze gespeichert und bei der Verbrennung freigesetzt.
Zu der festen Biomasse gehören Waldholz und Getreidestroh sowie Rest-, Abfallstoffe und Nebenprodukte, die häufig aus land- und forstwirtschaftlichen Erzeugnissen hervorgehen. Die feste Biomasse enthält besonders viel von der gespeicherten Energie. Ebenfalls werden auch schon heute bestimmte Energiepflanzen angebaut, die besonders schnell wachsen wie z.B. Getreidepflanzen. Weiterhin zählen Pflanzen und Pflanzereste aus  der gewerblichen Rest- und Abfallstoffen und Nebenprodukte (Bauholz, Paletten, Altmöbel, Sägemehl, Reste aus der Ernährungsindustrie) zu den Bioenergieträgern.
Bei den flüssigen Bioenergieträgern werden beispielsweise aus Zuckerrüben, Getreide und Kartoffeln der Bioalkohol produziert. Der bekannte Biodiesel wird aus lignocellulosehaltiger Biomasse, Pflanzenölen und deren Derivate erzeugt.
Die bakteriellen Umsetzungsprozesse organischer Substanzen sind Voraussetzung zur Gewinnung von Biogas. Das Biogas wird häufig aus den Substanzen Gülle und Dung aus der Abfallwirtschaft, Land- und Forstwirtschaft oder aus der thermochemischen Umwandlung von Biomasse entnommen.
Die Biomasse muss einige Auflagen erfüllen, damit es zu den erneuerbaren Energien zählt. Die Energiegewinnung muss mit den Klimaschutzzielen, dem Kyoto-Zielen vereinbar sein. Deswegen muss die Produktion von Strom kohlendioxidneutral verlaufen. Biomasse sollte nicht nur in der Produktion von Strom einsetzbar sein, sonder auch in der Gewinnung von Wärme.
Die Nachhaltigkeit von den erneuerbaren Energien müssen gewährleistet sein, damit  die Stromerzeugung in der Zukunft gesichert ist.
Der Ausgangstoff Biomasse ist günstig in der Anschaffung  und kann bei der Produktion von  Strom mit  anderen Methoden mithalten. Diese Stromgewinnung wäre rentabel und wäre Kongruenz fähig für einen Besitzer eines Biomassen-Kraftwerkes.

Quelle: http://www.inaro.de/deutsch/rohstoff/energie/biomasse/Definition.html

Fotosynthese im Überblick

Die Fotosynthese ist ein vielstufiger Vorgang aus zahlreichen Teilprozessen. Aus den Ausgangsstoffen Wasser und Kohlenstoffdioxid entstehen durch sämtliche chemische Prozesse die Produkte Glucose und Sauerstoff.
Die Glucose dient in der Pflanze als Speicher für die chemische Energie. Die Glucose spielt eine große rolle, da das Leben auf die Zufuhr von Energie angewiesen ist. Ohne zugeführte Energie wären keine Stoffwechselprozesse in Organismen möglich und  der Organismus würde absterben. Das Kohlenstoffdioxid wird somit in der Glucose und damit in der Pflanze aufbewahrt. Vor Milliarden von Jahren wurde  Die Pflanzen mit dem eingelagert CO2 von einer menge Erde bedeckt und durch großen Druck entstand nach Milliarden Jahren der Fossilenengerieträger Kohle. Bei der Verbrennung von Kohle wird das eingelagerte CO2 in die Atmosphäre injiziert und CO2-Anteil in der Luft steigt enorm an. Zurzeit befinden sich etwa 0,039 % Kohlenstoffdioxid in der Luft.
Der entstandene Sauerstoff wird zum Teil über die Spaltöffnung, an der Blattunterseite  abgesondert. Der übrig gebliebende Sauerstoff wird von den Pflanzen für die Produktion von weiteren energiereichen Stoffen verwendet.

Summengleichung:

Bild "2_Biomasse.png"

Der grobe Ablauf der Fotosynthese

Die Abbildung rechts zeigt einen groben Verlauf der Fotosynthese im Chloroplast.
Zunächst wird die Fotosynthese in zwei Teilprozesse, die Primärreaktion und Sekundärreaktion (Calvinzyklus) unterteilt.
{SlimBox|Bild "3_Biomasse.jpg",Bild "3_Biomasse.jpg"}Das Licht und Wasser gelangen von außerhalb des Chloroplast in das Granum. Im Granum findet die Primärreaktion statt, indem  Sauerstoff, ATP und NADPH+H+ entsteht.
Der zweite Teilprozess ist die Sekundärreaktion, die im Stroma des Chloroplasts stattfindet. Dort werden die Produkte, ATP und NADPH+H+, aus der Primärreaktion und CO2 zu Zucker umgewandelt.


Entwicklungshistorik der Biomasse

Schon in der Steinzeit diente die Biomasse zu Energiegewinnung.  Diese Energieform blieb bis zum 19. Jahrhundert vorhanden, weil  Holz der Wärmelieferant war  und ebenfalls wurde die freigesetzte Wärme zum Kochen benutzt.  Der Heizwert des Holzes war sehr gering und wurde deswegen von anderen fossilen Energieträgern (Kohle) verdrängt.
Vor einigen Jahren begann man mit  der Verbrennung von Restholz als Primärenergie in Kraftwerken. Aus der holzverarbeitetende Industrie. Erst durch das Erneuerbahre-Energie-Gesetzt (EEG), setzt sich die Biomasse als Stromerzeuger durch. Der starke Anstieg  der Nutzung von Biomasse ist mit der Förderung und Einspeisevergütungen in das öffentliche Stromnetz verbunden. Gleichzeitig hat sich ein neuer Markt geöffnet, neben der Verwertung von biogenen

Reststoffen und Energiepflanzen wurde das Kultivieren von schnell wachsenden Pflanzen gefördert.
Zurzeit besitzen Biomasse-Kraftwerke eine Leistungstoleranz zwischen 150 und 500 KW. Der erzeugte Strom wird für die Versorgung von landwirtschaftlichen Betrieben genutzt.
Große Anlagen erreichen eine  Leistung von 20 MW und diese befindet sich häufig im Kontakt mit kommunalen Kläranlagen oder der Holzindustrie. Heutzutage findet man auch Kleinanlangen in Einfamilienhäusern mit einer Leistung unter 150 KW. Die entstandene Wärme kann auch  in das Heizungs-System integriert werden.
In der Zukunft wird die Forschung sich auf zwei Bereiche konzentrieren. Es werden Methoden entwickelt, um die effizientere Umwandlung zu verbessern und die Ausbeutung von Strom zu steigern.
Weiterhin werden Hochertragssorten und Energiepflanzen mit Hilfe der Gentechnik entwickelt, um eine größeren Ertrag zu erwirtschaften. Dadurch werden auch die Anbauflächen solcher Nutzpflanzen gesteigert, damit der Rohstoff jederzeit verfügbar ist.

Quelle :http://www.guidobauersachs.de/bc/fotozus.jpg

Die Nutzfläche von Biomasse

Zurzeit werden in Deutschland etwa 18,8 Mio. Hektar Fläche landwirtschaftlich genutzt. Etwa 8,5% (1,6 Mio. Ha) von der Gesamtfläche wird für die Biomasse verwendet. In 10 Jahren soll sich die Fläche auf etwa 3,7 Mio. Hektar vergrößern. Diese Vergrößerung ist zum einem bedingt durch die Ertragssteigerung, wodurch weniger Anbauflächen benötigt werden und für Energiepflanzen genutzt werden. Ebenfalls gibt es schon heute einen Überschuss an Nahrungsmitteln, wie z.B. Getreide.
Ein weiterer Grund für die Flächenvergrößerung ist der Bevölkerungsrückgang in Deutschland und die sinkende Nachfrage von bestimmten Agrarprodukten.

Flächenverteilung im Jahr 2020:

{SlimBox|Bild "4_Biomasse_vorschau.png",Bild "4_Biomasse.png"}

Wie können welche Energiepflanzen genutzt werden?

{SlimBox|Bild "5_Biomasse_vorschau.jpg",Bild "5_Biomasse.jpg"}

Quellen:
-> Quellen: Buch- Agentur für  erneuerbare Energien( Abbildung zum größten Teil übernommen)

Die Bioenergie im Konzert der Erneuerbaren Energien


http://www.unendlich-viel-energie.de/uploads/media/Anteil_EE_am_Verbrauch.pdf

Die Bioenergie spielt zusammen mit der Windenergie  schon heute eine wichtige Rolle bei den erneuerbaren Energien. 5,2 % des Deutschen-Energieverbrauches nimmt die Bioenergie in Anspruch. Momentan wird jährlich 27,2 Mrd. kWh/a produziert. Es ist fast das Fünffache des Anteils von Solarenergie. Bis zum Jahr 2020 versucht Deutschland den Anteil des Stroms aus 9,1 % zusteigern und dies entspricht 54,3 Mrd. kWh/a. Bei der Wärmeproduktion von den erneuerbaren Energien führt die Bioenergie mit 7,7 % und dies entspricht 101,9 Mrd. kWha/a. In 10 Jahren soll sich der Anteil der Wärme fast verdoppeln und das wäre eine Steigerung um 50 Mrd. kWh/a. Als einzige erneuerbare Energie leistet die Bioenergie auch ihren Anteil von 5,5% zum Kraftstoff. Bis zum Jahr 2020 wird sich Anteil des Biokraftstoffs auf 21, 4 % vergrößern. Das bedeutet, dass sich Kraftstoff von 36,7 Mrd. kWh/a auf 111.3 Mrd kWh/a ausbauen wird.

An diesem Diagramm wird besonders deutlich, dass die Bioenergie ein „Alleskönner“ ist. In allen drei Bereichen ist die Bioenergie in großem Maße vertreten. Aus diesem Grund sollte die Bioenergie weiter gefördert und ausgebaut werden.

Quellen:
-> Broschüre Argentur für Erneuerbare Energien
-> Buch Argentur für Erneuerbare Energien

Reststoffe

Unter dem Begriff der Reststoffe versteht man beispielsweise, Gülle von Tieren, Stroh Biomüll, Restholz oder Klärschlamm. Die Menge der Reststoffe entsprechen einer Fläche von 2,6 Mio. Hektar, wenn diese Biomasse kultiviert werden würde. Die Gesamtfläche, der genutzte Biomasse (= Energiepflanzen+ Restoffen) beträgt jährlich etwa 4,2 Mio. Hektar. Aus Restoffen  lassen sich nicht nur Biogas, Biodiesel und Holzpellts herstellen, sondern auch Klärgas. Aus diesen produzierten Stoffen kann anschließend wieder  Strom, Wärme und Biokraftstoff hergestellt werden. Beispielsweise lässt sich aus dem Klärschlamm das Klärgas fabrizieren. Aus dem Klärgas lässt mit Hilfe eines Blockheizkraftwerkes Strom und Wärme produzieren. Ebenfalls kann das Klärgas aufbereitet werden, wobei der Methangehalt und die Qualität gesteigert werden. Das verarbeitet Gas wird daraufhin ins Erdgansnetz eingespeist oder wird an Biotankstellen als Kraftstoff für Erdgasautos verkauft.
Jedes Jahr wachsen etwa 120 Mio. m³ neues Holz zum derzeitigen Holzbestand in Deutschland dazu. Das bedeutet, dass pro Sekunde  etwa 4 m³ neues Holz entsteht. Für 4m³ entsprechend einem Würfel mit einer Kantenlänge von 1,6m. Aus dem Holz produziert die Industrie eine große Menge von Holzpellets. Die Verbrennung von Pellts verlauft sehr gut und es stellt sich ein Wirkungsgrad von 90% ein.
Bild "7_Biomasse.png"

Potenzial von Reststoffen

Bild "8_Biomasse.png"
Bild "9_Biomasse.png"

Quellen:
-> http://www.heidelberg.de/servlet/PB/show/1127806/31_bild_stroh.jpg
-> http://www.holzbiber.com/resources/_wsb_242x177_08.08.13+Restholz.JPG
-> http://www.scintas-clan.spacequadrat.de/inc/images/uploads/userpics/73.gif
--> Buch- Agentur für  erneuerbare Energien( Abbildung zum größten Teil übernommen)


Gebiete mit hohem Potenzial
  • Nordost- und Mitteldeutschland
  • Norddeutschland
  • Nordost- und Süddeutschland
Potenzial
  • Über 1.000 kWh pro Person
  • Über 1.000 kWh pro Person
  • Über 200 kWh pro Person
Stromabdeckung
  • Ein Drittel des jährlichen Stromverbrauchs
  • Ein Drittel des jährlichen Stromverbrauchs
  • zwei Drittel des jährlichen Stromverbrauchs

Quellen:
-> http://www.heidelberg.de/servlet/PB/show/1127806/31_bild_stroh.jpg
-> http://www.holzbiber.com/resources/_wsb_242x177_08.08.13+Restholz.JPG
-> http://www.scintas-clan.spacequadrat.de/inc/images/uploads/userpics/73.gif

Energiepflanzen sind Platzdiebe?

Als Energiepflanzen bezeichnet man Organismen, die speziell für die energetische Verwendung angebaut werden. Sie gehören zu den nachwachsenden Rohstoffen und produzieren jedes Jahr neues Material für die Stromerzeugung.
Schon seit Jahrhunderten essen die Pferde Energiepflanzen, wie Hafer. Es ist der Energielieferant für die Pferde. Beispielsweise sind Pflanzen, wie  Raps, Weizen und Mais  sowohl Nahrungsmittel als auch Energiepflanzen. Nach der Ernte kann man die Energiepflanzen für  drei große Bereiche nutzen:

  • Viehfutter
  • Nahrungsmittel für Menschen
  • Zur Erzeugung von Strom, Wärme und Biokraftstoffen
Die deutsche Landwirtschaft produziert jährlich einen Überschuss von Nahrungsmitteln und Viehfutter und auch nach den Abzügen der Exporte, gibt es ein Überangebot. Diese Pflanzen können zur Erzeugung von Strom genutzt werden und es würde keine Ackerfläche verloren gehen. Schon im  Jahr 1990 wurden absichtlich landwirtschaftliche Flächen stillgelegt, um einen stabilen Nahrungsmittelmarkt zu erzeugen. Diese stillgelegten Flächen könnten  zum Anbau von Energiepflanzen genutzt werden.
{SlimBox|Bild "10_Biomasse.jpg",Bild "10_Biomasse.jpg"}In der Zukunft wird die Gentechnik die Pflanzen ständig verbessern. Die Forscher  haben das Ziel die Energiepflanzen und Nahrungsmittelpflanzen robuster und ertragreicher zu züchten. Dabei erhalten die Pflanzen Gene, um Resistenzen gegenüber Krankheiten und Schädlingen zu auszuprägen. Um den Preis  stabil zu halten, müssen die Bauer aufgrund der Ertragssteigerung, weniger Pflanzen anbauen.  Deswegen gibt es die Möglichkeit bis zum Jahr 2020 die Anbaufläche der Energiepflanzen zu verdoppeln, um eine Gesamtfläche von 4 Millionen Hektar zu erreichen. In Deutschland belegen zurzeit 60 % der Gesamtanbaufläche die Futterpflanzen und gerade Mal ein zehntel die Energiepflanzen.
In der Milchwirtschaft herrscht zurzeit ein Umschwung. Der Preis der Milch ist sehr niedrig, weil es ein Überangebot von Milch gibt und die Supermärkte die Preise runterwirtschaften. In den letzten Jahren hat sich die Milchproduktion bei einer Kuh fast verdoppelt und weniger Kühe werden gebraucht. Deswegen spielen einige Bauern mit dem Gedanke, dass sie Grünflächen der Viehe in eine Anbaufläche umwandeln. Mit den Angebauten Pflanzen machen die Bauern mehr Gewinn als mit der Milch.
Der Umbau der Grünfläche  ist durch einen Gesetzesbeschluss der EU verboten oder nur in geringem Maße umsetzbar.  Die Bauen würden durch die Umwandlung  ihre Zuschüsse von der EU verlieren, da die Grünflächen weisen eine große Artenvielfalt der Pflanzen auf und die geschlossene Pflanzendecke schützt vor Erosion. Die Grünflächen dienen als Lebensräume für bestimmte Insekten, die vor dem Aussterben bedroht sind.  Ebenfalls wird das CO2 im Boden gebunden und der Klimawandel wird verzögert.
Die Alternative dazu ist die Installation einer Biogasanlage. Das Gras von der Weide lässt sich gut für die Produktion von Biogas nutzen und die Grünflächen bleiben vorhanden.

Die Zerstörung des Regenwaldes wird nicht durch die Anpflanzung von Energiepflanzen gefördert. Zurzeit sind gerade Mal 2 % der Ackerfläche auf der ganzen Welt mit Energiepflanzen besetzt. Schon allein dieses Größenverhältnis  zeigt, dass die Zerstörung nicht von den Energiepflanzen ausgeht. Der Verlust des Regenwaldes beruht darauf, dass die Menschen  in den Industrieländern, wie Deutschland, billige Futtermittel und Pflanzenöle erwerben möchten.  Die Zerstörung des Regenwaldes zieht ebenfalls ökologische Folgen mit sich;

  • Zerstörung von Pflanzenarten, Vielfalt in Gefahr
  • Verminderung der Nahrung von Tieren
  • Lebensräume von Tieren  werden zerstört
  • Klimawandel
Momentan werden nur 5 % der Palmerträge als Energiepflanzen verwendet, um Biostrom mit Hilfe eines BHKW zu produzieren.
Ein neuer Markt der Biokraftstoffe öffnet sich für die Unternehmer. Es dürfen Energiepflanzen kultiviert werden, sofern die  zerstörte Grünfläche über keinen hohen Naturschutz oder Kohlenstoffbestand verfügt.

Bild "11_Biomasse.png"
Quelle: Argentur für Erneuerbare Energien


Brauchen Energiepflanzen mehr Dünger?

In der Landwirtschaft sind Pflanzenschutzmittel und Dünger für den Anbau von Futterpflanzen, Nahrungspflanzen und Energiepflanzen unverzichtbar. Diese chemischen Produkte sind sehr teuer für einen Besitzer ein landwirtschaftlichen Fläche.
Eine übermäßige Verwendung von Dünger ist allein aus ökonomischen Interessen für den Landwirt problematisch. Ebenfalls würde die enorme Menge an chemischen Mitteln die Pflanzen physisch belasten. Die verwendete Menge von Schutzmittel ist durch die Nitratrichtline, das Pflanzenschutzgesetz, die Düngerverordnung und Bundesbodengesetz gesetzlich geregelt.  Diese Gesetze dienen zum Schutz der Humusschicht und des Grundwassers. Ein Versuch von Wissenschaftlehrer zeigte, dass bei der Reduzierung von Dünger und Pflanzenschutzmittel ein ähnlicher Ertrag entsteht wie bei der derzeitigen Anbauweise.
Aus diesen Gründen vermeiden die Landwirte die Kultivierung von Monokulturen. Unter den genannten Begriff versteht man, dass eine bestimmte Pflanzenart jedes Jahr auf der gleichen Agrarfläche angebaut wird. Darunter leidet die Bodenqualität enorm, weil die Pflanzen die Mineralien und Nährstoffe aus dem Boden entziehen. Deswegen muss der Landwirt die Agrarfläche mit teuerem Dünger aufarbeiten. Weiterhin begünstigt die verminderte Bodenqualität das Wachstum von Schädlingen, worüber der Landwirt nicht erfreut ist.
Folglich schlagen die Forscher vor, jedes Jahr eine andere Pflanze mit unterschiedlichen Ansprüchen  anzupflanzen, um den Boden zu schonen. Ebenfalls wird der Boden über den natürlichen Mineralstoffwechsel wieder mit den fehlenden Stoffen versorgt. Der jährliche Wechsel von Anbaupflanzen bezeichnet man als Fruchtfolge. Der Anbau von Energiepflanzen weißt sämtliche Vorteile auf;
Humusschicht kann sich erholen aufgrund der Fruchtfolge
Zwischenfrüchte sinken Erosion
Mineraldünger einsparen aufgrund des Mineralstoffkreislauf
Energiepflanzen sind im Durchschnitt weniger anspruchsvoll

Quelle:
->Broschüre Argentour für Erneuerbare Energien

Die Energiepflanze ist der Schlüssel zur Gentechnik?

Der Anbau von genetisch veränderten Pflanzen ist nicht umsetzbar. Zunächst muss das EU-Mitglied einen Antrag stellen, der beinhaltet, die potenzielle Auswirkung aus die Umwelt und die Kennzeichnung von Toxizität von Allergenität. Anschließend überprüft die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherung (EFSA) das Saatgut und stellt eine Hypothese über die folgenden Risiken auf. Danach muss der EU-Ministerrat über die Freigabe abstimmen. Als nächstes erteilt  das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit(BVL) die Freigabe zur Kultivierung von genmanipulierten (GM) Pflanzen.  Drei Monate vor dem Beginn der Anpflanzung muss die Agrarfläche mit den genmanipulierten Pflanzen angemeldet werden.
In Deutschland liegt der Prozentsatz von beispielsweise genmanipulierten Mais bei etwas 0.15% und ist im vergleich zum konverentionellen Anbau sehr gering.

Bild "13_Biomasse.png"
Quelle: Broschüre von der Agentur für erneuerbare Energien


Strom- und Wärmeerzeugung

Große Anlagen, die Wärme und Strom produzieren, bezeichnet man als Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Kleine Anlagen bezeichnet man als Blockheizkraftwerke. Diese Anlagen basieren auf der Verbrennung von veredelter Biomasse, wie z.B. Biodiesel, Aktivkohle, Holzpellet. Blockheizkraftwerke sind besonders fortschrittlich und ebenfalls umweltfreundlich. Die produzierte Energie wird direkt vor Ort verbraucht und falls ein Überschuss an Strom vorhanden ist, wird dieser ins öffentliche Netz eingespeist


Grundlagen : Kopplung von Kraft und Wärme

Die Abbildung stellt die Kopplung  von Kraft und Wärme dar.
Der Motor stellt in der Abbildung den Verbrennungsprozess da, wodurch der Generator angetrieben wird und elektrischer Strom entsteht.  Der Motor wird durch Öl oder Gas betrieben. Der entstandene Strom wird in Häusern anschließend genutzt oder ins regionale Netzt eingespeist. Das entstandene, heiße Abgas wird aus dem Motor herausgeleitet und es erhitzt das Kondensat, wodurch  Dampf erzeugt wird. In der Physik versteht man unter dem Begriff  des Kondensats ein Produkt, das den Aggregatzustand vom gasförmige ins flüssige wechselt.
Anschließend erwärmt das Abgas das Heizwasser, das dadurch warm wird und zum Heizen genutzten werden kann. Das restliche Abgas wird an die Atmosphäre abgegeben und der  CO2-Kreislauf beginnt.  
Dieses System lässt sich auch in Blockheizkraftwerken wieder finden. Dadurch arbeiten sie sehr effizient und vermindern den Ausstoß von CO2.
Bild "15_Biomasse.jpg"
Bildquelle: http://shop.strato.de/WebRoot/Store4/Shops/61126211/MediaGallery/kwk_prinzip.png


Wie viel Energie steckt in einem Hektar?




Quelle:
-> Buch, Agentur für erneuerbare Energienhttp://green-innovation.kilu.de/admin/index.php4.4 Funktionsweise einer Biogasanlage


Funktionsweise einer Biogasanlage

4.4 Funktionsweise einer Biogasanlage

Die Biogasanlage ist eine weitere Methode um Biostrom herzustellen. Die Anlage wird vermehrt in der Landwirtschaft und der kommunalen Entsorgung eingesetzt. In dieser Anlage entsteht ein Biogas, das über einen Anteil von 50 – 70 % an Methangas verfügt, welches sich als sehr guter Energieträger eignet. Biogas besitzt einen durchschnittlichen Heizwert von 600 kcal/m³ (entspricht 25.000KJ/m³) Es wird unter Luftabschluss mithilfe von Bakterien gewonnen und dadurch wird die Biomasse anaerobe, ohne Sauerstoff, synthetisiert. In der Natur gibt es diesen Vorgang vermehrt in  Sümpfen, Mooren, im Dickdarm von Menschen und Misthaufen.  Die erzeugte Biomasse einer Kuh in einem Jahr stimmt mit der Energie von 300 Liter Heizöl überein.


Das Methan ist zusammen mit dem Kohlenstoffdioxid der Hauptverursacher des Treibhauseffektes. Bei der Biogasverbrennung wird nur die Menge von Treibhausgasen produziert, die vorher in der Pflanze vorhanden waren. Deswegen ist die Energienutzung CO2-neutral. Ebenfalls wird der Geruch, der durch den Mist entsteht eingedämmt, da er  in einem luftdichten Behälter vergärt. Die entstandene Energie kann auch jederzeit genutzt werden und der Besitzer einer Biogasanlage macht sich unabhängig vom regionalen Netz.

Zunächst wird der Stallmist, der als Gärsubstrat bezeichnet wird, in den Gärbehälter geleitet. Zusätzlich kommen organische Reststoffe, Co-Substrate, in den Behälter, damit die Ausbeute von Biogas gesteigert wird. Im Durchschnitt weist der Behälter ein Volumen von 150 bis 500 m³ auf.
Das Substratgemisch wird anschließend von den Mikroorganismen ohne Sauerstoff verarbeitet und als Produkt entsteht Faulschlamm und Biogas Die Ausbeute des Biogases ist vor allem von  den Betriebstemperaturen und der Aufbewahrungsdauer abhängig. Die Bildung von Schwimmdecken und Sinkschichten  wird durch ständiges Rühren vorgebeugt.
Als nächstes wird das Biogas gereinigt, indem  das Gas durch die Zufuhr von Sauerstoff entschwefelt wird. Zum Schluss wird das Gas zum Gasspeicher transportiert und dort bis zur Verwendung aufbewahrt.  Das Biogas kann sehr effizient genutzt werden, beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk. Das BHKW  verbindet die Produktion von Wärme und Strom. Ebenfalls lässt sich das Gas als Kraftstoff für Autos nutzen. Das Abfallprodukt der Gärung kann als biologischer Dünger verwendet werden. Der Wert des Düngers wird bei der Gärung enorm gesteigert, da die Unkrautsamen abgetötet und schädliche Keime aufgrund der hohen Temperaturen absterben.

Die Anschaffung einer Biogasanlage ist zurzeit noch  kostenintensiv.  Anlagen, die im größten Teil aus Selbstbau bestehen, werden vom Staat gefördert. Der Nachteil des Selbstbaues beruht darauf, dass die Anlage viel reparaturanfälliger und kurzlebiger ist. Ebenfalls nimmt eine Biogasanlage eine Fläche von 80 bis 100 Großvieheinheiten in Anspruch. Die Kosten lassen sich reduzieren, indem die Biogasanlagen von mehreren Nutzern verwendet wird.


Quelle: http://www.seilnacht.com/referate/biogas01.htm#mesophil


Kohlenstoffdioxidkreislauf

Mithilfe der Sonnenenergie wird aus Wasser und C02 der energiereiche Stoffe Glucose hergestellt und diesen Vorgang in der Pflanze bezeichnet man als Fotosynthese. Die Energie wird in der Pflanze aufbewahrt und anschließend  wird die Biomasse in bestimmten Vorgängen veredelt. Nach der Veredlung  wird die Biomasse zur Fabrik bzw. zum Blockheizkraftwerk transportiert. Dort wird die Biomasse verbrannt und die dabei entstehende Wärme wird ins Nahwarmennetz  gespeist und versorgt die Häuser mit Wärme. Ebenfalls wird Strom im Blockheizkraftwerk produziert, dass ins Stromnetz eingespeist wird.  Als Abfallprodukt entsteht CO2, dass in die Atmosphäre abgesondert wird und die entstandene Asche kann als Dünger für  Pflanzen dienen. Das CO2 wird nach der Verbrennung von Pflanzen wieder für die Fotosynthese verwendet.
Die Biomasse schließt einen Kreislauf,  der relativ CO2 neutral abläuft. Jedes  Jahr entsteht eine Strommenge von 27,2 Mrd. kWh und der CO2-Austoss wird jährlich, um 20,7 Mio. t vermindert. Die jährlich erzeugte Wärmemenge beträgt 101,9 Mrd. kWh und dadurch wird der CO2 -Ausstoß, um 29,1 Mio. t reduziert.
{SlimBox|Bild "19_Biomasse_vorschau.jpg",Bild "19_Biomasse.jpg"}

Jünde: Beispiel für eine bioenergiestrukturierete  Gemeinde

Die Gemeinde Jünde befinde sich im Süden von Niedersachsen. Es leben rund 1.000 Einwohner in Jünde und die Einwohner habe sich zum Ziel gemacht, die benötigte Wärme und den benötigen Strom umweltfreundlich herzustellen. Diesen Ziel verfolgen sie mit Biogasanlagen.
26,5 % der landwirtschaftliche Fläche  der Gemeinde Wird für den Anbau von Energiepflanzen genutzt. Die Energiepflanzen bedecken einen Fläche von 259 Hektar und die Nahrungspflanze und die Futtermittel verfügen über eine Fläche zusammen von 720 Hektar Insgesamt hat die Gemeinde eine landwirtschaftliche Fläche von 979 Hektar zur Verfügung. Trotzdem dominieren die Futterpflanzen und die Nahrungspflanzen in Jünde. Deswegen bleibt auch die Nahrungsversorgung  in Jüde konstant.
Die Reststoffe aus dem Holzheizkraftwerk und die Gülle aus der Landwirtschaft werden ebenfalls für die Energiegewinnung  in Biogasanlagen verwendet. Die Abwärme der Biogasanlagen und der Heizkraftwerke deckt den kompletten Wärmebedarf der Gemeinde(Siehe Abbildung).  Die Abwärme wird über das Nahwärmenetz in alle Häuser transportiert und dadurch ist die Gemeinde  fast ganz unabhängig von Fremd-Wärme aus anderen Wärmequellen.

Bild "20_Biomasse.png"
Quelle: Quelle: Buch Argentur für Erneuerbare Energien

Die Biogasanlage und das Heizkraftwerk produzieren zusammen jährlich 4,3 Mio. kWh. Damit wird  96 %  des Wärmebedarfs von Jünde abgedeckt.

Der zweite Vorteil der Bioenergie liegt darin, dass mit Hilfe der Biogasanlagen auch Strom produziert wird. Die Biogasanlagen produzieren doppelt so viel wie in der Gemeinde verbraucht wird. Der Überschuss an Strom wird ins regionale Netz eingespeist.

Bild "21_Biomasse.png"
Quelle: Quelle: Buch Argentur für Erneuerbare Energien

Deutschland macht sich unabhängig von Brennstoffimporten von anderen Ländern. Dadurch bleibt die Produktion im eigenen Land und es werden ebenfalls neue Arbeitsplätze geschaffen. Weiterhin bleibt das Geld, das bei der Produktion von Brennstoffen entsteht, im eigenen Land.

Quelle : Buch- Agentur für  erneuerbare Energien( Abbildung zum größten Teil übernommen)

E 10


Als E 10 bezeichnet man eine bestimmte Sorte Benzin, der einen höheren Anteil an Ethanol gegenüber normalem Benzin enthält. Das „E“ steht für Ethanol und die anschließend folgende Zahl 10 gibt den prozentualen Inhalt des Ethanols an. Früher verfügte das Benzin über einen Gehalt von 5 %. Der Inhalt des Ethanol hat sich verdoppelt und das Benzin bezeichnet man auch als Biokraftstoff, weil Ethanol aus Pflanzen gewonnen wird, die umweltfreundlich kultiviert wurden. An Tankstellen muss dieser Kraftstoff mit einer besonderen Kenzeichnung versehen sein, wie zum Beispiel „Super 10“.
Der Bio-Ethanol wird in Deutschland aus den Energiepflanzen Weizen, Roggen oder Zuckerrüben gewonnen. Über den Vorgang der Fotosynthese verarbeitet die Pflanze CO2. Dadurch wird das Kohlenstoffdioxid in der Pflanze gespeichert und bei der Verbrennung wieder freigesetzt. Deswegen wird im Autoverkehr weniger klimaschädliches CO2 produziert. Deutschland versucht mit der Einführung von E10 die Klimaschutzziele der EU zu erfüllen. Die Autos sollen über einen CO2-Austoß von 120 Gramm pro Kilometer verfügen. Trotzdem sollen neben dem Biokraftstoff auch noch die herkömmlichen Kraftstoffen angeboten werden, damit  Fahrzeuge, die den Biokraftstoff nicht vertragen, weiter genutzt werden. Dieses Vorgehen soll Versorgungsprobleme vorbeugen. Gleichzeitig wird der Vorrat an fossilen Kraftstoffen ständig kleiner. Alternativen müssen besonders schnell im Bereich des Flugverkehrs gefunden werden.
Nach einer Schätzung vertragen etwa 90 % der deutschen Autos den neuen Biokraftstoff. Trotzdem bedeutet dies, dass Millionen Staatsbürger diesen Kraftstoff nicht tanken können. Informationen über Verträglichkeit des Biokraftstoffes eines Autos erhält man beim Händler, Hersteller oder im Internet beim ADAC.
Ein weiteres Problem des Biokraftstoffs ist, dass die gleiche Leistung wie bei Benzin nur durch einen höheren Verbrauch erzielt wird. Das liegt daran, dass das Ethanol nicht so energiehaltig ist wie beispielsweise Benzin. Experten rechnen mit einer Verbrauchsverschlechterung von rund drei Prozent. Das hat die Folge für den Verbraucher, dass er leicht höhere Kosten hat. Die Leistungsverminderung liegt in jedem Toleranzbereich, da die Leistung um  zwei bis fünf PS verringert wird und diese Änderung ist kaum spürbar.

Nach einer Berechnung des Londoner Instituts für Europäische Umweltpolitik haben die Beteiligten herausgearbeitet, das im Jahr 2020 eine zusätzliche Fläche von 69.000 Quadratkilometer zur Verfügung stehen muss. Zusätzlich werden die Energiepflanzen vermehrt in Monokulturen angepflanzt, wodurch viele Düngermittel und Herbizide verwendet werden.  Durch einen strukturierten Anbau, beispielsweise der Fruchtfolge, können diese Schwierigkeiten gelöst werden.  Das ökologische Gleichgewicht wird nicht angegriffen und die Natur nicht über strapaziert.
Allen Menschen ist es bewusst, dass man Alternativen zu den  fossilen Kraftstoffen braucht. Der Bioethanol ist in der Forschung noch nicht ausgereift. Trotzdem kann die Regierung zu diesem Zeitpunkt schon Maßnahmen gegen den großen Ausstoß von CO2 einleiten. Beispielsweise könnten sie für alle Autobahnen ein Tempolimit von 120 km/h einführen. Auf diese Weise könnten jedes Jahr mindestens eine Menge von 3,5 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid eingespart werden.


Quelle: http://www.nabu.de/themen/verkehr/alternativekraftstoffeantriebe/13535.html
http://www.tagesschau.de/wirtschaft/faqbiosprit100.html’
http://www.zehn.de/wie-viel-kostet-der-neue-biosprit-4768615-6


Vorteile der Biomasse

  • Unabhängigkeit
    Deutschland macht sich unabhängig von Brennstoffimporten von anderen Ländern. Dadurch bleibt die Produktion im eigenen Land und es werden ebenfalls neue Arbeitsplätze geschaffen. Weiterhin bleibt das Geld, das bei der Produktion von Brennstoffen entsteht, im eigenen Land.
  • Rohstoffvielfalt
    Als Energiepflanzen können viele Pflanzen mit den verschiedensten Ansprüchen genutzt werden. Bespiele sind Ackergras, Mais Futterrübe, Raps und Pappel. Ebenfalls kann die Gülle von Tieren bei der Gärung in Biogasanlagen verwendet werden.
    Kontinuierlich wachsen die Preise der fossilen Energieträger. Biomasse dagegen ist ein sehr Preiswerter Rohstoff, der nachhaltig in der Zukunft ist.
  • Die Biomasse ist ein „Alleskönner“
    Aus der Biomasse lassen sicht mithilfe eines BHKW Strom und Wärme produzieren. Die Kopplung von Wärme und Strom ist sehr effizient. Ebenfall kann aus der Biomasse Treibstoffe hergestellt werden, wie zum Beispiel der flüssige Biokraftstoff oder Holzpellets für die eigene Heizung eines Hauses. Diese Aspekte zeigen, dass die Bioenergie flexibel einsetzbar ist.
  • Die Stärkung der Landwirtschaft
    Die Landwirte erhalten eine neue Möglichkeit ihre Erträge zu nutzen. Sie können mit einer Biogasanlage Biogas erzeugen und anschließend aus diesem Strom gewinnen. Dadurch wird die regionale Wertschöpfung gestärkt.
    Ebenfalls muss der Rohstoff Biomasse nicht teuer aus dem Ausland eingekauft werden. Somit bleibt das Geld im eigenen Land.
    Weiterhin kann der Landwirt die entstanden „Abfallstoffe“ der Gärung als Dünger verwenden.  Der Boden wird somit mit günstigen und umweltfreundlichen Dünger unterstützt. Die Landwirte sparen Geld und  der Boden wird nicht durch chemische Dünger angegriffen. Es entsteht ein gut funktionierender Kreislauf.
  • - Verminderung des CO2-Ausstoß
    Der Biomasse ist es gelungen  im Jahr 2009 den CO2- Ausstoß, um 56.1 Tonnen zu reduzieren. Die Biomasse sorgt dafür, dass der Prozess des Klimawandels verlangsamt wird und Naturkatastrophen verhindern werden. Ebenfalls sollte die Biomasse mehr gefördert, damit die Ziele des Kyoto-Vertrags erreicht werden.

Nachteile der Biomasse

  • Pshychischeverletzung
    Die Anwohner einer Gasanlage könnten wie bei der Windkraft durch den Lärm belästig werden. Der kontinuierliche Lärm hindert den Menschen beim Schlafen, wodurch sie erkranken. Das ansteigende Verkehraufkommen der Transporter führt zu weiteren Lärm, da die Rohstoffe in der Regel mit LKWs angeliefert werden. Weiterhin könnte der entstehende Geruch der Anlage die Gesundheit der Anwohner gefährden.
  • Platzmangel
    Die Energiepflanzen würden in der Zukunft sehr viel Platz beanspruchen. Mit der steigenden Weltbevölkerung würde sich ein Problem ergeben, nämlich die Ernährung von allen Menschen auf der Welt. Zu diesem Zeitpunkt herrscht in den dritten Weltländer ein Nahrungsmittelmangel, weil die  der Preis der Nahrungsmittel steigt und die Industrieländer die Farmer in der dritten Welt ausnutzten.
  • Anbauverfahren
    Energiepflanzen, wie Raps und Mais werden zurzeit noch vermehrt in Monokulturen kultiviert. Deswegen müssen große Mengen Dünger und Pestizide verwendet werden. Diese Anbauweise ist allein schon wegen dem Naturschutz abzulehnen. Die Natur darf nicht zu überansprucht werden. Die Folgen der Überanspruchungen wären  der Verlust von Naturräumen und Artenvielfalt.
    Des Weiteren  ist die Energiebilanz zwischen eingesetzter Energie bei Anbau, Verarbeitung und gewonnen Energie häufig miserabel. Der Anbau von Energiepflanzen lohnt sich nur für bestimmte Unternehmer.
  • Schadstoffe
    Die Erzeugung von Strom ist nicht konstant, da der verbrennte Rohstoff unterschiedlich ist. Bei der Verbrennung der festen Biomasse entstehen trotzdem Treibhausegasse wie
    Distickstoffoxid (N2O) Zusätzlich verbrennt die Biomasse häufig unvollständig, woraus eine höhere Emission  an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid resultieren. Diese Gase unterstützen den Klimawandel und die folgenden Katastrophen. Zudem verfügen die Wissenschaftlehrer noch nicht über die Informationen, ob die entstehenden Gase das Ökosystem beeinflussen. Die Gase könnten möglicherweise gesundheitsschädigend sein, sofern die verbrannten Pflanzen gefährliche Stoffe eingelagert haben.

Fazit

Die Biomasse ist eine innovative Möglichkeit, um ein Teil des Strombedarfs von Deutschland zu decken. Die zurzeit eingesetzten Biogasanlagen verfügen über eine Leistung von 330 kW. Die effiziente Kopplung von Strom und Wärme erzeugt somit einen hohen Wirkungsgrad. Momentan wird in Deutschland  5,2 % des Energiebedarfs mit Biomasse abgedeckt.
Um einen größeren  Bereich des Strombedarfs abzudecken, müssen mehr  Energiepflanzen angebaut werden. Durch eine intelligente Anbauweise von Energiepflanzen  wird die Umwelt nicht überstrapaziert und es kann auf teuren Dünger und Pestizide verzichtet werden. Die Biomasse ist eine umweltfreundliche Energiegewinnung aufgrund des neutralen CO2-Austßes.
Die mitgeführten Nachteile der Biomasse lassen sich durch eine raffinierte Planung umgehen. Durch dezentrale Biomasse-Kraftwerke werden viele negative Aspekte der Biomasse in den Schatten gestellt. Deswegen sollte die Biomasse in den nächsten Jahren weiter von den Bürgern in Deutschland unterstützt werden. Diese Investition wird Deutschland, der Umwelt und dem Strom-Preis zu gute kommen.