Biomasse ist heute schon ein großer Baustein unserer Strom- und Wärmeversorgung und kann noch mehr. Bisher hatte ich nur über Pyrolyse geschrieben, bisher eine Nischenanwendung, mit echter CO₂-Senkenfunktion. Biomasse insgesamt liefert heute etwa 8% unseres Strombedarfs. Wir unterscheiden verschiedene Techniken.
Biomasse(heiz)kraftwerke
In diesen wird feste Biomasse verbrannt ähnlich einem Kohlekraftwerk. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei 37% bis 42%. Nutzt man zusätzlich die Abwärme in Fernwärmenetzen oder angrenzenden Industrieprozessen, spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung und erreicht Wirkungsgrade elektrisch & thermisch kombiniert von 82% bis 87%. Die Werte entsprechen ebenfalls in etwa denen eines Kohlekraftwerks. Brennstoffe sind Holzreste, Grünschnitt, Mais und andere möglichst trockene Biomasse. Anders als bei den fossilen Kraftwerken entsteht hier dabei nur biogenes CO₂, welches die Pflanzen vorher der Atmosphäre entzogen haben.
Biogaskraftwerk
Etwas anders arbeiten Anlagen mit Biogas. Hier wird Biomasse bei mittleren Temperaturen anaerob vergoren. Dabei entstehen Wärme und große Mengen Biogas. Dieses Gemisch besteht zur Hälfte aus Kohlendioxid (CO₂) und zur Hälfte aus Methan (CH₄). Dieses wird anschließend in einem Blockheizkraftwerk verbrannt und liefert dabei Strom und Wärme. Übrig bleibt der Gärrest aus der Vorstufe als wertvoller Dünger für die Landwirtschaft. Biogasanlagen können auch nasse und flüssige Biomasse verarbeiten. Neben Lebensmittelresten aus der Biotonne werden so auch Gülle und Mist verwendet. Teilweise können auch Klärwerke Biogas liefern.
NaWaRo
NaWaRo steht für nachwachsende Rohstoffe, sprich Pflanzen. Doch die brauchen viel Platz und sie wachsen langsam und es geht auch nicht schneller, wenn man dran zieht. Photosynthese ist sehr ineffizient und nur 0,5% der Sonnenenergie wird von den Pflanzen genutzt. Nur 10% unserer Bioenergie kommen aus Rest- und Abfallstoffen, 16% kommen aus Gülle und Mist. Die restlichen 74% sind Energiepflanzen, die extra dafür angebaut werden (PDF Seite 73). Heute schon verwenden wir große Flächen nur für den Anbau von Energiepflanzen. Insbesondere Mais Monokulturen laugen den Boden aus, bringen keine Biodiversität und verursachen der Natur mehr Schaden als Nutzen. Entsprechend sparsam müssen wir die Biomasse einsetzen, wollen wir nicht ganz Deutschland durch Maisfelder ersetzen.
Flexibel
Immer öfter produzieren Windkraft und PV mehr Strom als wir brauchen. Gleichzeitig laufen viele Biomassekraftwerke mit annähernd konstanter Leistung als Grundlast nebenher. Das ist schade, verbrauchen sie so doch die knappe Biomasse, während gleichzeitig PV-Anlagen abgeregelt werden. Ziel muss sein, die Biokraftwerke zu flexibilisieren und so Dunkelflauten durch Biomasse abzumildern.
Die „verbrennenden“ Biomassekraftwerken brauchen zum Hoch- und Runterfahren einige Stunden, ähnlich den Kohlekraftwerken. Abgesehen davon ließen sie sich jedoch nach Bedarf anfeuern oder drosseln. Die Vergärung von Biomasse hingegen lässt sich weniger steuern und auch nicht beliebig beschleunigen. Die Mikroorganismen in den Anlagen arbeiten nicht schneller, nur weil es draußen windstill ist. In kleineren Mengen lässt sich das Biogas vor Ort zwischenspeichern in passenden Behältern, die oft aussehen, wie eine Hüpfburg für Riesen.
Diese Speicher können Gasvorräte für ein bis wenige Stunden puffern. Das angeschlossene Blockheizkraftwerk muss bei höherem Strombedarf entsprechend mehr Leistung erbringen, um den Gasvorrat schneller zu verstromen. Kann das BHKW in Spitzenzeiten die dreifache Last liefern, spricht man von einer dreifachen Überbauung. Solche Stundenvorräte erhalten zukünftig jedoch Konkurrenz durch wachsende Batteriespeicher. Eigentlich wollen wir Biomasse als Saisonspeicher nutzen und flexibel Dunkelflauten für mehrere Tage überbrücken.
Biomethan
Die Lösung dafür ist Biomethan. Wie oben beschrieben besteht Biogas aus etwa 50% CO₂ und 50% CH₄. Trennt man das CO₂ ab, erhält man grünes Biomethan. Das Biomethan hat die gleiche Qualität wie Erdgas und kann direkt ins vorhandene Erdgasnetz eingespeist werden. Dort haben wir großes Speicher, und können in der nächsten Dunkelflaute unsere heute schon verfügbaren 35GW Gaskraftwerke damit befeuern ohne fossile Emissionen.
Durch die hohe Konzentration im Biogas ist die Trennung vom CO₂ hier effizienter als bei anderen CCS-Anwendungen. Insbesondere bei großen Biogasanlagen kostet die Trennung nur 6-14 Cent pro Normkubikmeter. Dieser liefert später ca. 6kWh Strom. Das Verfahren wird heute schon eingesetzt und 251 Anlagen speisen ihr Biomethan bereits ins Erdgasnetz ein.
Für Nerds: Konkret können 83% der Biomasseenergie als Biomethan ins Gasnetz eingespeist werden. Mit anschließender Verstromung in modernen GuD Gaskraftwerken (Wirkungsgrad bis zu 64%) ergäbe sich (idealisiert) einen Gesamtwirkungsgrad von 53% elektrisch und damit noch etwas mehr als bei direkter Verbrennung vor Ort.
Das so gewonnene CO₂ könnte man unterirdisch speichern und hätte so eine echte CO2-Senke. Technisch einfacher geht dies jedoch über die beschriebene Pyrolyse. In der Praxis wird das CO₂ in die Luft abgeblasen. Als biogenes CO₂, kam es da ja auch her.
Fazit
Rechnerisch könnte die Biomasse in unserem Strommix alle Dunkelflauten überbrücken. Doch läuft Biomasse überwiegend als konstante Grundlast, statt konzentriert in windstillen Nächten. Flexibilisierung, Biomethan und Einspeisung ins Gasnetz könnten die grüne Energie auf Dunkelflauten konzentrieren. Der Fachverband verspricht Potential für 12 GW Biogasleistung. Dafür braucht es Umrüstungen und Anschlüsse ans Gasnetz, doch alle Techniken sind heute schon im Einsatz. Zusätzliches Potential steckt in unseren Bioabfällen. Bisher gehen nur 45% unserer Bioabfälle in Biogasanlagen (PDF Seite 24). Der Rest landet in der Kompostierung, wo chemische Energie ungenutzt verrottet. Dies gilt leider auch für mein frisch aufgebrühtes Kaffeepulver. Doch vorher habe ich davon wenigstens eine heiße Tasse Kaffee.
Anhang
Eine 3-fache Überbauung bedeutet das die installierte elektrische Leistung 3 mal so hoch ist wie die durchschnittlich erzeugte Leistung.
Das bedeutet das die erzeugte Gasmenge von 24 Std. Innerhalb 8 Std. verstromt werden kann.
Dadurch kann man die Stromeinspeisung flexibel gestalten. Der Gasspeicher muss dafür gross genug ausgelegt sein.
Vielen Dank für den Hinweis. Das hatte ich mir bisher falsch gemerkt. Text ist angepasst.