Elektrischer Strom kann aus fester, flüssiger und gasförmiger Biomasse erzeugt werden.

Biomasse kann - wie fossile Brennstoffe - in einem konventionellen Kondensationskraftwerk verbrannt werden. Das dadurch zum Sieden gebrachte Wasser produziert Dampf und erzeugt einen Überdruck im Kessel der Anlage. Die Druckdifferenz wird dazu genutzt, um mittels einer Dampfturbine Strom zu erzeugen.

Biomasse effizient in Kraft-Wärme-Koppelung nutzen

Mit konventioneller Technik lassen sich allerdings nur etwa 35 Prozent der im Brennstoff enthaltenen Primärenergie in elektrischen Strom umwandeln. Daher ist es sinnvoll, die bei der Stromerzeugung anfallende Abwärme zu nutzen (Kraft-Wärme-Kopplung), was den Wirkungsgrad der Anlage erheblich erhöht.

Idealerweise wird Biomasse - ob fest, flüssig oder gasförmig - daher in Kraft-Wärme-Koppelung genutzt. Die Wärme speist dabei z.B. ein Nahwärmenetz und kann ganze Wohngebiete, Gebäudekomplexe oder industrielle Anlagen mit Wärme versorgen. Dadurch werden im Verhältnis zur eingesetzten Primärenergie, d.h. zur jeweils genutzten Biomasse, sehr hohe Wirkungsgrade (80 Prozent und mehr) erzielt. Die Energie, die in der Biomasse steckt, wird damit besonders effizient genutzt.

Bei flüssiger und gasförmiger Biomasse (z.B. Pflanzenöl und Biogas) werden zur Stromerzeugung meistens Motoren eingesetzt, die in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) arbeiten. Dazu gehören zum Beispiel Gas-Otto-Motoren oder Zündstrahlmotoren.

Bei den großen Kraftwerken (bis zu 20 MW) spricht man von Heizkraftwerken. Im etwas kleineren Leistungsbereich (häufig um die 500 kW Leistung) kommen Blockheizkraftwerke (BHKW) zum Einsatz. Die Stromerzeugung aus fester Biomasse in kleineren Blockheizkraftwerken gilt bislang noch als unrentabel. Eine besondere Technologie sind Kraft-Wärme-Kälteanlagen, bei denen je nach Bedarf Wärme oder Kälte, z.B. zur Klimatisierung erzeugt wird.

Marktentwicklung 2010/2011

Die Stromerzeugung aus Biomasse hat sich seit Inkrafttreten des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 mehr als verzehnfacht und ist damit stärker gewachsen als die Stromerzeugung aus den übrigen Erneuerbaren Energien. Insgesamt wurden 2011 20,1 Prozent des deutschen Stromverbrauchs durch Erneuerbare Energien gedeckt. Biomasse alleine deckte 6,1 Prozent des deutschen Stromverbrauchs. Die Stromerzeugung aus Biomasse stieg von 33,9 Mrd. kWh im Jahr 2010 auf 36,9 Mrd. kWh im Jahr 2011. Insgesamt wurden damit im Jahr 2011 rund 24,7 Mio. Tonnen Treibhaushase (CO₂-Äquivalent) vermieden.

Im Jahr 2011 wurden rund 2 Mrd. Euro in neu errichtete Bioenergieanlagen zur Stromerzeugung und 880 Mio. Euro in neu errichtete Bioenergieanlagen zur Wärmeerzeugung investiert. Die Gesamtumsätze aus dem laufenden Anlagenbetrieb von Bioenergieanlagen (Strom- und Wärmeerzeugung) beliefen sich auf rund 5,9 Mrd. Euro.

Strom aus gasförmiger Biomasse

Der größte Anteil des Bioenergie-Stroms wurde im Jahr 2011 in den Blockheizkraftwerken der rund 7.100 Biogasanlagen (2010: 5.905 Biogasanlagen) erzeugt, die 2011 über eine installierte Leistung von 2.780 Megawatt (MW) verfügten (2010: 2.291 MW). Die Stromproduktion aus Biogasanlagen belief sich 2011 auf 17,5 Mrd. kWh (2010: 14,5 Mrd. kWh). Damit wird der Stromverbrauch von 5 Mio. Durchschnittshaushalten abgedeckt. Das entspricht etwa der jährlichen Stromproduktion von rund zwei Atomreaktoren. Eine 2011 neu gebaute Biogasanlage hatte eine Leistung von durchschnittlich 409 kW (2010: 432 kW). Damit setzt sich der Trend zum Zubau von kleineren Biogasanlagen fort. Die durchschnittliche Leistung einer Biogasanlage belief sich 2011 auf 392 kW (2010: 388 kW). Der Fachverband Biogas erwartet für 2012 einen geringen Zubau von neuen Biogasanlagen im Umfang von rund 120 MW. Ende 2012 könnten dann rund 7.470 Biogasanlagen in Deutschland rund 20 Mrd. kWh Strom erzeugen.

Strom aus Klär- und Deponiegas trug 2011 mit 1,7 Mrd. kWh zur Stromerzeugung aus Biomasse bei (2010: 1,8 Mrd. kWh, davon 1,1 Mrd. kWh Klärgas, 0,7 Mrd. kWh Deponiegas). Während die Nutzung des Deponiegases vor dem Hintergrund begrenzter Vorkommen im kommenden Jahrzehnt weiter zurückgehen wird, ist bisher nur ein kleiner Teil des an Kläranlagen entstehenden Klärgases für die Strom- und Wärmeerzeugung erschlossen worden.

Strom aus fester Biomasse

Der zweitgrößte Anteil des Bioenergie-Stroms stammt aus fester Biomasse (Altholz, Restholz) und dem Anteil Biomasse, der in Müllverbrennungsanlagen mitverbrannt wird. Diese Anlagen erzeugten im Jahr 2011 insgesamt 16,3 Mrd. kWh Strom (2010: 16,0 Mrd. kWh). Diese Biomasse wird vielfach in großen Anlagen mit bis zu 20 MW Leistung in Kraft-Wärme-Koppelung verbrannt.

Im Jahr 2010 waren 249 Biomasse-/Holz-(Heiz-)kraftwerke mit insgesamt 1.236 MW Leistung am Netz. Nachdem im Jahr 2010 der Zubau mit nur 14 neuen Anlagen (25 MW) wegen der Brennstoffpreisentwicklung und ungünstiger Finanzierungsbedingungen stagnierte, schätzte das Deutsche Biomasse-Forschungszentrum den Zubau im Jahr 2011 auf rund 30 Anlagen mit 100 MW ein, so dass Ende 2011 ein Bestand von 279 Anlagen mit einer installierten Leistung von rund 1.336 MW erreicht wurde. Ein durchschnittliches Holzkraftwerke hatte 2010 eine installierte Leistung von 5,0 MW. Neuanlagen sind nur mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und ausreichender Nutzung der anfallenden Wärme wirtschaftlich zu betreiben. Bei Neuanlagen war vor diesem Hintergrund ein Trend zu kleineren Anlagenklassen zu beobachten. Weiterhin werden jedoch mehr als die Hälfte der installierten Leistung aller Holzkraftwerke von nur 39 Großanlagen mit jeweils mehr als 10 MW gedeckt.

Die Müllverbrennungsanlagen, in denen teilweise Biomasse mitverbrannt wird, hielten damit im Jahr 2011 eine installierte Leistung bereit, die 1.700 MW entspricht (2010: 1.650 MW), erhalten keine Vergütung über das EEG. Sie sind in den genannten Daten zur Entwicklung des Anlagenbestand nicht enthalten.

Strom aus flüssiger Biomasse

Strom kann aus flüssiger Biomasse gewonnen werden, indem Pflanzenöle wie Rapsöl, Sojaöl oder Palmöl in Blockheizkraftwerken (BHKW) genutzt werden. Außerdem wird in der Papierindustrie der im Produktionsprozess anfallende Reststoff Schwarzlauge verbrannt, um Strom und Wärme zu erzeugen. Im Vergleich zur festen und gasförmigen Biomasse ist dieser Nutzungspfad zur Stromerzeugung jedoch weniger bedeutend.

Die wichtigste Rolle spielt die Stromerzeugung in Pflanzenöl-BHKW. Anfang 2011 waren in Deutschland rund 2.300 Pflanzenöl-BHKW installiert, von denen allerdings nur ca. 1.400 Anlagen tatsächlich Strom im Rahmen des EEG erzeugten. Nach dem starken Zubau von Pflanzenöl-BHKW bis zum Jahr 2007 ist die damalige installierte Leistung von rund 400 MW auf 295 MW Anfang 2011 gesunken. Die Stromerzeugung sank von 1,7 Mrd. kWh (2010) auf geschätzte 1,4 Mrd. kWh im Jahr 2011.

Ein Großteil der Pflanzenöl-BHKW ist – zumindest zeitweise – stillgelegt worden, da eine Kosten deckende Strom- bzw. Wärmeproduktion angesichts gestiegener Pflanzenölpreise nicht mehr möglich war. Zudem sah bereits der Entwurf der Biomasse-Nachhaltigkeitsverordnung vom Dezember 2007 sah bereits ein Verbot der Nutzung von nicht nachhaltig erzeugtem Palm- und Sojaöl vor, das mit der ab Januar 2009 geltenden novellierten Fassung des EEG bestätigt wurde. Wie bei der Biokraftstoffproduktion müssten Betreiber über Zertifikate nachweisen, dass die eingesetzte Biomasse z.B. nicht von gerodeten Regenwaldflächen und anderen ökologisch sensiblen Regionen stammt sowie eine Nettotreibhausgasreduktion erzielt. Da das Angebot von zertifiziertem Palm- und Sojaöl gering ist, war ein verstärkter Trend zum Einsatz von heimischem, teurerem Rapsöl festzustellen, das bei kleineren Anlagen (bis 150 kW installierter Leistung) dominiert, während größere Anlagen überwiegend das kostengünstigere Palmöl einsetzen.

Vor dem Hintergrund steigender Rohstoffkosten und der geänderten politischen Rahmenbedingungen ist der Zubau von Pflanzenöl-BHKW seit 2008 praktisch zum Erliegen gekommen. Die 89 im Jahr 2010 neu hinzugebauten Anlagen mit 11,3 MW Leistung konnten den Rückgang durch Stilllegungen bestehender Anlagen nicht ausgleichen. Auch in Zukunft erscheint erst bei einem deutlichen Rückgang der Pflanzenölpreise ein Anstieg der Stromerzeugung wieder möglich zu sein.

Die Strom erzeugenden Anlagen, die Reststoffe der Papierindustrie wie z.B. Schwarzlauge nutzen, verfügten im Jahr 2010 über eine installierte Leistung von ca. 130 MW. Damit wurden rund 1 Mrd. kWh Strom erzeugt.

Quellen:

• Agentur für Erneuerbare Energien (AEE)/Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE): Stromversorgung 2020 - Wege in eine moderne Energiewirtschaft. Strom-Ausbauprognose der Erneuerbare-Energien-Branche. Berlin, Januar 2009. (http://www.bee-ev.de/_downloads/publikationen/studien/2009/090128_BEE-Branchenprognose_Stromversorgung2020.pdf)

• Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Erneuerbare Energien 2011 . Daten zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2011 auf der Grundlage der Angaben der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) . Vorläufige Angaben . Februar 2012. (http://www.erneuerbare-energien.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ee_in_zahlen_2011_bf.pdf)

• BMU: Erneuerbare Energien in Zahlen . Internet-Update ausgewählter Daten . Dezember 2011. (http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/2720/4590/)

• BMU: Erneuerbare Energien in Zahlen 2011. August 2011. (http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/2720/4590/)

• Deutsches Biomasse-Forschungszentrum (DBFZ): Monitoring zur Wirkung des Erneuerbare- Energien-Gesetz (EEG) auf die Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse . März 2011. (http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/36204/4593/)