Bioenergie ist unter den erneuerbaren Energieträgern der Alleskönner: Sowohl Strom, Wärme, als auch Treibstoffe können aus fester, flüssiger und gasförmiger Biomasse gewonnen werden. Das sind Energieträger pflanzlicher oder tierischer Herkunft – etwa Gülle, Mist, Holz, Stroh, Energiepflanzen wie Getreide oder Bioabfälle und andere organische Reststoffe. 

Der Begriff Biomasse dient als Oberbegriff für alle Stoffe organischer Herkunft. Das sind z.B.

• die in der Natur lebenden Pflanzen und Tiere,

• deren Rückstände (z.B. abgestorbene Pflanzen wie Stroh) und deren Nebenprodukte (z.B. Exkremente wie Gülle),

• im weiteren Sinne alle organischen Stoffe, die durch eine technische Umwandlung entstanden sind (z.B. Papier, Zellstoff, Pflanzenöl) oder die durch eine andere Nutzung entstanden sind (z.B. Biomüll, Abfälle aus der Nahrungsmittelindustrie).

Bioenergie lässt sich unterscheiden hinsichtlich ihrer Rohstoffe, ihrer Energieformen und ihrer Nutzungsformen.

Rohstoffe für Bioenergie

Rohstoffe, die gezielt für die energetische Nutzung angebaut werden werden als Energiepflanzen oder auch als Anbaubiomasse bezeichnet. Energiepflanzen sind Pflanzen, die sich besonders gut für die energetische Nutzung eignen.

Viele Kulturpflanzen kommen für einen Anbau als Energiepflanzen in Betracht: In Deutschland werden Getreide wie etwa Mais, Weizen, Roggen oder Triticale als Energiepflanzen genutzt, neben weiteren Gräsern wie Chinaschilf (Miscanthus) und Weidelgras sowie außerhalb Deutschlands Zuckerrohr. Als Energiepflanzen werden auch Ölsaaten wie z.B. Raps und Sonnenblumen sowie außerhalb Deutschlands Ölpalmen genutzt. Heimische Energiepflanzen sind außerdem schnell wachsende Hölzer wie Pappeln und Weiden; ferner z.B. Rüben sowie Hanf. Experimentiert wird mit der Nutzung von Algen.

Biogene Reststoffe stammen nicht von Energiepflanzen, die mit dem Hauptziel der Energienutzung angebaut worden sind, sondern sind bei einer anderen, vorherigen Nutzung von Biomasse angefallen. Was auf den ersten Blick als überflüssiger Abfall erscheint, ist aber ein wertvoller Reststoff, der auch energetisch genutzt werden kann. Für Bioenergie werden biogene Reststoffe wie

• Ernterückstände (z.B. Rübenblätter),

• tierische Exkremente (z.B. Gülle, Mist),

• Nebenprodukte der Lebensmittelproduktion (z.B. Kartoffelschalen) oder

• andere organische Abfälle (z.B. Klärschlamm) genutzt.

Die dritte Gruppe von Rohstoffen für Bioenergie umfasst das Holz. Bei der Verarbeitung von Waldholz fallen Reststoffe wie Wald- und Industrieresthölzer sowie Nebenprodukte von Sägewerken an. Althölzer (z.B. Lagerpaletten aus Holz, alte Holzmöbel) sind zuvor bereits für andere Zwecke genutzt worden und können energetisch verwertet werden. Für Bioenergie können z.B. auch Hölzer aus der Landschaftspflege genutzt werden.

Ein weiterer Begriff wird im Zusammenhang mit Rohstoffen für Bioenergie häufig genannt: Nachwachsende Rohstoffe (NawaRo). Diese werden im Gegensatz zu Energiepflanzen zusätzlich auch für eine stoffliche Nutzung, z.B. als Baumaterial, als Zellstoff für die Papierindustrie, als Schmierstoff, Farbstoff oder als sonstige Rohstoffe für die chemische Industrie angebaut.

Energieformen der Bioenergie

Bioenergie kann in drei Energieformen genutzt werden: fest, flüssig und gasförmig. Typisch für feste Bioenergieträger sind Holzbrennstoffe wie z.B. Scheitholz, Holzhackschnitzel oder Stroh- und Holzpellets. Biokraftstoffe wie Pflanzenöl, Biodiesel oder Bioethanol sind flüssige Bioenergieträger. Gasförmige Bioenergie ist als Biogas bekannt, das aus Reststoffen und/oder Energiepflanzen gewonnen wird. Auch Klärgas, das aus dem Reststoff Klärschlamm gewonnen wird, sowie Holzgas, das beim Erhitzen von Holz unter Luftabschluss entsteht, sind gasförmige Bioenergieträger.

Nutzungsformen der Bioenergie

Bioenergie in ihren unterschiedlichen Energieformen (fest, flüssig, gasförmig) kann zur Erzeugung von Strom, Wärme oder Treibstoffen genutzt werden.

Strom aus Bioenergie ist relativ jung - verglichen mit der bereits Jahrtausende alten Nutzung von Bioenergie zur Wärmeerzeugung. Strom kann auf verschiedenen Wegen aus Biomasse gewonnen werden:

• Verbrennung fester Biomasse in konventionellen Dampfkraftwerken und Verfeuerung gasförmiger oder flüssiger Biomasse in Motoren

• Verbrennung fester, flüssiger oder gasförmiger Biomasse zur gleichzeitigen Produktion von Strom und Wärme (Kraft-Wärme-Kopplung)

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. Der größte Teil des Bioenergie-Stroms (17,5 Mrd. kWh) stammte aus Biogasanlagen, gefolgt von der Stromerzeugung 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. Der Rest des Bioenergie-Stroms stammte aus der Verbrennung von Klär- und Deponiegas sowie Pflanzenölen in Blockheizkraftwerken.

Bei der Nutzung von Wärme aus Bioenergie spielt traditionell Holz die wichtigste Rolle. In Deutschland dominieren dabei Kleinfeuerungsanlagen, d.h. Kamine, Öfen und Holz-Heizungen im Leistungsbereich von ca. 15 kW bis maximal 1 MW. Sie werden überwiegend in Ein- oder Zweifamilienhäusern eingesetzt. Je nach Typ lassen sich Stückholz, Hackschnitzel und/oder Holzpellets verfeuern.

Ganze Siedlungen lassen sich über ein Nahwärmenetz mit Wärme aus Biomasse versorgen. Mit Holzhackschnitzeln oder anderem Holz betriebene Heizkraftwerke speisen Wärme in ein Nahwärmenetz ein. Blockheizkraftwerke können ebenfalls neben Strom auch Wärme für Nahwärmenetze oder für große Gebäude erzeugen. In Blockheizkraftwerken können in Kraft-Wärme-Koppelung flüssige Bioenergieträger wie Pflanzenöl oder gasförmige Bioenergieträger wie Biogas verbrannt werden.

Für den Antrieb von Verbrennungsmotoren sind Biokraftstoffe eine umweltfreundliche Alternative zu den konventionellen Kraftstoffen aus Erdöl. Je nach eingesetzter Biomasse und Umwandlungsverfahren verringern sie unterschiedlich stark den CO₂-Ausstoß. Sie reduzieren aber auch die Emissionen anderer Luftschadstoffe wie Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Rußpartikel und aromatischer Kohlenwasserstoffe. Biokraftstoffe leisten daher auch einen wichtigen Beitrag für die Verbesserung der Luftqualität in den Städten.

Die wichtigsten Biokraftstoffe sind zurzeit Biodiesel, Pflanzenöl und Bioethanol. Bislang kaum als Kraftstoff genutzt wird Biogas, das zu Biomethan auf Erdgasqualität aufbereitet wird und ein großes Potenzial für den Verkehrssektor birgt. Es kann in allen Fahrzeugen mit Gasmotoren zum Einsatz kommen.

Neue Verfahren zur Biokraftstoffherstellung werden derzeit entwickelt, z.B. BtL (Biomass-to-Liquid) oder Ethanol aus lignocellulosehaltiger Biomasse. Diese Verfahren nutzen die gesamte Biomasse der Pflanze und nicht nur den Öl- bzw. Zuckeranteil. Dadurch vergrößert sich das für Biokraftstoffe nutzbare Biomasse-Potenzial erheblich.