Strom aus Biomasse

AEE_Bioenergie-Nutzungspfade_jan13_72dpiElektrischer 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-Kopplung 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 Megawatt, MW) spricht man von Heizkraftwerken. Im etwas kleineren Leistungsbereich (häufig bis ca. 500 Kilowatt, kW Leistung) kommen Blockheizkraftwerke (BHKW) zum Einsatz. Eine besondere Technologie sind Kraft-Wärme-Kälteanlagen, bei denen je nach Bedarf Wärme oder Kälte, z.B. zur Klimatisierung erzeugt wird.

Marktentwicklung 2013/2014

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. Im Jahr 2013 wurden insgesamt 25,4 Prozent des deutschen Stromverbrauchs durch Erneuerbare Energien gedeckt. Biomasse allein deckte 8,0 Prozent des deutschen Stromverbrauchs. Die Stromerzeugung aus Biomasse stieg von 44,6 Mrd. kWh im Jahr 2012 auf 47,9 Mrd. kWh im Jahr 2013. Insgesamt wurden damit im Jahr 2013 durch Strom aus Biomasse 27,0 Mio. Tonnen Treibhausgase (CO2-Äquivalent) vermieden.

Im Jahr 2013 wurden rund 1,4 Mrd. Euro in neu errichtete Bioenergieanlagen zur Stromerzeugung und 1,2 Mrd. Euro in neu errichtete Bioenergieanlagen zur Wärmeerzeugung investiert (2012: 1,7 bzw. 1,2 Mrd. Euro). Die Gesamtumsätze aus dem laufenden Betrieb von Bioenergieanlagen zur Stromerzeugung beliefen sich auf 4,5 Mrd. Euro (2012: 4,0 Mrd. Euro).

Strom aus gasförmiger Biomasse

AEE_Biogasanlagen_in_Deutschland_1992-2014_mai14_72dpiDer größte Anteil des Bioenergie-Stroms wurde im Jahr 2013 in den BHKW der rund 7.720 Biogasanlagen (2012: 7.515 Biogasanlagen) erzeugt, die 2013 über eine installierte Leistung von 3.547 Megawatt (MW) verfügten (2012: 3.352 MW). Die Stromproduktion aus Biogasanlagen belief sich 2013 auf 27,9 Mrd. kWh (2012: 25,4 Mrd. kWh). Damit wird der Stromverbrauch von rund 8 Mio. Durchschnittshaushalten abgedeckt. Das entspricht etwa der jährlichen Stromproduktion von vier Atomreaktoren. Eine 2013 neu gebaute Biogasanlage hatte eine Leistung von durchschnittlich 950 kW (2012: 750 kW). Die durchschnittliche Leistung einer Biogasanlage belief sich 2013 auf 459 kW (2012: 446 kW). Der Fachverband Biogas erwartet für 2014 einen weiter stark rückläufigen Zubau von neuen Biogasanlagen im Umfang von nur noch rund 40 MW. Ende 2014 könnten dann rund 7.820 Biogasanlagen in Deutschland Strom erzeugen. Das Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) und der Fachverband Biogas erwarten, das der Zubau von Biogasanlagen nach der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2014 fast vollständig zum Erliegen kommen wird.

Klärgas ist von der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung zu unterscheiden. Klärgas liefert im Vergleich dazu nur einen Bruchteil der Stromerzeugung. Rund 1.000 Kläranlagen nutzen das entstehende Klärgas zur Strom- und Wärmeerzeugung in BHKW. Auch wenn nur in jeder zehnten Anlage eine energetische Nutzung erfolgt, wird dabei ein deutlich höherer Anteil des biogenen Reststoffs Klärschlamm erfasst. Unter den 1.000 Anlagen mit Klärgas-BHKW befinden sich nämlich die bundesweit größten Kläranlagen, die alleine oft die Entsorgung für Hunderttausende Einwohner abdecken. Das Gros der kleineren Anlagen besitzt keine energetische Klärgasnutzung, entdeckt diese jedoch angesichts steigender Strom- und Wärmekosten zunehmend als attraktive Energiequelle zur Eigenversorgung. Insgesamt waren 2013 an den Kläranlagen BHKW mit 240 MW Leistung installiert (2012: 236 MW). Die Stromerzeugung stieg leicht an auf 1,4 Mrd. kWh (2012: 1,3 Mrd. kWh).

Die Stromerzeugung aus Deponiegas ist dagegen leicht rückläufig. Deponiegas entsteht aus biogenen Abfällen, die in früheren Jahren in Mülldeponien mit verfüllt wurden. Das energiereiche Deponiegas wird in BHKW zu Strom und Wärme umgewandelt. An den vorhandenen Mülldeponien gehen die Deponiegasvorkommen nun allmählich zu Neige. Weitere biogene Abfälle werden praktisch nicht mehr deponiert. Die installierte Leistung der Deponiegas-BHKW ging 2013 daher zurück auf 110 MW (2012: 118 MW). Die Stromerzeugung belief sich auf nur noch 0,47 Mrd. kWh (2012: 0,54 Mrd. kWh).

Strom aus fester Biomasse

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Der zweitgrößte Anteil des Bioenergie-Stroms stammt aus fester Biomasse (Altholz, Waldrestholz) und dem Anteil Biomasse, der in Müllverbrennungsanlagen mitverbrannt wird. Diese Anlagen erzeugten im Jahr 2013 insgesamt 17,7 Mrd. kWh Strom, davon 5,3 Mrd. kWh in Müllverbrennungsanlagen (2012: 17,0 Mrd. kWh, davon 5,0 Mrd. kWh in Müllverbrennungsanlagen). Diese Biomasse wird vielfach in großen Anlagen mit bis zu 20 MW Leistung in Kraft-Wärme-Koppelung verbrannt.

Im Jahr 2013 waren im Rahmen des EEG insgesamt rund 630 Holz(heiz-)kraftwerke in Deutschland in Betrieb (2012: 540), einschließlich kleiner Holzvergaseranlagen über 10 kW installierter Leistung und Kraftwerken der Zellstoffindustrie, die Schwarzlauge, Rinde und andere Reststoffe der Papierherstellung zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen. Sie verfügten nach Schätzungen des DBFZ über eine installierte Leistung von insgesamt ca. 1.605 MW (2012: 1.560 MW).

Der Zubau von Holz(heiz-)kraftwerken ist mit rund zehn Anlagen mit 38 MW im Jahr 2012 und erwarteten sieben Anlagen im Jahr 2013 mit 35 MW auf dem Niveau der Vorjahre stabil geblieben. Der Zubau von kleinen Holzvergaseranlagen ist dagegen stark angestiegen. Diese Anlagentechnologie bewegt sich in die Phase der breiteren Markteinführung. Die Anzahl der Anlagen nimmt zwar deutlich zu, doch ist kein großer Einfluss auf die installierte Gesamtleistung festzustellen, da Holzvergaseranlagen üblicherweise nur über eine geringe installierte Leistung von unter 150 kW verfügen.

Es ist zu erwarten, dass aufgrund der politischen Rahmenbedingungen und steigenden Rohstoffpreise ein Zubau künftig nur noch im Bereich der Kleinstanlagen möglich sein wird. 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 wird jedoch rund die Hälfte der installierten Leistung aller Holzkraftwerke von nur 40 Großanlagen mit jeweils mehr als 10 MW gedeckt.

Die 68 Müllverbrennungsanlagen, in denen teilweise Biomasse mit verbrannt wird, hielten nach Angaben der AG Erneuerbare-Energien-Statistik im Jahr 2013eine installierte Leistung bereit, die 1.679 MW entspricht (2012: 1.465 MW). Müllverbrennungsanlagen erhalten keine Vergütung über das EEG. Sie sind in den genannten Daten zur Entwicklung des Anlagenbestands nicht enthalten. Außerdem wird in einzelnen konventionellen Kraftwerken (z.B. in Kohlekraftwerken) anteilig Biomasse (z.B. Holz, Hausabfall, Klärschlamm u.a.) mit verbrannt, um Strom und/oder Wärme zu erzeugen.

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 spielte die Stromerzeugung in Pflanzenöl-BHKW. Im Jahr 2007 wurde mit einer ersten starken Zubauwelle ein Höchststand von 2.200 Anlagen mit rund 400 MW installierter Leistung erreicht. 2013 waren in Deutschland nur noch rund 1.150 Pflanzenöl-BHKW mit ca. 205 MW Leistung zumindest zeitweise für die Stromerzeugung im Rahmen des EEG in Betrieb (2012: 1.000 Anlagen mit ca. 200 MW). Die Stromerzeugung sank vom Höchststand mit 2,2 Mrd. kWh im Jahr 2007 auf geschätzte 0,3 Mrd. kWh im Jahr 2013. Ein Großteil der Pflanzenöl-BHKW ist – zumindest zeitweise – stillgelegt worden, da eine Kosten deckende Strom- bzw. Wärmeproduktion angesichts gestiegener Pflanzenölpreise und gesunkener Einspeisevergütungen im Rahmen des EEG nicht mehr möglich war. Zudem sah bereits der Entwurf der Biomasse-Nachhaltigkeitsverordnung vom Dezember 2007 ein Verbot der Nutzung von nicht nachhaltig erzeugtem Palm- und Sojaöl vor. Mit der ab Januar 2009 geltenden novellierten Fassung des EEG wurde dieses Verbot bestätigt. Wie bei der Biokraftstoffproduktion müssen Betreiber seit 2011 mittels Zertifikaten nachweisen, dass die eingesetzte Biomasse den Nachhaltigkeitsstandards der EU-Richtlinie für Erneuerbare Energien entspricht, d.h. z.B. nicht von gerodeten Regenwaldflächen und anderen ökologisch sensiblen Regionen stammt sowie eine Netto-Treibhausgasreduktion erzielt. 

Während kleinere BHKW im Leistungsbereich unter 10 kW nach 2007 vom teureren Rapsöl überwiegend auf das günstigere fossile Heizöl umrüsteten, wurden größere Anlagen stillgelegt, vorübergehend außer Betrieb genommen oder auf den Betrieb mit Erdgas oder Biomethan umgerüstet. 2012 und 2013 war erstmals wieder ein leichter Anstieg des Anlagenbestandes zu verzeichnen. Die Ende 2012 sinkenden Preise für Pflanzenöle führten wieder zur Inbetriebnahme vorübergehend stillgelegter Anlagen. Allerdings sieht das 2012 in Kraft getretene EEG keine Einspeistarife mehr für die Stromerzeugung aus flüssiger Biomasse vor. Daher ist kein Zubau von neuen Anlagen mehr zu erwarten, sondern lediglich die Wiederinbetriebnahme bereits stillgelegter oder umgerüsteter Anlagen.

Quellen:

Wie die Abwärmenutzung bei Biogasanlagen funktioniert, zeigt die Animation "Biogas - Abwärme clever nutzen":

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