Potential der Biomassenutzung für Nahwärmenetze in Europa

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Biomasse
2.1. Definition
2.2. Natürliche Standortfaktoren
2.2.1. Lichteinstrahlung
2.2.2. Temperatur
2.2.3. Wasser
2.2.4. Nährstoffe
2.3. Arten von Biomasse
2.3.1. Aquatische Biomasse
2.3.2. Landwirtschaftliche Biomasse
2.3.3. Sonstige Biomasse
2.3.4. Forstwirtschaftliche Biomasse
2.4. Bereitstellung der Biomasse
2.4.1. Heizwert und Brennwert
2.4.2. Trocknung
2.4.3. Energieumwandlung
2.4.4. Eigenschaften von Biomasse

3. Wärmenetze
3.1. Allgemeine Bedeutung
3.2. Dezentrale Wärmenetze für regenerative Wärmequellen

4. Bioenergie in Europa
4.1. Bioenergiepotential
4.1.1. Allgemeine Potenzialanalysen
4.1.2. Bioenergie im europäischen Energiesystem
4.1.3. Wärmebedarf in der EU

5. Untersuchung ausgewählter Standorte in Europa
5.1. Budapest/ Ungarn
5.1.1. Klima und Boden
5.1.2. Energiezusammensetzung in Ungarn
5.1.3. Wärme
5.1.4. Gesetzliche Regelungen und Ziele
5.1.5. Biomassepotential in Ungarn
5.1.6. Zusammenfassung
5.2. Seinäjoki / Finnland
5.2.1. Klima
5.2.2. Flora und Vegetation
5.2.3. Energiezusammensetzung in Finnland
5.2.4. Wärme
5.2.5. Gesetzliche Regelungen und Ziele
5.2.6. Biomassepotential in Finnland
5.2.7. Zusammenfassung
5.3. Sant Cugat des Vallès / Spanien
5.3.1. Klima
5.3.2. Flora und Vegetation
5.3.3. Energiezusammensetzung in Spanien
5.3.4. Wärme
5.3.5. Gesetzliche Regelungen und Ziele
5.3.6. Biomassepotential in Spanien
5.3.7. Zusammenfassung
5.4. Vergleich der Standorte

6. Potentialanalyse Nahwärmenetz Stadtquartier Budapest/ Ungarn
6.1. Bestandsaufnahme
6.2. Wärmeberdarfsermittlung
6.2.1. Schule
6.2.2. Freizeitpark
6.2.3. Netzformen
6.2.4. Wärmenetz Budapest Quartier
6.2.5. Thermische Jahresdauerlinie
6.2.6. Ergebnisse der Grundlagenermittlung
6.3. Heizkraftwerk
6.3.1. Wirtschaftlichkeit

7. Zusammenfassung und Ausblick

8. Literatur

9. Abbildungsverzeichnis

10. Tabellenverzeichnis

11. Abkürzungsverzeichnis

Einzelne Abb. wurden aus rechtlichen Gründen entfernt (Anm. d. Red.).

Kurzfassung

Die folgende Bachelorarbeit untersucht das Potential für Biomassenutzung für Nahwärmenetze in Europa. and sustainable Diese Arbeit soll das Potential der Biomassenutzung für drei Standorte aus dem „NewTREND“ (New integrated methodology and T ools for R etrofit design towards a next generation of EN ergy efficient buildings and D istricts) liefern. Das drei jährige Projekt befasst sich mit der Optimierung der Energieeffizienz des europäischen Gebäudebestands auf Gebäude- und Quartiersebene. Dabei soll ein webbasiertes Simulationstool entwickelt werden, welches anhand von ortspezifischen Daten, Szenarien für verschiedene Sanierungsmöglichkeiten durch die Integration von erneuerbaren Energien, berechnet. Ziel der Arbeit ist es für die drei Standorte des NewTREND – Projekts, Ungarn (Budapest), Finnland (Seinäjoki) und Spanien (Sant Cugat des Valles) das Potential von Biomasse für die Nutzung in Nahwärmenetzen aufzuzeigen.

Hierbei wurde zunächst geprüft, welche Eigenschaften typisch für verschiedene Arten der Biomasse sind und welche Standortfaktoren günstige Auswirkungen auf das Wachstum dieser besitzen. Anhand von Detailanalysen, wurde erst für ganz Europa und später ortspezifisch für die drei Standorte, die aktuelle Situation der Biomassenutzung erörtert und daraufhin ein Ausblick für die Möglichkeiten der zukünftigen energetischen Verwendung der Biomasse gegeben. Der letzte Bearbeitungsschritt befasst sich mit einer überschlägigen Auslegung eines Nahwärmenetzes mit dazugehörigem Biomasse-Wärmeerzeuger am Standort Budapest. Dieses wurde schließlich mit der dort üblichen konventionellen Wärmebereitstellung durch Gas verglichen.

Abstract

The following bachelor thesis investigates the potential for biomass utilization for local heating networks in Europe. and sustainable This thesis aims to provide the potential of biomass utilization for three sites from the "NewTREND" (New integrated methodology and Tools for Retrofit design towards a next generation of ENergy efficient buildings and Districts). This 3-year project focuses on optimizing the energy efficiency of the european building stock on a building and district level. In doing so, a webbased simulation tool will be developed which is able to calculate, based on location specific data, various restructuring szenarios by integrating renewable energies. The main objective of this paper is to demonstrate the potential of using biomass in local heat distribution networks at the three locations of the NewTREND-project, Hungary (Budapest), Finnland (Seinäjoki) and Spain (Sant Cugat des Valles).

First of all typical features of different types of biomass as well as the specific location factors with positive effects on their growth were examined. On the basis of in-depth analyses the current situation of biomass utilisation was discussed firstly for all of the EU and later on a national level for the three NewTREND locations. Subsequently an outlook for future usage of biomass for energetic purposes is demonstrated. The final part deals with calculating the rough design for a local heat distribution network as well as the corresponding biomass heat generator at the Budapest site. Lastly the costs of this design were compared to the costs of the local standard heat supplying system of using gas.

1. Einleitung

Die Energiepolitik in Europa steht vor einigen Herausforderungen. Der zunehmende Energieverbrauch und der daraus resultierenden ansteigenden Energieimportabhängigkeit, führt mitunter zum Klimawandel. 2014 belief sich die Energieabhängigkeit der EU auf 53,4 %, was bedeutet, dass über die Hälfte des Energieverbrauchs durch Importe gedeckt wurde. Angesichts dieser hohen Abhängigkeit von fossilen Energieträgern, müssen Lösungen gefunden werden, um diesem negativ Trend entgegen zu wirken. Ein Ansatz ist es, den Ausbau regenerativer Energien voranzutreiben, um eine nachhaltige Energiepolitik zu erreichen. Neben Geothermie, Wasserkraft, Sonnen- und Windenergie, lässt sich auch die Biomasse in vielen Ländern ertragreich energetisch nutzen. Der nachwachsende Energieträger kann bei einer nachhaltigen Bewirtschaftung eine große Säule im Energiemix der EU sein. Jedoch stößt die Verfügbarkeit von Biomasse auch an seine Grenzen. Ökologische, ökonomische, technische und ethische Probleme erfordern einen politischen Nutzungsrahmen. Durch Untersuchungen über das Potential einer Biomassenutzung, sollen die Schranken und Optionen innerhalb eines Landes festgelegt werden.

Ziel dieser Arbeit soll es sein, einen kleinen Ausblick über die Vielfältigkeit der Biomasse zu geben. Anhand der Voraussetzungen für das Wachstum und der Eigenschaften von Biomasse, soll auf die Möglichkeiten einer energetischen Nutzung in Europa hingeführt werden.

2. Biomasse

2.1. Definition

Grundsätzlich lässt sich die Energie der Sonne auf zwei unterschiedliche Arten nutzen.

Die direkte Nutzung, wie zum Beispiel die solarthermische Nutzung, ist unmittelbar an die Energie durch die Einstrahlung der Sonne gekoppelt und somit vom Angebot dieser abhängig. Das erschwert die Nutzung der Sonnenenergie und erfordert beispielweise die Installation zusätzlicher Speicher um die zeitlichen Angebotsschwankungen auszugleichen.

Anders sieht es bei der indirekten Nutzung der Sonne aus. Hierzu zählt neben Windenergie, Wasserkraft und Gezeitenenergie auch die Bioenergie. Die energetische Nutzung von Biomasse ist eine der frühesten Formen der Energiebereitstellung überhaupt. Davon ist Holz die Biomasse, die am häufigsten vom Menschen genutzt wird und ist daher, besonders in Entwicklungsländern, eine der wichtigsten Energiequellen.

Unter dem Begriff Biomasse, wird die Gesamtmasse sämtlicher durch Pflanzen, Tiere und Menschen anfallende oder erzeugte organischer Substanz (d.h. kohlenstoffhaltige Materie) verstanden, von der auf den Kontinenten schätzungsweise 3,5 * 1012 t Trockenmasse existieren

Dazu zählen:

- Die Masse der Pflanzen und Tiere
- Die daraus resultierenden Rückstände
- Abgestorbene aber noch nicht fossile Phyto- und Zoomasse
- Stoffe die durch Umwandlungen oder Nutzung entstanden sind (z.B. organischer Hausmüll, Papier…)

Die Abgrenzung der Biomasse zu den fossilen Brennstoffen wird über den Torf, einem Nebenprodukt das bei der Verrottung entsteht, definiert. Torf ist Biomasse, die allerdings noch nicht lange abgelagert wurde und noch nicht von der Biosphäre getrennt ist. Der Abbau führt jedoch zu CO2-Emissionen, die nicht durch baldiges Nachwachsen wieder ausgeglichen werden. Deshalb gilt Torf als erste Stufe der fossilen Vorkommen.

Nach Kaltschmitt wird Biomasse noch in primäre, sekundäre und tertiäre Biomasse unterschieden.

- Die primäre Biomasse ist die von Pflanzen gespeicherte Sonnenenergie, die mit Hilfe der Photosynthese organische Masse erschafft. Im Wesentlichen zählt hierzu die gesamte Pflanzenmasse.
- Die Bildung von sekundärer Biomasse hängt nur indirekt mit der Nutzung der Sonnenenergie zusammen. Hierzu zählen alle höheren Organismen, wie Tiere und deren Exkremente.
- Durch Weiterverarbeitung der primären und teilweise sekundären Biomasse entsteht die tertiäre Biomasse. Beispiele sind Papier oder Möbel aus Holz.

2.2 Natürliche Standortfaktoren

Die unterschiedlichen Standortfaktoren in Europa beeinflussen die spezifische Biomassebildung an der gegebenen Stelle. So sind Lichteinstrahlung, die Temperatur, das Wasservorkommen und Niederschlag, sowie der Boden mit seinen Nährstoffen ausschlaggebend, für die Art und Vielfalt der vorherrschenden Fauna. Diese Faktoren bestimmen die Qualität der Biomasse und sind damit wichtige Indikatoren zur Bestimmung des Biomassepotentials der betrachteten Region.

Nachfolgend werden deshalb, die einzelnen Größen kurz zusammengefasst und deren Einfluss auf die Biomasse erläutert.

2.2.1. Lichteinstrahlung

An lichtarmen Standorten werden große dünne Blätter gebildet. An besonders lichtreichen Standorten bzw. an Orten, an denen das Licht aufgrund von ungünstigen Temperaturen, Trockenheit oder Nährstoffarmut nicht optimal genutzt werden kann, bilden die Blätter der Pflanzen eine geringe Absorptionsfläche. Ein Beispiel sind die Kakteen, die im Vergleich zu Bäumen sehr kleine Blattflächen besitzen. Gemessen wird die Blattfläche mit dem sogenannten Blattflächenindex LAI (Leaf Area Index), der die Blattfläche pro Bodenfläche bzw. den Bedeckungsgrad angibt. Am Ende der Vegetationsperiode ist die Blattfläche der Pflanze am größten und damit auch der LAI Wert. Existieren keine Blätter ist der Wert 0, entspricht er der horizontalen Bodenfläche ist er 1. Der LAI Wert drückt aus, wie sehr das Sonnenlicht auf eine bestimmte Wald- oder Ackerfläche verteilt wird, d.h. umso höher der Faktor ist, desto mehr verdünnt sich das Licht. Bei genügend Lichteinstrahlung ist die Blattanordnung deswegen oft vielschichtig, um die photosynthetische Kapazität zu steigern. Bei Mischwäldern kann der LAI Wert bei 6, bei immergrünen Wäldern sogar bei 16 liegen. Mais weist bei vollständiger Vegetation einen Wert von 10 auf. Für die Pflanzenproduktion ist die Optimierung der Lichtverteilung eine wichtige Stellgröße. Anhand der Bestandsdichte kann die Lichtverteilung gesteuert werden und der Bestand an Biomasse maximiert werden.

2.2.2. Temperatur

Das Temperaturoptimum kann für einzelne Arten sehr unterschiedlich sein und ist damit Ausdruck für die standortspezifische Artenvielfalt. In der Regel gilt, dass die pflanzlichen Proteine bei einer Temperatur oberhalb von 40°C – 45°C denaturieren. Das heißt sie verlieren ihre Funktion und die Pflanze stirbt. Durch Transpiration, also durch die Verdunstung von Wasser über die Blätter, kann die Pflanze jedoch auch bedingt bei höheren Temperaturen überleben. Durch die Transpiration schafft es die Pflanze, die Blatttemperatur um bis zu 10°C zu senken und somit Außentemperaturen von bis zu 55°C standzuhalten. Voraussetzung hierfür ist jedoch ein genügend hohes Angebot an Wasser. Ist dies nicht gegeben, verhält sich die kühlende Verdunstung konträr. Ist zu wenig Wasser für die Transpiration vorhanden, schließt die Pflanze ihre Öffnungen, die sogenannten Stromata, an den Blättern. Folglich heizt sich die Pflanze um bis zu 10°C auf und Temperaturen von 30°C führen bereits zum Absterben der Pflanze. Je nach Art und Standort der Pflanze liegt also die Temperaturobergrenze zwischen 30°C und 55°C. Für die meisten Pflanzen gilt jedoch, mit einem Anstieg der Jahresdurchschnittstemperatur bis 20°C, steigt auch das Biomassevolumen.

2.2.3. Wasser

Den größten Wasserbedarf hat die Pflanze während der „Schossung“, der Entwicklungsphase der Pflanze. In dieser Zeit ist die Nährstoffaufnahme, die über den Wasserstrom erfolgt besonders wichtig. Eine ausreichende Wassersättigung des Bodens muss daher gewährleitet sein. Trockenheitsperiode bei der Schossung sind aus zwei Gründen besonders ertragsschädigend:

- Durch die verminderte Wasseraufnahme werden weniger Nährstoffe aufgenommen
- Bei Wassermangel schließen die Stromata. Folglich kann keine Verdunstung über die Blätter stattfinden und die CO2-Aufnahme wird behindert. Folglich kann die Lichtenergie nicht mehr photosynthetisch genutzt werden, so dass sich die Pflanze erwärmt und es zur Denaturierung der Proteine in der Pflanze kommt.

In vielen Regionen in Europa entspricht die jährliche Niederschlagsmenge, nicht dem Wasserbedarf, den viele Pflanzen benötigen. Somit ist die klimatische Wasserbilanz dort negativ. Eine zentrale Bedeutung kommt damit der Beschaffenheit des Bodens, die wichtig für die Wasserspeicherfähigkeit ist zu. Die Wasserspeicherfähigkeit eines Bodens bestimmt man aus der Differenz zwischen dem Wassergehalt bei Feldkapazität sowie beim permanenten Welkepunkt und erhält dadurch die nutzbare Feldkapazität (nFK). Die Wassermenge, die der Boden bei Wassersättigung nach zwei Tagen noch gegen die Schwerkraft halten kann, nennt man Feldkapazität. Ist das Wasser so stark an die Bodenteilchen gebunden, dass die Pflanze kein Wasser mehr aufnehmen kann, ist der permanente Welkepunkt erreicht. Die nutzbare Feldkapazität kann entweder prozentual oder als absoluter Wert pro dm Bodentiefe angegeben werden. Je höher dabei die nFK ist desto mehr Wasser kann er aus dem Wintervorrat oder aus großen Niederschlagsmengen speichern. Sandiger Boden weist einen Wert von circa 6 Vol. % nfK auf und kann deshalb so gut wie gar kein Wasser speichern. Lehmiger Boden kann Werte bis 24 Vol. % nFK erreichen und speichert Wasser daher sehr gut. Das Wasser aus großen Niederschlagsmengen, welches den Wert der nutzbaren Feldkapazität übersteigt, versickert entweder oder es fließt ab und wird für die Pflanzen unnutzbar.

Neben der Feldkapazität, spielt der Wurzelraum eine wichtige Rolle bei der Wasseraufnahmefähigkeit der Pflanze. Der effektive Wurzelraum, der zwischen 6 und 20 dm tief liegt, multipliziert mit der nFK, ergibt das pflanzenverfügbare Bodenwasserspeichervermögen. Um hohe Biomasseerträge zu erzielen, ist es deshalb unabdingbar eine bodenschonende Bearbeitung durchzuführen, damit der Wurzelraum der Pflanze nicht zu stark verdichtet.

2.2.4. Nährstoffe

Grundsätzlich bestehen fruchtbare Böden aus drei unterschiedlichen Bestandteilen, die nachfolgend kurz beschrieben werden.

- Anorganische Bodenpartikel

Wichtig für die Nährstoffaufnahme der Pflanze ist ein großer Wurzelraum. Dabei ist vor allem die Korngröße von Bedeutung. Sandige Böden weisen auf Grund der großen Partikel, luftgefüllte Hohlräume auf, in denen Bodentiere gute Lebensbedingungen vorfinden. Allerdings haben diese Böden eine schlechte Wasserspeicherfähigkeit und wegen ihrer kleinen spezifischen Oberfläche, bilden die Partikel nur eine geringe Adsorptionsfläche für die Nährstoffaufnahme der Pflanze. Daher sind reine Sandböden unfruchtbar. Kleine Bodenpartikel sind wegen ihrer großen Wasserspeicherfähigkeit und des Reichtums an Nährstoffen sehr viel fruchtbarer, werden jedoch schlechter durchlüftet und neigen zur starken Bodenverdichtung und damit einer Einschränkung des Wurzelraumes. Die fruchtbarsten Böden bestehen daher aus einem Mix aus sandigen, lehmigen und tonigen Partikeln. In dieser Kombination finden Bodenorganismen genügend Sauerstoff und Pflanzen genügend Wasser und Nährstoffe.

- Chemische Zusammensetzung

Die Nährstoffe müssen in löslicher Form im Boden vorliegen, damit die Pflanze sie diffusiv über die Wurzeln aufnehmen kann. Damit der Nährstofffluss besonders groß ist, muss die Pflanze eine große Wurzeloberfläche ausbilden. Als weiterer Ansatzpunkt zur Bestimmung der chemischen Qualität des Bodens, dient der Humusgehalt. Humus ist abgestorbene mikrobielle, pflanzliche und tierische Biomasse. Für Ackerböden ist ein Humusgehalt von 2,5% anzustreben. Beim Abbau des Humus, werden Nährstoffe freigesetzt und durch die zusätzliche Zufuhr von organischem Material wie zum Beispiel Gülle, Gründünger oder Stroh, kann eine ausgeglichene Humusbilanz hegestellt werden. Wird die Biomasse allerdings vor der Rückführung auf das Ackerfeldthermochemisch genutzt, sind Kohlenstoff und Stickstoff bei dem Prozess bereits verbraucht worden und fehlen in der Konsequenz dem Ackerland als Nährstoffe; die Humusbilanz ist dann negativ. Daher gilt es bei der Ackerbewirtschaftung darauf zu achten, dass die Humusbilanz ausgeglichen ist, damit alle Nährstoffe in einem optimalen Verhältnis vorhanden sind

- Biologische Eigenschaften

Bodenmikroorganismen leben von der organischen Substanz aus abgestorbener Biomasse. Beim Abbauprozess der Biomasse durch die Organismen werden Energie und Nährstoffe freigesetzt, welche die Bodenfruchtbarkeit mitbestimmen.

2.3. Arten von Biomasse

In Abbildung 1 sind die verschiedenen Quellen der Biomasse dargestellt, die aktuell zur Bioenergieherstellung verwendet werden. Die Technologien für die Biomassenutzung und deren Bereitstellung werden ständig verbessert und vervielfältigt, um deren Potenziale zu erhöhen. Biomasse wird neben der energetischen Nutzung, noch zur stofflichen Nutzung und zur Nahrungsmittelversorgung verwendet. In diesem Abschnitt meiner Arbeit werde ich jedoch speziell auf die Arten und Bereitstellung der Biomasse zur Energiegewinnung eingehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: verschiede Arten der Biomasse (M. Wagner)

2.3.1. Aquatische Biomasse

Begrenzte Ackerflächen und die ansteigende Nachfrage nach Biomasse, zwingen Wissenschaftler und Länder dazu, neue Ansätze zur Biomasseproduktion anzuwenden. Daher rückt der Anbau von Makro- und Mikroalgen in bestimmten Ländern immer mehr ins Blickfeld. In Europa werden, insbesondere in der Bretagne, natürliche Tangbestände manuell geerntet. Die Tangbestände werden anschließend zur Düngung von Feldern verwendet. Da Makroalgen kein Lignin, der Stoff, der für die Verholzung von Pflanzen verantwortlich ist, besitzen, können die Algen fast vollständig fermentiert und für die Biogasherstellung verwendet werden. Mikroalgen haben zusätzlich sehr geringe Generationszeiten, so dass sie in kurzer Zeit bereits zu einer beachtlichen Dichte heranwachsen, was sie speziell für die industrielle Züchtung interessant machen. Die Algen besitzen außerdem keine Hilfsorgane wie Wurzeln oder Blüten. Dadurch wird jede Zelle photosynthetisch aktiv und kann energetisch genutzt werden. Somit ist die flächenspezifische CO2 -Assimilationsrate von Mikroalgen bis zu 5-mal höher als bei anderen Pflanzen. Daher wird in der Natur und den Ingenieurwissenschaften derzeit intensiv daran geforscht, die Biomasseproduktion durch Makro- und Mikroalgen zu verbessern, ohne dass die Produktion der Biomasse an Land eingeschränkt wird und bislang ungenutzte Gebiete wie Brachland oder Salzwasser in die Versorgung mit Nahrung und Energie mit einzubeziehen. Allerdings zeichnen sich Algen durch einen sehr hohen Wassergehalt aus. Bei einer thermischen Verwertung ist deshalb ein feucht geführter Prozess zu bevorzugen, da ein hoher Teil der Energie durch Wasserverdampfung verloren geht. Deswegen ist der Einsatz von Makroalgen in Biogasanlagen zur Fermentation der sinnvollste und am weitesten entwickelte Prozess. Jedoch ist die energetische Nutzung von Algen auch die teuerste und aufwendigste Variante der Biomassenutzung.

2.3.2. Landwirtschaftliche Biomasse

Für die Energiegewinnung unterscheidet man zwischen zwei Arten von landwirtschaftlich produzierter Biomasse.

- Energiepflanzen, die speziell zur energetischen Verwertung produziert werden.
- Rückstände, Abfälle und Nebenprodukte, die bei der Ernte landwirtschaftlicher Produkte anfallen.

Energiepflanzen werden in unterschiedliche Kategorien unterteilt. Neben Lignozellulosepflanzen, die als komplette Pflanze für die Energiegewinnung hergenommen wird, unterteilt man in Öl-, Zucker- und Stärkepflanzen, in denen die energetischen Inhaltsstoffe hauptsächlich in den Körnern oder Knollen angehäuft sind. Lignozellulosepflanzen sind holz- und halmartige Pflanzen, die sich besonders wegen ihres hohen Ligningehalts für die energetische Nutzung eignen. Hierzu zählen zum Beispiel Weiden und Pappeln, die in sogenannten Kurzumtriebsplantagen (KUP) angebaut werden oder verschiedene Gräser. Öl-, Zucker- und Stärkepflanzen sind zum Beispiel Raps, Zuckerrüben und Mais. Angebaut wird die Biomasse auf Acker und Grünlandflächen. Beim Anbau von Pflanzen in Europa müssen jedoch die Cross Compliance Regelungen eingehalten werden, die ein Verbot der Umwandlung von bestimmtem Grünland in Ackerland vorschreiben, um die vorherrschende Fauna und Flora zu schützen. Neben den bisher beschriebenen Standortfaktoren für Biomasse, spielen insbesondere die pflanzenbaulichen Maßnahmen eine wichtige Rolle, um eine ertragreiche Ernte zu erzielen. Zum einen müssen die Anbausorten standortspezifisch richtig gewählt und anschließend aufbereitet werden, zum anderen muss zusätzlich der Boden nachhaltig mit Düngern versorgt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Landwirtschaftliche Biomasse (M. Wagner)

2.3.3. Sonstige Biomasse

Unter sonstiger Biomasse versteht man hauptsächlich Rückstände, Nebenprodukte und Abfälle, die aus landwirtschaftlicher, industrieller und gewerblicher Nutzung anfallen. Das können Exkremente aus der Tierhaltung sein oder aber auch organische Abfälle aus Siedlungen und der Lebensmittelindustrie. Oft sind die sonstigen Biomassen sehr wasserhaltig und wegen ihrer speziellen Herkunft auch schwierig gemeinsam aufzubereiten. Deshalb wird die Biomasse hauptsächlich zur anaeroben Fermentation genutzt.

2.3.4. Forstwirtschaftliche Biomasse

Holz ist der wichtigste regenerative Energieträger und bietet damit primär das größte Potenzial der Biomassenutzung. Wälder bedecken rund 1/3 der Landflächen der Erde. Das entspricht einer Fläche von etwa vier Milliarden Hektar; in der EU bedecken Wälder eine Fläche von circa 180 Millionen Hektar. Im Schnitt ergeben sich rund 90t/ha Biomasse in der EU durch Wälder.

Jedoch muss bei der Entnahme von Biomasse aus den Wäldern darauf geachtet werden, dass nicht mehr Holz geerntet wird als nachwachsen kann. Dies prägt der Begriff der nachhaltigen Forstwirtschaft.

Das Potenzial der forstwirtschaftlichen Biomasse umfasst das energetisch nutzbare Waldholz, das nachhaltig von den Waldflächen gewonnen werden kann. Bei der Holzernte werden nur rund 58% der geernteten Holzbiomasse direkt genutzt. Übrig bleiben 14% Ernteverluste und 28% Waldrestholz. Dieses Waldrestholz oder auch Schlagabraum genannt, ist ungeeignet für eine stoffliche Nutzung und bietet daher ein großes Potential für die Nutzung als Biomasse. Allerdings soll für den Erhalt eines nachhaltigen Waldes ein Teil des Schlagabraums im Wald zurückbleiben. Durch die langsame Zersetzung von Holz, bietet es den Todholzfressern, die wiederum wichtige Nährelemente an den Nährstoffkreislauf abgeben und damit die Ökologie des Waldes aufrechterhalten, wichtigen Lebensraum.

Wenn das Holz aus dem Wald nicht gerade für die energetische Verwertung genutzt wird, landet es meist in der industriellen Nutzung, um Möbel, Holzwerkstoffe oder Papier herzustellen. Bei der Verarbeitung fallen unter anderem Sägespänne, Rinde oder in der Zellstoffproduktion Schwarzlauge an. Diese Reststoffe können zu Holzpellets oder Holzbriketts weiterverarbeitet werden, um sie dann in Holzkraftwerken zur Wärme- und Stromproduktion zu verfeuern.

Altholz ist vor allem verwendetes Bau- oder Verpackungsholz. Auch alte Möbel werden noch energetisch verfeuert, wenn diese nicht zu stark chemisch vorbelastet sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Forstwirtschaftliche Biomasse (M. Wagner)

2.4. Bereitstellung der Biomasse

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Bereitstellungsketten der Biomasse (M. Wagner)

2.4.1. Heizwert und Brennwert

Der massenspezifische Energiegehalt der Biomasse kann durch den Heizwert beschrieben werden. Der Heizwert ist die bei der Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge, ohne Berücksichtigung der Kondensationswärme des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes, bezogen auf die Menge des eingesetzten Brennstoffes. Der Brennwert hingegen berücksichtigt die vollständig freigesetzte Wärmemenge eines Brennstoffes bei der Verbrennung und der anschließenden Abkühlung der Verbrennungsgase auf 25°C und der damit auftretenden Kondensation des Wasserdampfes. Verglichen mit dem Heizwert ist der Brennwertdementsprechend höher.

Der Heizwert ist aber für die meisten Anlagen die maßgebende Angabe, da die meisten Anlagen die Energie aus dem Kondensat nicht ausnutzen.

Bei den Holzarten beträgt der Heizwert bezogen auf die Trockenmasse zwischen 16,5 und 19,2 MJ/kg. Nach einer Faustformel, entsprechen 2,5 kg luftgetrocknetes Holz rund 1 Liter Heizöl, also circa 36 MJ. Nadelhölzer weisen dabei einen höheren Heizwert als Laubhölzer auf. Das liegt einerseits daran, dass die Rinde einen höheren Ligningehalt aufweist, aber auch weil Nadelhölzer in der Regel mehr Holzextrakte wie Öle, Fette und Harze beinhalten, welche einen Heizwert von bis zu 36 MJ/kg besitzen. Im Vergleich zu halmgutartiger Biomasse, also die hauptsächlich in der Landwirtschaft produzierten nicht holzigen Energiepflanzen, zeigen Holzbrennstoffe einen durchschnittlich 9% höheren Heizwert auf.

Tabelle 1: Heiz- und Brennwertdaten verschiedener Biomassen Quelle: Kaltschmitt

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hierfür verantwortlich ist hauptsächlich der unterschiedliche Wassergehalt, der einen erheblichen Einfluss auf den Energieinhalt der organischen Stoffe nimmt. Deshalb muss die Biomassebereitstellung mit genau definierten Abläufen erfolgen, um den bestmöglichen Energieertrag erzielen zu können. Dies erfordert eine genaue Überprüfung der Inhaltsstoffe der Biomasse um die stetige Qualität gewährleisten zu können. Dabei gibt es einige Einflussfaktoren die es zu beachten gibt.

Die sehr unterschiedlichen Wassergehälter die Biomasse aufweist, liegen zwischen 10% und 80% und benötigen daher verschiedene Transportketten. Der Feuchtegehalt kann zwar durch verschiedene natürliche und technische Trocknungsmaßnahmen geregelt werden, jedoch wird bei sehr feuchter Biomasse, wie z.B. Silomais und dem damit verbundenen sehr energieintensiven Trocknungsprozess, meist darauf verzichtet und stattdessen zur Erzeugung von Biogas verwendet.

Bei Beachtung einiger Faktoren kann der Feuchtegehalt bereits auf natürliche Weise geringgehalten werden. Ein wichtiger Faktor ist der Zeitpunkt der Ernte. Holz sollte von November bis Mai geerntet werden, da hier der Wassergehalt der Bäume geringer ist als in den Sommermonaten. Zudem wird der durch schwere Maschinen und durch das Fällen der Bäume strapazierte Boden, durch die frostigen Verhältnisse geschont. Nach der Ernte wird die Biomasse meist gelagert. Die Nachfrage und der Feuchtegehalt bestimmen dabei den Zeitraum der Lagerung. Die Lagerung dient bei richtigen Verhältnissen dazu, die Biomasse zu trocknen und eine dauerhafte Bereitstellung dieser sicherzustellen.

2.4.2. Trocknung

Das erntefrische Holz hat im Durchschnitt einen Wassergehalt von 49 Ma.-% (Massenprozent). Größere Heizkraftwerke haben mit Wassergehalten bis 50 Ma.-% keine Probleme, kleinere Anlagen benötigen jedoch einen geringeren Wassergehalt. Das Wasser im Holz ist sowohl freie als auch gebundene Wassermenge in den Zellwänden, welches 25-35%beträgt. Bei diesem Wassergehalt spricht man vom Fibersättigungspunkt.Bei der Trocknung bis zu diesem Punkt, findet nur eine Verdampfung des freien Wassers statt. Wird das Holz dagegen über diesen Punkt hinaus weiter getrocknet, tritt ein Schwund im Holz auf.

Meist werden die Heizkraftwerke mit Holzhackschnitzeln beliefert, für die es unterschiedliche Trocknungsverfahren gibt. Die Trocknung erfolgt hauptsächlich über die Schüttung der Hackschnitzel. Aufgrund von mikrobieller Abbauprozesse erwärmt sich die Umgebungsluft in dem Schütthaufen. Nachtteil hiervon ist allerdings ein sehr hoher Trockenmasseverlust von 20 – 40% über die Dauer der Lagerung. Mittels technischer Belüftungsverfahren kann der Trocknungsprozess beschleunigt werden und somit der Trockenmasseverlust verringert werden. Dies erfolgt zum Beispiel über die Zuhilfenahme der Abwärme von Biogasanlagen, bei der der Bioenergieanlagenbetreiber bei gewerblicher Verwendung eine zusätzliche Vergütung von drei Cent je Kilowattstunde für den eingespeisten Strom erhält. Eine weitere Möglichkeit stellt die Trocknung im ungehackten Zustand dar. Das Holz wird dann entweder direkt im Wald oder in abgedeckten Bereichen gelagert. Wird das Holz am Waldrand gelagert, wird es im Frühjahr geerntet und bis zur folgenden Heizperiode dort liegen gelassen. Dabei schrumpft der Wassergehalt auf bis zu 31 Ma.-% herab. Bei der witterungsgeschützten Lagerung besitzt das Holz nachungefähr drei Jahren im Vergleich zu dem Wassergehalt vom erntefrischen Zustand des Holzes von 40 –60 Ma.-% nun nur noch einen Wassergehalt der mittleren Luftfeuchtigkeit von etwa15 Ma.-%. (Lufttrockenes Holz).

Durch die technischen Verfahren kann das Holz im ungehackten Zustand auch noch weiter getrocknet werden, man spricht dann von kammergetrocknet. Um die Kosten möglichst gering und die Spanne des Energiegewinns zu dem Energieaufwand der Trocknung möglichst hoch zu halten, sollte bei den technischen Trocknungsverfahren, das bereits luftgetrocknete Holz verwendet werden. Es gibt mehrere technische Verfahren die heutzutage zur Trocknung von Holz angewandt werden.

Die am häufigsten eingesetzte Methode ist die des Kondensationstrocknens. Hier wird das Holz in einem Trockenraum gelagert und mit Hilfe einer Heizung und einer Lüftung das Klima in der Kammer so gesteuert, dass die gewünschte Holzfeuchtigkeit erreicht wird. Zuerst wird die Luft erwärmt und in den luftdichten Raum eingeblasen. Die erwärmte Luft nimmt bis zu einem gewissen Grad die Feuchtigkeit des Holzes auf und muss dann abgeführt werden. Die Luft wird in den Kondensator geleitet, wo das Wasser kondensiert und ein Wärmetausch zwischen der feuchten und entfeuchteten Luft stattfindet. Allerdings beansprucht dieses Verfahren sehr viel Zeit und das Holz kann nicht unter 12 Ma.-% Wassergehalt getrocknet werden.

Bei der Kammertrocknung bzw. Konvektionstrocknung wird das Holz mit Hilfe von Computersystemen in kurzer Zeit auf die gewünschte Feuchtigkeit getrocknet. Dabei kann auf jede Holzart, sowie deren Dicke individuell eingegangen und die Parameter, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Strömungsgeschwindigkeit dementsprechend eingestellt werden.

Als erstes erfolgt die Aufwärmphase, bei der die Luft in der Kammer erwärmt wird und dabei die relative Luftfeuchtigkeit in der Kammer abnimmt und somit die maximal mögliche Wasseraufnahme zunimmt. Aufgrund der Fähigkeit warmer trockener Luft, Feuchtigkeit aufzunehmen, wird in einer Trockenkammer ein trockenes, warmes Klima erzeugt. Die Temperatur bleibt während den Trocknungsvorgängen adiabat. Bei konstant bleibender Enthalpie wird die Luft mit Wasser beladen, bis die relative Luftfeuchtigkeit möglichst hoch bei nahezu 100% ist und die Kühlgrenztemperatur erreicht ist. Die feuchte Luft wird dann über Abluftklappen abgeführt und trockene frische Luft strömt über Zuluftklappen nach.

Bei der Kammertrocknung unterscheidet man zwischen drei Arten der Trocknung

- Niedrigtemperaturtrocknung: Bei 45°C wird das Holz schonend und langsam getrocknet.
- Normaltemperaturtrocknung: Nadelhölzer und leicht zu trocknende Laubhölzer werden bei Temperaturen zwischen 45°C und 90°C getrocknet.
- Hochtemperaturtrocknung:Nadelhölzer die schnell getrocknet werden sollen, werden zwischen 100°C und 130°C getrocknet. Allerdings riskiert man Trocknungsschäden (z.B. Risse).

In der Praxis können damit Wassergehalte von 8 Ma.-% erreicht werden. Der Heizwert steigt dabei linear mit der Abnahme des Wassergehalts.

Folgendes Diagramm zeigt den durchschnittlichen Heizwert für Nadel- und Laubhölzer in Abhängigkeit des Wassergehalts je Gewichtseinheit.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Heizwert je Gewichtseinheit für Nadel- und Laubhölzer Quelle: wettinische-forstverwaltung.de; eigene Darstellung (M. Wagner)

2.4.3. Energieumwandlung

Thermochemische Energieumwandlung

Um die Wärme bereitzustellen, wird die Biomasse entweder direkt verbrannt oder vorher thermochemisch in einen Sekundärenergieträger umgewandelt. Sekundärenergieträger sind zum Beispiel Pellets, die einer unmittelbaren, einstufigen und vollständigen thermochemischen Umwandlung entsprechen, oder auch die Vergasung von Hackgut, welches einer zweistufigen Umwandlung entspricht, da die Hackschnitzel erst noch in ein Brenngas überführt werden. Das Ziel einer thermochemischen Umwandlung ist es, die in der Biomasse gespeicherte Energie effizient nutzbar zu machen. Dabei wird die Biomasse erst unter der Zugabe von Wärmeenergie erhitzt und anschließend die entstandenen Umwandlungsprodukte unter Energieentzug oxidiert. Somit wird die in der Biomasse gespeicherte Energie freigesetzt. Asche und Abgase bleiben zurück.

Bei der Nutzung der bereits beschriebenen Sekundärenergieträger, unterscheiden sich die Eigenschaften vom ursprünglichen Ausgangsstoff. Entweder liegt nun ein anderer Aggregatszustand vor, von fest zu flüssig oder gasförmig, oder es hat eine Erhöhung der Energiedichte durch die Herstellung von Holzkohle stattgefunden. Die Sekundärenergieträger lassen sich dann an einem anderen Ort und zu anderen Zeiten in die letztendliche End- bzw. Nutzenergie umwandeln.

Die Verkohlung

Die Verkohlung ist die Umwandlung von Biomasse in kohlenstoffreiche feste Brennstoffe. In einem vierstufigen Verfahren wird die organische Masse zur Kohle umgewandelt. Dabei wird unter Sauerstoffausschluss die luftgetrocknete Biomasse erhitzt, sodass ein stark kohlehaltiges Material zurückbleibt.

Die Vergasung

Bei der Vergasung wird Biomasse in einen gasförmigen Energieträger umgewandelt. Die Vergasung gilt auf Grund des sehr guten Wirkungsgrades besonders bei der Herstellung von Strom in Gasmotoren oder der Herstellung von Biotreibstoffen, zu einer besonders effizienten Technik.

Die Verflüssigung

Mit dem Pyrolyseverfahren können organische Festbrennstoffe, verflüssigt werden. Die Flüssigkeit weist eine hohe Energiedichte auf und kann in Feuerungsanlagen oder Motoren zur Strom- und Wärmeerzeugung verwendet werden. Vor allem der Transport wird durch die Verflüssigung der Biomasse deutlich vereinfacht. Allerdings ist das Verfahren sehr teuer und wird daher in der Praxis hauptsächlich zu Forschungszwecken verwendet.

Biochemische Umwandlung

Ein weiteres bedeutendes Umwandlungsverfahren ist der anaerobe Abbau. Unter Sauerstoffausschluss produzieren Bakterien in Biogasanlagen aus der Biomasse, Biogas, welches zu 70% aus Methan besteht. Das Gas wird dann zur Wärme-, Strom-, und Kraftstoffbereitstellung eingesetzt. In Europa befinden sich rund 14.000 Biogasanlagen; die meisten davon in Deutschland.

Die Festbrennstoffverbrennung hat bis heute jedoch die wichtigste Bedeutung der Energieumwandlungsbereitstellung. Die gewonnene thermische Energie aus dem Prozess kann als Dampf in elektrische Energie umgewandelt werden, als Endenergie in Wärmenetze eingespeist werden oder als Nutzenergie z.B. durch die Wärmestrahlung in Kachelöfen, verwendet werden.

2.4.4. Eigenschaften von Biomasse

Um die Qualität einer Biomasse für die energetische Nutzung zu bestimmen, sind die Elementarzusammensetzungen sowie die brennstofftechnischen und physikalisch-mechanischen Eigenschaften bedeutsam. Die Biomasse besteht aus Hauptelementen, Nebenelementen und Spurenelementen.

Die Hauptelemente sind Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, die aus der CO2 Assimilation und der Wasseraufnahme bezogen werden. Diese Stoffe sind ausschlaggebend für den Energiegehalt und den Heizwert des Brennstoffs. Mit 47 – 50% der Trockenmasse, haben Holzbrennstoffe den höchsten Kohlenstoffanteil, der die wichtigste Rolle bei der Oxidation zur Freisetzung der Energie einnimmt. Der Wasserstoffgehalt beträgt 5 – 7 % der Trockenmasse und setzt bei der Verbrennung ebenfalls Energie frei. Der Sauerstoff liegt bei 40 – 45 % der Trockenmasse und dient bei der Verbrennung zur Unterstützung des Oxidationsvorgangs.

Die Nebenelemente wie Stickstoff, Kalium und Magnesium sind die Hauptnährstoffe der Pflanzen. Die Spurenelemente sind hauptsächlich Schwermetalle und dienen als Mikronährstoffe einer Pflanze.

3. Wärmenetze

3.1. Allgemeine Bedeutung

Ein klarer Unterschied zwischen Fern- und Nahwärmenetze ist rein fachlich nicht großartig auszumachen, da die Technik die gleiche ist. Man spricht von Nahwärmenetzen bei kleineren dezentralen Wärmenetzen, während Netze über weite Strecken als Fernwärme betitelt werden. Wärmenetze setzen sich aus verschiedenen Bestandteilen zusammen. Angefangen mit einem zentralen Heizkraftwerk wird heute meist über Kraft-Wärme-Kopplung die Wärme zur Versorgung von Gebäuden erzeugt und in die Netze einspeist. Die Rohrleitungen die vom Kraftwerk wegführen werden als Vorlauf und damit zur Wärmebereitstellung des Verbrauchers genutzt, die Rohre, die zurück zum Kraftwerk führen bezeichnet man als Rücklauf und dienen der Rückkühlung. Das Trägermedium ist üblicherweise Wasser, mit Vorlauftemperaturen zwischen 80°C und 130°C und einem Betriebsdruck von 1,6 MPa bis 2,5MPa. Mit Hilfe einer Übergabestation oder anhand eines Wärmetauschers wird der Verbraucher an das Wärmenetz angeschlossen, jedoch sind beides in sich geschlossene Systeme. Nach der erneuten Aufheizung im Kraftwerk erfolgt der Kreislauf dann von vorn.

3.2. Dezentrale Wärmenetze für regenerative Wärmequellen

Der zunehmende Anteil von regenerativen Energiequellen, sei es die Solarthermie, die Geothermie oder die Biomasse, erfordert eine neue Lösung der Versorgungssysteme. Wärmenetze sind eine wichtige Voraussetzung beim Ausbau erneuerbarer Energien und deren ständiger Verbesserungen. Um etwa Biomasse effizient in KWK-Anlagen nutzen zu können und durch den hohen technischen Aufwand bei der Installation einer Biomasseheizanlage, liegt der Gedanken nahe, ein Zusammenschluss mehrerer Wärmeverbraucher über ein gemeinsames Wärmenetz zu verbinden. Dieses Wärmenetz ist dezentral, was bedeutet, dass es sich um ein Nahwärmenetz handelt, welches nur einzelne Quartiere versorgt. Die Versorgung von ganzen Städten mit regenerativer Wärme würde nicht ausreichen, da dies hohe Temperaturen und große Drücke benötigen würde. Durch die Dezentralisierung werden die Transportwege und damit die Netzverluste verringert. Dies führt zu geringeren Vorlauftemperaturen und dadurch zu einer Effizienzsteigerung des ganzen Systems. Bislang existieren nur sehr vereinzelt solche Energiekommunen, die mit Hilfe eines Nahwärmenetzes versorgt werden. Dies wird sich aber mit der Zunahme der Energiebereitstellung durch erneuerbare Energien ändern.

Bei der Beispielauslegung für einen Standort, wird auf die Wärmenetze nochmals explizit eingegangen.

4. Bioenergie in Europa

4.1. Bioenergiepotential

Bioenergie ist weltweit die am meisten genutzte regenerative Energiequelle. Die Potentiale sind beträchtlich, jedoch insgesamt begrenzt. Grundsätzlich gilt für die Nutzung der landwirtschaftlichen Flächen: „Nahrung zuerst“; die Flächen sollen also vorrangig der Produktion von Nahrung dienen und erst an zweiter Stelle der Produktion von Energiepflanzen dienen. Deshalb ist es für die Beurteilung der Zukunft von Energie aus Biomasse in Europa wichtig, eine Potentialanalyse durchzuführen, die zeigt welche Möglichkeiten und Grenzen in der Bioenergiebereitstellung herrschen.

Nachfolgend werden die allgemeinen energetischen Potentialformen kurz erläutert, um anschließend auf das aktuelle Bioenergiepotenzial im europäischen Raum einzugehen. Anschließend ein Überblick auf das, Studien nach zur Folge, mögliche Entwicklungspotenzial in den kommenden Jahren.

4.1.1. Allgemeine Potenzialanalysen

Bei den energetischen Potentialanalysen unterscheidet man zwischen theoretischen, technischen, wirtschaftlichen, erschließbaren und den nachhaltig nutzbaren Potentialen.

- Theoretisches Potential Das theoretische Potential gibt an, wie viel theoretisch physikalisch nutzbare Energie zur Verfügung stehen würde. Diese Potentialform ist die absolute Obergrenze, die jedoch durch unüberwindbare Schranken, wie aus technischer oder ethischer Sichtweise, nur geringfügig erreicht werden können.
- Technisches Potential Das technische Potential ist der Anteil aus dem theoretischen Teil, welches die durch Beschränkungen möglich ist. Schranken können durch technische, strukturelle oder politische Bedingungen erfolgen. Das technische Biomassepotenzial beschreibt folglich den zeit- und ortsabhängigen, primär aus technischer Sicht möglichen Beitrag. Da es im Gegensatz zum wirtschaftlichen Potential allerdings hauptsächlich an die technischen Faktoren geknüpft ist, wird es oft aus Einfachheitsgründen erhoben und daher in vielen Studien als Richtwert benutzt.
- Wirtschaftliches Potential Das wirtschaftliche Potential ist der Anteil am technischen Potential, der unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen und zeitabhängigen Kriterien erschließbar ist. Hierbei unterscheidet man zwischen volkswirtschaftlichen und betriebswirtschaftlichen Sichtweisen, die verschiedene Betrachtungsweisen erzeugen und sich stetig ändernden Stellgrößen unterzogen sind. Sich kurzfristig ändernde Kenngrößen, wie z.B. eine Ölpreisveränderung kann enorme Auswirkungen auf das wirtschaftliche Potential nehmen und macht es somit schwierig dieses zu quantifizieren.
- Erschließbares Potential Darunter versteht man den Anteil am technischen Potential, der auf eine gewisse wirtschaftliche Zeit tatsächlich nutzbar ist. Auf längere Zeit betrachtet nähert es sich dem wirtschaftlichen Potential an. Doch auch hier kann es durch kurzfristige Ereignisse zu schnellen Änderungen kommen, wodurch die Aussagekraft und damit auch die Berechnung und Anwendung des erschließbaren Potential abnimmt.
- Nachhaltiges (nutzbares) Potential Auch das Nachhaltigkeitspotential wird vom technischen Potential abgeleitet. Nachhaltigkeitsbeschränkungen sind Nutzungseinschränkungen auf Grund von z.B. Klimaschutzüberlegungen oder Sicherung der Ernährungsversorgung. Durch unterschiedliche Prioritäten der Einflüsse, kann diese Potentialeinschätzung sehr variieren.

Die Abgrenzungen zwischen den einzelnen Potentialen sind nicht immer ersichtlich und eine präzise Einschätzung oft nur schwer möglich. Potentialanalysen basieren jedoch grundsätzlich auf den Ergebnissen aus der technischen Potentialeinschätzung. Hier fließen ebenfalls wirtschaftliche Faktoren als auch verschiedene Nachhaltigkeitsaspekte mit in die Berechnung mit ein und spiegelt somit am ehesten die Realität wieder.

4.1.2. Bioenergie im europäischen Energiesystem

Insbesondere seit der Jahrtausendwende haben zwei wesentliche Gründe zum Anstieg der Biomassenutzung in Europa geführt: Zum einen die politische und finanzielle Förderung der erneuerbaren Energien und zum anderen der Anstieg des Ölpreises. Beide Gründe bewirkten, dass viele Waldbesitzer auf dem Markt für ihre bisher ungenutzte Biomasse tätig wurden.

Um die Möglichkeiten der Biomassenutzung in Europa zum jetzigen Zeitpunkt und wichtiger auch für die Zukunft bestimmen zu können, müssen die Potentiale untersucht und bestimmt werden. Die Potentiale für die Zukunft in der EU stammen aus verschiedenen Studien, die teils sehr unterschiedliche Ergebnisse zeigen. Dadurch lässt sich eine genaue Potentialanalyse nur ansatzweise darlegen. Die Studien betrachten bis auf wenige Schnittmengen, nicht dieselben Ressourcen und sind dadurch nur schwer untereinander vergleichbar.

Zunächst wird jedoch auf die Biomassenutzung aus dem Jahr 2013, sowie aus dem Jahr 2020 geblickt. Die Daten stammen von der Homepage von „eurostat“ deren aktuellsten vollständig vorliegenden Ergebnisse aus dem Jahr 2013 stammen.

Der Primärenergieverbrauch, also der Energiegehalt aller im Inland eingesetzten Energieträger, lag 2013 in der EU-28 bei 71,1 EJ. Die Primärerzeugung aus allen Primärenergieträgern, also aus allen fossil biogenen und fossil mineralischen und aus den regenerativen Energien betrug dabei 33 EJ. Die Einfuhren an Primärenergie in der EU-28 betrug 60,5 EJ. Zieht man nun davon die Exporte von ca. 22,4 EJ ab, errechnet sich der anfallende Primärenergiebedarf. Der Bruttoinlandsenergieverbrauch entspricht der Primärerzeugung plus den Einfuhren, den wiedergewonnenen Produkten sowie den Bestandsveränderungen, abzüglich Ausfuhren und Brennstoffversorgung von Bunkern (für internationale Hochseeschiffe). Somit gibt er die gesamte Energiemenge an, die benötigt wird, um den Inlandsverbrauch, innerhalb der Grenzen des nationalen Gebietes, abzudecken. Er betrug im Jahr 2013 69,8 EJ in der EU-28. Die Abhängigkeit der Europäischen Union von Energieeinfuhren aus Drittländern am Bruttoenergieverbrauch im Jahr 2013 betrug entsprechend 53,2%. Dieser errechnet sich aus den Nettoeinfuhren (Einfuhren abzüglich der Ausfuhren) dividiert durch den Bruttoverbrauch (Bruttoinlandsverbrauch einschließlich Bunkern für internationale Hochseeschiffe). 2003 lag die Abhängigkeitsquote noch bei 48,8%, ein Trend der besorgniserregend ist. Da fossile Brennstoffe in der EU-28 ohnehin nur noch sehr begrenzt vorhanden sind und man der Klimaerwärmung entgegenwirken muss, muss der Anteil an erneuerbaren Energien am Bruttoenergieverbrauch, erhöht werden. Im Jahr 2013 stammen etwa 8 EJ der Primärerzeugnisse aus erneuerbaren Energien. Das macht einen Anteil von etwa 24,3%, also fast ein Viertel der Primärerzeugnisse der EU-28.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Primärenergieerzeugung in der EU-28 im Jahr 2013 (M. Wagner)

Im folgenden Diagramm werden die Erzeugnisse aus Erneuerbaren Energien detailliert aufgeschlüsselt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Anteil der EE an den Primärerzeugnissen der EU-28, 2013 (M. Wagner)

Am deutlichsten trägt mit 64,3% bzw. 5,2 EJ die Biomasse bei und bildet somit die wichtigste erneuerbare Quelle. Deutschland hat an der Primärerzeugung von Biomasse einen Anteil von knapp 20% mit 999 PJ gefolgt von den Ländern Frankreich mit 603 PJ, Italien 445,5 PJ, Schweden 445,2 PJ und Finnland 366,7 PJ. Schlusslicht des EU-28 Länder Vergleichs ist Malta, die nur etwa 102 TJ aus Biomasse primär erzeugen.

Der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergiebedarf lag 2013 bei 15% und 2014 bereits bei 16%. Bis 2020 strebt die EU an, diesen Anteil auf 20% zu erhöhen. Hierzu muss in Europa unteranderem das Potential von Biomassenutzung überprüft werden. Um das Ziel zu erreichen muss ein höherer Ertrag hieraus generiert werden und damit der Endenergiebedarf zunehmend gedeckt werden. Hierzu sollen insbesondere die holzartigen Bioenergieträger beitragen. Dabei spielen zur Potentialbetrachtung zum einen der Anteil des Holzeinschlags und zum anderen der Anteil des jährlichen Zuwachses bei. In der EU-28 ergaben sich etwa 3,05 EJ/a holzartige Biomasse in den vergangenen Jahren, wovon 66% aus den ungenutzten Zuwachs stammen und 34% aus dem Restholz. Holzprodukte die außerhalb der eigentlichen Forstenergiewirtschaft anfallen, belaufen sich zusätzlich auf 1,6 EJ/a.

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