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Bioenergie in Baden-Württemberg

Bedeutende Energieträger, die wir in der Vergangenheit genutzt haben, nämlich Kohle, Erdöl und Erdgas, stehen uns in Zukunft nur noch in geringerem Maße und zu höheren Preisen zur Verfügung. Und: Technologien wie die Kernenergie sollen nach und nach auslaufen. Damit rücken erneuerbare Energien in den Mittelpunkt und mit ihnen Energie aus nachwachsenden Rohstoffen.

Nichts geht ohne Energie. Im Lauf der Industrialisierung haben wir es uns auf einem hohen Energiebedarfsniveau angenehm eingerichtet. 3.790 Terawattstunden (TWh) Energie setzte Deutschland im Jahr 2012 an Primärenergie ein. Der Primärenergiebedarf ist die Menge an Energie, die wir aufbringen müssen, um unser gesamtes System überhaupt in Fahrt bringen zu können. Technisch bedingt konnten wir 2012 nur rund 2.500 TWh davon nutzen, für Heizung, Fortbewegung, elektrische Geräte und alles andere, was Strom, Benzin, Öl, Kohle, Gas, Holz und andere Energieträger braucht. Das ist der sogenannte Endenergieverbrauch.

Der Bedarf an Energie in Deutschland ist also enorm und wird weiter steigen - wie in anderen Ländern der Welt auch. Kernenergie soll bei uns künftig nicht mehr genutzt werden. Die fossilen Energieträger Öl, Gas und Kohle sind mit einigen Problemen, wie Endlichkeit, wirtschaftliche Abhängigkeit oder hohe CO2-Emissionen, behaftet. Deshalb sollen erneuerbare Energien künftig einen Großteil der Last tragen, die bisher auf den Schultern von Kohle, Gas, Öl und Kernenergie ruhte.

Verteilung der Erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2013. Den größten Anteil hat Biomasse. © FNR

Bioenergie hat den größten Anteil unter den erneuerbaren Energien

Eine große Bedeutung innerhalb der erneuerbaren Energien hat die Bioenergie. Viele verbinden mit diesem Begriff vor allem Biogas, Bio-Diesel oder Bio-Ethanol. Es gibt noch weitere Energieträger in der Bioenergie, zum Beispiel Holz oder Stroh. 12,6 Prozent des Endenergieverbrauchs, also 314 TWh, wurden 2012 über erneuerbare Energien gedeckt. Unter den Erneuerbaren war die Bioenergie mit 66 Prozent Anteil die stärkste Fraktion. Gemessen am Endenergieverbrauch werden 8,2 Prozent aus Bioenergie gedeckt. Bioenergie ist aktuell insbesondere dort im Einsatz, wo es um Wärmegewinnung geht. 41,8 Prozent der Bioenergie, die in Deutschland genutzt wird, fallen als Wärme an. Der Grund: Der Rohstoff Holz hat noch immer eine große Bedeutung als Brennstoff. Rund 60 Millionen Tonnen Holz werden in Deutschland pro Jahr verfeuert.

Bedarfsgerecht produzieren und einspeisen

© Heidi Baldrian/Fotolia

Die Bioenergie hat einen großen Vorteil gegenüber der Windkraft und der Photovoltaik: Bioenergie kann gespeichert werden, zum Beispiel als Wasserstoff, als Bio-Ethanol oder als Biogas. Biobasierter Wasserstoff ist zurzeit noch im Forschungsstadium. Als Anwendung etabliert sind Bio-Ethanol und Biogas, also Methan.

Bioenergie kann zur bedarfsgerechten Stromproduktion beitragen. Der jeweilige Energieträger, also zum Beispiel das Biogas, kann genau dann genutzt werden, wenn der Strombedarf hoch ist und aus anderen erneuerbaren Energiequellen unter Umständen nicht gedeckt werden kann. Verfahren, mit denen Strom aus Windkraft oder Photovoltaik in speicherbare Energieträger umgewandelt werden kann, sind technisch deutlich aufwendiger. Etwas mehr als 800 Biogasanlagen stehen in Baden-Württemberg. Spitzenreiter im Bundesvergleich sind Niedersachsen und Bayern. Deutschlandweit gibt es, Stand Ende 2013, rund 7.800 Biogasanlagen.

Bioenergie ist jedoch im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien teurer. Nach einer aktuellen Studie des Fraunhofer ISE liegen die Installationskosten einer mittleren Biogasanlage zwischen 3.000 und 5.000 Euro je kWh und damit im Bereich der  Offshore-Windanlagen. Photovoltaikanlagen kosten zwischen 1.000 und 1.700 Euro je kWh. Hinzu kommt, dass nachwachsende Rohstoffe für Biogasanlagen an den Warenterminbörsen gehandelt werden. Bioenergie muss also mit vielen Märkten, die Biomasse nutzen, um Rohstoffe buhlen. Die Stromgestehungskosten für Biomasse liegen daher relativ hoch, bei 13 bis 21 Cent je kWh. Photovoltaikanlagen produzieren Strom für weniger als 10 Cent pro kWh.

Reststoffe als Rohstoffe

Der Reaktor zur Herstellung von bioliqSynCrude® am KIT-Campus Nord - die erste Stufe im bioliq®-Verfahren. © KIT/Markus Breig

Die aktuelle Rohstoffbasis der Bioenergie wirft ein weiteres Problem auf: Zurzeit verwerten Biogasanlagen und Bio-Ethanol-Anlagen vor allem Stärke. Damit steht Bioenergie in Konkurrenz zu Nahrungs- und Futtermitteln. Um diese Konkurrenz zu verringern und Bioenergie auf eine breitere Rohstoffbasis zu stellen, suchen Wissenschaftler nach Verfahren, die auch Zellulose und Hemizellulose verwerten. Diese Verbindungen sind Hauptbestandteile von biologischen Reststoffen wie Ernte- oder Holzresten.

Erste Erfolge konnten schon erzielt werden. Es gibt Pilotanlagen, in denen Bioethanol auf Basis von Zellulose hergestellt wird. Es gibt Technologien, mit denen Bioabfälle in eine Art Kohle umgewandelt werden. Und es gibt in Karlsruhe die bioliq®-Pilotanlage, die synthetische Kraftstoffe aus Stroh herstellt.

Das Potenzial von Pflanzenresten und -abfällen aus der Land- und Forstwirtschaft, der Futter-, Nahrungs- und Genussmittelherstellung ist groß genug, um Bioenergie als feste Größe im Mix der erneuerbaren Energien zu behaupten. Bei den erneuerbaren Energien stellt sich nämlich nicht die Frage nach „entweder oder". Es gibt nur ein „sowohl als auch".

Baden-Württemberg ist das einzige Bundesland mit fünf Bioregionen. © BIOPRO

Baden-Württemberg - idealer Standort für Bioenergie-Innovationen

Baden-Württemberg mit seinem großen land- und forstwirtschaftlichen Potenzial nimmt bei der energetischen Nutzung von Biomasse traditionell eine Spitzenstellung ein. Das Land bietet sehr gute Voraussetzungen für Neuentwicklungen im Bioenergie-Sektor.

Hier trifft eine im Bereich der Bioökonomie ausgesprochen gut aufgestellte Forschungslandschaft auf zahlreiche innovationsstarke Biotech-Unternehmen. Hinzu kommen der starke politische Wille zur Technologieführerschaft und zahlreiche Fördermaßnahmen zur Umsetzung neuer Konzepte. Das dokumentiert zum Beispiel die Forschungsstrategie Bioökonomie des Landes Baden-Württemberg. Sie hat einen Forschungsschwerpunkt im Bereich Biogas gesetzt.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Hemicellulosen (auch Polyosen) sind Polysaccharide verschiedener Zusammensetzung, die in den Pflanzenfasern und Zellwänden von Gräsern und Getreiden sowie bei höheren Pflanzen zusammen mit Lignin und Cellulose in der holzigen Zellwand vorkommen.
  • Cellulose ist ein wasserunlösliches Polysaccharid, das den Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand bildet. Die Grundeinheit der Cellulose ist die Glucose.
  • Fossile sind aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit stammende Überreste von Tieren oder Pflanzen.
  • Bioethanol (Ethylalkohol) gehört zu den Biokraftstoffen. Es handelt sich dabei um Ethanol, das ausschließlich aus nachwachsenden Kohlenstoffträgern, nämlich auf Basis zucker- oder stärkehaltiger Feldfrüchte oder aus zellulosehaltigen Pflanzenbestandteilen (Zuckerrübe, Rohrzucker, Getreide) hergestellt wurde. Die Stärke wird enzymatisch in Glukose aufgespalten und diese anschließend mit Hefepilzen zu Ethanol vergoren.
  • Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (Fäkalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss hauptsächlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.
  • Verbrauch von Energieträgern durch den Endverbraucher bzw. Absatz von Energieträgern an den Endverbraucher. Nicht enthalten ist insbesondere der Energieeinsatz für Umwandlung bzw. Weiterverarbeitung von Primärenergieträgern (z. B. Stromproduktion, Raffinerien etc.).
  • Ein Stoff aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe und somit eine chemische Verbindung. Es ist geruchslos, farblos und brennbar. In der Industrie wird es oft als Heizgas verwendet.
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