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Nachhaltige Energiegewinnung am Beispiel der Biomasse

Potenziale und Risiken im Umgang mit biogenen Rohstoffen

Bachelorarbeit 2012 70 Seiten

Energiewissenschaften

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einleitung

2. Theoretische Grundlagen zur Biomasse
2.1 Definition Biomasse
2.2 Arten von Biomasse
2.2.1 Feste Bioenergieträger
2.2.2 Flüssige Bioenergieträger
2.2.3 Gasförmige Bioenergieträger
2.3 Energiebegriff Biomasse
2.4 Definition der Nachhaltigkeit in der Bioenergiedebatte
2.5 Geschichte der Biomasse
2.6 Rechtliche Rahmenbedingungen
2.6.1 Zur historischen Entwicklung der Gesetzgebungen in der BRD
2.6.2 Kyoto - Protokoll
2.6.3 EEG - Erneuerbare Energien Gesetz
2.6.4 Biomasserordnung (BiomasseV)
2.6.5 Energiesteuergesetz (EnergieStG)
2.6.6 Bundesimmissionsschutzverordnung (BlmSch)
2.6.7 Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (EnWG)
2.6.8 Kraft-Wärme- Kopplungs Gesetz (KWKG)
2.6.9 Düngemittelverordnungungen für den Biomasseanbau
2.6.10 Biokraftstoffquotengesetz (BioKraftQuG)
2.6.11 Sonstige Regelungen
2.7 Normen
2.7.1 Europäische Normen
2.7.2 Nationale Normen
2.7.3 Normen für Kraftstoffe
2.8 Energetische Zusammensetzung am Beispiel der Pflanzenarten
2.9 Qualitätseigenschaften von Bioenergieträgern
2.9.1 Qualität der festen Biomasse
2.9.2 Qualität der flüssigen Bioenergieträger
2.9.3 Gasförmige Bioenergieträger

3. Technische Verfahren zur Energiegewinnung aus Biomasse
3.1 Aufbereitung der Biomasse
3.1.1 Verkleinerung der Biomasse
3.1.2 Verdichtung durch Pressen und Brikettieren
3.2 Umwandlung
3.2.1 Thermochemische Umwandlung
3.2.2 Physikalisch-chemische Umwandlung
3.2.3 Biochemische Umwandlung
3.2.4 Aktuelle Weiterentwicklungen in der Forschung
3.3 Technische Anlagen

4. Potenzialanalyse
4.1 Aktueller Stand
4.2 Politisches Potenzial
4.3 Ökonomisches Potenzial
4.4 Soziales Potenzial
4.5 Sichtweise Naturschutz
4.6 Studien zur Potenzialanalyse
4.7 Technische Potenziale
4.8. Potenzial bei Pflanzen

5. Entwicklungsmöglichkeiten

6. Zusammenfassung

7. Fazit

Literaturverzeichnis

Internetliteraturverzeichnis

Abbildungsquellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Beispiel einer Vergütungstabelle für Biomasse ab 2012

Abbildung 2 (li.): Abhängigkeit vom Wassergehalt

Abbildung 3 (re): Wassergehalt der Biomasse

Abbildung 4: Bereitstellungskette

Abbildung 5: Wandlungskette

Abbildung 6 (li.): Kollergangpresse mit Flachmatrize

Abbildung 7 (re.): Kollergangpresse mit Ringmatrize

Abbildung 8: Beispiel einer Pelletieranlage

Abbildung 9 (li.): Entstehung von Biogas

Abbildung 10 (re.): Biogasanlage mit Fermentation

Abbildung 11: Biomasse Inhaltsstoffe

Abbildung 12 (li.): Vorschubrostfeuerung

Abbildung 13 (re.): Verbrennungsarten

Abbildung 14: Dampfheizkraftwerk Bsp

Abbildung 15: Darstellung der zwei Wirbelschichtverfahren

Abbildung 16: Biomasse - Heizkraftwerk

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Holz - und Pflanzenarten für die Biomasseproduktion

Tabelle 2: Umrechnungstabelle

Zitate wurden der neuen Rechtschreibung und Zeichensetzung angepasst. Es wurde we- gen des technischen Schwerpunktes dieser Arbeit auf eine genderspezifische Sprach- weise verzichtet. Grafiken und Tabellen wurde zur optischen Verbesserung angepasst.

Die Bachelorarbeit darf nicht ohne vorherige Zustimmung der Autorin vervielfältigt werden. Für die Nutzung der Bilder liegen Genehmigungen des/der Autors/in des Ver- lages vor.

1. Einleitung

Die thermische Verbrennung von Holz, Stroh und anderen pflanzlichen Bestandteilen ist eine seit Jahrhunderten benutzte Energiequelle (vgl. Quaschning 2007, 301). Die Produktion von Wärme und Strom, durch diese leicht wieder anbaubaren Rohstoffe, geriet jedoch durch die Nutzung von Atomenergie und anderen fossilen Rohstoffen in den Hintergrund. Die Ölkrise erinnerte die Menschen jedoch daran, wie abhängig wir mittlerweile von importierten fossilen Rohstoffen geworden sind (vgl. Kaltschmitt/ Hartmann/ Hofbauer 2009, 28 f.). Durch die zunehmende Bewusstmachung über die Zerstörung der Umwelt und die zunehmende Frage, wie wir in Zukunft mit fossilen Trägern umgehen wollen, hat die EU und die Bundesregierung, nach dem Kyoto - Pro- tokoll im Jahr 1997, Zielsetzungen zur Reduzierung der CO2 Belastung formuliert, wel- che schrittweise durchgesetzt werden. Die finanzielle Förderung und die Verpflichtung der Stromversorger, erneuerbare Energien zu schaffen, integrierte schrittweise die neuen Energien. Die Renaissance der Biomasse und die damit verbundene Rückbesinnung auf die neuen Energieträger ermöglicht den schrittweisen Abbau von fossilen Energieträ- gern (vgl. Löhr 2006, 13). 71 % der heute angebauten Biomasse im Jahr 2012 wird heu- te für den Einsatz zum Heizen benutzt. 90 % der Biomasse besteht dabei aus dem Ener- gieträger Holz (vgl. FNR 2012, 22). Die Bioenergie ist dennoch stark umstritten. Die Debatten rund um das Thema EEG und die Ökosteuer reißen nicht ab, die Techniken sind noch zu unsicher, die landwirtschaftliche Nutzung von Non-Food Agrarflächen unterdrückt die Kleinbauern und verteuert die Preise. Diese debattierten Gefahren und Risiken im Umgang sind Grund genug, eine Untersuchung über die Potenziale und Ri- siken des doch sehr zukunftsträchtigen Sektors Biomasse anzustreben.

Diese Bachelorarbeit befasst sich aus diesem Grund mit der Thematik der Biomasse und sucht die Auseinandersetzung mit dem neuen Energieträger, vergleicht den Nutzen und die Risiken aus umwelttechnischer, ökonomischer und politischer Sicht. Dabei beleuch- tet sie die zunächst die Biomasse als Träger selbst, untersucht diese Faktoren. Eine Ana- lyse der Potenziale und Risiken soll ein abschließendes Resümee ermöglichen und den Leser dazu ermöglichen zu beurteilen, inwiefern Biomasse als potenzieller Energieträ- ger für die Zukunft relevant sein wird? So viel sei vorab bereits gesagt. Biomasse als zukunftsfähiger Energieträger birgt viele technologische Herausforderungen für die Zu- kunft. Dennoch ist die heutige Nutzung nur ein erster Schritt in Richtung Zukunft!

2. Theoretische Grundlagen zur Biomasse

Der zielgerichtete Einsatz von biogenen1 Rohstoffen ist je nach bioenergetischem Anwendungsgebiet nach verschiedenen Kriterien auszuwählen. Biomasse ist derart umfangreich, dass es zunächst zu klären gilt, was als Biomasse zu definieren ist. Denn nicht alles, was aus der Biogenese2 entstanden ist, ist gleichsam auf dem Fachgebiet terminologisch als Biomasse definierbar.

2.1 Definition Biomasse

Als biogene Rohstoffe werden Pflanzen und Tiere bezeichnet, die aus der Biogenese bzw. aus der Fotosynthese3 entstanden sind (vgl. Löhr 2006, 15). Dies sind lebende, aber auch tote Organismen wie Pflanzen oder Tiere sowie dessen Nebenprodukte (vgl. Quaschning 2007, 6). Pflanzliche Rohstoffe fallen entweder beim Anbau in der Fortwirtschaft (Holzreste) oder bei der Ernte von speziell angebauten Energiepflanzen an (vgl. Quaschning 2007, 6). Weitere Biomassesorten fallen in der Industrie (Bsp. Lebensmittelindustrie), Gewerbe oder im Privathaushalt an (Hausmüll).

Die Biomasse wird in primäre und sekundäre Biomasse unterteilt (vgl. Gamba 2008, 4). Die primäre Biomasse umfasst alle Pflanzenmassen, inklusive der abgestorbenen Pflanzenreste und Rückstände, die durch Fotosynthese entstanden sind (fotosynthetische Speicherung) (vgl. Kaltschmitt/ Hartmann/ Hofbauer 2009, 3). Biomasse umfasst bei den Phytomassen auch die Nebenprodukte (Bsp. Holzreste aus der Land- und Forstwirtschaft, Dünger, Lignin und Klärschlamm für Dünger, Futterpflanzen für die Tiere) (vgl. Kaltschmitt/ Hartmann, Hofbauer 2009, 3).

Bei den Zoomassen zählen überwiegend Schlachtabfälle (Lebensmittelindustrie) und Exkremente (Umwandlungsprozess = Harn und Kot) zur Biomasse. Diese zählen zur sekundären Biomasse. Hier findet der Abbau und Umbau der organischen Substanzen statt, die bei höheren Organismen (Tiere) gebildet werden (vgl. Quaschning 2007, 6).

Die noch unbehandelten Rohstoffe werden umgewandelt und aufgearbeitet und so ihrer Bestimmung zugeführt Ein großer Streitpunkt, in der wissenschaftlichen Betrachtung der Biomassezuordnung, ist die Zuordnung des sedimentären Torfs zur Biomasse. Torf befindet sich in einem Umwandlungsprozess (Inkohlung) und wird damit als nicht mehr aktiver organischer Organismus angesehen. Dieser Auffassung ist man jedoch nicht in Schweden und Finnland. Hier zählt Torf zur Biomasse dazu (vgl. Kaltschmitt/ Hart- mann/ Hofbauer 2009, 2). Eine Lösung des Streitpunktes scheint zurzeit unter wissen- schaftlichem Standpunkt aber nicht wirklich klärbar zu sein. Einig sind sich die Wissen- schaftler beim „(…) nicht mehr Biogenese betreibende Energieträger Erdöl, welcher ursprünglich aus organischen Substanzen, (…) durch Millionen Jahre andauernde geo- logische Prozesse (entstanden ist)“ (Biomasse.de).

2.2 Arten von Biomasse

Man unterscheidet in der Biomasse nach dem Aggregatzustand der Bioenergieträger, nach festen, flüssigen und gasförmigen Bioenergieträgern, welche zur Bereitstellung von Wärme, zur Stromerzeugung oder zur Kraftstoffgewinnung eingesetzt werden (vgl. Quaschning 2007, 298). Sie sind für unser modernes Leben vorrangig zu betrachten (vgl. Dobelmann/ DGS 2006, 2-16).

2.2.1 Feste Bioenergieträger

Zu den festen Bioenergieträgern zählen Holz und Holzprodukte aller Baumarten, die in der Biomasse verwendet werden (Stückholz, Sägeabfälle, eigens gepresste Holzpellets, Holzhackschnitzel, Holzbriketts, Pflanzen (Stroh als Reststoff) und Abfälle (Holzabfälle (vor allem organische Bioabfälle aus Unternehmen) (vgl. Quaschning 2007, 298). Feste Energieträger werden zum größten Teil der Verbrennung zugeführt und erzeugen Wärme (vgl. Dobelmann/ DGS 2006, 2-16). Anfallende Reststoffe werden zur Weiterverarbeitung für die Herstellung von flüssigen Bioenergieträgern zugeführt. Feste Bioenergieträger stellen hier die größte Gruppe der Bioenergieträger dar.

2.2.2 Flüssige Bioenergieträger

Flüssige Energieträger, wie Pflanzenöle und Substrate sind für die Herstellung von Kraftstoffen (Biodiesel, Ethanol und sonstige Bioalkohole) gedacht (vgl. Quaschning 2007, 298). Als Rohstoffe werden dafür Energiepflanzen und Restbestandteile der Bio- masse aus der Wärmeproduktion (feste Biomasse) verwendet. Dieser Sektor befindet sich zum größten Teil noch im Versuchsstadium. Die gewonnenen Kraftstoffe sind emissionsfreundlich4 und schadstoffarm. „Sie stehen den herkömmlichen Kraftstoffen in fast nichts nach“ (Dobelmann/ DGS 2006, 2-24). Palm-, Soja- und Rapsöl sind für die Durchsetzung der Nachhaltigkeit dabei von besonderer Bedeutung (vgl. BMU 2012). „Treibstoffe aus Bioenergie stellen schon heute eine technisch-vollwertige Alter- native zu fossilen Energieträgern dar“ (vgl. Dobelmann/ DGS 2006, 2-17).

2.2.3 Gasförmige Bioenergieträger

Gasförmige und brennbare Bioenergieträger entstehen durch mikrobiologische Um- wandlungsprozesse durch thermochemische Umwandlung von festen Biomassen. Diese organischen Rohstoffe, zur Gewinnung der Gase, sind Klärschlämme, tierische Exkre- mente, alte Fette, Altwasser, Pflanzen oder Lebensmittelreste. Die gasförmigen Endpro- dukte werden meist als Kraftstoffe in der Automobilindustrie in Form von Biogas ge- nutzt, oder zur Energieerzeugung eingesetzt (Blockheizkraftwerk). Das entstandene Gas Methan spielt wegen des hohen Heizwertes dabei eine besondere Rolle für das Potenzial von Biogas.5 Sie sind für die Erzeugung von Wärme von entscheidender Bedeutung.

2.3 Energiebegriff Biomasse

Spricht man vom Energiebegriff der Biomasse, so bedeutet dies, dass die Biomasse zur Erzeugung von Energie verwendet wird. Phyto- und Zoomassen werden von der Natur hergestellt (Fotosynthese), vom Menschen verarbeitet und ihrer Bestimmung zugeführt.

Diese Bestimmung kann die Produktion von Wärme oder der reinen Nutzung der elektrischen Energie sein. Die „(…) energetische Nutzung der Biomasse wird angestrebt, Biobrennstoffe wie fossile Brennstoffe in vollautomatischen Anlagen nutzen zu können“ (Quaschning 2007, 299).

Zur Entstehung der energetischen Biomasseproduktion bedarf es zunächst der Erklärung der chemischen Umwandlungsprozesse. Die folgende chemische Gleichung (Quaschning 2007, 297) beschreibt den Prozess der Entstehung und Verarbeitung der Biomasse genauer.

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]Stoffwechselprodukte6

Der Farbstoff Chlorophyll nimmt das Sonnenlicht auf. Die Energie ∆ Ε spaltet das Was- ser (H2O) auf. Aus Wasserstoff H und Kohlendioxid (CO2) entsteht die Biomasse. Sau- erstoff wird freigesetzt. Es entsteht erneut CO2. „Es wird jedoch nur soviel CO2 freige- setzt, wie die Pflanze zuvor aus der Luft gebunden hat“ (vgl. Quaschning 2007, 297).

2.4 Definition der Nachhaltigkeit in der Bioenergiedebatte

Wenn nur soviel Biomasse verwendet wird, wie nachwachsen kann, so „(…) handelt es sich (…) um eine klimaneutrale erneuerbare Energiequelle“ (Quaschning 2007, 298). „Es ist Ziel der EU die nachhaltige energetische Nutzung von Biomasse zu fördern“ (BMU 2012). Durch das neue Ziel der Bundesregierung entstehen nicht nur neue EU Richtlinien und Empfehlungen7, die neue nationale Gesetze nach sich ziehen (EEG, Biokraft-NachV, BioSt-NachV, BImSchG, EnergieStG), es entstand zur Biomasse ein komplett neuer junger und vor allem unerfahrener Markt, dessen Technologien sich immer noch zum größten Teil im Versuchsstadium befinden. Da die Technologien im- mer noch nicht ausgereift sind, lohnt ein Blick in die Vergangenheit, denn Nachhaltig- keit ist kein Begriff aus der Neuzeit. Bereits im frühen 19. Jahrhundert gab es erste Ver- suche mit alternativen Energien, die für unseren Einstieg in die Bioenergie entscheiden- de Impulse geliefert haben. Biomasse wird heute fast überall verwendet. Vom Privat- haushalt bis zur industriellen Verwendung (Schmierstoffe, Baumaterial, Papier, Arz- neimittel, Textilien, Kunststoffe und als Reinigungsmittel) (vgl. Löhr 2006, 24).

2.5 Geschichte der Biomasse

Die Geschichte der Biomasse ist seit Anbeginn, seit der Mensch das Feuer erfunden hat, bekannt. Feuerstellen ermöglichten Wärme und Kochmöglichkeiten. Befeuert wurde meist mit Holz oder Kohle. Licht wurde mit Hilfe von Petroleum erzeugt, bis die erste Glühlampe die Menschheit eroberte. Jedoch war der Ausbau der neuen Energien schleppend und führte nicht selten zu jahrzehntelangen Problemen in der Versorgung der Energie, sobald die Ansprüche an die Netze stiegen. Ein Problem, was sich bis heute wegen des steigenden Energiebedarfs weiter fortsetzt.

Autofahrer, die im 19. Jh. entweder mit Elektrizität oder ersten Ölgemischen fuhren, hatten in der Regel keine lange Freude am Fahren. Lange Fahrzeit und geringe Ge- schwindigkeiten machten die Anschaffung nicht besonders attraktiv. Acht Meilen pro Stunde schaffte jedoch der erste Verbrennungsmotor von Samuel Morey (USA 1826). Er mischte für seine langsame Fahrt Terpentin und Alkohol (vgl. Antranikian 2006, 327). Nicolaus August Otto schaffte 1860, einen Motor mit Ethanol zu betreiben. Die- ses Verfahren wurde in Deutschland bis zum Ende des 19. Jh. Auch genutzt und wurde 2008 wieder eingeführt (Beimischung von Ethanol). Das Ethanol der damaligen Zeit wurde dabei aus Getreide gewonnen, wurde jedoch zu teuer, weshalb man auf Petrole- um zurückgriff. Es folgten Nachahmermodelle aus Frankreich und den USA (Henry Ford mit dem Model T8 ). Das Gemisch auf Ethanolbasis konnte zu diesem Zeitpunkt chemisch noch nicht optimiert zusammengemischt werden. Häufig verwendete man als Notlösung eine Beimischung von angegorenem Reis (Koji). In den 60er Jahren wendete sich dann Brasilien dem Zuckerrohr zu. Eine Praxis, die sich bei heute bewährt, denn bis heute fahren fast alle Autos in Brasilien mit einem Gemisch auf Zuckerrohrbasis (vgl. Antranikian 2006, 327).

In den 70er Jahren beendete dann die Ölkrise (Ölknappheit und hohe Ölkosten) die Dis- kussion von Benzin und Diesel auf deutschen Straßen. Autofreie Sonntage wurden ein- geführt. Der Ruf nach alternativen und erneuerbaren Energien wurde laut. Bis zum Jahr 2003 hatte sich jedoch nur sehr wenig getan. Ethanol als neueste Beimischung (5-10 % Anteil) ist erst seit 2008 standardmäßig in deutschen Autotanks wiederzufinden.9 Die Mischung verträgt sich jedoch nicht mit allen Autos, sodass eine schrittweise Anpas- sung erfolgte. Heutzutage werden zur Ethanolherstellung alle möglichen Getreidesorten angebaut. China setzt dabei schwerpunktmäßig auf Reis und die USA auf den Maisan- bau. Die USA stellt dabei pro Jahr ca. 40 Mill. Galleonen Ethanol her. Der Umsatz be- trägt ca. 50 % Prozent vom Anbauvolumen. Europa bezieht sich ebenfalls auf die regio- nal anbaubaren Produkte wie Weizen, Gerste und Roggen und fördert damit regionale Wirtschaft (vgl. Antranikian 2006, 327). Um die Produkte anbauen zu können, bedarf es jedoch rechtlicher Voraussetzungen, denn nicht jeder kann und darf Biomasse anbauen und produzieren. Komplizierte rechtliche Regelungen, Normen sind dafür einzuhalten.

2.6 Rechtliche Rahmenbedingungen

Die rechtlichen Rahmenbedingungen zum Anbau und zur Nutzung (Technologie und Umsetzung) von Biomasse beruhen auf rechtlichen Vorgaben der EU und sind Folgen des Kyoto-Protokolls. Sie regeln den Umgang mit den verwendeten Pflanzen, Tieren, regeln die angewandte Technik, den steuerlichen Abgaben und erläutern Fördermög- lichkeiten. Der Startschuss für die Gesetzgebung begann in der BRD jedoch nicht erst nach dem Kyoto-Protokoll, sondern bereits früher. Deutschland ist als Mitglied der Eu- ropäischen Union dazu verpflichtet, die vom Europäischen Parlament und vom Europäi- schen Rat verabschiedeten Richtlinien und Verordnungen zur Nachhaltigkeit einzuhal- ten. Die Notwendigkeit der Umsetzung ist zwar zur Schaffung und Einhaltung der kli- mapolitischen Ziele rechtlich bindend, sie schafft darüber hinaus auch die Möglichkei- ten eines europäischen Energiemarktes. Weitere Änderungen sind in der Zukunft abseh- bar.

2.6.1 Zur historischen Entwicklung der Gesetzgebungen in der BRD

Die Zielsetzungen des Kyoto-Protokolls (1997) sind, die Reduzierung der Treibhausga- se (CO2) auf 21 % auf das Niveau von 1990 zu senken. Dies hat die Bundesregierung dazu veranlasst, über die Förderungen von erneuerbaren Energien zu debattieren. Im Rahmen der EU-Lastenverteilung10 hat Deutschland (noch vor 2012) sein „(…) Klima- schutzziel schon erfüll(t)“ (Ausw. Amt Kyoto-Protokoll 2011). Die Idee der Reduzie- rung der Treibhausgase ist jedoch nicht neu. Bereits im Jahr 1987 hatte man sich im Rahmen der „(…) Enquete-Kommission "Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre" einberufen und 1990 die interministerielle Arbeitsgruppe "CO2-Reduktion" (IMA) ge- gründet“ (BpB/ Böhler 2008). Es folgten erste Schritte bis zum Mauerfall 1989. Wäh- rend dieser Zeit wurde das Thema Umwelt etwas vernachlässigt. Der Fall der Mauer (DDR) zeigte bereits erste Ziele auf. Das beste Negativmerkmal war die Beseitigung der umweltzerstörenden, ehemals ostdeutschen, Industrie (Wallfall Profits), weg. „Die Koa- litionsvereinbarung enthält weiterhin die Ankündigung, 40 % der Treibhausgase bis zum Jahr 2020 zu reduzieren, falls sich die EU-Staaten auf ein Ziel von minus 30 ei- nig(en)“ (BpB/ Böhler 2008). Unternehmen, die besonders viel Energie verbrauchen, werden dabei besonders in die Pflicht genommen. Die Bundesregierung hat darüber hinaus einen 8-Punkte-Plan (IEKP) verabschiedet. Das Programm enthält 29 Einzel- maßnahmen, um bis bis 2020 die Emissionswerte um 40 Prozent gegenüber 1990 redu- zieren zu können (vgl. BpB/ Böhler 2008). „Das Kyotoprotokoll erlaubt es (dabei), (…) forstwirtschaftliche Aktivitäten wie Aufforstung, Wiederaufforstung und Entwaldung in die CO2-Bilanzierung mit einzubeziehen“ (BMU Kyoto - Protokoll 2012). Nicht uner- wähnt, zum Wiederaufleben des Marktes Biomasse, ist die Atomkatastrophe von Fukushima 2011. Etliche Gegner der Atomenergie und Umwelt NGOs11 haben einen erheblichen Druck auf die Bundesregierung ausgeübt, die Atomkraft einzustellen. Den- noch ist das „(…) Kyoto-Protokoll12 (…) ein Meilenstein und Antriebsmotor in der in- ternationalen Klimapolitik, da es erstmals völkerrechtlich verbindliche Emissionsreduk- tionsziele für alle teilnehmenden Länder festlegt und mit einem klaren Zeitrahmen ver- sieht“ (BMU Kyoto-Protokoll 2012). Dieses Protokoll soll im Rahmen seiner Bedeut- samkeit noch einmal kurz erläutert werden.

2.6.2 Kyoto - Protokoll

Das Kyoto-Protokoll als, ein Global Governance Modell, ermöglichte zum ersten Mal in der Geschichte eine gemeinsame Entscheidung aller weltweit industriellen Staaten sich auf ein Klimaziel zu einigen, der Senkung der weltweit klimaschädlichen Gase, insbe- sondere der Treibstoffgase. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe war dabei nur eine Hauptursache für den Anstieg.13 Es regelt die Zielwerte der CO2-Senkung der einzelnen Länder. Dennoch waren nicht alle Länder bereit, den Vertrag am Anfang zu ratifizieren (USA). Schwellen- und Entwicklungsländer bekamen keine Vorgaben, hatten sich je- doch an den Zielsetzungen zu orientieren (Clean Development Mechanism) (vgl. nach- haltigkeit.info vom 09.10.2012). Darüber hinaus erlaubten Joint Implementation und Emissionshandel grenzüberschreitend die Erlaubnis zum Überschreiten der der CO2- Emissionen. Dieses CO2 Leck, wie es die Wissenschaftler vom Ifo-Institut Gabriel Fel- bermayr und Rahel Aichele in der Studie “Carbon Footprints“14 erwähnen, verschleiert jedoch den wahren Ausstoß, da die Emissionen von nicht Kyoto Ländern CO2 impor- tiert werden und in der wirklichen Statistik nicht auftauchen. Dies hatte man jedoch schon vorausgesehen, denn wie die Bundesregierung bereits im Vorfeld urteilte, hat z. B. Russland die Anrechnung der Treibhausgase (THG) die Möglichkeit anderweitig„ (genutzt, um) einzukaufen, (…) sodass „sie (…) ohne zusätzliche Anstrengungen zur Emissionsminderung in anderen Bereichen (nichts) unternehmen (musste)“ (BMU Kyo- to-Protokoll 2012). Eine Lösung des Problems liegt noch nicht vor. Die Zertifikatrege- lung bleibt erst einmal bestehen. Überschüssige Emissionen aus der ersten Phase des Protokolls (Assigned Amount Units -AAUs)15 sollen dann wahrscheinlich unbegrenzt zur Verfügung gestellt werden. Der weltweite Anstieg, der CO2 Emissionen ist, den- noch in einigen Industrieländern angestiegen. Dies liegt vor allem an der Erstarkung der Wirtschaft der ehemals sozialistischen Länder, die den Fortschritt der westlichen Welt aufholen, obwohl Russland zunächst weniger CO2 produzierte (90er), da das Land nach dem Fall des Eisernen Vorhanges einen wirtschaftlichen Niedergang erlebte. Problema- tisch ist der Anstieg in China und Indien, die ihren CO2 Ausstoß ebenfalls durch ihren industriellen Aufstieg massiv erhöht haben. Die USA und Kanada haben die Emissio- nen so gut wie fast gar nicht gesenkt. Entwicklungs- und Schwellenländer haben aufge- holt, in Brasilien ist ein Anstieg zu verzeichnen. Kanada hat mittlerweile als erstes Land den Ausstieg aus dem Kyotoprotokoll 2013 bekannt gegeben, weil es die CO2 Werte gar nicht reduzieren kann. “Mit seinem Ausstieg zum Jahresende umgeht Kanada Strafzahlungen in Milliardenhöhe für nicht eingehaltene Klimaziele“ (Handelsblatt 12.11.2012) und andere könnten folgen. Das EEG ist dabei ein Gesetz, was die Gemüter erregt. Denn was anfänglich wie eine Förderung aussieht, ist in Wirklichkeit ein preistreibendes Unterfangen, was stark umstritten ist, vor allem aufseiten der Verbraucher, die die Kosten auffangen müssen.

2.6.3 EEG - Erneuerbare Energien Gesetz

„Mit (dem EEG) wurden von der (EU) Nachhaltigkeitsanforderungen für die Herstel- lung und die energetische Nutzung von Biomasse festgelegt“ (BLE 2012). Es ist seit dem 1. April 2000 in Kraft und eine Antwort auf das Kyoto-Protokoll. Insbesondere die Förderung von NawaRo16 rückt dabei in den Blickpunkt. Die nachfolgenden Gesetzge- bungen wie die Biokraftstoff Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) oder die Biomassestrom Nachhaltigkeitsverordnung (BioSt-NachV) bauen darauf auf. Das EEG legt z. B. fest, welche Vergütungen für die Einspeisung von Strom (inklusive Stromein- speisungsgesetz17 ), der aus Biomasse generiert wurde, ausbezahlt werden. Es fördert den Ausbau der erneuerbaren Energien mit Bonusprogrammen und fördert die Nutzung bestimmter Technologien (Bsp. Kraft-Wärme-Kopplung). Es ist nur innerhalb der BRD gültig (vgl. KTBL 2006, 25 f.). Es wurde im Jahr 2012 für eine Anhebung der EEG Sätze gestimmt, die ab Januar 2013 gültig sind. Die dadurch enstehenden Mehrkosten werden an die Verbraucher weitergegeben. Im Oktober 2012 kündigten die großen Versorger Vattenfall und EON aus diesem Grund eine Erhöhung der Strompreise um 13 % an (vgl. Handelsblatt 15.10.2012). „Fast die Hälfte des Preises zahlen die Verbraucher für Steuern und Abgaben“ (Handelsblatt 15.10.2012). „Die EEG-Umlage macht dabei rund 14 Prozent des Strompreises aus“ (BMWi 23.11.12). Neben dem EEG gibt es weitere Regelungen, die die Besteuerung und die Emissionen regeln. Sie sind für die Regelung der Biomasse auf dem Energiesektor von äußerster Relevanz. Sie werden hier jedoch nur in Kürze erläutert, da diese nur zum Verständnis wichtig sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Beispiel einer Vergütungstabelle für Biomasse ab 2012

2.6.4 Biomasserordnung (BiomasseV)

Die Biomasseverordnung ist im Sinne des EEG geregelt. Es regelt, inwiefern bei der technischen Herstellung Umweltanforderungen einzuhalten sind. Zur Herstellung sind dabei nur bestimmte technische Verfahren zugelassen (vgl. KTBL 2006, 27). Das dient der Sicherheit der Landwirte und Bauern sowie der Einhaltung von Normen.

2.6.5 Energiesteuergesetz (EnergieStG)

Das Energiesteuergesetz regelt die Besteuerung der Biokraftstoffe (seit dem 01.06.2006). Biokraftstoffe, welche in der Landwirtschaft verwendet werden, können eine komplette Steuerbefreiung erhalten (vgl. KTBL 2006, 27). Die Relevanz dieser Ordnung ergibt sich aus den Förderrichtlinien des EEG und soll ein Anreiz zur Nutzung von flüssigen Biokraftstoffen sein, welche aus der Biomasse gewonnen werden.

2.6.6 Bundesimmissionsschutzverordnung (BlmSch)

Die Bundesimmissionsschutzverodnung regelt Verordnungen über den Betrieb von Kleinfeuerungsanlagen. Die Regelung wird von jedem Bundesland anders geregelt. Voraussetzung zum Betreiben ist z.B. die Verfeuerung mit naturbelassenem Holz (vgl. KTBL, 28). Größere Anlagen müssen angemeldet werden. Bis zu einer Leistung von 100 KW sind die Anlagen genehmigungsfrei (Bsp. Gülleanlagen) (vgl. KTBL 2006, 28). Diese Regelung erlaubt es z.B. einem Kaminbesitzer ohne bürokratischen Aufwand z.B. sein Haus zu heizen. Brandschutzregelungen sind gesondert zu betrachten, denn auch Kamine sind vor zur Begutachtung nicht genehmigte Feuerstellen. Ab 2015 gibt es hierfür eine neue Regelung zum Betrieb von Kleinstanlagen. Ältere Kamine mit einem erhöhten CO2 Gehalt müssen mit zusätzlichen Feinstaubfiltern ausgestattet werden oder ersetzt werden (vgl. Ratgeber Ofen). Das gilt für Kamine, die vor dem 22.03.2010 ge- baut und genehmigt wurden. Für neue Kamine gilt die neue DIN Plus Brandschutzver- ordnung, ältere Öfen vor 1950 dürfen weiterhin verwendet werden, jedoch nur noch begrenzt.

2.6.7 Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (EnWG)

Das Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung, auch Energiewirtschaftsgesetz genannt, trat im Jahr 2005 in Kraft (vgl. BMWi.de - EnWG). Das Energiewirtschaftsgesetz setzt damit die Richtlinie 2003/ 54/ EG durch, welches vom Europäischen Parlament und vom Rat der EU im Jahr 2003 festgelegt worden ist. Das Energiewirtschaftsgesetz regelt dabei den Netzbetrieb, den Netzanschluss, Sicherheitsaspekte, Qualitätsstandards, und Quantitätsstandards. Der Zugriff im Rahmen der erneuerbaren Energien soll dabei effizient umweltverträglich gestaltet werden. Für den Bereich der Biomasse bedeutet dies eine Festlegung für die Terminologie im Rahmen des technischen Anschlusses bzw. auch der Sicherheit. Dazu gehören etliche Normen und Vorschriften. Biomasse soll hierbei durch Wasserelektrolyse erzeugt werden. Methan wird synthetisch erzeugt. Kohlendioxid und Kohlenmonoxid dürfen nur noch aus erneuerbaren Energien stammen (§3 Abs. 10c.).

2.6.8 Kraft-Wärme- Kopplungs Gesetz (KWKG)

Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG 2002) ist geschaffen worden, um die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung Anlagen zu gewährleisten. Das Gesetz regelt dabei die Abnahme von Strom unter Vergütung der Kraftwärme Kopplungs Anlagen. Der Ausbau von Wärmespeichern wird dabei empfohlen. Dieses Gesetz gilt für Strom, der nach dem §16 des EEG produziert wird. Es ist darüber hinaus ein Herkunftsnachweis zu erbringen (vgl. BMU KWK).

2.6.9 Düngemittelverordnungungen für den Biomasseanbau

Für den Pflanzenanbau ist die EG Verordnung Nr. 1774/ 2002 und die Düngemittelverordnung (DüMV) und Düngeverordnung (DüV) zu nennen. Die Düngemittelverordnungen regeln die Höchstwerte für die Düngung, die Kennzeichnungspflicht der eingesetzten Mittel und die Kennzeichnung der Bodenhilfsstoffe und dere Kultursubstrate.18 (vgl. KTBL 2006, 29).

2.6.10 Biokraftstoffquotengesetz (BioKraftQuG)

Für den Bereich der flüssigen und gasförmigen Biobrennstoffe, in diesem Fall die Biokraftstoffe, regelt das Biokraftstoffquotengesetz die Beimischung von erneuerbaren flüssigen Biokraftstoffen, in diesem Fall Ethanol zu Benzin und Diesel (vgl. zoll.de). Bis 2020 sollen europaweit 10 % (steigend) des Bruttoenergieverbrauches aus regenerativen Energiequellen stammen (Renewable Energy Directive, RE-D19 ). Das Biokraftstoffquotengesetz ist seit dem 1.1.2007 in Kraft. Fahrzeuge, können dabei den neuen Kraftstoff mit Ethanolbeimischung bis zu einem Wert von 5 % problemlos tanken. Die Quoten sollen dabei schrittweise ansteigen. Da auch nicht alle Fahrzeuge die neue Ethanol Beimischung nutzen können sind alle Tankstellen bundesweit dazu verpflichtet, Benzin und Diesel anzubieten, welche eine Beimischung von 5 % Ethanol beinhalten. Der aktuelle Beimischungswert von Bioethanol liegt zur Zeit bei 10 % (vgl. Biokraftstoffverband.de). Das als E10 bekannte Produkt ist an allen Tankstellen frei verkäuflich. Eine Steuerbefreiung erhalten dabei die Fahrzeuge, die den reinen Kraftstoff B100 oder E85 tanken. Landwirte sind bei der Nutzung ihrer landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuge ebenfalls von der Steuerlast befreit. Das Biokraftstoffgesetz regelt die Erfüllung des Biokraftstoff-NachV (vgl. zoll.de).

2.6.11 Sonstige Regelungen

Es existieren weitere Regelungen und Verordnungen, die den Biomassevertrieb und die Förderung beinhalten. Es gibt Betriebsprämien für Landwirte, die NawaRo auf stillgelegten Brachflächen anbauen und betreiben, Prämien für Energiepflanzenanbau, Marktanreiz und Investitionszuschüsse für den Bau von Anlagen (vgl. KTBL 2006, 28).

2.7 Normen

Biogene Festbrennstoffe und Biokraftstoffe sind Normen unterworfen, welche den europäischen Leitlinien (CEN)20 entsprechen müssen. Es gibt bereits unzählige Normen. Viele befinden sich jedoch noch in der Vornormphase, wegen der noch stattfindenen Forschung, insbesondere im biochemischen Sektor. Die Normen umfassen ein festes Regelwerk, welche die Terminologie, die Brennstoffklassen, das Qualitätsmanagement und viele weitere Dinge umfassen. Die Prüfung der Brennstoffe wird dabei von nationalen Normungsinstituten geprüft. Normen für Biogas gibt es noch keine. Hierfür stehen nur Regeln und Sicherheitsvorschriften und vereinzelte Genehmigungsverfahren zur Verfügung. Pflanzenöle sind in der Herstellung Schwankungen unterworfen. Sie können ebenfalls zur Zeit noch nicht EU weit normiert werden. Der Bereich befindet sich wegen neuer technologischer Fortschritte mehr oder weniger noch im Versuchsbereich. Es gibt jedoch bereits erste Vornormen, die ebenfalls die Inhaltsstoffe und die Konzentration regeln sollen (vgl. KTBL 2006, 30). Ein Beispiel der noch nicht Normierbarkeit sind Holzhackschnitzel (vgl. Loewen/ Zelinski 2008, 11). Man greift hier zur Zeit auf die ausländische Norm ÖNORM M713321 zurück. Das Problem ist die Größe und die Beschaffenheit der Schnitzel, bzw. der Wassergehalt. Die Qualität des Holzes ist wichtig, um einen guten Heizwert zu erlangen. Im folgenden sollen die wichtigsten Normen für Biomasse kurz dargestellt und erläutert werden.

2.7.1 Europäische Normen

Die europäische Norm DIN CEN/ TS 14588: 2003 umfasst die festen Biobrennstoffe. Sie regelt die Terminologie22, die Definition und die Beschreibung. Die Norm DIN CEN/ TS 14961: 2005 umfasst ebenfalls die festen Biobrennstoffe. Sie umschreibt die Brennstoffspezifikationen und die Brennstoffklassen. Die Norm DIN CEN/ TS 15234: 2006 umschreibt die Qualitätssicherung von Brennstoffen.

2.7.2 Nationale Normen

DIN 51731 beschreibt damit die Qualität von Holzpellets. DIN 1340 regelt darüber hinaus die Einspeisung in das Erdgasnetz. Sie regelt die Gasmischung, die Lieferung, die Odorierung23 und beinhaltet das Abrechnungsverfahren.

2.7.3 Normen für Kraftstoffe

DIN EN 14214 regelt die Anforderungen und Prüfverfahren für Dieselmotoren. Diese Norm ist dabei für den Einsatz von FAME (Fettsäure-Methylester) vorgesehen. Für pflanzenbetriebene Fahrzeuge (Rapsöl) gibt es die Norm DIN 51605. Sie regelt die Mindestanforderungen von Rapsöl. Für Biogasbetriebene Fahrzeuge gibt es keine Norm. Nur die Fahrzeuge selbst müssen die „(…) Euro 5-Norm,24 die die Grenzwerte für Stickoxide und Rußpartikel festlegt, sondern auch die Euro 6-Norm, die ab 2015 insbesondere für viele Diesel-Fahrzeuge eine Herausforderung darstellen, wird (…)“ besitzen (gastip 2012).

[...]


1 siehe auch Begriff „Biogenese.“

2 Biogenese bezeichnet die Entstehungs(geschichte) eines lebensfähigen Organismus, dass im Gegensatz zur Abiogenese nur durch einen lebenden Organismus produziert werden kann „(…) no cellular life has ever been observed to arise from non-living matter” (Biology Online 2012).

3 Fotosynthese beschreibt die Aufnahme der Strahlungsenergie aus der Sonne. Die chemischen Umwandlungsprozesse innerhalb der Pflanzen ermöglichen die Nahrungsaufnahme und Verarbeitung der stofflich erzeugten Produkte innerhalb und außerhalb des pflanzlichen Organismus (lebende im Boden lebende Organismen) (Kohlenstoffkreislauf) (vgl. Funk 2009, S. 6).

4 vgl. § 3 BImSchG „(2) Immissionen im Sinne dieses Gesetzes sind auf Menschen, Tiere und Pflanzen, der Boden, das Wasser, die Atmosphäre sowie Kultur- und sonstige Sachgüter einwirkende Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen, Licht, Wärme, Strahlen und ähnliche Umwelteinwirkungen. (3) Emissionen im Sinne dieses Gesetzes sind die von einer Anlage ausgehenden Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen, Licht, Wärme, Strahlen und ähnlichen Erscheinungen“ (jusline 2012).

5 Mehr dazu in Kapitel Umwandlung

6 Dieser Kreislauf wird im Allgemeinen als Kohlenstoffkreislauf genannt.

7 Empfehlungen der EU sind nicht rechtsbindend und sollen einen Anstoß darstellen. Ziel der Empfehlungen ist die Minimierung des Risikos von Handelshemmnissen und der Minimierung der Behinderung des Wachstums innerhalb des Bioenergiesektors der EU (CO2 Handel.de 2012 in: Europa.eu)

8 Das Modell T war das meistverkaufte Auto der USA (bis 1972). Es fuhr mit einem VierzylinderReihenmotor, wurde mit Petroleumöl betrieben, wurde aber mit Benzin gestartet (SV-Ventilsteuerung) und man musste kurbeln und mit einem Handhebel bremsen. Das Auto war einfach zu reparieren, war günstig im Unterhalt und das Aussehen war variierbar. So erschienen unter dem Model T viele Modelle, vom Traktor bis hin zum Kutschenmodell.

9 Richtlinie 2009/28/EG (Erneuerbare-Energien-Richtlinie) fördert die Beimischung von Bioethanol in Kraftstoffen. Zunächst kritisiert, ist Ethanol heute ein fester Bestandteil in den Kraftstoffen.

10 „Eine Gruppe von Staaten kann seine Reduktionsziele auch gemeinsam erfüllen. Diese Lastenverteilung (burden sharing) ist speziell für die Europäische Union in das Protokoll mit aufgenommen worden“ ((BpB; Böhler 2008).

11 Non-Governmental Organisations

12 Benannt nach dem Ort der damals stattgefunden Konferenz Kyōto in Japan. Das Kyotoprotokoll ist ein Zusatzprotokoll der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen (UNFCCC). Das Protokoll ist seit dem 16. Februar 2005 in Kraft.

13 FCKW wurde in den 90er Jahren hauptsächlich für die Vergrößerung des Ozonloches verantwortlich gemacht worden. Somit konnten die gefährlichen UV-Strahlen in größerer Dosis auf die Erde gelangen und Krebs auslösen. Das Ozonloch konnte eingedämmt werden. Die Messung, der UV - Strahlen ergab im Jahr 2012 einen deutlich geringeren Wert. Das Ozonloch scheint sich einzudicken. Dennoch gibt es hier wieder Warnungen, dass die Stickoxide durch die Verbrennung von Biokraftstoffen erneut wieder ansteigen könnten (vgl. Löfken 2012 vom 25. April 2012).

14 Erschienen im Journal of Environmental Economics and Management 2012.

15 Rechnerische Zusammenstellung aller eingesparten Emissionen der teilnehmenden Länder am Kyo- toprotokoll.

16 Abk. für nachwachsende Rohstoffe

17 Wurde in das EEG integriert. Das Stromeinspeisungsgesetz (StrEG) oder auch Gesetz über die Einspei- sung von Strom aus erneuerbaren Energien in das öffentliche Netz genannt, wurde 1991 eingeführt. Es regelte die Abnahme von Strom durch die größeren örtlichen Energieversorger, die Vergütung der Bio- masse (dazu zählen auch andere erneuerbare Energieformen die hier nicht genannt werden) und regelt die technischen Voraussetzungen zur Abnahme der Erzeugung von Energie aus Deponiegas oder Kläranla- gen. Der Strom wird dabei nicht erfasst. Es regelt darüber hinaus hatte Härtefallregelungen bei Leistungs- übersteigerung durch die Einspeisung in das Netz. Als wichtigster Punkt ist dabei die Selbstverpflichtung der Elektrizitätsversorger, den Ausbau von Kraft-Wärme-Kopplung anzutreiben (vgl. justlaw.de).

18 EG Verordnung Nr. 1774/ 2002 regelt darüber hinaus die hygienischen Vorschriften für Produkte, die nicht für den menschlichen Verzehr bestimmt sind, weil diese tierischen Nebenprodukte enthalten. Sie beinhaltet den Aufbau der Biogasanlagen und verfahrenstechnische Vorgaben im Organisationsablauf (Bereitstellungskette).

19 “Renewables include wind, solar, hydro-electric and tidal power as well as geothermal energy and biomass. More renewable energy will enable the EU to cut greenhouse emissions and make it less dependent on imported energy” (EU R-ED).

20 Comité Européen de Normalisation

21 Österreichische Norm, herausgegeben vom Austrian Standards Institute

22 Fachausdrücke, Fachsprache eines Gebietes

23 Die Odorierung ist eine Beimischung bei geruchlosen Gasen. Sie soll dazu dienen, dem Gas einen typischen Geruch zu verleihen. Dies ist vorgeschrieben, um im Notfall Gasgeruch zu bemerken.

24 Abgasnorm regelt die Zuordnung der Fahrzeuge in die Schafstoffklassen.

Details

Seiten
70
Jahr
2012
ISBN (eBook)
9783656429869
ISBN (Buch)
9783656433385
Dateigröße
2.5 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v214584
Institution / Hochschule
Technische Universität Berlin – Fakultät I – Geisteswissenschaften - Institut für Berufliche Bildung und Arbeitslehre - Fachgebiet: Arbeitslehre/Technik
Note
1,7
Schlagworte
Biomasse

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Titel: Nachhaltige Energiegewinnung am Beispiel der Biomasse