Die Bioenergie ist ein Teilbereich der erneuerbaren Energiequellen. Dieser Sektor ist sehr breit, und so findest Du hier eine Reihe von verschiedenen Energieträgern. Diese liefern zudem Energie in unterschiedlichsten Formen. So gibt es biogene Fest- und Flüssigbrennstoffe sowie auch Biogas. All diese Energiequellen eint, dass sie biologisch-organischer Herkunft sind.
Biogene Festbrennstoffe wie Holz
Holz ist die wohl älteste Form von Bioenergie, die von der Menschheit gezielt eingesetzt wird. Durch die Verbrennung erzeugt Holz Wärme und hat einen Heizwert, der auf das Gewicht gerechnet bei etwa 40 Prozent von Erdöl liegt. Damit ist Holz eine interessante Energiequelle, die auch noch nachwachsend ist.
Die biogenen Festbrennstoffe lassen sich in mehrere Klassen kategorisieren. Das klassische Brennholz stammt von Bäumen, die viele Jahrzehnte im Wald stehen. Auf Kurzumtriebsplantagen wird inzwischen gezielt Energieholz angebaut. Hier kommen schnell wachsende Holzarten wie die Pappel zum Einsatz, die bereits nach wenigen Jahren eine wirtschaftlich relevante Menge an Energieholz liefern. So lässt sich die Flächennutzung optimieren.
Solche neuen Konzepte erfordern spezielle Lösungen, um das Holz energetisch zu nutzen. So kommt Holz heutzutage nicht mehr nur als klassisches Scheitholz zum Einsatz, sondern auch in Form von Hackschnitzeln oder Pellets. Auch Abfallstoffe aus Holz, die aus der Land- und Forstwirtschaft sowie der Industrie stammen, können in dieser Form verarbeitet werden. Der Vorteil ist, dass so alle Arten und Formen von Holz als Brennstoff bereitstehen. Du kannst beispielsweise einen Brennwertkessel der Zentralheizung mit Pellets, Hackschnitzeln oder auch Holzscheiten befeuern. Die Technik ist in diesem Bereich bereits sehr weit, und Lösungen sind seit Jahrzehnten am Markt verfügbar.
Verweis intern: Hier findest du Informationen zuden Begriffen erneuerbare und regenerative Energie.
Biogene Flüssigbrennstoffe – von Ethanol bis Biodiesel
Bioenergie kommt auch in flüssiger Form vor. Hier erfolgt zunächst eine Verarbeitung, um die biogenen Flüssigbrennstoffe zu gewinnen. Die wohl bekannteste Variante ist Pflanzenöl. Dafür dienen Ölsaaten als Grundstoff. Raps, Sonnenblumen und Soja sind nur drei der Pflanzen, die als Basis dienen.
Mit Biodiesel gibt es einen Bioenergieträger, der genau aus diesen Pflanzen und Ölen gewonnen wird. Durch die Umesterung entsteht ein Treibstoff, der gleichwertig mit Diesel aus Mineralöl ist. Dementsprechend wird Biodiesel teilweise auch dem regulären Diesel beigemischt, und Du findest ihn zum Beispiel unter der Bezeichnung B7 an Tankstellen. Auch für die Verwendung als Heizöl, etwa in Deiner Zentralheizung, ist Biodiesel geeignet.
Zu den Biokraftstoffen zählt auch Ethanol. Du findest es zum Beispiel als Beimengung in Benzin, unter der Bezeichnung E10 oder auch E85. Bei E10 hat das Benzin einen Anteil von zehn Prozent Bioethanol. Die Bioethanol-Produktion weicht dabei von der Herstellung von Biodiesel ab. Die Grundlage ist hier eine Fermentation oder alkoholische Gärung. Ausgangsstoffe sind Pflanzen mit einem hohen Gehalt an Stärke oder Zucker. Typische Pflanzen, auf die bei der Herstellung von Biokraftstoffen zurückgegriffen wird, sind Mais, Zuckerrüben und Zuckerrohr.
5.9.2023 News Update: Ggf. ist der Mais jetzt doch nicht so grün!
Biogene Brenngase
Bioenergieträger können auch gasförmig vorkommen. Auch hier erfolgt eine gezielte Verarbeitung von biologisch-organischen Rohstoffen, um das gewünschte Endprodukt zu erhalten. Häufig sind das Biomethan, SNG (Synthetic Natural Gas) und Biowasserstoff.
Biowasserstoff entsteht auf zwei Arten: zum einen direkt aus Biomasse über biologische oder chemische Prozesse, zum anderen über die Wasserelektrolyse. So gibt es Algen, die über die Photosynthese in der Lage sind, Wasserstoff zu erzeugen. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von speziellen Bakterien. Sie vergären unter Ausschluss von Sauerstoff organische Verbindungen zu Wasserstoff. Für die Gärung geeignet sind ein breites Spektrum an Biomasse, so zum Beispiel Kohlenhydrate, Proteine und auch Fette.
Die Industrie erzeugt zudem über die thermochemische Verarbeitung Biowasserstoff. Hier dienen vor allem Holzreste, Stroh, Grünabfälle und ähnliche biologische Reststoffe als Basis. Durch die Vergasung oder Pyrolyse entsteht neben Wasserstoff auch Methan. Die Zusammensetzung des biogenen Brenngases lässt sich in der Verarbeitung gezielt steuern.
Die Herstellung von Biowasserstoff mithilfe von Elektrizität ist eine weitere Option. Dieser Prozess, der auch Power-to-Gas genannt wird, kommt vor allem zum Einsatz, um überschüssigen Strom aus Windkraftanlagen sinnvoll zu nutzen. Über die Wasserelektrolyse entsteht in den Anlagen direkt Wasserstoff.
Ebenfalls zur Klasse der biogenen Brenngase zählt Holzgas. Die Technik für ihre Erzeugung existiert schon lange und hatte ihren Höhepunkt in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Holzvergaser gewinnen aus Holz brennbares Gas. Holzgas kam vor allem in Gasmotoren von Kraftfahrzeugen als Biokraftstoff zum Einsatz. Solche Fahrzeuge hatten einen integrierten Holzvergaser, sodass ein solcher Wagen direkt mit Holzscheiten betankt wurde.
Heutzutage nutzt vor allem die Industrie die Technik der Holzvergasung, teilweise auch in Großanlagen, um Biogas für die eigenen Prozesse zu gewinnen. Dafür kommen auch Rest- und Abfallstoffe zum Einsatz, die so eine sinnvolle Verwendung finden. Du kannst jedoch auch in Zentralheizungen auf diese Technik zurückgreifen. Hier gibt es Holzvergaserkessel und auch Holzbrikettvergaser.
Bioenergie der Zukunft: An diesen Möglichkeiten wird geforscht
Die Verflüssigung von biogenen Festbrennstoffen hat noch nicht alle Optionen ausgeschöpft. Die sogenannten BtL-Kraftstoffe befinden sich in der Forschungsphase. BtL steht für „Biomass to Liquid“, also die Biomasseverflüssigung. BtL-Kraftstoffe zählen zu den Biokraftstoffen der zweiten Generation. Das Prinzip existiert bereits länger und stammt von der Verflüssigung von Kohle. Es kam unter anderem in den 1940er-Jahren zum Einsatz, um den wachsenden Kraftstoffbedarf zu decken. BtL-Kraftstoffe nutzen dagegen Energiepflanzen oder Stroh.
Das Verfahren ist deutlich variabler als bei Biodiesel oder Bioethanol. Somit lassen sich Biokraftstoffe aus viel mehr Rohstoffen gewinnen – darunter Biomasse mit einem hohen Anteil an Zellulose. Aus diesem Grund verspricht sich die Forschung, dass diese Form der Kraftstoffe die benötigte Anbaufläche von Biomasse für die Produktion von flüssigen Biobrennstoffen halbiert. Jedoch ist der Herstellungsprozess noch zu teuer, als dass sich die BtL-Kraftstoffe wirtschaftlich herstellen lassen.
Noch weiter in der Zukunft liegen die Biokraftstoffe der dritten Generation. Hier wird an Algenkraftstoffen geforscht. Über Algenfarmen soll es eines Tages möglich sein, unterschiedliche flüssige und auch gasförmige Biokraftstoffe zu gewinnen. So gibt es die Möglichkeit, Öl aus den Algen zu pressen und daraus, ähnlich wie bei Biodiesel, Kraftstoff zu produzieren. Eine weitere Option, die erforscht wird, ist es, die Algen als Biomasse für die Vergärung zu nutzen. Auf diesem Weg lässt sich vor allem Methan, aber auch Biowasserstoff gewinnen.
In dem Bereich der biogenen Flüssigkraftstoffe forschen auch Luftfahrzeugunternehmen wie Boeing. Hier gibt es die Bestrebung, langfristig mit Algenkraftstoffen Kerosin zu ersetzen. Somit würde auch die Luftfahrt Zugang zu Biokraftstoffen aus erneuerbaren Energiequellen erhalten – ein Bereich, der aktuell noch vollständig von fossilen Energieträgern abhängig ist.
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Fazit Bioenergie als erneuerbare Energiequelle
Bioenergie ist eine unglaublich vielseitige Form von Energie. Bioenergieträger lassen sich in der Mobilität einsetzen, liefern Heizwärme und sogar Elektrizität. Durch die Umwandlung der Bioenergieträger sind sogar Transport und eine lange Speicherung möglich. Für die Abkehr von fossilen Brennstoffen sind Biokraftstoffe und Biobrennstoffe ein unverzichtbarer Teil der Energiewende.
