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Es gibt verschiedene technische Verfahren, um die gespeicherte Energie der komplexen organischen Makromoleküle von Holz (Zellulose, Lignin, Hemizellulose) freizusetzen.

Verbennung von Holz als festem Bioenergieträger

Die älteste Form der energetischen Biomasse-Nutzung ist ihre direkte Verbrennung. Dabei kann die Ausnutzung der Wärmegewinnung gesteigert werden, wenn die Biomasse in einem Behälter verbrannt wird und dadurch in konzentrierter Form lenkbar ist. Eine im Vergleich zur  Wärmegewinnung relativ junge energetische Nutzung der Biomasse ist die Produktion von Strom. Sowohl Wärme, als auch Strom können mit Hilfe des Verbrennungsprozesses gewonnen werden, wobei der Strom durch eine weitere Umwandlung von erhitztem Gas oder einer Flüssigkeit (meist Wasser) ist.

Die großen industriellen Anlagen der Biomasse-Verbrennung werden je nach Energieendprodukt auch in Biomasseheizwerk (Wärmegewinnung) und Biomasseheizkraftwerk (Wärme- und Stromgewinnung) unterschieden. Die größten unter diesen Anlagen haben aktuell eine Leistung von 60MW und können 50.000 Haushalte mit Energie versorgen. Die kleineren Anlagen (Kessel und Öfen) haben eine Leistung zwischen 5 und 100 kW.

Die Inputstoffe für die kleinen Anlagen sind Pellets oder Holzhackschnitzel und ihr Heizwert liegt um 5 kWh/ kg (Heizöl und Erdgas hat etwas über 10 kWh/ kg bzw. Kubikmeter). Der Unterschied im brennwert liegt vor allem in dem höheren Wassergehalt von Holz, welcher direkt nach der Ernte um die 50% liegt und sich nach 2 Jahren Trocknung auf 20% reduziert. Je mehr Harze und Lignine im Holz enthalten sind, desto höher ist sein Heizwert. Hier gilt also eher das Gegenteil als bei der Wunschzusammensetzung von Biomasse die in Biogasanlagen vergärt wird.

Aktuelle Artikel zu festen Bioenergieträgern und Waldholz finden Sie hier.

Vergasung von Biomasse zur Herstellung von Syngas und Biokohle

Neben der direkten Verbrennung von Holz in Heizkesseln, Öfen oder Kaminen oder der Vergärung von organischer Substanz in Biogasanlagen gibt es noch weitere moderne Verfahren, um feste Biomasse in Energie umzuwandeln.

Ein technologisch wieder sehr aktuelleres und politisch gefördertes Verfahren ist das Verfahren der Pyrolyse die etwas umgangssprachlicher auch als „Vergasung von Biomasse“ oder Verflüssigung von Kohle (coal to liquid) bezeichnet wird. Biomasse-Vergasung und Biomasse-Verflüssigung verfolgt dabei unterschiedliche Produkte (Biokohle, Öl, Syngas), die aber während des Verfahrens der Pyrolyse auch parallel hergestellt werden können.

Eine genauere Beschreibung des Verfahrens und die verschiedenen Arten der Pyrolyse können im Artikel der Wikipedia nachgelesen werden.

Das Verfahren der Pyrolyse wird, etwas vereinfacht betrachtet, auch unter folgenden Begriffen geführt:

  • Hydrothermale Karbonisierung (HTC)
  • Torrefaction
  • Vergasung („Gasification“)

Ziel ist, durch Pyrolyse-Anlagen im industriellen Maßstab das Erdöl als Ausgangsstoff für viele Erzeugnisse ersetzen zu können. Dadurch wäre es möglich viele Produkte unabhängig vom Erdöl auf synthetische Art und Weise herzustellen. Somit ist dieses Verfahren sowohl für die energetische, als auch für die stoffliche Nutzung von Biomasse sehr interessant.

Verfahren der Pyrolyse

Das Besondere an modernen Pyrolyse-Verfahren ist, daß die Makromoleküle durch hohe Temperaturen und hohe Drücke bei weitgehendem Sauerstoffabschluß (anaerob) aufgespalten werden. Bei einer „normalen“ oxidativen Verbrennung würde es durch den Sauerstoff der Luft zu einer chemischen Umwandlung der Stoffe kommen.

Gängige Verfahren zur industriellen Pyrolyse sind das Bergius-Pier und Fischer-Tropsch-Verfahren.

Vorteile der Pyrolyse

Durch die Pyrolyse von Biomasse fällt eine Aufkonzentration des Energiegehalts statt (Biokohle). Dadurch werden die Transportkosten pro kW/h ca. um das 15-fache reduziert, da der durch den Pyrolyse-Prozeß entstehende Kubikmeter Öl im Durchschnitt ca. 15x mehr Energie als der Kubikmeter Stroh besitzt, der als Eingangssubstrat verwendet wurde.

Außerdem bietet die Pyrolyse die Möglichkeit Stroh und Holz als Ausgangsmaterial zu verwenden, wodurch die Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und die Diskussionen um Thema „Tank oder Teller“ abnehmen könnten.

Kritik an der Pyrolyse

Der Prozeß der Biomasse-Vergasung, bzw. –Verflüssigung muß zumindest  unter ökologischen Aspekten und den Auswirkungen für den Klimawandel hinterfragt werden. Auf Grund des sehr hohen Energieaufwandes und der damit einhergehenden CO2-Produktion, ist die Pyrolyse ein Verfahren das sowohl in ökologischen, als auch ökonomischen Bilanzen noch weit hinter gleichwertigen Erdölprodukten zurückbleibt. Die Marktfähigkeit der Pyrolyse von Biomasse kann sich aber durch Forschung und Entwicklung und den mittelfristig wahrscheinlich weiter steigenden Erdölpreisen stark verbessern.

Artikel über aktuelle Entwicklungen rund um die Pyrolyse und Hydrothermalen Karbonisierung finden Sie hier.