Onischke: Erneuerbare Energien - Teil 4: Biomasseverfeuerungsanlagen
Planungsberatung für Haus- und Grundbesitzer
Nutzung erneuerbarer Energien in Gebäuden Teil 4 – Biomasseverfeuerungsanlagen
Der hier vorliegende vierte Teil beschließt die kleine Reihe zur Nutzung erneuerbarer Energien in Gebäuden. Dabei werden verschiedene Aspekte zur Beheizung von Gebäuden und der Stromerzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen beleuchtet.
Biomasse – was ist das?
Biomasse umfasst alles organische Material unseres Planeten. Dabei unterscheidet man zwischen pflanzlicher und tierischer Biomasse, die zur Energiegewinnung verwendet wird. Der größte Anteil entfällt auf feste Biomasse, wie zum Beispiel Stückholz, Hackschnitzel oder Holz-Pellets. Als flüssige Biomasse steht beispielsweise Pflanzenöl für die Energiegewinnung zur Verfügung, während gasförmige Biomasse (Biogas) erst durch Vergärung fester oder flüssiger Biomasse (auch Gülle) entsteht und so energetisch genutzt werden kann.
Gesetzliche Unterstützung der Biomasse
Die energetische Nutzung von Biomasse wird von staatlicher Seite aktuell erheblich politisch gefördert. Dies geschieht durch verschiedene Gesetze.
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) fördert die Stromerzeugung aus Biomasse, das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) kann beim Neubau von Gebäuden durch Nutzung von Biomasse erfüllt werden. Das Biokraftstoffquotengesetz (BioKraftQuG) schreibt eine Mindestbeimischung von Biokraftstoffen zu Benzin oder Diesel vor.
Nutzungs- und Flächenkonkurrenz
Bei der energetischen Nutzung von Biomasse kommt es zur Nutzungs- und Flächenkonkurrenz. Das bedeutet, dass zunehmend Agrarprodukte nicht ausschließlich für die Lebensmittelherstellung, sondern zunehmend auch zur Energieproduktion verwendet werden. So steigt zum Beispiel der Preis für Mais wegen der subventionierten Nutzung in Biogasanlagen stetig an. Aus diesem Grund produzieren die Bauern immer mehr Mais. Andere Agrarprodukte werden im Gegenzug vernachlässigt und deshalb wegen der Verknappung immer teurer. Die Bierbrauer müssen schon heute teure ausländische Braugerste zukaufen, was sich im steigenden Bierpreis auswirkt.
Vielleicht kann künftig die Pflanze Jatropha mit ihrer Frucht, der Purgiernuss, das Problem der Nutzungskonkurrenz lösen. Jatropha kann auf ertragsschwachen Böden angebaut werden, tritt insofern nicht in Flächenkonkurrenz für die Produktion von Nahrungsmitteln. Da das aus der Frucht gewonnene Öl ungenießbar ist, entsteht auch der Konflikt „Tank oder Teller“ (Nutzungskonkurrenz) nicht.
Zentralheizungen mit Holz
Zentrale Holzheizkessel, die mit Stückholz, Hackschnitzeln oder Holzpellets befeuert werden, haben den Nachteil, dass sie wegen des Wirkungsgrades und der Schadstoffemissionen möglichst ständig auf Volllast laufen sollten. Der Volllastbetrieb wird aber nicht jahresdurchgängig benötigt, deshalb müssen die Kessel oft im weniger effizienten Teillastbereich arbeiten oder immer wieder abgeschaltet und neu angeheizt werden, wodurch die Energieeffizienz leidet und die Schadstoffemission erhöht wird. Holzzentralheizungen werden deshalb meist mit einem besonders großen Pufferspeicher kombiniert. Damit kann die im Zeitraum der Beheizung überschüssige Wärme bevorratet werden.
Wenn der große Pufferspeicher schon vorhanden ist, werden diese Heizungssysteme sinnvoll mit thermischen Solaranlagen kombiniert. Im Sommer kann die Warmwasserbereitung mit Sonnenenergie alleine betrieben werden.
Somit entfällt zumindest im Sommer das Einschüren des Kessels über einige Wochen.
Stückholz-Heizung
Die direkteste Beheizung mit Stückholz stellt der Einzelofen dar, in verbesserter Ausführung beispielsweise als Kachelofen. Die Beheizung mit Einzelöfen kommt inzwischen aus guten Gründen nur noch in Ausnahmefällen vor. Es gibt jedoch auch Systeme, die eine Zentralheizung und zentrale Warmwasserbereitung mit Festholz betreiben. Wegen des mangelnden Komforts im Betrieb führen Stückholzheizungen ein Nischendasein.
Üblicherweise sind diese Heizungen nämlich nur mit fleißiger Mitarbeit der Bewohner zu betreiben. Mindestens alle 2 Tage muss ein Kessel angeheizt und mit manueller Beschickung entsprechend nachgeschürt werden. Für Urlaubszeiten im Winter muss noch ein zweiter Heizkessel vorgehalten werden, der die Abwesenheit mit Heizöl überbrückt. Alternativ wird das Dilemma gelöst mit Kombikesseln, die je nach Situation mit Festholz oder Öl betrieben werden können.
Inzwischen wurde in der Schweiz ein Stückholzkessel entwickelt, der nach Herstellerangaben mit einer automatischen Beschickung ausgerüstet ist, die nur noch im Turnus von zwei Wochen befüllt werden muss. Vielleicht kann so die unkomfortable Bedienung von Stückholzheizungen verbessert werden.
Hackschnitzel-Heizung
Hackschnitzel werden aus Holzresten mindester Güte wie Abfallholz, Ästen oder Baumkronen hergestellt. Hackschnitzelheizungen bieten gegenüber Stückholzheizungen den Vorteil, dass sie weitgehend vollautomatisch arbeiten. Lediglich die Befüllung des Lagers und die Entnahme der Asche müssen regelmäßig erfolgen.
Der Lagerraum für die Hackschnitzel ist etwa 10 mal größer im Vergleich zu Öl, und immer noch dreifach im Vergleich zu Holzpellets. Im Umfang der Lagerung und dem anteilig hohen Transportaufwand liegen die Gründe, dass Hackschnitzelheizungen bevorzugt in waldreichen Gebieten eingesetzt werden.
Hackschnitzelheizungen sind in der Anschaffung deutlich teurer als Öl-, Gas-, oder auch Pellet-Heizanlagen. Die Brennstoffkosten sind jedoch erheblich günstiger; die Investition kann sich also bald amortisiert haben.
Insbesondere für Betriebe, bei denen die Hackschnitzel als Abfallprodukte entstehen, ist diese Heizungsart sinnvoll, aber auch für Waldbesitzer und/oder landwirtschaftliche Betriebe.
Größere Gebäude mit einem Leistungsbedarf ab 20 kW können wirtschaftlich sinnvoll mit Hackschnitzeln beheizt werden. Kleinere Anlagen machen wenig Sinn.
Holzpellet-Heizung
Holzpellets sind kleine Presslinge aus Sägemehl und Holzspänen. Die Zutaten werden unter hohem Druck zusammengepresst und alleine durch die dabei entstehende Wärme von bis zu 130°C verbunden. Als Bindemittel dient hauptsächlich das im Holz vorhandene Lignin. Holzpellets haben gegenüber anderer brennbarer Biomasse einige Vorteile. Sie eignen sich wegen ihrer genormten Abmessungen besser für automatische Fördersysteme. Durch die Pressung erhöht sich die Schüttdichte und damit die Transportwürdigkeit, der Lageraufwand wird im Gegenzug verringert.
Die Pellets werden als loses Schüttgut oder Sackware periodisch angeliefert und je nach Bedarf meist mittels Förderschnecken automatisch in den Brennraum befördert. Hierdurch wird der Strombedarf der Pellet-Heizung erhöht. Der Wartungsaufwand liegt immer noch über dem von Gas- oder Ölkesseln, hat sich inzwischen jedoch auf akzeptable Intervalle im Bereich von Wochen und Monaten für Reinigung, Ascheentnahme und Befüllung des Lagers eingependelt.
Eine Pelletheizung ist in der Anschaffung teurer als eine Öl- oder Gasheizung. Da aber die Preise für Pellets seit Jahren unter denen für Erdöl oder Erdgas liegen, rechnet sich eine Pelletheizung mit der Zeit, insbesondere bei steigenden Öl- und Gaspreisen. Interessanterweise wird für Pellets nur der reduzierte Mehrwertsteuersatz in Höhe von 7% angesetzt, während für Heizöl 19% anfallen. Der Preis für Pellets ist seit mehreren Jahren stabil und hat sich zwischen 3,5 und 4,5 ct/kWh eingependelt.
Zentrale Heizungen mit Holzpellets gibt es ab etwa 8 kW und aufwärts. Vom Einfamilienhaus bis hinauf zu großen Wohnanlagen - Pelletheizungen gibt es in nahezu jeder Größe.
Pflanzenölheizung
Eine andere Möglichkeit, Biomasse zu verfeuern, besteht darin, auf Pflanzenöle zurückzugreifen. Hierzu kann – neben weiteren Anpassungen - ein herkömmlicher Heizölbrenner gegen einen Pflanzenölbrenner ausgetauscht werden. Der vorteilhaften Nachhaltigkeit einer solchen Heizung steht aber insbesondere bei Pflanzenölen die eingangs beschriebene Nutzungskonkurrenz gegenüber. Deshalb stellen Pflanzenölheizungen aktuell in der Gesamtbetrachtung in größerem Umfang keine zukunftsweisende Technik dar.
Energetische Nutzung von Biogas
Biogas entsteht bei der kontrollierten Vergärung von Biomasse. Als Rohstoffe kommen zum Beispiel in Frage: Pflanzenreste, Biomüll, Gülle oder auch für diesen Zweck angebaute Energiepflanzen. Biogas ist dauerhaft verfügbar, weil sich sowohl die Rohstoffe als auch das Biogas einfach speichern lassen. Aus diesem Grund können Biogasanlagen bei der Grundlastversorgung einen interessanten Beitrag liefern.
Da die Verfügbarkeit der zu vergärenden Biomasse auf dem Land am größten ist, findet man dort die meisten Biogasanlagen, die häufig in Verbindung mit Blockheizkraftwerken betrieben werden. Das Biogas in das Erdgasnetz einzuspeisen ist sehr aufwändig und lohnt derzeit nur bei sehr großen Anlagen.
Blockheizkraftwerke (BHKW)
Eine besonders effiziente Möglichkeit der Energienutzung stellen ganz allgemein Blockheizkraftwerke dar. Viele Blockheizkraftwerke werden heute noch mit fossilen Brennstoffen betrieben. Aber selbst bei der Verbrennung von Erdgas oder Erdöl bringen BHKWs ökologische Vorteile mit sich, weil ihre Wirkungsgrade so hoch sind. Blockheizkraftwerke können jedoch nicht nur mit fossilen Brennstoffen, sondern auch mit erneuerbaren Rohstoffen wie Pflanzenöl, Biogas, Holzgas, Biodiesel, Holzpellets oder mit Hackschnitzeln betrieben werden.
Blockheizkraftwerke arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Ein Verbrennungsmotor, ein Stirling-Motor, ein Dampfmotor oder eine Gasturbine erzeugen Strom. Die dabei entstehende Abwärme der Abgase und des Kühlkreislaufes wird zum Heizen von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung verwendet. Bisher wurden BHKWs bevorzugt im großen Stil in Heizkraftwerken eingesetzt, seit etwa 10 Jahren gibt es kleinere Anlagen, die sich für den „Hausgebrauch“ eignen.
Je nach Betriebsart unterscheidet man folgende Blockheizkraftwerke:
- stromgeführte
- netzgeführte und
- wärmegeführte Blockheizkraftwerke.
Stromgeführte Blockheizkraftwerke haben primär die Aufgabe, möglichst viel elektrischen Strom zu erzeugen, entweder für den Eigenbedarf oder zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz. Hierzu wird die Anlage so ausgelegt, dass sie möglichst lange unter Volllast läuft. Dank des Kraft-Wärme-Kopplungsgesetzes und des Erneuerbare-Energien-Gesetzes wird der erzeugte Strom rentabel vergütet. Die Wärme, die in einem stromgeführten BHKW anfällt, wird entweder direkt zur Beheizung genutzt, in einem Pufferspeicher bevorratet, oder aber auch über einen Notkühler „vernichtet“, wodurch sich dann die Gesamteffizienz verschlechtert.
Bei netzgeführten BHKWs wird die Steuerung von einer zentralen Stelle übernommen, die Zeitpunkte für Aus- und Einschalten werden je nach Bedarf im gesamten Stromnetz vorgenommen. Der Vorteil ist dabei, dass die Stromerzeugung flexibel und dezentral erfolgt, großräumige Stromausfälle im Netz können so vermieden werden. Ein Nachteil ist, dass die BHKS häufiger geschaltet werden, was zu erhöhtem Verschleiß der Anlage führen kann.
Am häufigsten werden kleine Blockheizkraftwerke wärmegeführt betrieben. Sie werden meist so ausgelegt, dass sie nur die Grundlast des Wärmebedarfes abdecken. Dadurch wird erreicht, dass die stromerzeugenden Bauteile optimal ausgenutzt werden. In Kombination mit einem Pufferspeicher kann man auch ohne Spitzenlastbrenner über längere Kälteperioden kommen.
Blockheizkraftwerke haben gegenüber Windkraft und Photovoltaikanlagen den Vorteil, dass sie nicht von Wetterbedingungen abhängig sind. Auch wenn sie mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, nutzen sie diese mit ihren hohen Wirkungsgraden sehr effizient. Werden in einem BHKW nachwachsende Rohstoffe verheizt, so handelt es sich um eine nachhaltige, zukunftsträchtige Technologie, insbesondere, wenn die erzeugte Wärme auch in der warmen Jahreszeit sinnvoll genutzt wird.
Förderungen und Zuschüsse
Die energetische Nutzung von Biomasse stellt einen wichtigen Baustein im Energiemix der Zukunft dar und trägt wesentlich dazu bei, die gewünschte Reduzierung des CO2 Ausstoßes zu erreichen. Aus diesem Grund gibt es umfangreiche Förderungen, die die energetische Nutzung von Biomasse unterstützen, zum Beispiel von dem BAFA ( Bundesamt für Wirtschaft und Ausführkontrolle www.bafa.de ) und der KfW-Bankengruppe ( www.KfW.de ).
Lassen Sie sich zu Ihrem konkreten Vorhaben ausführlich beraten!
Vor- und Nachteile der energetischen Nutzung von Biomasse
Vorteile
- Aus Biomasse kann man jede gewünschte Energieform erzeugen.
- Dadurch, dass Biomasse verhältnismäßig schnell nachwächst, kann die Rohstoffversorgung dauerhaft sichergestellt werden.
- Biomasse hat eine wesentlich bessere CO2-Bilanz als fossile Energieträger, weil beim Wachstum der Pflanzen das CO2 gebunden wird, welches beim Verbrennen derselben entsteht. Somit trägt die Energiegewinnung aus Biomasse aktiv zum Klimaschutz bei.
Nachteile
- Die Nutzung von Biomasse zur Energiegewinnung kann zur Nutzungskonkurrenz mit nachteiligen Auswirkungen auf die Lebensmittelversorgung führen.
- Besonders, wenn die Erzeugung der Biomasse nicht nachhaltig geschieht, so hat sie negative ökologische Auswirkungen. In diesem Zusammenhang seien zum Beispiel Brandrodung, Überdüngung, Probleme mit der Wasserversorgung genannt.
- Bei der Verbrennung fester Biomasse - ohne zusätzliche Maßnahmen - entstehen höhere Schadstoffemissionen als bei der Verbrennung von Erdöl oder Erdgas. Das sind insbesondere giftiges Kohlenmonoxid, Ruß und ökologisch ungünstige, krebserregende Kohlenwasserstoffe (PAK).
Schlussbetrachtung
Mit diesem Beitrag schließt die kleine Reihe zur Nutzung erneuerbarer Energien in Gebäuden. Ich hoffe, ich konnte Ihnen einige interessante Informationen und Denkanstöße mitgeben, und Mut machen, für sich selbst oder die nächsten Generationen die unangenehme Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren. Spätestens, wenn die fossilen Quellen erschöpft sind, sollten wir uns für eine Alternative entschieden haben…
Abdruck mit freundlicher Genehmigung des Verfassers und Netzwerkpartners
Stefan Onischke
(Dipl. Ing. Architekt)
Waldperlacher Str. 39
81739 München
Telefon 089 60 600 774
Wichtiger Hinweis:
Das Landgericht Hamburg hat mit Urteil von 12.05.1998 entschieden, dass man durch die Ausbringung eines Links die Inhalte der gelinkten Seite ggf. mit zu verantworten hat. Dies kann, so das LG, nur dadurch verhindert werden, dass man sich
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