Infobrief der FNR 02 / 2021: Bioenergie

21. Holzenergiekongress

Vom 20. bis 23. September 2021 findet der 21. Fachkongress Holzenergie statt. Veranstaltet wird der Fachkongress Holzenergie, der in diesem Jahr unter dem Motto: "Regionale Kreisläufe - Nachwachsender Klimaschutz!" steht, vom Fachverband Holzenergie (FVH) im BBE und der FNR. Er wird als digitale Veranstaltung mit insgesamt 12 Sessions durchgeführt.

Der 21. Fachkongress Holzenergie bietet ein inhaltlich breites und interessantes Themenspektrum an. An insgesamt vier Veranstaltungstagen mit jeweils drei Sessions werden spannende Themen aus wirtschaftlicher, wissenschaftlicher oder politischer Perspektive präsentiert. Der erste Tag ist der Holzenergie im Kontext von Energiewende und Klimaschutz gewidmet, am 2. und 3. Tag kommt Holzenergie in Hinblick auf die nachhaltige Strom- und Wärmeversorgung in Dörfern und Städten sowie in der Industrie zur Sprache. Der 4. Kongresstag widmet sich neuen Geschäftsfeldern, Innovationen und Zukunftsperspektiven der Holzenergie. Der Fachkongress verfolgt das Ziel, den Branchenvertretern den Sachstand bei aktuellen Gesetzesinitiativen zu vermitteln, Marktentwicklungen und Projektbeispiele vorzustellen und Handlungsempfehlungen zu diskutieren. Der 21. Fachkongress Holzenergie soll außerdem einen breiten Raum für den Erfahrungsaustausch und persönliche Gespräche bieten.

Klimafreundlicher Kreislauf: Heizen mit Holz

Heizen mit Holz ist treibhausgasneutral, weil heranwachsende Bäume das freigesetzte Kohlendioxid zeitgleich wieder aufnehmen. Beim Heizen mit fossilen Brennstoffen gibt es einen solchen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf nicht.

Eine neue Grafik der FNR verdeutlicht den klimafreundlichen Kreislauf: Bäume nutzen beim Wachsen u. a. Sonnenenergie und Kohlendioxid (CO2) und speichern Kohlenstoff und Energie im Holz. Beim Heizen mit Holz wird die gespeicherte Sonnenenergie als Nutzenergie in Form von Wärme wieder frei; der Kohlenstoff geht als CO2 zurück in die Atmosphäre. Dabei wird nur so viel CO2 frei, wie der Baum im Wachstum als Kohlenstoff im Holz gespeichert hat.

Bei nachhaltiger Waldbewirtschaftung in Deutschland halten sich – trotz Nutzung von Holz für Produkte und Energie und bei Berücksichtigung der Waldschäden – die Aufnahme und Abgabe von CO2 die Waage. Dabei binden heranwachsende jüngere Baumaltersklassen je Hektar Waldfläche eine größere Menge CO2 als alte Baumbestände. Mit Blick auf die CO2-Bindung ist ein ungenutzter Wald also nicht von Vorteil. Verrottet das Holz im Wald, wandelt sich der Kohlenstoff ebenfalls wieder in CO2 um. Doch die langjährige Kohlenstoffspeicherfähigkeit von Holzprodukten – etwa in Möbeln oder Dachstühlen – und auch die im Holz gespeicherte Energie bleibt dann ungenutzt.

Die Wiederverwendung von Holz in Produkten – vom Bauholz bis zum Pappkarton – erhöht die im Kreislauf gespeicherte Kohlenstoffmenge ganz erheblich. Erst wenn am Ende einer Mehrfachnutzungskaskade Holzabfälle zur Energieerzeugung verwertet werden, wird der ursprünglich vom Baum eingelagerte Kohlenstoff in Form von CO2 wieder freigesetzt.

Potenzialgrafik Bioenergie erneuert

Primärenergieträger im Bereich Bioenergie setzen sich zusammen aus dem Anbau von Energiepflanzen, aus Energieholz aus dem Wald sowie aus biogenen Rest- und Abfallstoffen. Im Jahr 2020 lag der Anteil der Bioenergienutzung bei 1.136 PJ bzw. 9,6 Prozent am Primärenergieverbrauch in Deutschland, der sich auf 11.784 PJ belief.

Mittelfristig kann Bioenergie einen größeren Anteil des Primärenergieverbrauchs in Deutschland decken. Insbesondere durch die Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen können im Jahr 2050 die Schätzungen und Prognosen zufolge knapp ein Viertel (23%) des Primärenergiebedarfs aus heimischer Biomasse gedeckt werden.

Die Grafik „Bioenergiepotenzial 2050“ zeigt, wie sich die Potenziale zusammensetzen und welchen Beitrag die einzelnen Biomassefraktionen zur künftigen Energieversorgung leisten können: Insgesamt 1.637 Petajoule (PJ) einheimischer Bioenergie sind demnach möglich. Reduziert sich der Primärenergieverbrauch in Deutschland bis 2050 wie vorgesehen auf 7.190 PJ, kann Bioenergie ohne Importe 23 % davon decken.

Für die Grafik wurden folgenden Annahmen getroffen:

  • Der Energiepflanzenanbau in Deutschland umfasst im Jahr 2050 2,5 Mio. Hektar Anbaufläche.
  • Für die energetische Nutzung von Waldholz wird in 2050 ein Verbrauch von 210 PJ angesetzt. Dies entspricht einer energetischen Nutzung von Energieholz aus dem Wald wie beim Holzeinschlag des Jahres 2019.

Die Angaben für biogene Rest- und Abfallstoffe ergeben sich als Summe der technischen Potenziale der bisherigen energetischen Nutzung von 524 PJ und dem zusätzlich mobilisierbaren Potenzial von 481 PJ.

Broschüre Holzpellets

Die FNR hat die Broschüre „Holzpellets“ in neu bearbeiteter Auflage herausgegeben.

Das Heizen mit Holzpellets ist nicht nur hoch effizient und besonders emissionsarm, sondern erfreut sich auch zunehmender Beliebtheit. Vom kleinen Pelletofen bis hin zu Heizwerken im Megawattbereich, von der Mietwohnung über Einfamilienhäuser bis zu Bioenergiedörfern und städtischen Quartieren: Holzpellets liefern in den verschiedensten Anwendungsbereichen erneuerbare und weitgehend klimaneutrale Wärme.

Holzpellets sind ein regional und nachhaltig verfügbarer Brennstoff, der in Deutschland an über 50 Standorten aus Sägeresten der Sägewerke produziert wird. Hierzulande tragen mittlerweile über 500.000 Pelletheizungen maßgeblich zur Einsparung von CO2-Emissionen bei der Wärmeerzeugung bei.

Die Broschüre „Holzpellets“ bietet eine Auswahlhilfe für Pelletheizungen und erlaubt Ihnen zu prüfen, ob für Ihr Gebäude eher ein Pelletkaminofen oder ein Pelletheizkessel in Betracht kommt. Es wird über Aspekte zur Planung und Ausführung von Pelletlagern und Austragsystemen sowie die Anforderungen an Heiz- und Lagerräume ebenso informiert wie über Rohstoffe für die Pelletherstellung und die Rohstoffpotenziale. Dargestellt wird die Herstellung von Holzpellets sowie die Bedeutung von Produktnormen und zugehörigen Zertifikaten, die für eine hohe Pelletqualität bürgen. Hinweise auf das Gebäudeenergiegesetz und die Bundesförderung für effiziente Gebäude sowie Adressen und Literatur runden die Broschüre ab.

Einsatz gering aufbereiteter Waldresthölzer im Rosenheimer Verfahren zur Holzvergasung

Die Stadtwerke Rosenheim GmbH & Co. KG erforscht den Einsatz gering aufbereiteter Waldresthölzer im Rosenheimer Verfahren zur Holzvergasung. Das Vorhaben zielt ab auf die Weiterentwicklung der Rosenheimer Biomassevergaser für den wirtschaftlichen Einsatz in ländlichen, waldreichen Kommunen, wo die Integration dieser Bioenergieerzeugung in Nahwärmenetze und den flexiblen Energiemarkt möglich ist. Die Rosenheimer Biomassevergaser funktionieren nach dem gestuften Pyrolyse-Gleichstrom-Wirbelbett-Verfahren und sind bisher mit bis zu 180 kWel und 380 kWth verfügbar. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf ein integriertes Störstoffmanagement und die Erweiterung des eigens entwickelten Lambda-Regelkonzeptes auf den Einsatz feuchter Waldresthölzer. Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Brennstoffwassergehalt und Holzgasfeuchte bei verschiedenen Lambdawerten bildet die Grundlage für die Planung und Umsetzung einer effektiven, für die motorische Nutzung minimal nötigen Gasentfeuchtung. Ziel ist es, das Vergaserkennfeld so zu erweitern, dass der Prozess in Abhängigkeit von den Brennstoffeigenschaften und bei variabler Last zuverlässig mit hohem Gesamtwirkungsgrad betrieben werden kann.

Biogaskongress

Das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) und die FNR laden am 29. und 30. September 2021 zum 7. Kongress der Veranstaltungsreihe „Biogas in der Landwirtschaft – Stand und Perspektiven“ ein. Themen der Veranstaltung sind neben den aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen und Herausforderungen die Zukunfts- und Post-EEG-Perspektiven. Vorträge zu den neuesten Erkenntnissen aus den Bereichen Verfahrensoptimierung, Biogassubstrate, Möglichkeiten der Emissionsminderung und Biomethan vervollständigen das Programm.

Zur Veranstaltung erscheint ein Tagungsband, der sowohl die Fachbeiträge zu den Vorträgen als auch Kurzbeiträge zu den ausgestellten Postern enthält.

VisuFlex startet in die zweite Phase

Die Agrarservice Lass GmbH zeigt im Vorhaben „VisuFlex“, dass die Stromeinspeisung zukunftsweisend flexibilisierter Biogasanlagen schon heute von weit mehr als 100 Anlagen erfolgreich genutzt wird und in diesen Fällen sehr genau den Strompreisen und der Residuallast folgt.

Der Ausstieg von Atom und Kohle, einhergehend mit dem vermehrten Zubau volatiler Stromerzeuger wie Wind und Photovoltaik, erfordern künftig alternative Flexibilitätsoptionen für die Stromerzeugung. Biogas kann nicht nur bedarfsgerecht erzeugt, sondern auch flexibel verstromt werden. Bei hoher Netzbelastung lassen sich die Biogas-BHKWs herunterfahren und das Netz so freimachen für Wind- und Solarstrom. Bei Strombedarf hingegen eignen sich Biogas und Biomethan als Reservekapazität: Sie werden so zu „Batterien“ für die Stromversorgung in Engpasszeiten.

Da die bedarfsgerechte Stromeinspeisung bisher jedoch nur geringe Mehrerlöse verspricht, werden die meisten flexibilisierten Biogasanlagen noch nicht marktpreisorientiert betrieben. Daher bleiben die Effekte der Flexibilisierung bislang wenig sichtbar und der Wert real existierender Biogas-Speicherkraftwerke wird für den Strommarkt kaum wahrgenommen. In der zweiten Projektphase wird die Gegenüberstellung von Stromeinspeisung, Strompreis und Residuallast nun in Echtzeit auf einer Internetplattform visualisiert. Die Projektbearbeiter erhoffen sich daraus, dass der Wert der Biogas-Speicherkraftwerke erkannt und die Flexibilisierung künftig weiter forciert wird. Unter der Voraussetzung auskömmlicher Rahmenbedingungen können Biogasanlagen kostengünstig zur Deckung von Flexibilitätsbedarfen beitragen. Wenn regelbare Speicherkraftwerke in Zukunft gebraucht werden, sollte sich dies auch in den Strompreisen widerspiegeln, so dass auskömmliche Mehrerlöse zu erwarten sind.

Gegenüberstellung von Biogas-Stromeinspeisung, Strompreis und Residuallast, Quelle: FNR 2021

Gegenüberstellung von Biogas-Stromeinspeisung, Strompreis und Residuallast, Quelle: FNR 2021

Güllekleinanlagen im EEG 2021

Das im Januar 2021 novellierte Gesetz für den Ausbau Erneuerbarer Energien (EEG) legt neue Rahmenbedingungen für den künftigen Ausbau der erneuerbaren Energien fest, um das Ziel von 65 Prozent erneuerbarem Strom bis 2030 zu erreichen. Für Güllekleinanlagen ergeben sich einige Änderungen. Deren Förderung fokussiert nicht primär auf Stromerzeugung und -vermarktung, sondern verstärkt auf Umwelt- und Klimaschutz. 

Derzeit wird rund ein Drittel des Wirtschaftsdüngeraufkommens in Biogasanlagen genutzt. Diesen Anteil will die Bundesregierung künftig deutlich erhöhen und hat deshalb die verstärkte energetische Nutzung von Wirtschaftsdüngern und landwirtschaftlichen Reststoffen in Biogasanlagen als eine wichtige Maßnahme des Klimaschutzprogramms 2030 festgelegt. Die Vergärung der vergleichsweise energiearmen Gülle dient dabei weniger der Energieerzeugung als vielmehr der Vermeidung klimaschädlicher Emissionen. So ließen sich bei einer vollständigen Behandlung der anfallenden Wirtschaftsdünger jährlich bis zu 10 Mio. t CO2-Äqu. einsparen. Allein durch die Einsparungen aus der Güllebehandlung könnten bereits 34 % der im Klimaschutzplan festgeschriebenen Klimaschutzziele für die Landwirtschaft erreicht werden.     

Das EEG 2021 sieht deshalb weiterhin die Sondervergütungsklasse für „Güllekleinanlagen“ vor. Für bestehende Güllekleinanlagen ist noch keine Anschlussregelung enthalten. Allerdings wird das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ermächtigt, im Einvernehmen mit dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft eine Anschlussförderung für Biogasanlagen mit mindestens 80 Prozent Gülleeinsatz und einer installierten Leistung von maximal 150 kW einzuführen.

Das Bild zeigt Kühe vor einer Biogasanlage

Steinklee, die Luzerne der Sandböden

Die Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern (LFA) begleitete 2017 bis 2020 elf landwirtschaftliche Betriebe beim Demonstrationsanbau von Steinklee. Das Vorhaben zielte darauf, diese in Deutschland kaum genutzte Pflanzen wieder stärker in das Bewusstsein der landwirtschaftlichen Praxis zu bringen.

Bislang fehlt auf grundwasserfernen Sandstandorten eine ökonomisch nutzbare und Humus- und Bodenfruchtbarkeit aufbauende Pflanzenart. Der zweijährige Steinklee (Melilotus albus und M. officinalis) könnte diese Lücke füllen, er ist die einzige überwinternde Leguminose, die auf trockenen Sandböden (mit Ausnahme reiner Lockersandböden) gute Erträge bringt. Steinklee gilt deshalb auch als „Luzerne der Sandböden“.          

Die reiche Wurzelbildung führt zu Bodenlockerung und Humusaufbau und befördert das Bodenleben. Steinklee verfügt über ein kräftiges Pfahlwurzelsystem, mit dem er Bodenverdichtungen besonders gut durchdringen und so die Wasser- und Nährstoffversorgung für die Folgefrucht verbessern und den Bedarf zur Bodenbearbeitung verringern kann. In Symbiose mit Rhizobium meliloti bindet Steinklee Luftstickstoff. Unter günstigen Mineralisationsbedingungen im Mai und Juni kann umgebrochener Steinklee die Nmin-Werte in 0 – 90 cm Bodentiefe im Extremfall um bis zu 200 kg pro Hektar erhöhen. Zur Verwertung dieser hohen N-Mengen eignet sich Mais als Nachfrucht sehr gut. Interessant könnte außerdem die Eigenschaft des Steinklees sein, Phosphor aufzuschließen. Nicht zuletzt ist die Kultur sehr attraktiv für Honig- und Wildbienen, mit der man sich jedoch weniger langfristig bindet als mit Silphie oder Wildpflanzen. Ertragreiche Sorten wie Bienenfleiß oder Krajova sind heute allerdings leider nur noch in Kleinstmengen von Genbanken beziehbar.

Bienen an Steinkleeblüten

Bienen an Steinkleeblüten

Bioenergieanlagen im zukünftigen Energiesystem - TRANSBIO zeigt anlagenspezifische Geschäftsmodelle auf

In den vergangenen Jahren hat das BMEL eine Reihe von Post-EEG-Forschungsvorhaben gefördert, um Perspektiven für Bioenergieanlagen nach Auslaufen ihrer 20-jährigen Förderung im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) auszuloten. Darin wurden mögliche Optionen für zukunftsfähige Geschäftsmodelle untersucht. Die Ergebnisse sind vielfältig und zeigen keine allgemeingültigen Lösungen für die sehr anlagenspezifischen Betriebskonzepte auf. Zudem werden aktuelle rechtliche und wirtschaftliche Rahmenbedingungen für die Errichtung und Weiterentwicklung von Bioenergieanlagen immer anspruchsvoller.

Das jetzt gestartete Vorhaben „TRANSBIO – Transferarbeitsgruppe für Bioenergieanlagen im zukünftigen Energiesystem“ dient dazu, die zentralen Ergebnisse und Handlungsoptionen der Post-EEG-Projekte aufzubereiten, zu bündeln und an die jeweiligen Zielgruppen heranzutragen. Betreiber sollen in die Lage versetzt werden, mit dieser Hilfestellung Entscheidungen für die Zukunft ihrer Anlage zu treffen. Die Entwicklungen der rechtlichen Rahmenbedingungen, z. B. des EEG 2021, des Klimaschutzgesetzes 2030 oder der nationalen Umsetzung der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED II), werden hierbei mit einbezogen, da sie großen Einfluss auf die Perspektiven von Bioenergieanlagen in Deutschland haben.

Die Ergebnisse sollen durch eine Forschungsdaten-Plattform sowie einen multimedialen Informationstransfer in Verbindung mit zahlreichen Veranstaltungen zugänglich gemacht werden.

Mit Zuckerrüben die Biogasproduktion flexibilisieren

Die Umstellung von grundlastbetriebenen Biogasanlagen auf eine flexible Fahrweise erfordert in der Regel relativ hohe Investitionen in die Anlagen, z. B. für zusätzliche BHKW-, Gasspeicher- oder Wärmekapazitäten. Die flexible Stromerzeugung, d. h. der zeitlich gezielte Betrieb des BHKW, muss jedoch nicht ausschließlich über die Gasspeicherung erfolgen. Eine Alternative zum zusätzlichen Gasspeicher bietet die Flexibilisierung der Biogaserzeugung. Dass sich die Biogasproduktion zeitlich beeinflussen lässt, zeigten nun Forscher in dem Verbundvorhaben „Verfahrenstechnische, enzymatische und genomische Charakterisierung einer flexiblen Biogasproduktion mit gezieltem Einsatz von Zuckerrüben – FLEXIZUCKER“.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Zuckerrübensilage zu einem raschen Umsatz der schnell verfügbaren Kohlenhydrate und einer unmittelbaren Methanproduktion führt. Somit eignet sich Zuckerrübensilage sehr gut als Spitzenlastsubstrat. Ein Mischungsverhältnis von 3:1 (Maissilage:Zuckerrübensilage auf oTS-Basis) lieferte die besten Ergebnisse. Allerdings können zu hohe Zuckerrübenanteile zu Prozessinstabilitäten führen. Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse zeigte, dass die Verwendung der Zuckerrübensilage für die bedarfsgerechte Biogaserzeugung Mehrerlöse generieren kann. Durch die höheren spezifischen Substratkosten ist der Einsatz der Zuckerrübe allerdings nur unter bestimmten Voraussetzungen wirtschaftlich vorteilhaft.

Die ausführlichen Handlungsempfehlungen der Verbundpartner sind im FLEXIZUCKER-Abschlussbericht der Universität Ulm nachzulesen.

Biogas-Batchversuche an der Univertität Ulm; Quelle: Kerstin Maurus, Universität Ulm

Quelle: Kerstin Maurus, Universität Ulm

Kraftstoffe für die Mobilität von morgen

Am 10. und 11. Juni 2021 fand die 4. FJRG-Tagung „Kraftstoffe für die Mobilität von morgen“ statt.  Fuels Joint Research Group (FJRG) ist eine aus Ingenieuren, Naturwissenschaftlern und Medizinern interdisziplinär zusammengesetzte Forschergruppe auf dem Gebiet der Kraftstoffforschung. Die von den Partnern in der FJRG gemeinsam umgesetzten Projekte erforschen unter anderem Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Kraftstoffkomponenten, dem Motor und dem Motorenöl sowie der Abgasnachbehandlung. Die Vorhaben fokussieren insbesondere auf die resultierenden Emissionen und deren gesundheitliche Auswirkungen.

Die 4. FJRG-Tagung bot eine gute Plattform für den Informationsaustausch und die Weiterentwicklung der interdisziplinären Netzwerke. Mit hohem Stellenwert richtet sich die Tagung ausdrücklich auch an Nachwuchswissenschaftler, die aufgerufen waren, sich mit ihren Forschungsergebnissen im Rahmen eines Poster-Wettbewerbs zu beteiligen.

Das BMEL unterstützte die Veranstaltung und stellte die Preisgelder für die Gewinner des Posterwettbewerbs bereit.

Rostocker Bioenergieforum

Am 16. und 17. Juni fand das 15. Rostocker Bioenergieforum unter dem Motto „Bioenergie – ein Schlüssel für die erfolgreiche Energiewende und nachhaltige Bioökonomie der Zukunft“ statt. Veranstaltet wurde das Bioenergieforum von der Universität Rostock und dem Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in diesem Jahr pandemiebedingt als Online-Veranstaltung.

In Deutschland werden derzeit erst gut 16 % der benötigten Energie aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt, von denen Bioenergie mit knapp zwei Dritteln den Großteil ausmacht. Im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung muss die Energieversorgung Deutschlands in den nächsten Jahrzehnten vollständig auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Dieses ambitionierte Ziel ist nur erreichbar, wenn Biomasse effizient, umweltverträglich und mit höchstmöglichem volkswirtschaftlichem Nutzen in die Energie- und Rohstoffsysteme integriert wird. Wie die Nutzung von Biomasse zu Energiewende und zur Bioökonomie beitragen kann, wurde auf dem 15. Rostocker Bioenergieforum vorgestellt und diskutiert. Das Programm beinhaltete dabei Vorträge zur thermischen Nutzung fester Bioenergieträger, zu vielen Aspekten der Biogaserzeugung und -nutzung sowie zu Biokraftstoffen.

Das Rostocker Bioenergieforum wird vom BMEL gefördert (FKZ: 2220NR308X).