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Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa

©2000 Studienarbeit 84 Seiten

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
Die vorliegende Studienarbeit befaßt sich thematisch mit der „Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa“. Das Ziel ist es dabei, die besondere Bedeutung von Biomasse für die energetische Nutzung zu erörtern und ausgehend von Deutschland einen länderübergreifenden Bezug zu anderen europäischen Staaten herzustellen. Wirtschaftliche Aspekte der energetischen Biomassenutzung und eine detaillierte Betrachtung der daraus resultierenden Emissionen müssen an dieser Stelle bewußt außen vor gelassen werden. Eine dafür zusätzlich notwendige ausführliche Untersuchung dieser Themen würde zu stark vom Kern der Arbeit abweichen und den angestrebten Rahmen überschreiten.
Die Arbeit ist aus sieben aufeinander basierenden Kapiteln aufgebaut, die in ihrer Reihenfolge dem Leser einen Gesamtüberblick über das Thema vermitteln. Dabei wird der Rahmen der Arbeit durch die in Deutschland und Europa vorherrschende Energie- und Umweltsituation sowie die in dieser Hinsicht formulierten politischen Ziele gebildet. Kapitel 2 gibt dafür zunächst einen allgemeinen theoretischen Überblick über wichtige Energiebegriffe sowie Grundlagen und stellt das theoretische Potential der erneuerbaren Energien dar. Am Ende des Kapitels werden als Ergebnis, die mit der energetischen Nutzung von Biomasse verbundenen Chancen verdeutlicht.
Kapitel 3 untersucht die verschiedenen möglichen Ausprägungsformen der Biomasse und geht systematisch auf deren biologisches Entstehen sowie auf deren Nutzungsmöglichkeiten als Energieträger ein. Dabei werden die unterschiedlichen Biomassearten insbesondere hinsichtlich ihrer Eignungsfähigkeit zur Energiewandlung betrachtet und einen Eindruck von ihrer energetischen Leistungsfähigkeit vermittelt.
Kapitel 4 stellt insbesondere die verschiedenen möglichen Technologien zur Energiewandlung von Biomasse dar. Es werden dabei sowohl unterschiedliche Verfahren erläutert, als auch die entstehenden Formen biogener Energieträger hinsichtlich ihres Ertrags an nutzbarer Energie untersucht. Darüber hinaus werden auch, die sich durch eine energetische Nutzung ergebenden Umwelteffekte betrachtet. Gemeinsam bilden Kapitel 3 und 4 den Kern dieser Studienarbeit.
Kapitel 5 leistet einen zusammenfassenden Überblick über die derzeit in Deutschland und in der Europäischen Union bestehenden Förderprogramme sowie über die, mit dem Betrieb von Anlagen zur Energiegewinnung aus Biomasse verbundenen, finanziellen Förderleistungen. Im Rahmen dieser […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis


ID 6847
Weise, Thilo: Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
Hamburg: Diplomica GmbH, 2003
Zugl.: Berlin, Technische Universität, Studienarbeit, 2000
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Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2003
Printed in Germany

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 2 -
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ...5
Tabellenverzeichnis...6
1
Einleitung und Aufbau ...7
2
Energiesystematik...9
2.1 Energiebegriffe und Grundlagen...9
2.1.1 Energieformen ...9
2.1.2 Energieträger...10
2.1.3 Energiebasis...11
2.1.3.1
Energievorräte...11
2.1.3.2
Energiequellen ...13
2.1.4 Erneuerbare Energiequellen...13
2.1.5 Potential erneuerbarer Energiequellen...15
2.2 Energiesituation...16
2.2.1 Energiesituation Deutschland ...17
2.2.2 Energiesituation Europa...19
2.3 Umweltsituation ...22
2.4 Politische Bestrebungen...23
2.5 Kapitelzusammenfassung...25
3
Biomasse...26
3.1 Definition von Biomasse...26
3.2 Abgrenzung von Biomasse ...26
3.3 Systematisierung von Biomasse...27
3.3.1 Primäre Biomasse ...28
3.3.1.1
Aufbau von Phytomasse...28
3.3.1.2
Entstehen von Reststoffen...31
3.3.2 Sekundäre Biomasse...31
3.3.2.1
Aufbau von Zoomasse ...31
3.3.2.2
Entstehen von Abfallstoffen...32
3.4 Nutzung von Biomasse als Energieträger ...32

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 3 -
3.4.1 Energiepflanzen ...33
3.4.1.1
Pflanzliche Festbrennstoffe...33
3.4.1.1.1
Getreidepflanzen...33
3.4.1.1.2
Schnellwachsende ein- oder mehrjährige Pflanzen ...35
3.4.1.1.3
Kurzumtriebsplantagen schnellwachsender Baumarten...36
3.4.1.1.4
Energiewaldkonzepte...37
3.4.1.2
Pflanzliche Flüssigbrennstoffe...38
3.4.1.2.1
Ölfrüchte...38
3.4.1.2.2
Stärkehaltige und zuckerhaltige Pflanzen...40
3.4.2 Reststoffe ...40
3.4.2.1
Rückstände von Nahrungs- und Futtermittelpflanzen ...41
3.4.2.2
Waldrestholz ...41
3.4.2.3
Rückstände der Landschaftspflege...42
3.4.2.4
Industrierestholz und biogenes Recyclingmaterial ...43
3.4.3 Abfallstoffe ...43
3.4.3.1
Gülle und Festmist ...43
3.4.3.2
Haus-, Gewerbe- und Industrieabfälle ...45
3.5 Kapitelzusammenfassung...45
4
Energiewandlung von Biomasse ...49
4.1 Mechanische Umwandlung...50
4.1.1 Darbietungsformen von Holz ...50
4.1.2 Darbietungsformen von Stroh...51
4.1.3 Thermochemische Umwandlung ...52
4.1.3.1
Verflüssigung...52
4.1.3.2
Vergasung ...53
4.1.3.3
Verkohlung...53
4.1.4 Physikalisch-chemische Umwandlung ...54
4.1.4.1
Pressung ...54
4.1.4.2
Extraktion...54
4.1.4.3
Veresterung ...55
4.1.5 Biochemische Umwandlung...55
4.1.5.1
Anaerober Abbau ...55
4.1.5.2
Aerober Abbau...56

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 4 -
4.1.5.3
Alkoholische Gärung ...57
4.2 Umwelteffekt von Biomasse...57
4.3 Kapitelzusammenfassung...58
5
Förderprogramme...60
5.1 Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland...60
5.2 Förderung durch die Europäische Union ...63
6
Ausgewählte Beispielanlagen...66
6.1 Vergasung von Holz im Biomasseheizwerk Eckernförde (Deutschland)...66
6.2 Anaerobe Fermentation in Laab am Walde (Österreich) ...67
6.3 Herstellung von Ethanol aus Gras in Märwil (Schweiz)...69
6.4 Verbrennung von Holz im Biomasseheizkraftwerk Brista (Schweden) ...70
6.5 Verbrennung von Stroh im Biomasseheizwerk Sabro (Dänemark)...71
7
Zusammenfassung und Ausblick...74
8
Literaturverzeichnis...76

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 5 -
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2.1: Energiewandlungskette ... 10
Abbildung 2.2: Nutzungsmöglichkeiten erneuerbarer Energien ... 14
Abbildung 2.3: Anteile einzelner Energieträger am Primärverbrauch... 17
Abbildung 2.4: Beitrag erneuerbarer Energieträger zum Primärenergieverbrauch in
Deutschland 1995... 18
Abbildung 2.5: Beitrag erneuerbarer Energieträger zum Primärenergieverbrauch in der
EU 1995 ... 20
Abbildung 2.6: Bedeutung regenerativer Energieträger in der EU in 1995 ... 21
Abbildung 3.1: Prinzip der CO
2
-Assimilation der Photosynthese ... 28
Abbildung 4.1: Technologien zur Konversion von Biomasse... 49
Abbildung 6.1: Holzheizkraftwerk Eckernförde ... 67
Abbildung 6.2: Pyrolyseanlage... 67
Abbildung 6.3: Aufbau der Biogasanlage
... 68
Abbildung 6.4: Blockheizkraftwerk ... 68
Abbildung 6.5: Vorgang des Grasmähens
... 69
Abbildung 6.6: Fermentationsanlage... 69
Abbildung 6.7: Biomassegroßkraftwerk Brista... 71
Abbildung 6.8: Strohbestückung des Förderbandes im Heizkraftwerk Sabro ... 72

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 6 -
Tabellenverzeichnis
Tabelle 2.1: Reserven und Reichweiten fossiler Energieträger... 12
Tabelle 2.2: Potentiale erneuerbarer Energien weltweit... 15
Tabelle 3.1: Elementare Zusammensetzung und Heizwerte verschiedener
Getreidepflanzen... 34
Tabelle 3.2: Elementare Zusammensetzung und Heizwerte verschiedener Gras- und
Schilfpflanzen... 36
Tabelle 3.3: Elementare Zusammensetzung und Heizwerte schnellwachsender
Baumarten... 37
Tabelle 3.4: Dichte, Heizwerte und Zusammensetzung verschiedener biogener
Flüssigbrennstoffe... 39
Tabelle 3.5: Elementare Zusammensetzung verschiedener Holzarten... 42
Tabelle 3.6: Charakteristische Eigenschaften von Biogas und Methan ... 44
Tabelle 3.7: Heizwerte verschiedener biogener und fossiler Brennstoffe... 46
Tabelle 3.8: Flächenenergieertrag verschiedener Energiepflanzen... 47
Tabelle 3.9: Flächenenergieertrag flüssiger biogener Energieträgergruppen... 47

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 7 -
1
Einleitung und Aufbau
Die vorliegende Studienarbeit befaßt sich thematisch mit der ,,Nutzung von Biomasse
zur Energiewandlung in Europa". Das Ziel ist es dabei, die besondere Bedeutung von
Biomasse für die energetische Nutzung zu erörtern und ausgehend von Deutschland
einen länderübergreifenden Bezug zu anderen europäischen Staaten herzustellen.
Wirtschaftliche Aspekte der energetischen Biomassenutzung und eine detaillierte
Betrachtung der daraus resultierenden Emissionen müssen an dieser Stelle bewußt
außen vor gelassen werden. Eine dafür zusätzlich notwendige ausführliche
Untersuchung dieser Themen würde zu stark vom Kern der Arbeit abweichen und den
angestrebten Rahmen überschreiten.
Die Arbeit ist aus sieben aufeinander basierenden Kapiteln aufgebaut, die in ihrer
Reihenfolge dem Leser einen Gesamtüberblick über das Thema vermitteln. Dabei wird
der Rahmen der Arbeit durch die in Deutschland und Europa vorherrschende Energie-
und Umweltsituation sowie die in dieser Hinsicht formulierten politischen Ziele
gebildet. Kapitel 2 gibt dafür zunächst einen allgemeinen theoretischen Überblick über
wichtige Energiebegriffe sowie Grundlagen und stellt das theoretische Potential der
erneuerbaren Energien dar. Am Ende des Kapitels werden als Ergebnis, die mit der
energetischen Nutzung von Biomasse verbundenen Chancen verdeutlicht.
Kapitel 3 untersucht die verschiedenen möglichen Ausprägungsformen der Biomasse
und geht systematisch auf deren biologisches Entstehen sowie auf deren
Nutzungsmöglichkeiten als Energieträger ein. Dabei werden die unterschiedlichen
Biomassearten insbesondere hinsichtlich ihrer Eignungsfähigkeit zur Energiewandlung
betrachtet und einen Eindruck von ihrer energetischen Leistungsfähigkeit vermittelt.
Kapitel 4 stellt insbesondere die verschiedenen möglichen Technologien zur
Energiewandlung von Biomasse dar. Es werden dabei sowohl unterschiedliche
Verfahren erläutert, als auch die entstehenden Formen biogener Energieträger
hinsichtlich ihres Ertrags an nutzbarer Energie untersucht. Darüber hinaus werden auch,
die sich durch eine energetische Nutzung ergebenden Umwelteffekte betrachtet.
Gemeinsam bilden Kapitel 3 und 4 den Kern dieser Studienarbeit.
Kapitel 5 leistet einen zusammenfassenden Überblick über die derzeit in Deutschland
und in der Europäischen Union bestehenden Förderprogramme sowie über die, mit dem
Betrieb von Anlagen zur Energiegewinnung aus Biomasse verbundenen, finanziellen

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 8 -
Förderleistungen. Im Rahmen dieser Arbeit kann hier nur grob der aktuelle Stand
abgebildet werden. Die Betrachtung konkrete Details betreffender Fragen sowie von
Förderprogrammen der Deutschen Bundesländer und der einzelnen europäischen
Staaten würde über die Zielsetzung dieser Arbeit hinaus gehen.
Kapitel 6 stellt exemplarisch verschiedene Beispielanlagen vor, anhand derer ein
Eindruck des aktuellen Standes der Umsetzung von Möglichkeiten zur Nutzung von
Biomasse als Energieträger vermittelt wird. Dabei geben die unterschiedlichen
Praxisbeispiele in dieser Arbeit keinen repräsentativen Überblick, sondern sind jeweils
anhand ihrer Anschaulichkeit und wegen ihrer interessanten Konzeption ausgewählt
worden.
Kapitel 7 zieht abschließend ein Fazit der erarbeiteten Ergebnisse und gibt einen
Ausblick hinsichtlich der energiepolitischen Bedeutung sowie der Entwicklungschancen
von Biomasse zur Energiewandlung.

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 9 -
2
Energiesystematik
Ziel dieses Abschnitts ist es, in Form eines einführenden Überblicks auf die
Energiesituation in Deutschland und Europa einzugehen. Dadurch soll der Rahmen
sichtbar werden, in dem die Bereitstellung von Energie aus Biomasse betrachtet werden
muß.
Zunächst werden jedoch kurz die für das Verständnis der Arbeit notwendigen
Grundbegriffe für das Themengebiet definiert und erläutert.
2.1
Energiebegriffe und Grundlagen
Die Entwicklung des Menschen wurde von je her bestimmt durch technischen
Fortschritt. Einhergehend damit stieg besonders seit dem Ende des Mittelalters der
Energiebedarf der Menschheit stetig an und dies, neben der kontinuierlich steigenden
Zunahme der Weltbevölkerung, insbesondere infolge des Einsatzes arbeitserleichternder
Geräte, Methoden und Prozesse. Deren Grundlage bildet der Einsatz von Energie, die
die Fähigkeit eines Systems Wirkung hervorzubringen und damit Arbeit zu verrichten
beschreibt. Raumwärme, Licht, Mobilität und Information sind ohne Energie nicht
denkbar. Diese und andere Arbeitsfähigkeiten basieren auf dem jeweiligen Einsatz
unterschiedlicher Ausprägungsformen von Energie /vgl. Diek1997, S. 29ff/.
Nachfolgend werden die einzelnen Energieformen und Energieträger sowie die auf der
Erde vorhandene Energiebasis näher untersucht und auf erneuerbare Energiequellen und
deren Potential eingegangen.
2.1.1
Energieformen
Es kann unterschieden werden zwischen mechanischer Energie (differenziert nach
potentieller und kinetischer Energie), chemischer , elektrischer, elektromagnetischer,
magnetischer und thermischer Energie, Kernenergie sowie Strahlungsenergie. Die
einzelnen Energieformen sind entsprechend des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik
durch Wandlungsprozesse ineinander überführbar. Darüber hinaus bleibt die
Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant. Somit kann Energie weder
erzeugt noch zerstört werden /vgl. Diek1997, S. 18ff/.

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 10 -
2.1.2
Energieträger
Stoffe oder physikalische Erscheinungsformen von Energie aus denen direkt oder mit
Hilfe einer oder mehrerer Umwandlungen eine nutzbare Energiedienstleistung
gewonnen werden kann sind Träger der Energie. Entsprechend des Grades der
Umwandlung werden Energieträger eingeteilt in Primär-, Sekundär- und
Endenergieträger. Ihr Energieinhalt gliedert sich dementsprechend in Primär-,
Sekundär- und Endenergie. Die zur Befriedigung individueller Bedürfnisse bereit
stehende und eingesetzte Energie wird als Nutzenergie bezeichnet /vgl. Kalt1997a, S.
8ff/.
Nachfolgend stellt Abbildung 2.1 den Zusammenhang der einzelnen Energiearten
erklärend dar, deren /Quelle: Kalt1997a, S. 9/.
Abbildung 2.1: Energiewandlungskette
Im Folgenden werden die einzelnen Arten von Energieträgern näher erläutert /vgl.
diesen Abschnitt Diek1997, S. 24/.
S
Primärenergieträger sind Stoffe, die noch keiner technischen Umwandlung
unterworfen wurden. Für eine energetische Nutzung bedürfen diese zumeist einer
Überführung in Sekundär- oder Endenergieträger. Zu den Primärenergieträgern
zählen unter anderem Rohöl, Kohle und Uran aber auch Erdwärme, Biomasse,
Solarstrahlung und Windkraft.
Primärenergie
· Umwandlungsverluste
· Verteilungsverluste
· Eigenbedarf
· nicht-energetischer
Verbrauch
· Umwandlungsverluste
· Verteilungsverluste
· Eigenbedarf
· nicht-energetischer
Verbrauch
· Umwandlungsverluste
· Verteilungsverluste
· Eigenbedarf
· nicht-energetischer
Verbrauch
Sekundärenergie
Endenergie
·
Verluste beim
Verbraucher
Nutzenergie
Abbildung 2.1: Energiewandlungskette

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 11 -
S
Sekundärenergieträger können direkt oder durch eine oder mehrere Umwandlungen
in technischen Anlagen aus Primärenergieträgern oder anderen
Sekundärenergieträgern hergestellt werden. Hierbei handelt es sich um vom
Endverbraucher gewünschte und mit Überführungs- oder Verteilungsverlusten
behaftete Umwandlungen in beispielsweise elektrische Energie, Erdgas, Benzin,
Heizöl, Rapsöl oder andere.
S
Endenergieträger stellen jene Stoffe dar, die die Endverbraucher zur Nutzung
beispielsweise in Form von Benzin im Autotank, Fernwärme an der
Hausübergabestation oder Holzhackschnitzel vor der Feuerungsanlage tatsächlich
beziehen. Die Träger von Endenergie entstehen durch vorherige Umwandlung aus
Sekundär- oder Primärenergieträgern, vermindert um die Verluste bei Umwandlung
und Verteilung sowie energetischen und nicht-energetischen Eigenverbrauch.
S
Nutzenergie ist letztendlich die vom Endverbraucher für den eigentlichen Einsatz zur
Befriedigung individueller Bedürfnisse verwendete Energie. Sie stellt den Anteil an
Endenergie dar, der in einer letzten verlustbehafteten Umwandlung beim Einsatz
technischer Geräte die eigentliche Nutzenkomponente gewährleistet. Hierbei ergeben
sich Umwandlungsverluste durch Wärmeabgabe bei der Lichterzeugung mit einer
Glühlampe ebenso, wie durch Reibung bei der Fahrt eines Autos.
2.1.3
Energiebasis
Die auf der Erde insgesamt zur Verfügung stehende Energiebasis setzt sich aus zumeist
endlichen Energievorräten und den weitestgehend regenerativen Energiequellen
zusammen. Dabei ist das Kriterium der Erschöpfbarkeit Hauptunterscheidungsmerkmal
beider. Nachfolgend werden Energievorräte und Energiequellen als Bestandteile der
Energiebasis hinsichtlich ihrer Charakteristika, Zusammensetzung und Reichweiten
untersucht.
2.1.3.1
Energievorräte
Bei der Betrachtung der physisch auf der Erde vorhandenen Energievorräte besteht eine
weitere Möglichkeit der Differenzierung dieser Vorräte in fossile und rezente.

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 12 -
S
Rezente Energievorräte werden durch biologische oder geophysische Prozesse sowie
durch Kombination beider in der Gegenwart gebildet. Hierzu zählen beispielsweise
alle auf der Erde vorkommenden lebenden und abgestorbenen, jedoch noch nicht
fossilen, Organismen mit ihrer Biomasse ebenso, wie die potentielle Energie eines
natürlichen Stausees.
S
Fossile Energievorräte wurden durch biologische oder geologische Prozesse sowie
durch Kombination beider während der geologischen Erdgeschichte gebildet.
Entsprechend ihres biologischen Ursprungs lassen sich fossil biogene Energievorräte
(bspw. Erdgas-, Erdöl- und Kohlelagerstätten) von fossil mineralistischen
Energievorräten (bspw. Uranvorräte und Vorräte an Ausgangsstoffen für
Kernfusionen) unterscheiden, die einen mineralistischen Ursprung aufweisen.
Eine genaue Abschätzung über die absoluten Reichweiten der verschiedenen Arten
fossiler Brennstoffe ist nur schwer möglich. Problematisch dabei ist insbesondere, daß
detailliert lediglich über bereits erkundete Lagerstätten berichtet werden kann.
Prognosen über zukünftige Entdeckungen weiterer Vorräte lassen sich nur vage
abgeben. Gleichzeitig können Voraussagen stets nur unter einer bestimmten Annahme
hinsichtlich der Entwicklung der Förderung betrachteter Ressourcen getroffen werden.
Tabelle 2.1 stellt die geschätzten Energiereserven fossiler Energieträger weltweit für das
Basisjahr 1997 dar. Dabei wird hinsichtlich der Berechnungen von einer dem Jahr 1996
entsprechenden, gleichbleibenden Förderintensität ausgegangen. Als sicher gewinnbare
Reserven gelten Vorräte, die bereits entdeckt oder nachgewiesen sind und deren
Erschließung auch unter technischen, wie wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll
erscheint /vgl. BMWi1999, S. 65ff/.
fossile Energieträger
Kohle
Erdöl
Erdgas
sicher gewinnbare Reserven
558 Mrd. t SKE
(16.411 EJ)
151 Mrd. t RÖE
(6.308 EJ)
152.931 Mrd. m³
(4.779 EJ)
Förderung 1996
3,76 Mrd. t SKE
(110,4 EJ)
3,42 Mrd. t RÖE
(142,6 EJ)
2.508 Mrd. m³
(79,2 EJ)
Reichweite bei heutiger Förderung
169 Jahre
43 Jahre
66 Jahre
zusätzlich gewinnbare Reserven
6.668 Mrd. t SKE
(196.117 EJ)
75,6 Mrd. t RÖE
(3.150 EJ)
226.100 Mrd. m³
(7.066 EJ)
Tabelle 2.1: Reserven und Reichweiten fossiler Energieträger

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 13 -
Die Angaben über die Reichweiten fossiler Energieträger machen deutlich, daß es allein
aus diesem Blickwinkel notwendig erscheint, alternative Möglichkeiten der
Energiewandlung zu untersuchen, aufzugreifen und zu fördern. Mittelfristig sind der
Nutzung fossiler Energieträger absolute Grenzen gesetzt /vgl. diesen Abschnitt
Kalt1997a, S. 9ff/.
2.1.3.2
Energiequellen
In menschlichen Dimensionen gemessene Unerschöpflichkeit zeichnet Energiequellen
aus, wenngleich sie in geologischen Zeiträumen betrachtet endliche Energieströme
darstellen. Technisch kann der kontinuierliche natürliche Prozeß der Bildung von
Energieflüssen der Energiequellen durch den Menschen nicht beeinflußt werden.
Hierbei handelt es sich beispielsweise um Wirkungen wie die der Planetenbewegung
und -gravitation in Form der Gezeiten, die geothermische Energie oder die
Strahlungsfelder der Sonne /vgl. Kalt1997a, S. 9f/.
Folgt man obigen Einteilungen, so sind als regenerativ im eigentlichen Sinn nur
natürlich vorkommende erneuerbare Primärenergieträger zu bezeichnen. Sekundär- oder
Endenergieträger, als Produkte von Umwandlungsprozessen erneuerbarer primärer
Energieträger, können nur in Verbindung mit der Funktionstüchtigkeit der zu ihrer
Umwandlung genutzten technischen Anlagen als regenerativ aufgefaßt werden.
Diese Verfügbarkeit der Technologien und Apparate vorausgesetzt, sollen im Rahmen
dieser Studienarbeit alle Energieträger, die aus regenerativen Primärenergieträgern
resultieren, als erneuerbar betrachtet werden. In der wissenschaftlichen Literatur wird
dies zumeist ebenso gehandhabt, worauf zum Verständnis dieser Studienarbeit
hingewiesen werden soll.
2.1.4
Erneuerbare Energiequellen
Nutzbare Energieströme liefern die erneuerbaren Energien aus drei unterschiedlichen
Primärenergiequellen, aus der Erdwärme, der Gezeitenenergie und der Energie der
Sonne. Diese drei Primärquellen regenerativer Energie bilden in ihrem Zusammenspiel
und einhergehend mit natürlichen Umwandlungsprozessen in der Erdatmosphäre die
Ursache für die Energieströme anderer erneuerbarer Energien.

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 14 -
Die Sonne ist dabei die bedeutendste Primärquelle für nutzbare Energieströme auf der
Erde. Sie bestimmt ursächlich beispielsweise den gewinnbaren Energieinhalt aus
Biomasse, die Meeresströmungsenergie, die Wasserkraft und die Windenergie.
Abbildung 2.2 gibt einen Überblick über den Zusammenhang der primären
Energiequellen und die verschiedenen Möglichkeiten zur Nutzung des daraus
resultierenden Angebots erneuerbarer Energien /vgl. CMA1997, S. 5/.
Abbildung 2.2: Nutzungsmöglichkeiten erneuerbarer Energien
Wasserkraft
Verdunstung, Niederschlag,
Schmelzen
Wasserkraftwerke
Windkraft
Atmosphärenbewegung
(Wind)
Wellenbewegung
Windenergiekonverter
Wasserkraftwerke
Solar-
Strahlung
Meeresströmung
Meeresströmungs-
kraftwerke
Erwärmung von Erd-
oberfläche und Atmosphäre
Meereswärme-
kraftwerke
Wärmepumpen
Solarstrahlung
Kollektor, solar-
thermisches Kraftwerk
Solarzelle, photo-
voltaisches Kraftwerk
Photolyse
Biomasse
Biomasseproduktion
Heizkraftwerke
Konversionsanlagen
Sonne
Geothermik
Geothermik
geothermische
Heizkraftwerke
Erde
Gravitation
Gezeiten
Gezeitenkraftwerke
Mond
Wärme
Brenn-
stoffe
Wärme
Wärme
Strom
Strom
Strom
Strom
Strom
Strom
Strom
Strom
Strom
Brenn-
stoffe
Wärme
Primär-
energiequellen
bekannte Arten
von
Energieströmen
natürliche
Energiewandlung
technische
Energiewandlung
Sekundär-/
Endenergie
Abbildung 2.2: Nutzungsmöglichkeiten erneuerbarer Energien

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 15 -
Charakteristisch für die direkt oder indirekt aus den drei Primärenergiequellen
resultierenden Energieströme sind wesentliche Unterschiede hinsichtlich der
Energiedichte sowie der räumlichen und zeitlichen Angebotsvariation. Gerade durch das
oftmals stark wechselnde Angebot regenerativer Energien gestaltet sich deren Nutzung
aufwendiger als beispielsweise die fossiler Energieträger. Die stetige, ausreichende
Verfügbarkeit erneuerbarer Energien, orientiert am variierenden Bedarf der
Endverbraucher, kann hierbei oft nur durch einen umfangreichen Einsatz von
Energiespeichern gewährleistet werden. Die energietechnische Nutzung von Biomasse
und Wasserkraft bilden hierbei Ausnahmen /vgl. diesen Abschnitt Quasch1998, S.22ff/.
2.1.5
Potential erneuerbarer Energiequellen
Betrachtet man das jährliche theoretische Gesamtangebot an regenerativer Energie auf
der Erde, so übertrifft dies den gesamten jährlichen Weltenergiebedarf um
Größenordnungen. Der Bedarf an Primärenergie betrug weltweit im Jahr 1999 etwa 356
EJ /vgl. BP2000, S. 37/. Im Gegensatz dazu ergibt sich das weltweite jährliche
Energieangebot erneuerbarer Energien, aufgeschlüsselt auf die einzelnen regenerativen
Energieträger, wie Tabelle 2.2 entnehmbar /vgl. Kalt1993, S. 5/.
Primärquellen regenerative Energieträger
theoretisches Potential
technisches Potential
Solarstrahlung
2.500.000 EJ
600 EJ
Windkraft
100.000 EJ
100 EJ
Biomasse
3.000 EJ
190 EJ
Sonne
Wasserkraft
450 EJ
134 EJ
Erde
Geothermik
1.000 EJ
64 EJ
Mond
Gravitation
100 EJ
keine Angaben
Summe
2.604.550 EJ
1.088 EJ
Tabelle 2.2: Potentiale erneuerbarer Energien weltweit
Bei den angegebenen Werten handelt es sich um überschlägige Berechnungen, die einen
Eindruck über die Größenordnung und damit das Potential regenerativer Energien geben
sollen.
Tabelle 2.2 zeigt, daß die Sonne den wesentlichen Beitrag als Primärquelle leistet,
sowohl theoretisch als auch technisch. Dabei wird für die Ermittlung des theoretischen

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
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Potentials das über den Betrachtungszeitraum und die Region gesamte theoretisch
physikalisch nutzbare Energieangebot einbezogen. Der vorhandene technologische
Wissenstand bildet hinsichtlich der praktischen Nutzungsmöglichkeiten die Abgrenzung
zum technischen Potential.
Beide Potentialwerte für die Summe regenerativer Energien übertreffen den
gegenwärtigen weltweiten jährlichen Bedarf an Primärenergie. Um aber eine generelle
Aussage über die Substituierbarkeit der bisherigen Techniken zur Energieerzeugung
durch regenerative Energien treffen zu können, sind darüber hinaus weitere gegebene
Rahmenbedingungen (bspw. ökonomische, strukturelle, politische) zu berücksichtigen.
Dies kann und soll an dieser Stelle nicht untersucht werden. Im Rahmen der
vorliegenden Arbeit soll an dieser Stelle ein Eindruck über bestehende Energiegrößen
vermittelt werden /vgl. Kalt1993, S. 4ff/.
2.2
Energiesituation
Der Wohlstand unserer Gesellschaft, genauer der Industriestaaten, ist eng geknüpft an
einen hohen Energiebedarf. Dieser kann als erstes Kennzeichen für einen wirtschaftlich
hohen Entwicklungsgrad eines Landes gelten, wenngleich stets die Energieeffizienz
berücksichtigt werden muß.
Das plakative Streben nach Wirtschaftswachstum führte im 20. Jahrhundert aus diesem
Grund zu verschwenderischen Auswüchsen im Umgang mit Energie. Erst mit den
beiden Ölkrisen in den 70-er Jahren des 20. Jahrhunderts kam es zu einem bewußteren
Energieumgang. Dieses Umdenken in Politik und Gesellschaft war durch die
zunehmende Vergegenwärtigung der mit der Energiewandlung aus fossilen
Energieträgern verbunden Umweltfolgen bedingt.
Der steigende weltweite Energiebedarf und die daraus resultierende drohende Zunahme
an Umweltbelastungen bilden die echte Herausforderung für die Menschheit im 21.
Jahrhundert. Dabei stellen der wachsende Erkenntnisstand, die verstärkte
Problematisierung des Umweltschutzes und das drohende Ende fossiler Energievorräte
den Rahmen der Betrachtung der Energiesituation in Deutschland und Europa dar und
sensibilisieren gleichzeitig für alternative Nutzungsmöglichkeiten zur
Energiewandlung/vgl. Quasch1998, S.6ff/.

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 17 -
2.2.1
Energiesituation Deutschland
Als Industriestaat weist Deutschland einen, verglichen mit dem Weltdurchschnitt, hohen
Energieverbrauch auf. Der weltweite Bedarf an Primärenergie betrug 1998 etwa 356 EJ.
Allein auf Deutschland entfielen dabei mit 14,32 EJ ungefähr 4,0 % /vgl. BMWi1999,
S. 4ff/. Betrachtet man dies vor dem Hintergrund, daß gerade die bevölkerungsreichen
Staaten Afrikas oder Südamerikas einen großen Nachholbedarf hinsichtlich
wirtschaftlicher Entwicklung aufweisen, so werden die möglichen zukünftigen
Dimensionen des weltweiten Primärenergiebedarfes deutlich.
Dem globalen Trend eines ansteigenden Bedarfs an Primärenergie entgegenlaufend, ist
in Deutschland hingegen seit Beginn der 90-er Jahre des 20. Jahrhunderts sogar eine
Tendenz leicht sinkenden Verbrauchs zu erkennen. Dies erklärt sich im wesentlichen
mit dem Zusammenbruch der Wirtschaft in den Neuen Bundesländern. Um diesen
Effekt bereinigt war der Bedarf an Primärenergie in Deutschland etwa über die letzten
20 Jahre betrachtet nahezu konstant.
Abbildung 2.3 verdeutlicht die Anteile einzelner Energieträger an der Deckung des
Primärenergieverbrauchs in Deutschland im Zeitverlauf /Quelle: BMWi1999, S. 21/.
Abbildung 2.3: Anteile einzelner Energieträger am Primärverbrauch
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
Jahre
Anteile in Prozent
Mineralöl
Steinkohle
Braunkohle
Erdgas
Kernenergie
Wasserkraft, Windkraft
sonstige regenerative
Abbildung 2.3: Anteile einzelner Energieträger am Primärverbrauch

Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
- 18 -
Aus Abbildung 2.3 wird eine Verschiebung der Bedeutung der einzelnen Energieträger
deutlich. Somit läßt sich, über die letzten Jahre betrachtet, eine Tendenz zum
verstärkten Einsatz von Erdgas zu Lasten des Einsatzes von Kohle erkennen.
Gleichzeitig stieg der Beitrag der regenerativen Energieträger leicht. Nachfolgend soll
in Abbildung 2.4 der Anteil erneuerbarer Energien an der Gewinnung von
Primärenergie für das Basisjahr 1995 weiter aufgeschlüsselt werden /Quelle:
McChes1997, zitiert nach FoJü1998, 23ff/.
Abbildung 2.4: Beitrag erneuerbarer Energieträger zum Primärenergieverbrauch in Deutschland 1995
Aus Gründen einer geforderten Vergleichbarkeit der Anteile von Deutschland und
Europa wird bei der Betrachtung im Rahmen dieser Arbeit mit der Studie TERES II
eine einheitliche und das gleiche Bezugsjahr betrachtende Quelle verwendet. Damit sind
übereinstimmende Erhebungsmethoden und Statistiken gewährleistet. Das Jahr 1995
bietet diesbezüglich die aktuellsten Daten.
Mit insgesamt 203,5 PJ betrug der Anteil regenerativer Energien an dem
Primärenergieverbrauch in Deutschland 1995 etwa 1,4 %. Die Biomasse, mit den
möglichen Ausprägungsformen fest, flüssig und gasförmig sowie in Form von Abfällen,
leistete dabei mit fast 63,8 % den bedeutendsten Beitrag. Der Anteil von Wasserkraft
1,27%
0,69%
2,48%
44,12%
17,67%
32,33%
0,57%
0,01%
0,84%
Wasserkraft
Biomasse, fest
Biomasse, flüssig
Biomasse, gasförmig
Biomasse, Müll
Windkraft
Photovoltaik
Solarthermie
Geothermie

Details

Seiten
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2000
ISBN (eBook)
9783832468477
ISBN (Paperback)
9783838668475
DOI
10.3239/9783832468477
Dateigröße
1.6 MB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Technische Universität Berlin – Elektrotechnik, Elektrische Energietechnik
Erscheinungsdatum
2003 (Mai)
Note
1,7
Schlagworte
energietechnik energie bioenergie
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Titel: Nutzung von Biomasse zur Energiewandlung in Europa
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