Biomasse: Ein nachwachsender Rohstoff
Der Begriff Biomasse wird nicht immer einheitlich gebraucht. Man versteht darunter eine Reihe unterschiedlicher Substanzen biogenen Ursprungs, häufig eingeschränkt auf die Pflanzenwelt. Damit ist Biomasse ein nachwachsender Rohstoff, dessen Energiegehalt sich vielfältig nutzen lässt. Genau besehen handelt es sich dabei um gespeicherte Sonnenenergie, die während des Wachstums der Pflanzen in Zellmaterial umgesetzt wurde.
In der Praxis bezeichnet der Begriff Biomasse jedoch häufig auch organische Abfälle, die z. B. bei der Verarbeitung pflanzlichen Materials anfallen, etwa Stroh und Holzreste in Land- und Forstwirtschaft. Die Lebensmittelindustrie ist eine weitere wichtige Quelle, auch Hausmüll sowie tierische und menschliche Exkremente enthalten Biomasse.
Die Verfahrenstechnik bietet verschiedene Möglichkeiten, Biomasse energetisch zu nutzen. Die einfachste und älteste Methode ist es, sie zu trocknen und zu verbrennen. Man kann sie aber auch zuvor vergasen oder vergären.
Vergasung
Unter Vergasung versteht man die Umwandlung eines festen oder flüssigen Stoffes in brennbare Gase. Bei der Vergasung von Biomasse entsteht aus der zerkleinerten Masse unter Luftzufuhr ein Gasgemisch, das 47 % Stickstoff, ferner 18 % Wasserstoff, 2 % Methan, 23 % Kohlenmonoxid und 10 % Kohlendioxid enthält.Die Biomasse darf bei diesem Prozess feuchter sein als beim Verbrennen.
Die meisten Vergaser arbeiten nach dem Gleichstrom- oder dem Gegenstromprinzip. Beim einen strömt das entstehende Schwelgas in Richtung des Brennstoffs, beim andern entgegengesetzt. Beide Anlagentypen werden von oben mit Biomasse beschickt, die nacheinander eine Trocknungszone, eine Schwelzone und eine Verkohlungszone durchläuft. Die dabei gebildete Holzkohle verbrennt mit der eingeblasenen Luft in der Oxidationszone teils zu Kohlendioxid. Je nach Verfahren werden dabei Temperaturen von über 1000 ºC erreicht. Freier Kohlenstoff reagiert in der Reduktionszone mit Luftsauerstoff zum brennbaren Kohlenmonoxid.
Während im Gleichstromverfahren allenfalls 65 % der Biomasse vergast werden können, erreicht die Gasausbeute im Gegenstromverfahren 75 %. Allerdings entstehen bei diesem Prozess auch mehr Schadstoffe, denn hier durchlaufen die Schwelgase keine heiße Zone mehr, in der Schadstoffe abgebaut werden. Diese müssen ausgewaschen und das Abwasser gesondert behandelt werden. Das entfällt beim Gleichstromverfahren. Hier durchlaufen die Schwelgase die Oxidationszone, und dabei entstehen aus Schadstoffen wie Phenolen und Teer ebenfalls brennbare Gase. Es ist möglich, die Vorteile beider Verfahren zu kombinieren. So sind Umwandlungsraten von 85 % erzielbar.
Vergärung
Im Gegensatz zur Vergasung entsteht bei der Vergärung von Biomasse unter Luftabschluss Biogas. Im Gärbehälter wandeln Bakterien die organischen Bestandteile des Substrats in Biogas um. Der Prozess verläuft umso schneller, je wärmer das Substrat ist. Gewöhnlich stellt man die Temperatur auf 30-35 ºC ein, was eine Faulzeit von 25 bis 30 Tagen nach sich zieht. Ein Rührwerk durchmischt die Substanz und sorgt so für überall gleiche Temperatur. Zudem verhindert der Rührvorgang das Aufschwimmen leichterer Inhaltsstoffe und damit Schichtbildung im Substrat. Das entstehende Biogas enthält rund 60 % Methan und ca. 40 % Kohlendioxid; in Spuren sind außerdem Wasserstoff und Schwefelwasserstoff vertreten. Nach einer Reinigung kann man das Gas in Leitungen einspeisen und verbrauchen, z. B. in Gasherden, für die Heizung oder zur Warmwasserbereitung. Beschickt man damit einen Gasmotor, lässt sich über einen Generator auch Strom erzeugen. Das ausgefaulte Substrat ergibt Dünger. Energetisch entspricht 1 m3 Biogas ca. 0,6 l Heizöl.
Für die Vergärung kommt vor allem Gülle infrage, wie sie bei der Tierhaltung anfällt. Je Großvieheinheit, z. B. ein Rind von 500 kg Lebendgewicht, ist pro Tag eine Gasausbeute von maximal 1,5 m3 erzielbar. Biogasanlagen sind daher besonders im landwirtschaftlichen Umfeld interessant. Sie können Einzelhöfe oder über ein gemeinsames Netz, in das Gas aus mehreren Gärbehältern zugeführt wird, mehrere Höfe versorgen. Auch Zentralanlagen sind möglich, bei denen die Gülle zum Gärbehälter eines großen Verbrauchers herangefahren wird. Die Wirtschaftlichkeit fordert einen möglichst gleichen Gasbedarf im Jahresverlauf.
Eine Variante des Biogases ist Deponiegas, das durch Vergären von Müll entsteht. Es bildet sich unter Luftabschluss in Deponien und lässt sich in Gasbrunnen auffangen. Im ersten Jahrzehnt des Deponiebetriebs bringt eine Tonne Hausmüll im Schnitt 10 m3 Gas hervor. Man kann es direkt auf der Deponie verstromen oder zur Strom- und Wärmeerzeugung an Gasmotoren großer Verbraucher leiten. Auch direktes Einspeisen in eine Erdgasleitung ist möglich.