Biomasse-Kraftwerke
Die thermische Nutzung (Verbrennung) von Biomasse ist die älteste Form bewusster Energieerzeugung durch den Menschen. Seit einigen Jahren genießt sie erneut hohe Aufmerksamkeit, denn Biomasse ist ein nachwachsender Rohstoff, und ihre Verbrennung ist klimaneutral. Zwar setzt auch das Verfeuern von z. B. Holz Kohlendioxid (CO2) frei, doch wird es während des Heranwachsens von neuem Holz wieder in die Biomasse eingebaut. Die Zyklusdauer dieses geschlossenen CO2-Kreislaufs beträgt bei Gräsern ein Jahr, bei schnell wachsenden Hölzern sind es 25 bis 30 Jahre.
Brennstoff Biomasse
Zum Verbrennen von Biomasse in Kraftwerken sind z. B. Holz- und Strohabfälle aus Land- und Forstwirtschaft geeignet, die andernfalls verrotten oder ohne direkten energetischen Nutzen verbrannt würden. Andere Pflanzenreste sind interessant, wenn sie in genügender Menge bei der Verarbeitung von Agrarprodukten anfallen. So dient in Zuckerrohranbaugebieten die Bagasse als Brennstoff. Auch eigens zur Verbrennung angebaute Pflanzen kommen infrage, wie z. B. Chinaschilf oder Elefantengras, ebenso Pappeln und Weiden.
In Deutschland würden allein die Reststoffe hinreichen, zwischen 3 und 5 % des Primärenergiebedarfs zu decken.Bislang ist es noch nicht einmal 1 %. Motivation ist aber meist nicht der energetische Nutzen, viel öfter handelt es sich um die Entsorgung störender Abfälle (z. B. in der Holzindustrie). Den höchsten Anteil in Europa hält Österreich, wo rund 12 % des Primärenergieverbrauchs aus Biomasse stammen, vor allem aus Holz.
Trotz der Vorteile hat die Nutzung von Biomasse Grenzen. Erstens ist für den Anbau von Pflanzen eigens zur thermischen Nutzung ein hoher Einsatz an Dünger oder Treibstoff nötig und zweitens ist der Heizwert von Biomasse dem der Steinkohle weit unterlegen. Zudem sind wegen der geringen Dichte viel höhere Volumenströme zu bewältigen. Das schließt weite Transportwege aus. Setzt man den Nutzen ins Verhältnis zu den Treibstoffkosten, so ist ein Radius von 30 km um den Standort noch akzeptabel, wo der Brennstoff gesammelt und zum Kraftwerk gebracht wird.
Feuerungstechniken
Biomasse eignet sich im Prinzip für solche Feuerungssysteme, die für feste Brennstoffe ausgelegt sind. Da die Bereitstellung des nötigen Brennstoffs aber recht aufwendig ist, ist eine thermische Leistung von 50-100 MW das Maximum für Anlagen, die allein mit Biomasse beaufschlagt werden.
Anlagen dieser Leistungsklasse liefern (meist in Kraft-Wärme-Kopplung) Wärme, Prozessdampf und Strom. Im Bereich von 1-10 MW überwiegen die Rostfeuerungen, bei Anlagen oberhalb von 10 MW ist auch die Wirbelschichtfeuerung interessant. Liegt der Brennstoff schon in sehr feiner Form vor (z. B. Abfälle aus der Holz verarbeitenden Industrie), so lassen sich ebenso Staubfeuerungen einsetzen. Auch eine Kombination verschiedener Techniken kann für bestimmte Biomassen sinnvoll sein.
Im unteren und mittleren Bereich sind Schachtfeuerungen (20-250 kW) und Unterschubfeuerungen (von 20 kW bis 2 MW) gebräuchlich. Während die erste vornehmlich von Hand mit Holzstücken, Holzschnitzeln und Spänen geschürt wird, verfeuert die zweite fast vollautomatisch Hackschnitzel, Späne und bedingt auch Holzstaub. Hier beschickt eine Förderschnecke die Brennraummulde kontinuierlich mit Biomasse aus dem Silo, die bei Zugabe von Primärluft entgast wird. Anschließend steigen die Pyrolysegase durch die Glutschicht auf, entzünden sich dabei und brennen im Feuerraum vollständig aus. Die gut dosierbare Brennstoff- und Luftzufuhr erlaubt es, den Ausstoß von Schadstoffen gering zu halten.
Biomasse in konventionellen Kraftwerken
Wegen der schwierigen Brennstofflogistik liegt die typische Anlagengröße reiner Biomasse-Kraftwerke zwischen 1 und 10 MW. Solche im Vergleich zu konventionell befeuerten Kraftwerken recht kleinen Anlagen passen gut in dezentrale Versorgungskonzepte, etwa für Dörfer. Allerdings hat man dabei mit einer Reihe von Nachteilen zu kämpfen. Stroh als Brennstoff sorgt beispielsweise für Lagerprobleme, da die ganze Menge im Herbst anfällt. Daher ist der Einsatz von Biomasse als zusätzlicher Brennstoff in bestehenden Kohlekraftwerken oft günstiger. Der Grundbedarf wird durch Kohle gedeckt, je nach Bedarf kann man zusätzlich mit Biomasse verbrennen. Das ist grundsätzlich machbar, zu den optimalen Betriebsparametern laufen noch Forschungen. Eigene Lager- und Aufbereitungsanlagen für Holz oder Stroh braucht man aber auch hier.
Man kann Biomasse auch zur Kraft-Wärme-Kopplung in Blockheizkraftwerken nutzen. Dafür werden Holzschnitzel in einem atmosphärischen Wirbelschichtreaktor vergast. Mit diesem Gas lässt sich dann ein Gasmotor betreiben, der Strom und Wärme erzeugt.