rEnergy Basics  Biomasse: Nutzung, Vorteile & Nachhaltigkeit

Biomasse zählt zu den ältesten Energieformen der Menschheit und spielt bis heute eine wichtige Rolle im Energiesystem. Sie ist vielseitig, speicherbar und kann sowohl Strom als auch Wärme sowie Kraftstoffe bereitstellen. 

Die Energiewende verfolgt das Ziel, die Energieversorgung nachhaltiger zu gestalten und den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Dabei spielen erneuerbare Energien wie Windkraft, Solarenergie, Wasserkraft und Biomasse eine zentrale Rolle. 

Biomasse nimmt dabei eine besondere Stellung ein, da sie nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch für Wärme und Kraftstoffe genutzt werden kann. Zudem ist sie speicherbar und flexibel einsetzbar. 

Was ist Biomasse?

Der Begriff Biomasse umfasst alle biologisch abbaubaren Stoffe aus der Landwirtschaft (pflanzlichen und tierischen Ursprungs), der Forstwirtschaft sowie aus Fischerei, Aquakultur und verwandten Branchen. Sie entsteht durch natürliche biologische Prozesse, vor allem durch das Wachstum von Pflanzen mittels Photosynthese.

Zu Biomasse gehören beispielsweise Holz und Holzreste, Energiepflanzen wie Mais, Raps oder Miscanthus, Stroh und andere Ernterückstände, Garten- und Grünabfälle, tierische Exkremente (zum Beispiel Gülle) sowie Bioabfälle aus Haushalten und der Lebensmittelindustrie. 

Wie wird aus Biomasse Energie gewonnen?

Aus Biomasse kann Energie auf verschiedene Arten gewonnen werden. Die wichtigsten Verfahren sind:

Verbrennung

Biomasse wie Holz, Holzpellets oder Stroh wird direkt verbrannt. Die dabei entstehende Wärme kann zum Heizen von Gebäuden oder zur Stromerzeugung in Biomassekraftwerken genutzt werden.

Vergärung zu Biogas

Organische Stoffe wie Gülle, Mais oder Bioabfälle werden in einer Biogasanlage unter Sauerstoffausschluss von Mikroorganismen zersetzt. Dabei entsteht Biogas, das hauptsächlich aus Methan besteht. Dieses Gas kann verbrannt werden, um Strom und Wärme zu erzeugen, oder zu Biomethan aufbereitet und ins Gasnetz eingespeist werden.

Herstellung von Biokraftstoffen

Bestimmte Pflanzen werden zu flüssigen Kraftstoffen verarbeitet:

• Biodiesel aus Pflanzenölen (z. B. Raps)
• Bioethanol aus zucker- oder stärkehaltigen Pflanzen (z. B. Mais oder Zuckerrüben)

Diese Kraftstoffe können fossile Kraftstoffe teilweise ersetzen.

Thermochemische Verfahren

Biomasse kann auch unter hohen Temperaturen umgewandelt werden:

• Vergasung: Es entsteht ein brennbares Synthesegas.
• Pyrolyse: Unter Sauerstoffmangel entstehen Bioöl, Gase und Pflanzenkohle.

Diese Verfahren werden vor allem industriell eingesetzt.

Welche Arten von Biomasse gibt es?

Biomasse lässt sich unter anderem nach ihrem Aggregatzustand unterteilen: feste, flüssige und gasförmige.

Feste Biomasse

Feste Biomasse umfasst alle festen, organischen und biologisch abbaubaren Stoffe pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, die als erneuerbare Energieträger dienen. Dazu zählen Holz, Stroh und Heu.

Flüssige Biomasse

Flüssige Biomasse umfasst flüssige, organische Stoffe aus Pflanzen oder Abfällen, die als Energieträger für Kraftstoffe, Strom oder Wärme dienen. Dazu zählen Pflanzenöle, Biodiesel sowie Bioethanol. Vorteil: In flüssiger Form lässt sich Bioenergie mit höherer Energiedichte speichern als in fester oder gasförmiger Form.

Gasförmige Biomasse 

Gasförmige Biomasse bezeichnet brennbare Gase, die aus der Zersetzung oder Umwandlung von organischem Material entstehen und als erneuerbare Energiequelle dienen. Dazu zählen unter anderem Biogas und Biomethan. Biogas wird zu einem großen Teil aus speziell zu diesem Zweck angebauten Energiepflanzen gewonnen, vor allem aus Mais.

Was sind die Vorteile von Biomasse?

Biomasse ist vielseitig nutzbar. „Als Treibstoff im Verkehr, zur Erzeugung von Heizwärme in Haushalten, von Prozesswärme in der Industrie und zur Stromerzeugung, wobei die Strom- und Wärmeerzeugung gekoppelt erfolgen kann", so fasst es das Umweltbundesamt zusammen“, fasst es Umweltbundesamt zusammen.

Die Nutzung von Biomasse kann somit viele Vorteile haben: Sie bietet eine Alternative zu fossilen Brennstoffen und setzt bei der Verbrennung nur so viel klimaschädliches Kohlendioxid (CO₂) frei, wie bei ihrem Wachstum in der Pflanze gebunden wurde.

Hinzu kommt: Biomasse ist anders als Solar- oder Windenergie nicht davon abhängig, ob gerade die Sonne scheint oder der Wind weht. Für Landwirte kann zu zudem ein zusätzliches Einkommen generieren und somit die Entwicklung im ländlichen Raum stärken. Schon jetzt findet in vielen ländlichen Gegenden Biomassenutzung statt.

Gibt es auch Nachteile?

Demgegenüber stehen aber auch Nachteile. So steht Biomasse beispielsweise nicht unbegrenzt zur Verfügung – unter anderem, weil die Flächen für den Anbau von Pflanzen für die energetische Nutzung nicht für den Anbau von Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen. Das heißt, der Anbau von Energiepflanzen kann zu einem Konflikt führen, der häufig mit den Schlagworten „Tank oder Teller“ beschrieben wird.

Dieser Konflikt ist nicht auf die Biomasse-Nutzung hierzulande beschränkt. Steigt die Nachfrage nach Biomasse als klimafreundlicher Alternative zu fossilen Rohstoffen, kann das auch Folgen für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion weltweit haben. 

Die Nutzung von Biomasse ist daher nicht immer ökologisch sinnvoll, die Nachhaltigkeit ist umstritten. Das Bundesamt für Naturschutz warnt, dass es schon jetzt in Deutschland Flächenkonkurrenzen gebe.

Wie sinnvoll ist die Nutzung von Biomasse?

Biomasse ist besonders sinnvoll, wenn vorhandene organische Reststoffe genutzt werden und die Erzeugung nachhaltig erfolgt. Weniger sinnvoll ist sie, wenn große Flächen ausschließlich für Energiepflanzen benötigt werden oder wertvolle Ökosysteme dadurch beeinträchtigt werden. Biomasse wird daher meist als ergänzender Baustein einer nachhaltigen Energieversorgung betrachtet, nicht als alleinige Lösung.

Das liegt auch an ihrem Wirkungsgrad, also die Menge an Energie, die auf einer bestimmten Fläche gewonnen wird. „Die Biomasse ist die mit Abstand ineffizienteste Nutzungsform von erneuerbaren Energien“, sagt beispielsweise Volker Quaschning, Professor für Regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin. Ihr Wirkungsgrad liege bei 0,5 bis 1 Prozent.

Zum Vergleich: Bei Solarmodulen beträgt der Wirkungsgrad Quaschning zufolge etwa 20 Prozent. Das Umweltbundesamt kommt ebenfalls zu dem Schluss, dass Windkraft und Sonnenenergie bei der Flächeneffizienz der Biomasse deutlich überlegen sind.

Einsatz von Biomasse in der Industrie

Grundlegend lässt sich der Einsatz von Biomasse in drei Ebenen unterteilen:

• Strukturell (Primär- oder Reststoffe), in dem Pflanzenstoffe oder -fasern wegen ihrer Eigenschaften als Ausgangsstoff für die Produktion eingesetzt werden
• Stofflich, indem Biomasse chemisch umgewandelt wird, um den Kohlenstoffbedarf von Industrieprozessen zu decken
• Energetisch, indem Biomasse oxidiert wird, um Strom- oder Wärmebedarfe als Substitution für fossile Brennstoffe zu decken

Biomasse wird bereits in vielen Industriezweigen zur Erzeugung von Wärme, Strom oder Prozessenergie eingesetzt. Besonders verbreitet ist ihr Einsatz dort, wo ohnehin organische Reststoffe anfallen, zum Beispiel in den Bereichen Holz- und Papierindustrie, Lebensmittel und Landwirtschaft.

Nachhaltigkeit

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Sinnvoll ist der Einsatz laut Experten zudem dort, wo fossile Brennstoffe schwer zu ersetzen sind. Dazu zählen die stoffliche Nutzung in der Chemieindustrie, die Reduktion in der Stahlherstellung oder der Ersatz von Grafitelektroden in der Aluminiumproduktion. Auch für Hochtemperaturprozesse wie in der Zement- und Kalkindustrie eröffnet Biomasse Potenziale, insbesondere wenn CO2-Abscheidung ohnehin notwendig ist.

Fazit & Ausblick

Biomasse ist ein vielseitiger und erneuerbarer Energieträger, der zur Erzeugung von Wärme, Strom und Kraftstoffen genutzt werden kann. Gleichzeitig sind die Potenziale der Biomasse begrenzt. 

Der Anbau von Energiepflanzen kann zu Flächenkonkurrenz mit der Lebensmittelproduktion führen und negative Auswirkungen auf Umwelt und Biodiversität haben. Daher sind eine nachhaltige Erzeugung und Nutzung entscheidend, um die ökologischen Vorteile der Biomasse tatsächlich zu erreichen.

Und dennoch: In Zukunft könnte Biomasse eine wichtige Rolle im Energiesystem spielen – jedoch voraussichtlich als Ergänzung zu anderen erneuerbaren Energien. Der Schwerpunkt wird zunehmend auf der Nutzung von Rest- und Abfallstoffen sowie auf innovativen Technologien liegen.