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Mit viel Energie das „Multitalent“ Biogas forcieren

Komplexe Themen wie EAG, TWh, Klimawandel – und was Biogas dazu beitragen kann.

Lesezeit: ca. 9 min

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Ab 2030 soll der Gesamtstromverbrauch in Österreich zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden. Dieses Ziel will die Regierung mit dem Erneuerbaren-Ausbau-Gesetz (EAG) erreichen, dessen Begutachtungsfrist (für den Gesetzesentwurf) am 28.10. endete und das am 1.1.2021 in Kraft treten soll. Zwar gibt es ziemlich breite Zustimmung dafür, doch steckt der Teufel (wieder einmal) in den Details …

Aktuell liegt der Stromverbrauch hierzulande bei ungefähr 70 Terawattstunden (TWh) pro Jahr, rund 70 Prozent stammen bereits aus erneuerbaren Quellen. Bis 2030 wird der Strombedarf allerdings weiterwachsen und soll zudem zu 100 Prozent „sauber“ sein. Deshalb soll mit dem Gesetz das Fördersystem auf neue Beine gestellt werden, damit zu den bisherigen 54 TWh zusätzlich 27 TWh erzeugt werden können, um den steigenden Strombedarf zu stemmen und die Stromproduktion aus fossilen Quellen auf nahezu null zu fahren. Verteilt werden die 27 TWh laut EAG-Entwurf auf Fotovoltaik (elf), Windkraft (zehn), Wasserkraft (fünf) und Biomasse (eine TWh).

Für die einzelnen Pläne werden in den kommenden neun Jahren insgesamt zehn Milliarden Euro Förderungen ausgeschüttet. Die Kosten von durchschnittlich rund einer Milliarde Euro pro Jahr werden die Stromkunden auf ihren Rechnungen wiederfinden – bis dato waren das „nur“ 700 bis 760 Millionen. Mit den Förderungen, die sich je nach den unterschiedlichen Erzeugungstechnologien differenzieren, sollen aber bis zu 30 Milliarden an Investitionen in Österreich motiviert werden.

So soll Biomasse in unterschiedlichen Klassen mit Marktprämien gefördert werden, nämlich unterschiedlich für Anlagen bis zu 50 Kilowatt (kW), 50 bis 500 kW und 500 kW bis 5 MW. Bestandsanlagen bekommen Marktprämien bis zum Ablauf der Lebensdauer (maximal 30 Jahre). Anlagen mit einer Leistung von 500 kW bis 5 MW erhalten eine Marktprämie, die durch eine Ausschreibung ermittelt wird. Bereits bestehende Biogasanlagen, die aus alten Fördertarifen herausfallen, werden weiter unterstützt, bis ein Gesetz für „grünes Gas“ in Kraft tritt. Neue Anlagen bis zu einer Größe von 150 kW werden auch für die Einspeisung von Ökostrom gefördert.

„Grünes Gas“ wird massiv vermisst!

Hier kommt Biogas ins Spiel – oder sollte ins Spiel kommen, denn „Greening the gas ist ein Schlagwort, das mir im Erneuerbaren-Ausbau-Gesetz noch komplett fehlt“, kritisiert der Vorsitzende der Agrarlandesräte-Konferenz (LARK), Josef Schwaiger. Das sei „in vielen Bereichen der einzig logische Weg, um aus fossilen Energieträgern auszusteigen“. Auch Gas Connect Austria äußerte ähnlich – dennoch soll „grünes Gas“ erst NACH dem EAG zum Thema werden.

Dies ist nicht wirklich einsichtig, denn „grünes Gas“ könnte bzw. sollte DER Wegbegleiter der Energiewende sein. Sein Potenzial umfasst nach aktuellen Berechnungen mindestens zwei Milliarden Kubikmeter Gas. So viel Energie benötigt derzeit eine Million Haushalte, um in einem Winter zu heizen und Warmwasser aufzubereiten. Damit könnte Österreich sogar seinen gesamten Gasbedarf mit Holz- und Biogas aus Brache Flächen und ungenütztem Grünland und Wasserstoff decken.

Bio­gas ist ein en­er­gie­rei­ches Gas, das unter an­ae­ro­ben Be­din­gun­gen durch bio­lo­gi­sche und che­mi­sche Pro­zes­se er­zeugt wird (2009/28/EG). Ab­hän­gig von der Zu­sam­men­set­zung des ver­ar­bei­te­ten Ausgangsma­te­ri­als kön­nen Bio­ga­ser­trag und Zu­sam­men­set­zung va­ri­ie­ren. Für die Erzeugung werden Abfälle der Land- und Forstwirtschaft genützt, aber auch Klärschlamm, die Inhalte aus Biotonnen sowie Abfälle der Lebensmittelindustrie. Nach der Reinigung von Biogas hat es dieselben flexiblen Eigenschaften wie konventionelles Gas. Es taugt zum Heizen, für die Industrie und sogar zum Autofahren. Es wird ins Gasnetz eingespeist, dort gespeichert und dorthin transportiert, wo es gebraucht wird. Und: Weder Biogas noch der erneuerbare Wasserstoff noch das synthetische Gas verursachen klimaschädliche Emissionen und sind somit zu 100 Prozent CO2-neutral.

Auch in das Landschaftsbild fügen sich die schlanken Gastrassen deutlich besser ein: Sie benötigen nur den Bruchteil einer breiten Stromtrasse. Gasleitungen fallen auch nicht auf, während Strommasten das Landschaftsbild empfindlich prägen. Die Gase der Zukunft lassen sich auch gut in unterirdischen Rohrleitungen transportieren. Die bestehende Gasinfrastruktur steht also weiterhin zur Verfügung. Eine 90 Zentimeter dicke Gaspipeline liefert genauso viel „grünes Gas“ wie fünf parallel geführte 380 kV Hochspannungsleitungen – und das auf deutlich weniger Platz. Das Gas der Zukunft lässt sich zudem in großen Mengen aufbewahren: Die Speicher in Österreich fassen bis zu 93 Terawattstunden!

„Grünes Gas“ besticht durch Flexibilität und Vielseitigkeit: Es ist eine hervorragende Wärmequelle, eignet sich als Antrieb für Gasfahrzeuge oder den Betrieb von Kraftwerken, um Strom und Wärme zu gewinnen. So kann es in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent erreichen. Gas-Brennwertgeräte weisen sogar einen Wirkungsgrad von bis zu 96 Prozent auf. Neben dem Gas entsteht in der Biogasanlage „Gär­rest“, das na­he­zu alle Nähr­stof­fe aus dem auf­ge­schlos­se­nen Roh­stoff enthält und daher als wert­vol­ler or­ga­ni­scher Voll­dün­ger mit noch er­heb­li­chen Men­gen an or­ga­ni­schem Koh­len­stoff für die Hu­mus­bil­dung bzw. Koh­len­stoffspei­che­rung im Boden dient.

Biogasanlagen verfügen über die positive Eigenschaft, nahezu jede organische Substanz (ausgenommen holzartige) mittels Bakterien in Energie und organischen Dünger umzuwandeln. Die Ausgangsstoffe werden auch Substrate genannt, wobei man Energiepflanzen, Wirtschaftsdünger und organische Abfälle unterscheidet. Durch diese Ei­gen­schaft der En­er­gie- und or­ga­ni­schen Dün­ger­pro­duk­ti­on ist die Biogastechnik das un­ver­zicht­ba­re letz­te Glied einer er­folg­rei­chen Bio­öko­no­mie­wirt­schaft sowie Klimaschutzpoli­tik.

Drei aktuelle Positivbeispiele

Eine Studie der TU Wien zeigt: Die Land- und Forstwirtschaft könnte sich selbst mit Energie versorgen, wenn man forstwirtschaftliche Reststoffe in Biodiesel und Biogas umwandelt. Der Verbrauch von fossilem Diesel und Erdgas in der Land- und Forstwirtschaft ist für etwa 1,1 Prozent der gesamten österreichischen Treibhausgas-Emissionen verantwortlich. Gleichzeitig fallen aber in der Forstwirtschaft auch große Mengen von Schadholz und biogenen Reststoffen an, die zwar für eine stoffliche Verwertung ungeeignet sind, aus denen aber erneuerbare Energieträger wie Biodiesel oder Biogas hergestellt werden können. An der TU Wien forscht man seit Jahren an Methoden, biogene Roh- und Reststoffe auf umweltfreundliche Weise zu nutzen.

Am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien wurde eine Machbarkeitsstudie erstellt, wonach die Land- und Forstwirtschaft ganz auf fossile Kraftstoffe verzichten könnte, wenn man Reststoffe sinnvoll nutzt. Empfohlen wird die Errichtung eines „Reallabors“, um genau zu untersuchen, wie die bereits erprobten Methoden großtechnisch optimal umgesetzt werden können. Das Konzept, das die TU Wien der Studie zugrunde legt, besteht aus mehreren Schritten: Aus biogenen Rohstoffen, etwa aus Holz, das durch Borkenkäfer geschädigt wurde, soll zunächst ein Synthesegas erzeugt werden. Dieses Gas wird dann in einem zweiten Schritt gereinigt, danach kann es entweder zur Herstellung von Holzdiesel verwendet oder in Holzgas umgewandelt werden. Der Holzdiesel ließe sich wie gewöhnlicher Diesel in landwirtschaftlichen Maschinen verwenden, das Gas ließe sich wie herkömmliches Erdgas nutzen und kann ins bestehende Erdgasnetz eingespeist werden.

„Das Ziel ist eine Kreislaufwirtschaft“, erklärt Prof. Hermann Hofbauer, Leiter der Forschungsgruppe „Zukunftsfähige Energietechnik“. „Land- und forstwirtschaftliche Maschinen sollen mit Holzdiesel betrieben werden, das Holzgas soll für Raumheizung und Warmwasserbereitstellung eingesetzt oder ins Erdgasnetz eingespeist werden.“ Die einzelnen technischen Schritte wurden an der TU Wien bereits ausführlich erprobt: „Die Energieeffizienz der Holzgasproduktion beträgt bis zu 85 Prozent“, sagt Alexander Bartik, der maßgeblich an der Studie auf dem Gebiet der Holzgasproduktion mitarbeitete. „65 Prozent der Energie wird im Holzgas gespeichert, zusätzlich gewinnen wir 20 Prozent durch Wärmeauskopplung.“ Auch bei der Herstellung von Holzdiesel ist der Wirkungsgrad hoch: „Man kann 50 Prozent bei Holzdiesel plus 20 Prozent durch Wärmeauskopplung erzielen“, erklärt Anna Mauerhofer, Expertin auf dem Gebiet der Holzdieselproduktion.

Die verfügbaren Mengen an anfallenden Reststoffen würden problemlos ausreichen, um die Land- und Forstwirtschaft mit Holzdiesel und Holzgas autonom zu versorgen. Ob dieses Ziel erreicht wird, hängt von finanziellen Faktoren ab: Um den Energiebedarf der Land- und Forstwirtschaft bis 2035 aus Reststoffen zu decken, müsste man eine Holzgas-Anlage und neun Holzdiesel-Anlagen mit jeweils 100 MW installieren. „Dafür wäre ein jährliches Investitionsaufkommen von knapp € 200 Millionen über 10 Jahre nötig“, sagt Martin Hammerschmid, verantwortlich für die ökonomische Bewertung der Technologie innerhalb der Studie.

Die Wirtschaftlichkeit der Technologie hängt von der CO2-Bepreisung der fossilen Energieträger ab: Biodiesel aus Holz wäre (je nach Qualitätsklasse des Holzes) ab einem CO2-Preis von ca. 60 bis 170 €/toCO2 wirtschaftlich, Biogas aus Holz bei 25 bis 120 €/toCO2. Man könnte die Preise von Bio-Brennstoffen und fossilen Brennstoffen allerdings auch angleichen, indem man Biogas und Biodiesel verbilligt: „Um den derzeitigen Marktpreis der Produkte zu halten, könnten alternativ für Holzdiesel und Holzgas Förderungen in Form von Investitionsförderungen, Betriebsförderungen oder steuerliche Begünstigungen umgesetzt werden“, erklärt Marton Veress, der sich vor allem mit der Ressourcenabschätzung für die biogenen Kraftstoffe in der Studie befasst hat.

Nachdem bestehende land- und forstwirtschaftliche Geräte, die derzeit Diesel oder Gas nutzen, wie gewohnt mit den neuen Energieträgern weiterverwendet werden könnten, wäre die Produktion von Holzgas und Holzdiesel die kostengünstigste Methode, die Land- und Forstwirtschaft zu defossilisieren. Für das Klima wäre das ein wichtiger Schritt nach vorne – aber das wäre nicht der einzige wichtige Vorteil: Mit der CO2-Einsparung würden auch wesentliche Reduktionen anderer schädlicher Emissionen einhergehen. So würden etwa die Partikelemissionen im Vergleich zu fossilem Diesel um 80 % reduziert werden.

Evonik produziert am Attersee Membrane aus Hochleistungskunststoff.

Evonik: die Biogas-Spezialisten in Schörfling (am Attersee)

Der deutsche Chemiekonzern Evonik Industries AG betreibt seit zehn Jahren einen Standort in Schörfling mit 130 Mitarbeitern. Produziert werden Fasern auf Polyimidbasis und Hohlfasermembrane für Gasfilter, die z.B. bei der Aufbereitung von Biogas eingesetzt werden. Ausgangsstoff ist der Hochleistungskunststoff Polyimid, der in der benachbarten Lenzing AG produziert wird. Membrane der Evonik Fibres GmbH in Schörfling sind mittlerweile weltweit in 300 Biogas-Referenzanlagen in Betrieb, in denen jährlich fast zwei Millionen Tonnen Biogas produziert werden. „Man müsste zwei Millionen Buchen pflanzen und 80 Jahre wachsen lassen, um so eine Menge an Treibhausgas absorbieren zu können“, erläutert Jean-Marc Chassagne, Geschäftsführer der Schörflinger Evonik Fibres GmbH.

Evonik setzt auch selbst auf Biogas: Früher wurde in Schörfling die Raum- und Prozessheizung ausschließlich mit Erdgas betrieben – jetzt verheizt das Unternehmen zu 25 Prozent Biomethan und verbessert damit auch die eigene CO2-Bilanz deutlich. „Wir vermitteln unseren Kunden den Nachhaltigkeitsgedanken, indem wir ihnen Technologien anbieten, die ihnen Umweltvorteile bringen“, sagt Chassagne. „Dieser Gedanke prägt auch unser eigenes tägliches Handeln. Wir legen großen Wert darauf, unsere Produkte so umweltverträglich, sicher und effizient wie möglich zu produzieren.“

Der Fokus auf attraktive Geschäfte der Spezialchemie, kundennahe Innovationskraft und eine vertrauensvolle und ergebnisorientierte Unternehmenskultur stehen im Mittelpunkt der Evonik-Strategie. Sie sind die Hebel für profitables Wachstum und eine nachhaltige Steigerung des Firmenwerts. Evonik ist in mehr als 100 Ländern aktiv und profitiert dabei von seiner Kundennähe und seinen führenden Marktpositionen.

Membrananlage der Biogas-Spezialisten Evonik mit Standort in Schörfling (am Attersee).

Jenbacher trägt wesentlich zur größten Einzel-Biogasmotoren-anlage Deutschlands bei

Bereits 2005, als die meisten Biogasbetreiber noch nicht an Blockheizkraftwerke über 300 kW Leistung zu denken wagten, investierte die BENAS GmbH für eine Anlage in Ottersberg in der Nähe von Bremen in fünf Jenbacher J320 Gasmotoren von INNIO Jenbacher mit einer Leistung von insgesamt 5,24 MW. Nun erweitert BENAS dieses Blockheizkraftwerk (BHKW) um zwei Jenbacher J620 Gasmotoren mit einer Leistung von jeweils 3,05 MW und realisiert damit die größte Einzel-Biogasmotorenanlage Deutschlands.

Die Geschäftsführer von BENAS gelten als Vordenker der Energiewende und als Vorreiter unter den deutschen Biogasbetreibern. Mit dieser Investition erhöht das Unternehmen nicht nur den elektrischen Wirkungsgrad seiner Anlage um 7,2 Prozentpunkte, sondern reduziert gleichzeitig den Rohstoffbedarf, die erforderliche Anbaufläche sowie den Transportaufwand um jeweils 19,5 Prozent. In absoluten Zahlen reduziert sich der Bedarf an Energiemais, aus dem das Biogas für die Anlage zum Teil gewonnen wird, für BENAS um rund 15.500 Tonnen pro Jahr, die erforderliche Anbaufläche um knapp 370 Hektar. Wie schon die erste Anlage wird auch die Anlage in Ottersberg nur mit nachwachsenden Rohstoffen und mit Hühnertrockenkot betrieben.

„Vor zweieinhalb Jahrzehnten zählten wir zu den ersten Landwirten, die eine Biogasanlage bauten“, sagt Jürgen Heitmann, der Gründer der BENAS GmbH. „Damals wie heute möchten wir damit unseren Beitrag zur Energiewende leisten, unseren Betrieb umweltfreundlicher machen und selbstverständlich dabei auch ein wenig Geld verdienen.“ Mit 45 Mitarbeitern bewirtschaftet BENAS an drei Standorten insgesamt 3.300 Hektar Anbaufläche für Energiepflanzen. Die in Eigenregie geplante und errichtete Biogasanlage verfügt heute über 43.000 m3 Gärvolumen, 33.000 m3 Gasspeicher und eine installierte elektrische Leistung von 11,35 MW. Daneben betreibt BENAS noch eine Gasaufbereitungsanlage, in der 1.200 m³/h Biogas zu Erdgasqualität verarbeitet werden.

Durch die Investition in die neue Anlage können in Ottersberg jetzt pro Jahr 28.000 MWh Strom erzeugt und ins Netz eingespeist und eine gemeinsam mit der Gesellschaft für Nachhaltige Stoffnutzung mbH in Halle entwickelte Faseraufbereitungsanlage gleichzeitig mit Wärme versorgt werden.

„Für die Investition ausschlaggebend war die enorme Verbesserung des Wirkungsgrads der Blockheizkraftwerke innerhalb der vergangenen eineinhalb Jahrzehnte“, erläutert BENAS-Geschäftsführer Christoph Heitmann, der die neue Anlage geplant und auch in die Realität umgesetzt hat. Im Zuge des Neubaus wurde daher nicht nur die Wärmezufuhr aus dem Kühlwasser, sondern auch die Wärmenutzung aus dem Abgas komplett automatisiert und an das neue Gesamtsystem angepasst. So konnte die Leistung der Faseraufbereitungsanlage um 50 Prozent gesteigert und gleichzeitig durch die verknüpfte Prozessleittechnik ein Höchstmaß an Sicherheit realisiert werden.

Bioenergie wird aufgrund ihrer flexiblen Einsatzmöglichkeiten hohe Bedeutung für die Energiewende beigemessen; Biogasanlagen können rasch hochgefahren werden und dadurch Schwankungen im Stromnetz ausgleichen. „Im Gegensatz zu Solar- oder Windkraft ist Biogas eine speicherfähige Energiequelle, aus der zu jeder Tages- und Jahreszeit Strom oder Wärme erzeugt werden können, egal ob die Sonne scheint, ob es regnet oder stürmt“, erklärt Norbert Hetebrueg, General Manager von INNIO Jenbacher für Zentral- und Nordeuropa. „Die kraftstoffflexiblen Jenbacher Gasmotoren von INNIO werden damit zu einem integralen Bestandteil der globalen Energiewende und können zur Stromversorgungssicherheit beitragen.“

Ein Großteil der Rohstoffe, insbesondere Wirtschaftsdünger und Pflanzenreste, fallen in der Landwirtschaft im normalen täglichen Betrieb an.  Daher bietet der Agrarsektor auch das größte Potenzial für die Produktion von Biogas. Der durchschnittliche Heizwert eines Kubikmeters Biogas entspricht etwa dem von 0,6 Litern Heizöl. Umgerechnet kann damit aus einer Tonne organischen Reststoffen und drei Tonnen Gülle bzw. Festmist Biogas gewonnen werden, das einem Heizwert von 60 Litern Heizöl bzw. 120 kWh Strom entspricht. Gleichzeitig wird dabei der Kohlendioxidausstoß um 200 kg reduziert.

Biogas erreicht seinen maximalen Wirkungsgrad und damit auch seine beste Klimabilanz, wenn es – in Form von Kraft-Wärme-Kopplung – gleichzeitig zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt wird. Wertvollster Bestandteil im Biogas ist Methan, das einen Anteil von bis zu 60 Prozent erreichen kann; je höher der Methananteil ist, desto energiereicher ist das Gas.

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