Algen – Einzeller mit Energiepotenzial

Bei Biomasse nur an Hackschnitzel, Mais und Gülle zu denken, verkennt die wahre Vielfalt biogener Energieträger. Weitgehend unbemerkt von der Öffentlichkeit rücken zunehmend Algen in den Fokus der Wissenschaft. Wie sie genutzt werden können, um beispielsweise Wärme zu produzieren, zeigt ein Gebäudekonzept im Hamburger Stadtteil Wilhelmsburg. Die Außenwand des Hauses schimmert grün. Verantwortlich dafür sind Fassadenelemente voller Algen, die erstmals in Deutschland zum Einsatz kommen.

Martin Kerner, der das Algenkonzept mitentwickelt hat, erklärt: „Der Wirkungsgrad solcher Bioreaktorfassaden ist vergleichbar mit Solarsystemen wie Photovoltaik und Solarthermie.“ Die Sonnenenergie, die auf die Algen trifft, wird von den Einzellern zu 38 Prozent in Wärme und zu zehn Prozent in weitere Biomasse umgewandelt. Mit der Wärme wird das Haus im Winter versorgt. „Im Sommer wird sie gespeichert“, so Keller. Die Biomasse geht an Forschungspartner.

Denn es ist nicht nur Energie, die aus der grünen Masse gewonnen wird. Algen sind ein idealer Grundstoff für weitere Produkte. Angefangen bei Kraftstoffen, die inzwischen auch im Flugverkehr getestet werden, über Baumaterial bis hin zu Pharma- und Kosmetikartikeln. Aus den Einzellern lassen sich Kohlenhydrate und Vitamine gewinnen, ebenso hochwertige Fettsäuren wie Omega-3. Alles, was dafür nötig ist, sind Sonne, Wasser und Kohlendioxid. Das ist einer der Gründe, warum Algenfarmen in der Nähe von Kohlekraftwerken angesiedelt werden.

Die Einzeller schlucken sowohl das Kohlendioxid als auch Schwermetalle. Das macht sie zu kleinen Reinigungskräften. Diese Prozesse lassen sich gezielt über den Lichteinfall steuern. Die kommerzielle Nutzung hält sich allerdings in Grenzen. Dafür sind die Investitions- und Betriebskosten noch zu hoch. Auf der anderen Seite spricht der hohe Brennwert von bis zu 30 Megajoule für Mikroalgen. Sie haben damit mehr Potenzial als Braunkohlebriketts und bieten zudem einen deutlich höheren Ertrag – 20.000 Liter pro Hektar – als Rapsöl. Das zu nutzen erfordert jedoch noch viel Arbeit.

Fliegenlarven als Biomasse

In der Wohnung sind sie unerwünscht und auch am Kaffeetisch im Garten möchte man sie nicht als „Gast“ haben: Fliegen. Sie werden gemeinhin als Quälgeister abgestempelt und schnell Opfer eines gezieltes Hiebs mit der Klatsche. Dabei sind die nervigen Tierchen womöglich die Zukunft in der Abfallverwertung und Lieferanten hochwertiger Biomasse.

Zunutze macht sich die Forschung, dass Soldatenfliegen beinahe magisch von biologischen Abfällen angezogen werden. Und da Siedlungsmüll zu 30 bis 40 Prozent aus organischen Stoffen besteht, fühlen die Fliegen sich im Abfall pudelwohl. Dadurch werden sie vom fliegenden Ärgernis zum Nutztier. Dass es funktioniert, beweist ein vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördertes Projekt. Beteiligt sind die Professur für Zoologie und Entwicklungsbiologie der TU-Dresden und drei sächsische Unternehmen.

Die Idee ist simpel wie genial: Die Larven der Soldatenfliege sind sehr genügsam und tolerieren ein breites Futterspektrum – in dem Fall Müll. Das macht die Zucht der Fliegenlarven sehr einfach. Ein Informationsblatt des ZIM klärt auf: „Aus 300 Tonnen organischem Abfall lassen sich auf diese Weise ca. 120 Tonnen Rohmaterial für potenzielle Abnehmer aus der Industrie gewinnen.“ Die Larven als Biomasse sind reich an Proteinen, Lipiden und Kalzium. Damit eignet sich das Material sowohl für die Futtermittel- als auch für die Kosmetik-, Pharma- und Energieindustrie. Momentan dient die Biomasse vornehmlich als Ersatz für Fischmehl.

Benötigt wird für die Zucht nur ein Container. Er enthält Zucht-, Aufzucht- und Flugbehälter. Damit eine konstante Temperatur von 28 bis 29 Grad Celsius erreicht wird, lässt sich der Container problemlos an Blockheizkraftwerke von Biogasanlagen anschließen. „Eine erste Pilotanlage arbeitet bereits in Grimma“, so die Broschüre. Nebenbei: Eine Gefahr für Mensch und Tier geht von den Fliegen oder den Larven nicht aus.

BioCombust – Biomasse und Gesundheit

Nachhaltigkeit ist ein Aspekt der Biomasse, wie aber sieht es mit den gesundheitlichen Aspekten der Bioenergie-Gewinnung aus? Das interdisziplinäre und grenzüberschreitende EU-Forschungsprojekt BioCombust, an dem Partner aus Frankreich, der Schweiz und Deutschland beteiligt sind, widmet sich der Erforschung der Biomasse Verbrennung. Welche Partikel entstehen bei der Verbrennung von Biomasse? Kann man die Aschen weiterverwenden? Wie wirken die Partikel auf die menschliche Gesundheit.

Bei der Verbrennung von Biomasse wie Holz, Hackschnitzeln und Pellets bleiben Aschen zurück und entstehen feinste partikelförmige Emissionen. Wie weit gefährdet die hierdurch entstehende Luftbelastung die menschliche Gesundheit, was kann man dagegen tun und inwiefern sind die Aschen Abfallprodukte oder für eine Wiederverwertung geeignet? All diese Fragen möchten die beteiligten Forscher beantworten helfen.

Neben der Grundlagenforschung und angewandten Forschung organisiert BIOCOMBUST frei nach dem Motto „Wissenschaft Hautnah“ eigene Veranstaltungen, die der breiten Öffentlichkeit Wissen vermitteln und einen Blick hinter die Kulissen des Wissenschaftsalltags werfen lassen sollen.

Salzburg setzt auf Biomasse

Durchweg positive Zahlen und Prognosen standen am Ende des 18. Österreichischen Biomassetages in Salzburg zu Buche. Das Fazit des Biomasse-Verband-Vorsitzenden Horst Jauschnegg lautete dementsprechend: „Nutzt man die verfügbaren Biomassepotenziale konsequent, dann kann der Bioenergiesektor im Jahr 2030 rund ein Drittel des heimischen Energiebedarfs decken, sofern gleichzeitig die von der EU angestrebte 30-prozentige Reduktion des Energieverbrauchs erreicht wird.“ Entscheidend dafür seien Rahmenbedingungen, die eine nachhaltige und effiziente Nutzung der Ressourcen erlauben.

Diesbezüglich scheint man in Österreich auf einem guten Weg zu sein. In der Zeit von 2005 bis 2012 wurde der Einsatz von Biomasse um 56 Prozent gesteigert. Berücksichtige man die noch nicht genutzten Potenziale, etwa aus der Landwirtschaft und dem Abfallsektor, könne bis 2020 ein Plus von weiteren 20 Prozent und bis 2030 von 38 Prozent erreicht werden. Dabei spiele der Wald mit einem Anteil von 71 Prozent nach wie vor die Hauptrolle, wenngleich der Zuwachs weitestgehend auf dem Agrar- und dem Abfallbereich basiere.

Richtet man den Blick noch weiter in die Zukunft, bis zum Jahr 2050, erwartet die Branche, dass Biomasse sowohl die Stromerzeugung, als auch die industrielle Wärmeerzeugung prägen wird. Darüber hinaus gewinne Bioenergie auch im Straßen- und Luftverkehr zunehmend an Bedeutung. Der Schwerpunkt liege aber weiterhin auf dem Wärmemarkt, mit einem Anteil von knapp 75 Prozent im Jahr 2030.

Die Zahlen lassen keinen Zweifel an der Bedeutung der Biomasse. Sie sei ein wesentlicher Baustein der Salzburger Energieoffensive, so Energie-Landesrat Josef Schwaiger. „Obwohl Salzburg als klassisches Wasserkraftland wahrgenommen wird, wird in Salzburg deutlich mehr erneuerbare Energie aus Biomasse gewonnen. Rund 60 Prozent des erneuerbaren Energieaufkommens stammen aus Biomasse, weniger als 40 Prozent aus Wasserkraft“, so Schwaiger. Davon und von der Wertschöpfung vor Ort profitieren die Region und die Gesellschaft, ist der Kammerpräsident für Land- und Forstwirtschaft, Franz Eßl, überzeugt.

Biomasse-Zubau gerät ins Stocken

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) trat 2000 in Kraft. Seither untersucht das Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, wie sich das EEG auf die Stromerzeugung aus Biomasse auswirkt. Das Fazit im jüngsten Zwischenbericht, der zusammen mit dem Fraunhofer IWES (Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik) erstellt wurde, ist eher durchwachsen.

2013 lag der Zubau bei nur 200 Biogasanlagen. Das ist ein deutlicher Rückgang im Vergleich zu 2011. Seinerzeit wurden 1.300 neue Anlagen in die Statistik aufgenommen. Die installierte Leistung stieg um 200 Megawatt elektrisch (MWel), wobei in diesen Wert auch die Erweiterungen bestehender Anlagen einfließen. Hinzu kommen 31 MWel durch 130 neue Feststoffbrennanlagen. Alles in allem sei das vorige Jahr hauptsächlich durch Anlageerweiterungen und eine zunehmende Flexibilisierung der Anlagen gekennzeichnet gewesen.

Für den langsameren Ausbau der Biomasse machen die Autoren des Berichts die unsicheren politischen Rahmenbedingungen verantwortlich. „Die zum Jahr 2012 veränderte Fördersystematik des novellierten EEG hatte die von der Politik erwünschte Verlangsamung des Zubaus zur Folge“, so die Experten. Die Boni seien weitgehend abgeschafft und stattdessen eine einsatzstoffbezogene Vergütung und eine Mindestwärmenutzungspflicht eingeführt worden.

Noch tiefere Einschnitte gehen mit der EEG-Reform einher, die kürzlich verabschiedet wurde und ab dem 1. August 2014 greift. Ein wirtschaftlicher Betrieb sei mit den etablierten Anlagekonzepten dann nur noch in Ausnahmefällen möglich. Die Konsequenz daraus: Ein weiterhin sehr geringer Ausbau, der sich vornehmlich auf Standorte mit sehr günstigen Bedingungen beschränkt. Darauf hatte das Deutsche Biomasseforschungszentrum bereits im März aufmerksam gemacht. Die Kritik verhallte ebenso wie die Empfehlungen ohne Reaktion.

Biomasse im Aufwind

Momentan sind die Windenergie und Solarenergie in aller Munde, die Biomasse fristet hingegen ein Schattendasein. Nach einer Marktstudie mit dem Thema „Biomass to Energy“, sind weltweit ca. 2200 Biomasse-Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von 32000 Megawatt in Betrieb, hiervon sind rund 1100 in den Ländern Europas gelegen. Die Anzahl an Biomasse-Kraftwerken wird in den nächsten Jahren noch deutlich steigen. Kann man den Hochrechnungen glauben, dann werden jedes Jahr bis zu 165 neue Kraftwerke dazu kommen. Jedes von ihnen wird etwa 15 Megawatt an Energie produzieren.

Bei uns in Deutschland geht der Ausbau weniger rasant voran. Momentan speisen deutsche Biomassekraftwerke ca. 1400 MegaWatt ein. Bis zum Jahre 2016 wird von den Experten ein Wachstum von 16 % prognostiziert. Relativ wenig angesichts von 50 neuen Anlagen. Die werden mit weniger als 3 Megawatt pro Einheit eher klein ausfallen. Grund hierfür, die besten Standorte für die Nutzung von Biomasse sind fast alle erschlossen. Mit von der Partie sind hier z.B. Sägewerke und Papierfabriken. Um noch wachsen zu können müssen auch andere Arten von Biomasse gefördert werden.

Vor solchen Fragen steht zur Zeit auch Argentinien. Das Land könnte nach Angaben der FAO ungefähr 50% seines Energieverbrauchs durch Biomasse abdecken. Die Bedingungen hierfür scheinen als nahezu ideal und sind wohl auch deutlich besser als von der Regierung angenommen. Bis zu 148 Mio. Tonnen Biomasse dürften zur Verfügung stehen, etwa aus Zuckerrohr-Plantagen oder aus dem Anbau von Erdnüssen. Auch Unternehmen haben schon eigene Kraftwerke gebaut und versorgen sich selbst und benachbarte Hotels mit Strom und Wärme aus Sägespänen und ähnlichen Bioabfällen. Profitieren könnte hiervon u.a. die Forstwirtschaft, die sich mit der Nutzung der Biomasse neue Einnahmequellen erschließen würde. Und auch die Umwelt würde profitieren.

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