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Bioenergie umfasst das breite Feld der Wandlung von in Biomasse gespeicherter Energie in Nutzenergie, wie nachfolgend beschrieben. Oft erfolgt die Unterscheidung in feste, flüssige und gasförmige Bioenergierohstoffe.
Weitere Informationen (Stichworte: "Bioeregie" und "Biogas"):
Broschüre "Bioenergie in Thüringen" Broschüre "Thüringer Bioenergieprogramm"
Festbrennstoffe sind die am häufigsten verwendeten biogenen Energieträger. Dabei wird gegenwärtig hauptsächlich Holz in Form von Scheitholz, Hackschnitzeln und Holzpellets verwendet. In Betrieben der holzbe- und verarbeitenden Industrie finden zudem Hobelspäne, Sägemehl und Schleifstäube Verwendung.
Stroh als auch sonstige Energiepflanzen wie z. B. Energieholz aus Kurzumtriebsplantagen, Miscanthus, Landschaftspflegematerialien als auch Getreide werden ebenso zur Energieerzeugung eingesetzt.
Weitere Informationen:
NaWaRo-Produktauswahl
Scheitholz
Scheitholz ist die klassische Form der Holzaufbereitung für die Wärmeerzeugung. Hierbei wird das Holz meist in 33 cm, 50 cm oder maximal 1 m lange Stücke zersägt und anschließend gespalten, um die Oberfläche für die Verbrennung zu vergrößern. Außerdem wird dadurch die Trocknung des Holzes positiv beeinflusst, denn nur trockenes Holz mit einem Wassergehalt von maximal 20 % sollte zum Einsatz kommen, um einen störungsfreien Betrieb des Kessels mit hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten bzw. die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Darüber hinaus wird der Heizwert des Holzes maßgeblich vom Wassergehalt bestimmt. Deshalb sollte das Holz vor dem Einsatz in der Feuerungsanlage ca. 1,5 bis 2 Jahre regengeschützt gelagert werden. Holzscheite eignen sich aufgrund ihrer großen Stückigkeit nur bedingt für eine automatisierte Feuerung. Der schwerpunktmäßige Einsatzbereich liegt bei manuell beschickten Zentralheizungskesseln bzw. Einzelfeuerungsanlagen bis ca. 50 kWFWL.
Weitere Informationen:
NaWaRo-Scheitholzvergaserkessel
Holzpellets, Holzbriketts
Holzpellets sind kleine zylindrische Presslinge aus naturbelassenen Reststoffen wie z. B. Sägespäne der holzbe- und verarbeitenden Industrie. Der große Vorteil des Einsatzes von Holzpellets liegt, neben ihrer hohen Energiedichte (ca. 2,3 kg Holzpellets ersetzen 1 l Heizöl), in ihrer Homogenität, die sich positiv auf die Beschickung der Feuerungsanlage sowie auf den Abbrand im Kessel auswirkt und so nur minimale Emissionen verursacht. Um diese Homogenität zu gewährleisten, existieren verschiedene Normen wie z. B. die DINplus ⟨Kombination aus DIN 51731 (Deutschland) und ÖNORM M 7135 (Österreich)⟩. In diesen Normen werden spezifische Anforderungen an den Brennstoff definiert, die sowohl physikalisch-mechanische Eigenschaften (z. B. Abmaße, Asche- und Wassergehalt, Heizwert, etc.) als auch chemisch-stoffliche Eigenschaften (z. B. Stickstoff-, Schwefel-, Chlorgehalte, etc.) einschließen. Aufgrund der Kompaktheit der Pellets und ihrer Rieselfähigkeit ist es möglich, diese in vollautomatisierten Feuerungen einzusetzen, die den gleichen Komfort bieten wie moderne Öl- oder Gaskessel. Ein weiterer Vorteil dieses Brennstoffes liegt in der automatisierten Beschickbarkeit des Brennstofflagers sowie dessen relativ geringem Raumbedarf. Ihr hauptsächliches Anwendungsgebiet liegt bei Anlagen kleiner 100 kWFWL.
Weitere Informationen: Holzpellets-Heizung
Holzhackschnitzel
Holzhackschnitzel sind kleine naturbelassene Holzstücke. Sie fallen bei der Landschaftspflege oder auch bei Waldpflege an. Ebenso können sie aus Nebenprodukten, wie z. B. Schwarten und Spreißel, der holzverarbeitenden Industrie hergestellt werden. Für automatisierte Feuerungsanlagen ab etwa 50 kWFWL werden aufgrund des niedrigeren Preises im Vergleich zu Holzpellets meist Holzhackschnitzel eingesetzt. Diese werden mit maschinellen Hackern produziert, sind in der Regel zwischen 1 und 10 Zentimeter lang und haben eine Breite von bis zu 5 cm. Eine möglichst gleichmäßige Größe der Hackschnitzel bei einem möglichst homogenen und auf die Feuerungsanlage abgestimmten Wassergehalt und das Entfernen von Fremdstoffen, wie z. B. Steinen, sind Voraussetzungen für einen störungsfreien und emissionsarmen Betrieb der Heizanlagen. Eine dem Verbrauch entsprechende zeitnahe Lieferung bzw. ein genügend großer und nahe der Heizanlage liegender Vorratsraum optimieren die ökonomische Verwertung dieses Brennstoffes.
Weitere Informationen: Holzhackschnitzel-Heizung Contracking-Konzept 
Biomasseheizwerk Dornburg
Stroh / Strohpellet / Sonstiges Halmgut
Neben holzartigen Biomassen sollen zukünftig auch landwirtschaftlich erzeugte Biomassen wie Stroh, Miscanthus oder Landschaftspflegematerialien in Form von Ballen, Häcksel oder Pellets und für den Lebensmittelsektor nicht verwertbares Getreide verstärkt einer energetischen Verwertung zugeführt werden. Aufgrund gestiegener Rohstoffpreise und zunehmendem politischen Druck, Agrarsubventionen abzubauen (WTO), steigt vor allem bei Landwirten die Nachfrage nach geeigneten Konversionsanlagen zur energetischen Nutzung dieser Biomassen, um mit den gegenüber fossilen Brennstoffen preiswerteren biogenen Festbrennstoffen effektiv Betriebskosten zu senken. Im Bereich der Feuerungsanlagen wurden speziell für diese Biomassen erste Kessel entwickelt, die für einen guten Abbrand und damit störungsfreien Betrieb der Anlagen sorgen sollen. Die höheren Investitionskosten solcher Kessel sind, neben den meist höheren Aufwendungen für die Beschickungssysteme, u. a. mit den höheren Anforderungen an die Brennstoffe in Bezug auf den höheren Ascheanfall, das Ascheschmelzverhalten sowie den Emissionsschutz (z. B. Staubabscheidetechniken) zu erklären. Genauso wichtig wie eine ausgereifte Technik sind die gesetzlichen Rahmenbedingungen, die gerade bei der thermischen Verwertung von Getreide, Reststoffen (Reinigungsreste, Stäube) in Kleinfeuerungsanlagen (< 100 kWth) noch nicht vollständig geklärt sind, z. B. in Bezug auf den Einsatz solcher Brennstoffe.
Weitere Informationen: Internationale Fachtagung - Strohenergie 2008
Biomasseheizwerk Dornburg Merkblatt: Das Jenaer Strohheizwerk
Informationen zur Förderung von Scheitholt, Holzpellets, Holzbriketts, Holzhackschnitzel sowie Stroh / Strohpellet / Sonstiges Halmgut: Biomasseverfeuerungsanlagen KfW-Förderbank - Förderbedingungen Förderung im Marktanreizprogramm 2009 des Bundesumweltministeriums
Neben dem Klimaschutz und der Schonung fossiler Ressourcen ist die Erhöhung der regionalen Wertschöpfung ein wesentlicher Vorteil einer verstärkten energetischen Biomassenutzung. Der Freistaat Thüringen bietet hier vielfältige Möglichkeiten, vor allem auf kommunaler Ebene. Eine effiziente, auf Biomasse bzw. anderen Erneuerbaren Energieträgern basierende Energieerzeugung ist ein wichtiger Baustein für einen attraktiven ländlichen Raum und schafft zudem neue Einkommensmöglichkeiten für Landwirte, das Handwerk, Planungsbüros sowie KMU. Den Schlüssel zum Erfolg stellt dabei die vorwettbewerbliche Beratung dar, die gleichermaßen ökonomisch und ökologisch tragfähige Lösungen aufzeigen soll. Als Teil des Thüringer Bioenergieprogramms wurde deshalb die BioEnergieBeratung Thüringen (BIOBETH) durch das TMLFUN ins Leben gerufen. Projektträger ist der Verband für Agrarforschung und -bildung Thüringen e. V. (VAFB).
Arbeitsschwerpunkte:
• Vorwettbewerbliche Beratung und Planung insbesondere auf
- kommunaler Ebene
- Einzelobjekte (öffentliche Gebäude)
- Bioenergiedörfer
- Bioenergieregionen
• Weiterbildung und Öffentlichkeitsarbeit
• Qualitätsmanagement bei der Begleitung von Bioenergieprojekten
Noch werden sowohl in Deutschland als auch weltweit die für unsere Mobilität notwendigen Kraftstoffe fast ausschließlich aus Erdöl, einer endlichen Energiequelle, gewonnen. Es gilt also kurz-, mittel- und langfristig Alternativen zu entwickeln, um den fossilen Energieträger in diesem Bereich zu substituieren. Im Strom- und Wärmesektor kann dies außer durch Biomasse auch durch andere regenerative Energien erfolgen. Im Kraftstoffsektor kommen dafür derzeit nur flüssige (oder gasförmige) Energieträger aus Biomasse in Frage. Diese können, wenn sie nachhaltig, umweltverträglich und effizient produziert werden, neben anderen Maßnahmen wie Senkung des Kraftstoffverbrauchs und Verbesserung der Abgaswerte einen sinnvollen Beitrag zur Energieversorgung und zum Klimaschutz im Verkehrssektor leisten. Durch die Politik wurden in den letzten Jahren Rahmenbedingungen geschaffen, wie konkrete Zielstellungen für eine Biokraftstoffquote oder Maßnahmen der Steuerbegünstigung auch insbesondere in der Land- und Forstwirtschaft, die zu einem Aufschwung der Biokraftstoffe und zu einem Forschungs- und Entwicklungsschub insbesondere bei den Biokraftstoffen der 2. Generation geführt haben.
Biokraftstoffe der 1. Generation:
Zu den Biokraftstoffen der 1. Generation gehören Pflanzenöl, Pflanzenölmethylester (FAME, Rapsölmethylester oder Biodiesel) und Bioethanol aus Zucker und Stärke. Zu deren Herstellung kommen landwirtschaftliche Rohstoffe zum Einsatz, die auch der Nahrungsmittelerzeugung dienen, wie Raps, Getreide und Zuckerrüben. Sie sind derzeit die einzigen am Markt verfügbaren flüssigen Biokraftstoffe.
1. Rapsöl und Biodiesel
Während der Einsatz von Rapsöl als Reinkraftstoff eine kostenintensive Umrüstung von Seriendieselmotoren erfordert, kann Biodiesel problemlos unter Beachtung einiger Besonderheiten in herkömmlichen Dieselmotoren eingesetzt werden. Rapsöl dient in Deutschland somit vorwiegend der Biodiesel-Produktion. Dabei stellt die Verwertung der Rapssaat zur Herstellung von Rapsöl und Biodiesel in dezentralen Anlagen in der Landwirtschaft, deren Einsatz im landwirtschaftlichen Fuhrpark und die Verwendung des Nebenproduktes Rapspresskuchen in der Fütterung eine hohe Wertschöpfung für den ländlichen Raum dar und führt zu erheblichen Einspareffekten. Mit Stand 2010 sind in Thüringen 10 dezentrale Rapsölpressen und 5 Biogasanlagen installiert.
Biodiesel wird durch Umesterung des aus der Ölsaat gewonnenen Pflanzenöls mit Methanol gewonnen. Dadurch erreicht Biodiesel ähnliche Eigenschaften wie Dieselkraftstoff und unterscheidet sich wesentlich vom Ausgangsprodukt Rapsöl.
Als Nebenprodukt bei der Pflanzenölpressung fällt der Rapspresskuchen an, der als hochwertiges Eiweißfuttermittel Verwendung findet. Bei der Umesterung entsteht als Nebenprodukt Glycerin, welches in vielfältiger Form weiterverwendet wird.
Zu den Aufgaben der TLL in diesem Bereich gehören Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zum Anbau von Raps, zur Qualitätssicherung des Rohstoffs Rapsöl, zur Herstellung von Rapsöl in dezentralen Rapsölpressen und Biodieselanlagen und zur Verwertung des Rapspresskuchens in der Fütterung.
In einem vom BMELV geförderten Projekt zur Durchführung von umfassenden Schulungs- und Beratungsleistungen zum Thema „Biokraftstoffe in Land- und Forstwirtschaft“ einschließlich des Ausbaus und Betriebs eines interaktiven Internet-Portals (SBIO) wird seit dem Jahre 2005 die Land- und Forstwirtschaft sowohl in Hinblick auf die Errichtung von dezentralen Rapsölpressanlagen, die Verwendung von Rapsöl und Biodiesel in land- und forstwirtschaftlichen Maschinen und die Errichtung von Eigenverbrauchstankstellen intensiv unabhängig beraten.
Zum gesamten Themengebiet sind dazu zahlreiche Veröffentlichungen im AINFO erschienen. Neueste Veröffentlichungen sind:
Anforderungen an die Rohstoffqualität von Rapsöl (Rapssaat)
Merkblatt: Die Tankstelle im Agrarbetrieb
Merkblatt: Rapssaatveredelung
Betriebswirtschaftl. Betrachtung der dezentralen Ölsaatenverarbeitung
Biodieselrechner - Kalkulationshilfe für Agrarbetriebe
Rapsölrechner - Kalkulationshilfe für Agrarbetriebe
Anlagenfinder mit Infos zu den einzelnen Anlagen in Thüringen
2. Bioethanol
Bioethanol ist der weltweit am meisten produzierte und eingesetzte Biokraftstoff. Er dient als Ersatz für Benzin in Ottomotoren. Den größten Boom hat in den letzten Jahren die Erzeugung von Bioethanol aus Mais in den USA erfahren. In Brasilien werden bereits seit den 70er Jahren große Mengen aus Zuckerrohr hergestellt.
Seit 2005 hat sich auch in Deutschland die Bioethanolproduktion in Großanlagen etabliert.
Bioethanol der 1. Generation entsteht durch Fermentation (alkoholische Gärung) von zucker- und stärkehaltigen Feldfrüchten, in Deutschland insbesondere aus Weizen, Roggen und Zuckerrüben. Neben dem Bioethanol fallen in dem Prozess etwa zu gleichen Mengenanteilen Kohlendioxid und ein eiweißhaltiges Nebenprodukt, die so genannte Schlempe, an.
Das Ziel des Anbauverfahrens landwirtschaftlicher Produkte für die Bioethanolproduktion besteht in einem hohen Bioethanolertrag pro ha Anbaufläche. Grundsätzliche Qualitätsanforderungen an die Getreiderohstoffe sind ein hoher Stärkegehalt, niedrige bis mittlere Eiweißgehalte und ein sehr niedriger Fusariumbesatz, d. h. eine geringe Belastung mit Mykotoxinen. Die letzte Forderung ergibt sich aus der Verwendung der Schlempe als hochwertiges Futtermittel. In den Jahren 2004 bis 2007 wurden in dem Mehrländerprojekt „Ethanolgetreide und Schlempeverfütterung“ Fragen des Anbaus, der Sortenwahl und der Ethanolausbeute bei Ethanolgetreide bearbeitet, Fütterungsversuche mit Ethanolschlempe bei verschiedenen Nutztierarten durchgeführt und analytisch-methodische Untersuchungen zur Qualitätssicherung des Rohstoffs und der Schlempe bearbeitet. In dem Projekt arbeiteten sechs Bundesländer und zwei Bioethanolhersteller mit. Die Ergebnisse sind als Broschüre in der Schriftenreihe der TLL „Landwirtschaft und Landschaftspflege in Thüringen“ Heft 6/2007 Bioethanol- und Schlempeverfütterung - Mehrländerprojekt - erschienen ( "Schriftenreihe der TLL").
In Weiterführung des Mehrländerprojektes zu Anbau- und Sortenversuchen sind 2008 erschienen: Abschlussbericht "Arten- und Sortenempfehlungen für Getreide zur Erzeugung von Bioethanol für die Bundesländer Thüringen, Sachsen, Brandenburg, Sachsen-Anhalt"
Versuchsbericht "Landessortenversuche in Thüringen – Ethanolweizen –"
Biokraftstoffe der 2. Generation
Zu den Biokraftstoffen der 2. Generation zählen BtL (Biomasse-to-Liquid) und Bioethanol aus Lignocellulose. Im Gegensatz zur 1. Generation kommen hier auch Rohstoffe zum Einsatz, die nicht der Nahrungsmittelproduktion dienen, wie Holz, Stroh und Landschaftspflegematerial.
1. BtL-Kraftstoff
Bei der Herstellung von BtL-Kraftstoffen wird die Biomasse zunächst in einem meist mehrstufigen thermochemischen Vergasungsprozess in ein Synthesegas umgewandelt, welches anschließend durch den Syntheseprozess in flüssige Biokraftstoffe umgewandelt wird.
Für den thermochemischen Vergasungsprozess gibt es ganz unterschiedliche Verfahren, von denen sich die meisten noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befinden. Das am weitesten fortgeschrittene Verfahren ist das so genannte Carbo-V®-Verfahren der Freiberger Firma CHOREN Industries GmbH. Diese beabsichtigt, voraussichtlich ab 2012 die erste Industrieanlage mit einem Biomassebedarf von 1 Mio. t/a in Schwedt zu betreiben. Die erste kommerzielle Anlage (Beta-Anlage) in Freiberg soll noch 2008 die Kraftstoffproduktion aufnehmen und dann 18 000 m³/a BtL-Kraftstoff (SunDiesel®) aus 68 000 t Biomasse herstellen.
CHOREN setzt dabei neben Alt- und Restholz auf Energieholz als Rohstoff. Andere Verfahren wie das „bioliq-Verfahren“ des Forschungszentrums Karlsruhe favorisieren zunächst land- und forstwirtschaftliche Reststoffe und orientieren langfristig auch auf Energiepflanzen. Im CUTEC-Institut GmbH in Clausthal-Zellerfeld (ARTFUEL-Vorhaben) wurde bisher in einer Demonstrationsanlage die Eignung verschiedener Biomassen für das dortige Vergasungsverfahren nachgewiesen.
2. Bioethanol aus Lignocellulose
Bei der Herstellung von Bioethanol aus Lignocellulose muss zunächst in einem aufwändigen Aufschlussprozess die Cellulose und Hemicellulose durch ein geeignetes und wirtschaftlich darstellbares Verfahren in vergärbare Zucker umgewandelt werden, die anschließend wie bei Bioethanol der 1. Generation zu Biokraftstoff weiterverarbeitet werden. Bei den Aufschlussverfahren gibt es mehrere Varianten, von denen sich die meisten noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befinden. Die Firma IOGEN Corporation betreibt in Kanada bereits eine Demonstrationsanlage auf der Basis von Stroh und beabsichtigt in Deutschland mehrere Anlagen zu errichten, die jeweils 400 000 bis 600 000 t Stroh zu ca. 210 000 m³ Ethanol verarbeiten sollen.
Aufgabenstellungen für die Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft ergeben sich daraus, dass Grundlagen für die Rohstoffbereitstellung für die unterschiedlichen Konversionsverfahren der Biokraftstoffe der 2. Generation zu erarbeiten sind. Insbesondere sind die Mengen und die Qualitäten potenzieller Rohstoffe zu erfassen, effiziente Bereitstellungsketten für große Mengen Biomasse zu eruieren und deren Wirtschaftlichkeit zu ermitteln sowie der Anbau von Energiepflanzen über optimierte, standortbezogene Anbausysteme einschließlich Energieholz oder Kombination aus Food- und Nonfood-Anbau (Agroforstsysteme) zu untersuchen. Dies erfolgt einmal im Projekt „Effiziente und umweltgerechte Erzeugung von Bioenergie“ und in zahlreichen vom BMEL geförderten Projekten.
Bereits erfolgte Veröffentlichungen:
Leitlinie Energieholz
Anbautelegramm Energieholz
Standpunkt Energieholzanbau auf gewässernahen Ackerstandorten
Erste Ergebnisse des Verbundprojektes "Entwicklung und Vergleich von
optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands"
Mit Stand 01.01.2010 werden in Thüringen 140 landwirtschaftliche Biogasanlagen mit einer installierten Leistung von 70,3 MW betrieben ( Biogasanlagen in Thüringen).
Kalkulatorisch könnten damit in Thüringen mindestens 140 000 Haushalte mit Elektroenergie auf Basis von Biogas versorgt werden. Aus der Elektroenergieproduktion ergibt sich ein realisiertes Einsparungspotenzial von ca. 125 Mio. l Heizöl ( Veröffentlichungen von Dr. G. Reinhold).
Die Biogasproduktion beruht in Thüringen auf der Nutzung von Wirtschaftsdüngern und nachwachsenden Rohstoffen. Im Anlagenbestand bis 01.01.2010 betrug der Anteil an Wirtschaftsdüngern am Substrateinsatz über 70 %.
In Thüringen haben sich die Biogas-Bauern in einer Arbeitsgruppe des TBV unter fachlicher Anleitung der TLL organisiert und führen jährlich mehrere Fachtagungen und eine Exkursion durch ( Fachtagungen Biogas).
Pavillon Nachwachsende Rohstoffe
TLL>Pflanzenproduktion
