Bioenergie für zentrale Wärmeversorgung


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<img class=“wp-image-4413″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/01_Icon_Was_50px_weiss.png“ alt=““> Was ist das?

Was ist das?

Warmwasser kann durch die Verbrennung fester Biomasse wie Holzpellets und ‑hackschnitzel oder Biogas erzeugt werden. Ein Nah- oder Fernwärmenetz versorgt die Gebäude mit diesem Wasser für Raumheizung und warmes Brauchwasser. Ein kollektives System hat gegenüber individuellen Systemen den Vorteil, dass die benötigte Leistung geringer ist, als wenn man alle Gebäude einzeln installieren würde. Das liegt daran, dass nicht jeder zur gleichen Zeit die maximale Leistung benötigt.

Die folgenden Installationen sind möglich:

  • Ein zentraler Biomassekessel, der über ein Wärmenetz Wärme an die Gebäude liefert. Ein (Bio-) Gaskessel wird in der Regel für sehr kalte Tage (Spitzenlast) und als Reserveleistung benötigt. Eine Bio-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK) kann sowohl Strom als auch Wärme erzeugen. Ein Bio-KWK ist jedoch teurer und komplexer als ein Biomassekessel, der nur Wärme erzeugt.
  • Ein zentraler Biomassekessel, der eine kleinere Anzahl von Wohnungen, eine Straße oder einen Block mit Wärme versorgt. Dies wird auch als „Mini-Netz“ bezeichnet. Ein „Mini-Netz“ kann auch als vorübergehende Heizzentrale dienen, bevor das gesamte Fernwärmenetz ausgebaut oder in Betrieb genommen wird.
  • Ein gebäudegebundener Biomassekessel, in der Regel ein mit Holzpellets oder Holzhackschnitzeln befeuerter Kessel, der einen Wohnkomplex, eine Wohnung oder ein großes Gebäude beheizt. In Wohnungen kann ein Biomassekessel eine bestehende Erdgasheizung ersetzen. Siehe auch den Eintrag Biomasse-Kessel.
  • Ein Biomassekessel für Schwimmbäder, Büros oder andere Nutzgebäude. Manchmal handelt es sich dabei nicht um kollektive Systeme, aber in der Regel sind es große Anlagen, die denen ähneln, die für kollektive Systeme verwendet werden.
  • Eine Biogasanlage, z. B. ein Fermenter für Obst-, Gemüse- und Gartenabfälle oder ein Gülle-Fermenter, der Biogas erzeugt, das zu einem Heizkessel oder einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage geleitet wird. Die Wärme wird über ein Wärmenetz an umliegende Gebäude abgegeben. Biogas kann auch auf Erdgasqualität aufbereitet werden, das dann als grünes Gas oder Biomethan bezeichnet wird. Siehe auch den Eintrag Biogas.
<img class=“wp-image-4415″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/02_Icon_Wo_50px_weiss.png“ alt=““> Wo ist der Einsatz sinnvoll?

Wo ist der Einsatz sinnvoll?

Bioenergie kann Wärme in ein bestehendes Wärmenetz einspeisen oder einen bestehenden Heizkessel ersetzen. In einer Situation, in der derzeit einzelne Heizkessel verwendet werden, muss ein Wärmenetz für eine gemeinsame Anlage und die daran angeschlossenen Gebäude eingerichtet werden.

Bioenergie kann Wasser mit einer hohen Temperatur (90 °C oder höher) liefern. So können auch bestehende Hochtemperatur-Wärmenetze angeschlossen werden, möglicherweise, bevor alle Gebäude gedämmt sind. Dank der hohen Temperatur werden auch die Sicherheitsanforderungen (z. B. Legionellen) für Trinkwarmwasser erfüllt.

Biogas-Heizkessel werden z. B. in den Niederlanden auch als „Übergangsbrennstoff“ gesehen, weil sie jetzt den Bau neuer Wärmenetze für die anschließende Solar- und Erdwärme ermöglichen und dann weiterhin als Spitzenlast-Wärmequelle fungieren können. Zudem gibt es eine neue Entwicklung, bei der die Hochtemperaturwärme aus einem Biokessel zunächst in bestehenden Gebäuden genutzt wird und dann als Niedertemperaturwärme in – gut gedämmte – Neubauten fließt.

Selbst wenn ein Biomassekessel die Emissionsnormen erfüllt, ist ein gebäudegebundener Biomassekessel für feste Biomasse in dicht bebauten Gebieten und/oder in bebauten Gebieten mit kritischer Luftqualität nicht immer wünschenswert. Eine Rauchgasreinigung, die über die gesetzlichen Anforderungen hinausgeht, bietet hier Möglichkeiten. In allen anderen Fällen sind ein gebäudespezifischer kollektiver Biomassekessel und ein zentraler Biomassekessel durchaus eine Option.

<img class=“wp-image-4417″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/03_Icon_nachhaltig_50px_weiss.png“ alt=““> Wie nachhaltig ist es?

Wie nachhaltig ist es?

Häufig werden Fragen zur Nachhaltigkeit von Biomasse gestellt. Die wichtigsten Punkte sind hier aufgeführt.

CO2-Emissionen aus Biomassegewinnung und -transport

Trotz der CO2-Emissionen bei der Produktion und dem Transport von holzartiger Biomasse, selbst aus Übersee, sind die gesamten CO2-Emissionen um mindestens 70 % niedriger als bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Die Energieerzeugung aus fester und gasförmiger Biomasse führt daher zu deutlich geringeren CO2-Emissionen als die Energieerzeugung aus fossilen Energieträgern.

CO2-Emissionen aus der Verbrennung von Biomasse

Es stimmt zwar, dass bei der Verbrennung von Biomasse CO2 freigesetzt wird, doch handelt es sich dabei um CO2, das vor kurzem in der Biomasse gebunden war und somit vor kurzem aus der Luft entfernt wurde. Dies wird als Short-Cycling bezeichnet, im Gegensatz zu CO2, das in der fernen Vergangenheit in fossilen Quellen gebunden wurde. Das CO2 aus Biomasse wird daher von der EU als CO2-neutral angesehen.

Nachhaltigkeit von Biomasse

Eine wichtige Voraussetzung für die nachhaltige Nutzung von Restholz aus Wald- und Naturgebieten ist die nachhaltige Bewirtschaftung dieser Flächen. Dabei werden soziale, ökologische und wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt. Vorzugsweise sind diese z. B. mit dem FSC- oder PEFC-Siegel für nachhaltige Forstwirtschaft zertifiziert. Das niederländische Gütesiegel ‚Better Biomass‘ berücksichtigt auch die CO2-Bilanz des Waldes. So gibt dieses Gütesiegel für Holzpellets und Holzhackschnitzel an, dass die gesamte Kette die Richtlinien einhält und garantiert damit die Nachhaltigkeit der verwendeten Biomasse.

Lebensmittel-Abfälle, Gülle und andere Biomasse-Abfallströme aus der Landwirtschaft oder der Lebensmittelindustrie werden für die Biogaserzeugung genutzt. Das nach der Vergärung verbleibende Restprodukt (der Gärrest) wird in der Regel als Bodenverbesserer und/oder Düngemittel verwendet. Die vorhandenen Nährstoffe gehen also nicht verloren; dies ist ein Beispiel für einen Kreislaufprozess.

Verfügbarkeit von Biomasse

Untersuchungen zeigen, dass in den kommenden Jahrzehnten ausreichend Biomasse für energetische Zwecke zur Verfügung stehen wird. Bis 2030 werden keine Probleme und nach 2030 wird eine Verlagerung der Restholznutzung von der Bioenergie zu sogenannten biobasierten Produkten erwartet. Dabei handelt es sich um Produkte, die aus biobasierten Rohstoffen anstelle von fossilen Rohstoffen hergestellt werden. Darüber hinaus kann mehr Biomasse aus Restholz zur Verfügung stehen, z. B. durch eine effizientere Wald- und Naturbewirtschaftung und zusätzliche Anpflanzungen. Andere, bisher ungenutzte, minderwertige Biomasseströme können ebenfalls verwendet werden. In den Niederlanden, Deutschland und den umliegenden Ländern wächst derzeit mehr Biomasse als geerntet wird.

Außerdem sind manche Menschen der Meinung, dass Wälder nur zu Energiezwecken abgeholzt werden. Das ist selten der Fall, weil das Holz nicht genug Ertrag für die Energieerzeugung liefert. Der größte Teil der Biomasse wird an Sägewerke für höherwertige Produkte wie Möbel und Baumaterialien sowie an die Papierindustrie geliefert. Nur die Restströme, wie z.B. Holzabfälle aus Sägewerken und Kronen- und Astholz aus der Forstwirtschaft, Natur- und Landschaftspflege, werden für Bioenergie genutzt. Für die langfristige Planung eines Wärmenetzes ist es sinnvoll, zu untersuchen, ob auch andere Wärmequellen genutzt werden können. Auf diese Weise wird die Biomasse schließlich nur noch für den Spitzenbedarf benötigt oder kann vollständig ersetzt werden. Biomasse für Bioenergie wird daher als nachhaltiger Übergangsbrennstoff angesehen.

Emissionsstandards

Ohne zusätzliche Rauchgasreinigung zu den gesetzlichen Emissionsanforderungen sind die Emissionen eines mit fester Biomasse befeuerten Kessels, wie z. B. Staub und Stickstoff (NOx), in der Regel höher als die eines erdgasbefeuerten Kessels, aber um ein Vielfaches niedriger als die eines offenen Feuers oder eines Holzofens.

Kollektive Biomasse-Anlagen erfüllen strengere Emissionsnormen als kleine Feuerungsanlagen. Aufgrund der umfangreichen Rauchgasreinigung, die bei kollektiven Biomasse-Anlagen erforderlich ist, entstehen auch weitaus weniger Emissionen, als wenn jeder Haushalt seinen eigenen Holzofen oder Heizkessel zum Heizen verwendet.

<img class=“wp-image-4419″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/04_Icon_Akteure_50px_weiss.png“ alt=““> Wer ist beteiligt?

Wer ist beteiligt?

Eigentümer/Bewohner

Eine kollektive Anlage bedeutet den Anschluss an ein Wärmenetz. War das Gebäude bisher mit einem Einzelkessel ausgestattet, so wird dieser durch ein Übergabesystem (das, wie der Name schon sagt, Wärme aus dem Wärmenetz in das Gebäude liefert) und einen Anschluss an das Wärmenetz ersetzt. Der Hauseigentümer zahlt in der Regel eine einmalige Anschlussgebühr an den Wärmelieferanten, um angeschlossen zu werden. Der Eigentümer/Nutzer schließt einen Liefervertrag mit dem Wärmelieferanten ab.

Betreiber des Biokessels

Der Betrieb des Biokessels wird in der Regel einem Unternehmen überlassen, das über das entsprechende Fachwissen verfügt. Dabei kann es sich um ein Wärme­versorgungs­unternehmen handeln, aber es gibt auch andere Unternehmen, die große oder kleine Anlagen bauen, verwalten und warten können, wie z. B. Energiekonzerne, Gemeinden und Wohnungsbaugesellschaften.

Es wird Platz benötigt, um die Biomasseanlage und das Kesselhaus bzw. die Heizzentrale zu installieren. Diese benötigen viel mehr Platz als ein Gaskessel. Eine Biomasseanlage besteht aus einem Kesselhaus, einem Kessel, einem Biomassespeicher und einem Heißwasserpufferspeicher, einer Pumpengruppe, einem Rauchgaskanal und einem Ascheaustrag. Im Gegensatz zu Erdgas muss der Eigentümer/Betreiber die feste Biomasse per LKW (oder Frachtschiff) anliefern und die anfallende Holzasche entsorgen. Dies kann in einem Wohngebiet zu Störungen führen.

Es sind verschiedene Genehmigungen erforderlich. Zum Beispiel muss der Eigentümer/Betreiber eine Baugenehmigung beantragen, es sei denn, er kann ein bestehendes Kesselhaus nutzen. Neben einer eventuellen Leitungsgenehmigung für das Wärmenetz ist für viele große Anlagen auch eine umweltrechtliche Genehmigung erforderlich.

Biogas wird über einen Fermenter erzeugt. Hierfür ist eine Genehmigung erforderlich. Der Fermenter befindet sich häufig an der Quelle des verwendeten Reststroms. Der Kessel oder das Blockheizkraftwerk, in dem das Biogas verbrannt wird, befindet sich in der Nähe der Nutzer. Auch hierfür ist ein Gebäude und damit eine Baugenehmigung erforderlich. Und für die Verlegung einer Biogas-Leitung muss eine Trassengenehmigung beantragt werden.

Betreiber des Wärmenetzes

Ein Wärmenetz braucht einen Betreiber. Dabei kann es sich um dieselbe Partei handeln, die den Biomassekessel betreibt, oder um eine andere Partei. Bei einem einzelnen Gebäude kann es sich auch um die Hausverwaltung oder die Wohnungsbaugesellschaft handeln. Der Bau eines neuen Wärmenetzes ist genehmigungspflichtig.

Kommune

Die Kommune spielt eine wichtige Rolle bei der Erteilung von Genehmigungen für Biomasseanlagen. Kollektive Kesselanlagen müssen die Emissionsnormen erfüllen. Außerdem muss die Kommune eine Genehmigung für die Verlegung von Wärmeleitungen erteilen, wenn ein Wärmenetz errichtet werden soll. Im Falle eines Projekts, das einen Biomassekessel vorsieht, muss die Kommune Akzeptanz innerhalb der Kommune berücksichtigen..

Netzbetreiber

Für den Netzbetreiber wird sich im Stromnetz wenig ändern. Nur wenn in einer Bio-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage neben Wärme auch Strom erzeugt wird, muss ein großer Anschluss zur Einspeisung des Stroms in das Netz hergestellt werden.

<img class=“wp-image-4421″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/05_Icon_Technik_50px_weiss.png“ alt=““> Stand der Technik

Stand der Technik

Aktuelle Anwendung

Biomassekessel und deren Rauchgasreinigung sind bewährte und verfügbare Techniken. In den Niederlanden sind Hunderte von Biokesseln in Betrieb, die die geltenden niederländischen Emissionsnormen erfüllen. In anderen europäischen Ländern wie Deutschland, Österreich, der Schweiz und den skandinavischen Ländern gibt es viel mehr Erfahrung mit der Holzverbrennung. Auch die Vergärung von Biomasse zu Biogas ist eine bewährte und verfügbare Technik.

In den letzten Jahren wurden erhebliche Investitionen in die Weiterentwicklung einer verbesserten und erschwinglichen Rauchgasreinigung für Holzfeuerungsanlagen getätigt. Auch bei der Fermentation gibt es verschiedene Entwicklungen, um die Ausbeute zu verbessern und die Selbstkosten zu senken.

Erwartete Entwicklungen

Bioenergie ist eine der Alternativen zu Erdgas. Welche Alternative am naheliegendsten ist, hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab. Bioenergie ist eine echte Option, um Erdgas kurz- und mittelfristig zu ersetzen, und zwar in einem solchen Umfang, dass die Klimaziele erreicht werden können. Darüber hinaus wird die Bioenergie als notwendige Vorbereitung zur Verwirklichung der Kreislaufwirtschaft gesehen. Dort wird Biomasse für die Herstellung hochwertiger Produkte genutzt, um fossile Rohstoffe zu ersetzen. Nach der Kaskadennutzung (bestmögliche Nutzung aller Teile der Biomasse) und der Bioraffinerie (Technologien zur Herstellung nützlicher Produkte aus Biomasse) wird die Bioenergie dabei weiterhin eine wichtige Rolle spielen.

<img class=“wp-image-4423″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/06_Icon_Beispiel_50px_weiss.png“ alt=““> Beispiel-Projekte

Beispiel-Projekte

Beispiele für zentrale Biomasseanlagen für Wärmenetze:

Holzbefeuert

Biogas