www.energie-lexikon.info, enlex.info
RP-Energie-Lexikon
fachlich fundiert, unabhängig von Lobby-Interessen

Biomassevergasung

<<<  |  >>>  |  Feedback

Definition: die Gewinnung brennbarer Gase aus Biomasse, z. B. Holz oder Energiepflanzen

Englisch: biomass gasification

Kategorien: Energieträger, erneuerbare Energie, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 09.02.2013; letzte Änderung: 21.07.2016

Es gibt verschiedene Verfahren der Biomassevergasung, d. h. der Gewinnung brennbarer Gase durch thermochemische Verarbeitung von Biomasse, insbesondere von Holz. Das Grundprinzip ist, dass die Biomasse bei erhöhter Temperatur (meist einige hundert Grad Celsius) unter Sauerstoffmangel umgesetzt wird. So werden nicht alle organischen Bestandteile unter Freisetzung von Wärme oxidiert, sondern es verbleibt ein wesentlicher Anteil brennbarer Substanzen wie Wasserstoff (H2), Methan (CH4) und Kohlenmonoxid (CO) im erzeugten Gas. Es handelt sich um eine Art von Synthesegas, welches entweder energetisch oder stofflich genutzt werden kann:

Im Prinzip handelt es sich auch bei der Erzeugung von Biogas durch Fermentation (Vergärung) um eine Art von Biomassevergasung (eine biologische Vergasung), jedoch wird der Begriff der Biomassevergasung meist nur für thermochemische Verfahren verwendet, die bei wesentlich höheren Temperaturen arbeiten.

Grundsätzlich kann nicht alle Biomasse in Gas umgesetzt werden, sondern es verbleiben auch feste und flüssige Reststoffe, die geeignet weiter behandelt werden müssen (siehe unten).

Die Biomassevergasung ähnelt im Prinzip der Kohlevergasung. Allerdings gibt es etliche Unterschiede:

Für die Vergasung geeignete Rohstoffe

Schon lange praktiziert wurde die Holzvergasung, d. h. die Vergasung von Holz. Hier kann es sich um Forstholz handeln, z. B. aus Kurzumtriebsplantagen, aber auch um Waldrestholz und Holzreste von Prozessen der Holzverarbeitung. In Notzeiten wurden sogar manche Autos mit angebauten Holzvergasern betrieben, wobei das kaum gereinigte Holzgas direkt in Benzinmotoren geleitet wurde. Dieses Verfahren dürfte allerdings weder energieeffizient noch für die Lebensdauer der Motoren zuträglich gewesen sein.

Ebenfalls verwendbar sind diverse landwirtschaftliche Reststoffe, die reich an Lignocellulose sind, beispielsweise Stroh. Auch Mist und Klärschlamm kommen in Frage. Es können auch Energiepflanzen speziell für die Vergasung angebaut werden, etwa Chinaschilf (Miscanthus)

Bei vielen Vergasungsprozessen ist es notwendig, die Biomasse zunächst zu trocknen. Hierfür wird ein Teil der erzeugten Wärme verbraucht. Oft ist auch eine mechanische Vorbehandlung nötig, insbesondere eine Zerkleinerung.

Unterschiedliche Vergasungsmittel; autotherme und allotherme Vergasung

Wenn eine Vergasung ohne Zufuhr eines Vergasungsmittels durchgeführt wird, spricht man von Pyrolyse (thermische Zersetzung). Hierbei ist die Ausbeute an Gasen relativ gering, und ein wesentlicher Teil des Kohlenstoffs aus der Biomasse fällt als eine Art Pyrolysekoks an. Außerdem entstehen viel schwere Kohlenwasserstoffe, die einen Teer bilden, welcher aus dem erzeugten Gas bei Abkühlung auskondensiert.

Meist wird der Biomasse Luft als Vergasungsmittel zugeführt – allerdings deutlich weniger, als zu einer vollständigen Verbrennung nötig wäre. Es erfolgt also eine unvollständige Verbrennung, die die benötigte Prozesswärme liefert. Das erhaltene Gas enthält viel Kohlenmonoxid, aber auch Stickstoff aus der Luft, sowie erhebliche Mengen von Wasserdampf. Wegen des hohen Stickstoffanteils ist der spezifische Heizwert des Gases gering – sehr viel geringer als z. B. der von Erdgas.

Wenn reiner Sauerstoff anstelle von Luft als Vergasungsmittel eingesetzt wird, wird die Ausbeute an Gas erhöht. Ein geringerer Anteil des Kohlenstoffs muss verbrannt werden, da die Wärmeabfuhr über den Stickstoff entfällt. Allerdings ist die Herstellung des Sauerstoffs aufwendig, weswegen meistens doch Luft verwendet wird.

Bei der hydrothermalen Vergasung wird Wasserdampf als Vergasungsmittel verwendet. Der Prozess ist dann nicht mehr autotherm, sondern allotherm: Die benötigte Prozesswärme entsteht nicht im Prozess selbst, sondern muss von außen zugeführt werden. Diese Wärme wird in der Regel gewonnen, indem ein Teil der Biomasse zusammen mit den festen und flüssigen Rückständen der Vergasungsanlage (Koks und Teer) verbrannt wird. (Die Verwendung von Elektrowärme wäre technisch einfach, würde aber die Energiebilanz des Verfahrens verschlechtern.) Die Prozesswärme kann auf unterschiedliche Weisen eingebracht werden:

Die hydrothermale Vergasung ergibt ein Gas mit hohem Heizwert, da kein Stickstoff eingebracht wird und wenig Kohlendioxid entsteht.

Zukünftig könnten Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC) für die Stromerzeugung genutzt werden. Deren Abwärme könnte über Wärmerohre für die allotherme Vergasung genutzt werden. Hiermit könnte die Stromerzeugung elektrische Wirkungsgrade oberhalb von 50 % ermöglichen.

Typen von Biomassevergasern

Es gibt unterschiedliche Typen von Vergasern für Biomasse:

Der Vergaser ist jeweils das zentrale Element einer Vergasungsanlage, die jedoch noch viele andere Komponenten für die Vorbehandlung der Biomasse und die Nachbehandlung der Produkte enthalten kann.

Zukünftig dürften Anlagen vorteilhaft sein, die Leistungen zwischen einigen Megawatt und einigen hundert Megawatt aufweisen. (Die Leistung wird hierbei auf den Energieinhalt der erzeugten Produkte bezogen.) Möglichst große Anlagen dürften im Betrieb wirtschaftlicher sein, insbesondere bei der Erzeugung von Biokraftstoffen: Beispielsweise ist die Fischer-Tropsch-Synthese nur in großen Einheiten wirtschaftlich. Der Transportaufwand für die Biomasse ist dann allerdings größer.

Es ist technisch nicht einfach, mit Vergasungsanlagen viele erwünschte Eigenschaften gleichzeitig zu erzielen:

Aufbereitung der Produkte

Aus dem erzeugten Gas kondensiert durch Abkühlung Wasser und eine Reihe anderer Substanzen, die als Reststoffe anfallen und schadlos entsorgt werden müssen (siehe unten). Das restliche Gas muss vor allem für eine stoffliche Nutzung noch weiter aufbereitet und gereinigt werden:

Häufig muss das erzeugte Gas noch komprimiert werden, beispielsweise zwecks Speicherung in Tanks. In manchen Fällen ist auch eine Verflüssigung durch Tiefkühlung nötig.

Behandlung der festen und flüssigen Reststoffe

Ein erheblicher Teil der Biomasse kann nicht vergast werden, sondern fällt in fester oder flüssiger Form an. Bei den Feststoffen handelt es sich nicht nur um Asche (weitgehend mineralische Stoffe), sondern auch um gewisse Mengen von Kohlenstoff, etwa in Form eines Kokses. Der Restenergiegehalt solcher Stoffe kann durch Verbrennen noch genutzt werden, wobei das Abgas gereinigt werden muss. Bei großtechnischer Anwendung ist es sehr wünschenswert, dass die mineralischen Stoffe in einer Form anfallen, die als Dünger geeignet ist, damit geschlossene Nährstoffkreisläufe möglich sind.

Der Wasserdampfanteil des erhaltenen Gases kann kondensiert werden, wobei auch diverse andere Substanzen als Teeröl kondensieren. Das erhaltene Abwasser (bei der Holzvergasung als Holzgaskondensat bezeichnet) kann je nach Prozess sauer oder alkalisch sein und enthält eine Vielzahl von Schadstoffen wie z. B. krebserregende Phenole und diverse Schwefel- und Stickstoffverbindungen. Es muss daher in einer geeigneten Abwasserbehandlungsanlage mehr oder weniger aufwendig gereinigt werden. Eine Verbrennung der organischen Substanzen oder die erneute Zufuhr zum Vergaser ist günstig, erfordert aber zunächst eine Trennung vom Wasser. Erschwert wird die Behandlung solcher Abfälle durch die variable Zusammensetzung, die von der Zusammensetzung der Biomasse abhängt, aber auch von den genauen Prozessbedingungen.

Nutzung von Abwärme

Je nach Vergasungsprozess kann Abwärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus anfallen – beispielsweise bei hohen Temperaturen als die Wärme des erzeugten Gases, oder bei niedrigen Temperaturen als Abwärme einer Dampfturbine zur Stromerzeugung. Teilweise wird auch das Prinzip des Organic Rankine Cycle (ORC) angewandt, um trotz relativ niedriger Temperaturen noch Strom erzeugen zu können. Ein Teil der anfallenden Wärme wird meist für bestimmte Prozesschritte benötigt, z. B. für die Trocknung der Biomasse vor der Vergasung, aber ein Teil kann übrig bleiben.

Wenn eine Nutzung solcher Abwärme möglich ist, z. B. für Heizungsanlagen, wird die Gesamt-Energiebilanz entsprechend verbessert. Wenn keine geeigneten Wärmeabnehmer am Ort sind, gibt es für Abwärme auf ausreichend hohem Temperaturniveau die Möglichkeit der Verstromung z. B. mit Hilfe eines ORC-Prozesses.

Wirkungsgrade

Der Wirkungsgrad der Biomassevergasung muss oft zunächst klar definiert werden, bevor seine Angabe sinnvoll ist:

Die in bisherigen Vergasungsanlagen erzielten Wirkungsgrade bleiben aufgrund diverser technischer Schwierigkeiten häufig deutlich unter dem theoretischen Potenzial.

Bedeutung der Biomassevergasung; Vergleich mit anderen Verfahren

Bisher wurden nur wenige und relativ kleine Anlagen zur Biomassevergasung gebaut und betrieben. Die Technik ist relativ komplex, da neben der eigentlichen Vergasung noch etliche andere Schritte zu beherrschen sind, und dies für unterschiedliche Zusammensetzungen der Biomasse. Wenn die Verfahren noch weiter verbessert werden, könnten sie zukünftig aber durchaus eine große Bedeutung erlangen, da sie gegenüber anderen Methoden der Nutzung von Biomasse Vorteile bieten können:

Auf der anderen Seite ist die Biomassevergasung technisch deutlich komplexer als eine Verbrennung. Deswegen wird insbesondere Holz bisher noch zum größten Teil verbrannt. Die bisher entwickelten Verfahren zur Vergasung müssen noch weiter verbessert werden.

Im Vergleich zur Gewinnung von Pflanzenölen und Biodiesel (Rapsmethylester) ergibt sich durch die Biomassevergasung eine viel höhere Energieausbeute, da auch die Cellulose der Pflanzenteile genutzt wird. Deswegen erscheint die Biomassevergasung vor allem bei der Herstellung von flüssigen Kraftstoffen sehr viel vorteilhafter als bisherige Verfahren und dürfte in diesem Bereich sehr wichtig werden.

Auch im Rahmen einer Wasserstoffwirtschaft könnte die Biomassevergasung eine wichtige Rolle spielen: Anstatt dass Wasserstoff relativ verlustreich durch Elektrolyse mit Hilfe elektrischer Energie hergestellt würde, könnte er aus Biomasse gewonnen werden. Allerdings ist die Flächenproduktivität von Biomasse relativ gering, da sie auf der wenig effizienten Photosynthese beruht; sie ist zwar für die Vergasung etwas besser als für Bioethanol und Biodiesel, aber deutlich schlechter als für Biogas und viel schlechter als für Elektrolyse-Wasserstoff mit Solar- oder Windstrom. Dadurch ist das Potenzial dieser Methode stärker begrenzt als für den elektrischen Herstellungspfad.

Siehe auch: Biomasse, Biokraftstoff, Kohlevergasung, Verbrennung, Mitverbrennung, Biomethan, Synthesegas, Wasserstoff, Wasserstoffwirtschaft, erneuerbare Energie
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieträger, erneuerbare Energie, Grundbegriffe

Kommentare von Lesern

Hier können Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung vorschlagen. Über die Annahme wird der Autor des RP-Energie-Lexikons nach gewissen Kriterien entscheiden. Im Kern geht es darum, dass der Kommentar für andere Leser potenziell nützlich ist.

Ihr Name:
(freiwillige Angabe – auch Pseudonyme sind erlaubt)
Ihre E-Mail-Adresse:
(freiwillige Angabe)
Ihr Hintergrund:
(freiwillige Angabe, z. B. Energieberater, Handwerker oder Journalist)
Ihr Kommentar:
Spam-Prüfung:   (bitte die Summe von fünf und zwölf hier als Ziffern eintragen!)

Bem.: Mit dem Abschicken geben Sie Ihre Einwilligung, Ihren Kommentar hier zu veröffentlichen. (Sie können diese später auch widerrufen.) Da Kommentare zunächst vom Autor durchgesehen werden, erscheinen sie verzögert, z. B. erst am Folgetag oder evtl. noch etwas später.

Wie gefällt Ihnen dieser Artikel?

Ihr Gesamteindruck: weiß nicht unbefriedigend in Ordnung gut ausgezeichnet
Fachliche Qualität: weiß nicht unbefriedigend in Ordnung gut ausgezeichnet
Lesbarkeit: weiß nicht unbefriedigend in Ordnung gut ausgezeichnet
Verdient dieser Artikel (oder das Energie-Lexikon insgesamt) Ihrer Ansicht nach Links von anderen Webseiten?
  nein eventuell ja
Kommentar:

Vielleicht haben Sie auch konkrete Vorschläge für inhaltliche Ergänzungen, nützliche Literaturangaben etc. Falls Sie eine bessere Website für dieses Thema kennen, sind wir dankbar für einen Hinweis darauf.

Wenn Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung auf unserer Seite vorschlagen möchten, verwenden Sie dazu bitte das Formular im Kasten "Kommentare von Lesern".

Spam-Prüfung: (bitte den Wert von 5 + 8 hier eintragen!)

Wenn Sie eine Antwort möchten, können Sie Ihre E-Mail-Adresse im Kommentarfeld hinterlassen oder direkt eine E-Mail senden. Letztere Methode führt meist zu schnelleren Antworten.

Wenn Ihnen das RP-Energie-Lexikon gefällt, möchten Sie vielleicht auch den RP-Energie-Blog als E-Mail-Newsletter abonnieren.

Teilen Sie den Link auf diesen Artikel mit anderen:

Werben Sie hier!

Das RP-Energie-Lexikon wird von tausenden von Energieinteressierten gelesen. Machen Sie hier auf Ihre Produkte aufmerksam!

1. Viel Verkehr

Diese Website wird viel genutzt: oft schon deutlich über 100 000 Seitenzugriffe in einem Monat.

Der Grund dafür ist leicht zu verstehen: Wo sonst wird so viel hochwertige und nützliche Information geboten?

2. Genaue Fokussierung

Sie können die Anzeigewahrscheinlichkeit Ihres Banners sogar von bestimmten Themen abhängig machen – beispielsweise nur Heizungstechnik fokussieren!

Mit unserem praktischen Auswahlwerkzeug ist dies einfach zu machen.

Welche andere Energie-Website kann das bieten?

3. Hochwertige Umgebung

Bei uns steht Ihr Banner umgeben von hochwertigen Inhalten. Anderswo würde es auf eine ganze Halde mit Werbung geworfen. Das hat natürlich Auswirkungen auf die Aufmerksamkeit, die Sie erwarten können.

Von dem hohen Image dieses Werks profitieren Sie ebenfalls.

4. Praktische Handhabung

Mit unserem praktischen Auswahlwerkzeug legen Sie leicht fest, wo genau Ihr Banner erscheinen wird, und finden heraus, was das kostet.

Außerdem bieten wir hilfreichen Service, um Ihnen Zeit zu sparen. Wir bieten sogar an, Ihr Banner aus Einzelteilen zusammenzusetzen!

5. Faire Preise

Wir bieten unses Leistungen zu Preisen an, die in einem guten Verhältnis zur Qualität der Banner und zu unserem Service stehen.

Vielleicht gefällt Ihnen auch der Aspekt, mit Ihrer Werbung eine für die Allgemeinheit wertvolle Aktivität zu unterstützen!

Besuchen Sie unsere Seite über Werbebanner, um mehr Details zu erfahren!

– Alle Banners –

– Ihr eigenes Banner! –

Die Startseite gibt Ihnen den Einstieg in das RP-Energie-Lexikon, auch mit Tipps zur Benutzung.
Hier finden Sie diverse Ratgeber-Artikel, insbesondere im Bereich der Haustechnik.
Hiermit wird Ihnen ein zufällig ausgewählter Lexikonartikel angezeigt.
Der RP-Energie-Blog präsentiert Interessantes und Aktuelles zum Thema Energie. Er ist auch als E-Mail-Newsletter erhältlich.
Hier finden Sie die Kontaktinformationen und das Impressum.
Werden Sie ein Sponsor des RP-Energie-Lexikons – des besten deutschsprachigen Energielexikons im Internet!
Hier erfahren Sie mehr über den Autor des RP-Energie-Lexikons und seine Grundsätze.
Hier können Sie die Artikel des RP-Energie-Lexikons nach Kategorien geordnet durchstöbern.
Verbreitete Irrtümer zu Energiefragen werden hier detailliert aufgedeckt.
Der Glossar fasst die Definitionen von Fachbegriffen aus den Artikeln zusammen.
Mit dem Energie-Quiz können Sie Ihr Wissen im Energiebereich testen und vertiefen.
Hier werden die Hintergründe des Projekts beschrieben, auch die gewählten Grundsätze.
Mit zigtausenden von Nutzern pro Monat ist das RP-Energie-Lexikon zu einer interessanten Werbeplattform geworden.
Vom Autor des RP-Energie-Lexikons können Sie auch Beratung erhalten, insbesondere zu Energie-Technologien.
Hier finden Sie die Liste aller Artikel zu einem bestimmten Anfangsbuchstaben.
Hier können Sie nach Artikeln suchen, deren Titel ein bestimmtes Stichwort enthalten.
(Beachten Sie auch die Volltextsuche beim Menüpunkt "Suche"!)