Regenerative Energien

Aus Biogas wird Strom

Im Zuge der Energiewende und der Förderung erneuerbarer Energien rückt eine Energieform immer mehr in den Fokus der Aufmerksamkeit: das Biogas. Erzeugt wird es in unterschiedlich großen Biogasanlagen durch das Vergären von Biomasse. Der Begriff Biomasse beinhaltet sowohl Abfall- und Reststoffe wie Speisereste, Klärschlamm, Gülle und Mist, als auch nachwachsende pflanzliche Rohstoffe, zum Beispiel Mais, Gras, Futter- und Zuckerrübe.

Die Biogasanlage

Um das Ausgangsprodukt Biomasse zur Gärung zu bringen, wird es im sogenannten Fermenter mit anaeroben Bakterien versetzt, die Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette hauptsächlich in Methangas und CO2 umwandeln. Der Fermenter selbst ist ein hermetisch abgedichteter, wärmeisolierter Behälter aus Stahl oder Beton.

In seinem Innenraum befindet sich ein Rührwerk, das die Biomasse bei einer Temperatur von 35 – 40 Grad Celsius gleichmäßig durchmischt. Das bei der Gärung entstandene Gasgemisch wird nun entschwefelt, getrocknet und mit Frischluft versetzt. Danach wird es in einen Gasmotor geleitet, entzündet und verbrannt. Mit der freiwerdenden Energie wird eine Kurbelwelle in Gang gesetzt, die ihrerseits mit einem Generator gekoppelt ist. Dieser erzeugt nun den elektrischen Strom.

Vorteile und weitere Verwendung von Biogas

Die Erzeugung und Verbrennung von Biogas ist CO2-neutral. Die Verwendung von Biogas ausschließlich zur Stromerzeugung ist wirtschaftlich und klimatechnisch ebenso wenig zielführend wie seine rein thermische Verwertung. Am sinnvollsten genutzt wird Biogas dann, wenn es gleichzeitig zur Strom und Wärmeerzeugung eingesetzt wird. Mit der Technik der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) weist es die beste Klimabilanz auf.

Biogas wird wie Erdgas auch zum Heizen und in der Küche verwendet, da es entsprechend aufbereitet ohne Probleme in das Erdgasnetz eingeleitet werden kann. Auch Kraftfahrzeuge mit Erdgasmotor können mit Biogas betrieben werden.

Lokal kann die bei der Biogaserzeugung anfallende Abwärme ebenfalls sehr leicht genutzt werden. Das kommt vor allem kleineren und landwirtschaftlichen Betreibern sehr entgegen.

Biomasse und Geothermie

Mit der zunehmenden Knappheit der fossilen Energieträger gewinnen erneuerbare Energieträger wie Geothermie und Biomasse zunehmend an Bedeutung. In Anbetracht der globalen Erderwärmung und der Knappheit der fossilen Energieträger können gerade diese Energieformen, aber auch Sonnenenergie, Wind- und Wasserkraft in der Zukunft eine bedeutende Rolle bei der Energieversorgung einnehmen.

Biomasse

Biomasse besteht aus organischen Stoffen, aus denen sich Energie gewinnen lässt und die pflanzlichen oder tierischen Ursprungs (Holz, Stroh, Gülle, etc.) sind. Biomasse wird in zwei Gruppen unterteilt: regenerierbare Rohstoffe und organischer Abfall.

Energieträger aus Biomasse sind beispielsweise: Brennholz, Pellets und Bioethanol. Biomasse wird beispielsweise zur Wärmeversorgung in großen Anlagen eingesetzt oder auch zur Fernwärmeversorgung.

Geothermie

Geothermie, auch Erdwärme genannt, ist in der Erdkruste gespeicherte Energie. Diese Energie wird immer noch unterschätzt, doch in der Tiefe liegt viel Kraft. Der größte Anteil der Erdmasse ist an die 1000 Grad Celsius heiß. Das bedeutet, unter der Erde ist viel Wärme gespeichert. Und sofern diese zugänglich und nutzbar ist, zählt die Geothermie zu den regenerierbaren Energieformen, die zum Heizen Verwendung finden kann, aber auch zur Erzeugung von elektrischem Strom.

Vorteile der Energieformen

Beide regenerativen Energieformen, also sowohl Geothermie als auch Biomasse, sind grundlastfähig und damit dort einsetzbar, wo immer momentan Nachfrage besteht. Dies ist ein Vorteil gegenüber der Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen, die von der eingestrahlten Sonnenenergie abhängig ist. Durch die Nutzung von Biomasse und Geothermie werden fossile Energieträger geschont. So ist beispielsweise bei einer Pelletheizung Holz anstatt Kohle der Brennstoff.

Vergleich Biomasse und Geothermie – Fazit

Bei der Verwendung von Biomasse sind hohe Temperaturen möglich, allerdings sind die Rohstoffpreise relativ hoch und Biomasse ist knapp. Im Vergleich dazu ist Geothermie im Überfluss vorhanden. Die Erschließung ist zwar sehr zeitaufwendig, dafür aber sehr preisstabil. Angesichts der Knappheit der fossilen Rohstoffe und der Tatsache, dass weniger schädliche Emissionen in die Umwelt gelangen, gehören Biomasse und Geothermie zu den zukunftsweisenden Energieträgern.

Außerdem ist zu beachten, dass auch Biogase und Biokraftstoffe aus Biomasse hergestellt werden. Für eine zukunftsweisende Verwendung sollten beide Energieträger, wenn möglich mit optimierter Speichertechnik, eingesetzt werden. So könnten die Vorzüge beider Energieträger in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und der technischen Möglichkeiten miteinander verknüpft werden.

Solarenergie

Die Solarenergie, auch Sonnenenergie genannt, wird von den Menschen in immer größerem Umfang genutzt. Seit Millionen von Jahren schickt die Sonne ihre Energie auf die Erde, welche in Form von Strom, Wärme oder chemischer Energie für die Menschen nutzbar gemacht werden kann.

Sehr häufig wird die Solarenergie im privaten Bereich zur Erzeugung von Strom genutzt und dadurch werden Kosten erheblich gesenkt.

Wissenschaftliche Messungen belegen, dass sich seit den Aufzeichnungen die Sonneneinstrahlung nicht geändert hat. Es ist also davon auszugehen, dass sich auch in den nächsten Jahrhunderten kaum etwas daran ändern wird. Ein Problem besteht in der wechselnden Sonneneinstrahlung auf die Solarkollektoren.

Damit jeder Sonnenstrahl optimal genutzt werden kann, ist eine ausgeklügelte Mess- und Regeltechnik erforderlich. Mit der Regeltechnik wird dafür gesorgt, dass möglichst viel Strom aus der Solarenergie an der Steckdose ankommt. Wird aus diesem Bereich kein Strom geliefert, so wird automatisch auf das öffentliche Stromnetz umgeschaltet.

Viele Eigenheimbesitzer möchten diese neue Technik auf ihrem Haus nutzen, allerdings sind dabei einige Dinge zu beachten. Das Gebäude muss an einer sonnigen Stelle gebaut sein, denn wer sein Haus im Tal stehen hat, bekommt zu wenig Sonnenlicht. Für diese Hausbesitzer ist die Anschaffung einer Photovoltaikanlage sinnlos. Auch der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen muss optimal eingestellt werden und ist regional sehr unterschiedlich.

Sonnenenergie – Unbegrenzte Energieform

Die Sonnenenergie steht den Menschen praktisch in unbegrenzter Form zur Verfügung und wird mit der Verbesserung der Technik weiter an Bedeutung gewinnen. Auch Firmen setzen auf Energie der Sonne und haben deshalb große Solarparks errichtet. Leider ist die heutige Technik noch nicht so weit, dass die Solarenergie über längere Zeit gespeichert werden kann.

Kritikpunkt: Umweltbewusste Personen kritisieren die Herstellung von Photovoltaik-Anlagen. Bei der Produktion wird sehr viel Wasser benötigt, was die Bilanz der umweltschonenden Nutzung von Energie nach unten senkt. Allerdings ist auch bei diesem Punkt davon auszugehen, dass die Forschung dazu führt, dass der Wasserverbrauch zukünftig deutlich gesenkt wird.

Wasserenergie

Bereits im Altertum haben die Menschen begonnen mit Wassermühlen Energie zu erzeugen. Damit gehört die Wasserenergie zu den ältesten Energiequellen der Menschheit.

Auch in der heutigen Zeit stellt die Wasserenergie eine der bedeutendsten Energiequellen dar. Weltweit wird der Strombedarf bereits zu 18 Prozent durch den Nutzen von Wasser gewonnen und ist damit gleich auf mit der Kernenergie.

Der Hauptbestandteil der Wasserenergie liegt in seinem regenerativen Kreislauf. Dabei verdunstet das Wasser und es entstehen Regenwolken. Der daraus resultierende Regen lässt das Wasser von höheren Lagen in niedrigere ablaufen. Die Energie, welche das Wasser während des Ablaufens erzeugt, nutzen Menschen zur Stromerzeugung.

Umwandlung der Strömungsenergie in elektrische Energie

So genannte Wasserkraftwerke machen sich so die Strömungsenergie des Wassers zu Nutzen und wandeln diese in elektrische Energie um. Dabei staut ein Wehr Wasser auf, lässt es in die Kanäle zu den Turbinen laufen und von den Turbinen zu dem Generator, welcher die Energie mit einem sehr hohen Wirkungsgrad umwandelt. Umweltschützer können aufatmen, denn diese Energieerzeugung erfolgt ganz ohne Schadstoffe. Das genutzte Wasser wird, ohne jegliche Veränderung, nach dem Durchlaufen in das ursprüngliche Flussbett zurück geleitet.

Die Anzahl der verschiedenen Wasserkraftwerke beläuft sich allein in Deutschland auf ca. 8000. Diese erzeugen so viel Energie, um 6 Millionen Haushalte mit Strom zur versorgen. Das bedeutet, etwa 3,5 Prozent des Gesamtbedarfs an Strom wird in Deutschland durch Wasserenergie gewonnen. Zudem ist der Ausbau noch lange nicht beendet. In den nächsten Jahren sollen etwa 2000 Megawatt Strom durch weitere Wasserkraftwerke generiert werden.

Dabei spielt insbesondere die Modernisierung und Wiederinbetriebnahme bereits vorhandener Anlagen eine wesentliche Rolle. Nicht zuletzt, weil viele Verbraucher in der Wasserenergie eine beliebte regenerative Energiequelle sehen, sondern auch weil der Bau von neuen Kraftwerken, verbunden mit Eingriffen in das ökologische Gleichgewicht, hohe Investitionen erfordert.

Windkraftanlagen

Windenergie wird als regenerative Energiequelle bezeichnet und nutzt zur Energiegewinnung die sich in der Atmosphäre bewegenden Luftmassen. Windkraft wird mittels technischer Methoden gewonnen und ist eine der so genannten erneuerbaren Energien. Mithilfe von Windkraftanlagen kann mittlerweile weltweit ein hohes Maß des Strombedarfes gedeckt werden.

Reise in die Vergangenheit

Die Windenergie wurde schon früher mithilfe von Windmühlen sowie Segelschiffen erfolgreich genutzt. Aber auch für die Luftfahrt sowie für Erkundungen der Erde mit dem Heißluftballon war und bleibt sie unerlässlich. Nach der Entwicklung des Generators lag dann der Gedanke nicht fern, die Windenergie ebenfalls für die Stromerzeugung zu nutzen. Somit wurde der Grundstein für eine erneuerbare Energieform gelegt, mit der man zugleich die Entwicklung heutiger moderner Windkraftanlagen maßgeblich anstieß.

Die Vorteile auf einen Blick

Windkraftanlagen sind klimaunabhängig und sowohl auf See als auch an Land einsetzbar, ganz gleich ob direkt an der Küste, im Gebirge oder auf dem Flachland. Studien haben ergeben, dass deutschlandweit bis zum Jahr 2020 ca. zwanzig Prozent des Strombedarfs abgedeckt werden könnten und das bei einer Landflächennutzung für Windenergieanlagen von lediglich 0,75 Prozent.

Wind ist nicht planbar

Die große Schwierigkeit bei der Windenergie ist, dass nicht planbar ist, wann, in welcher Stärke und für welchen Zeitraum der Wind weht. Die Steuerung und die Abstimmung der verschiedenen Windkraftwerke untereinander, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, ist daher eine sehr diffizile Angelegenheit. Eine weitere Schwierigkeit ist der Transport des erzeugten Stroms. Windkraftanlagen stehen in der Regel auf großen Freiflächen oder sogar offshore, also meist genau dort, wo kein Verbraucher in der Nähe ist.

Das bedeutet, es werden entsprechende Leitungen benötigt, um den Strom an die Stelle zu transportieren, an der er benötigt wird. Diese Thematiken werden im Rahmen der Energiewende heiß diskutiert.

Zukunftssichere umweltschonende Energiequelle

Die Art der Energiegewinnung ist nicht nur zukunftssicher, sondern schont auch nachhaltig die Umwelt aufgrund des sehr geringen CO2-Ausstoßes. Daher gilt die Windenergie als wichtige Erkenntnis und Maßnahme, um der globalen Erderwärmung entgegenzuwirken.

Unabhängig von der Transportfrage ist Wind zudem weltweit verfügbar und somit ist gewährleistet, dass diese Energieversorgung überall erfolgen kann.

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz, kurz EEG trat in Deutschland bereits im Jahr 2000 in Kraft und wurde das letzte Mal im Jahr 2012 erneuert. Nach dem EEG soll die Einspeisung von Strom, der durch erneuerbare Energien entstanden ist, geregelt werden. Dabei ist ebenfalls festgelegt, wie die Erzeuger zu vergüten sind.

Die Inhalte des EEG

Durch die Einführung des EEG wurde der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland forciert. Nach dem Gesetz werden die Betreiber von regenerativen Stromerzeugungsanlagen mit einem fest garantierten Vergütungssatz pro Kilowattstunde bezahlt. Dies geschieht für eine Dauer von 20 Jahren nach Errichtung der Anlage. Wie hoch die Vergütung im Einzelnen ist richtet sich nach verschiedenen Faktoren wie:

  • Standort
  • Größe der Anlage
  • Art der Stromerzeugung

Der Vergütungssatz, der sich ergibt, verändert sich dann über die gesamten 20 Jahre nicht mehr.

Die Sätze unterliegen einer jährlichen Degression.

Der garantierte Vergütungssatz wird also niedriger je später eine Anlage zur Stromgewinnung aus erneuerbaren Energien in Betrieb genommen wurde. Der Degressions-Satz wurde im EEG verankert, weil so erreicht werden soll, dass Anlagen schneller an das Netz gehen.

Das EEG regelt auch, dass Strom, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, vorrangig in das Versorgungsnetz eingespeist werden muss. Daher haben Anlagen-Betreiber ein Vorrecht darauf, schnellstmöglich an das Netz angeschlossen zu werden, damit die Abnahme des Stroms unverzüglich erfolgt.

Sollte die Netzkapazität nicht ausreichend sein, muss diese sogar vom Betreiber erweitert werden.

Sinn des EEG

Das EEG hat zum Ziel, regenerative Energien in Deutschland zu fördern und weiter zu entwickeln.

Dass dieses Ziel erreicht wurde, zeigen nicht zuletzt die aktuellen Zahlen. Während beispielsweise im Jahr 2000 nur 6,4 % des Stroms aus erneuerbaren Energien enstammten, ist diese Zahl im Jahr 2012 auf 25 % und im Jahr 2017 bereits auf 36 % angestiegen. Zielsetzungen zufolge sollen bis zum Jahr 2025 in Deutschland 40-45 % des verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen.

Daraus resultierte auch eine Einsparung von etwa 75 Millionen Tonnen Treibhausgas (bis zum Jahr 2010).

Des Weiteren wurden durch die „Erneuerbare Energien“ auch über 380.000 neue Arbeitsplätze geschaffen.

Derzeit wird an einem neuen Energiemarktdesign gearbeitet. Denn durch die Subventionierung der Erneuerbaren Energien durch das EEG müssen sie sich nicht mit den Marktpreisen messen. Die Herstellung der Wettbewerbsfähigkeit ist damit die Herausforderung, die es in den nächsten Jahren zu lösen gilt.