Hintergründe

Fossile Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Kohle sind über geologische Zeiträume aus organischem Material entstanden. Ihre natürlichen Vorkommen sind begrenzt und bilden sich unter den heutigen Bedingungen nicht in einem vergleichbaren Zeitraum neu. Die verfügbare Reichweite der jeweiligen Rohstoffvorkommen hängt unter anderem von den bekannten Reserven, der technischen Erschließbarkeit, den Förderbedingungen und der zukünftigen Nachfrage ab. Deshalb lassen sich allgemeingültige Aussagen über einen bestimmten Zeitpunkt des „Versiegens“ fossiler Energieträger nicht treffen.

Erdöl und Erdgas entstanden über geologische Zeiträume aus organischem Material, das unter bestimmten Bedingungen abgelagert und durch Druck und Temperatur umgewandelt wurde. Bei der energetischen Nutzung fossiler Energieträger wird der darin gebundene Kohlenstoff überwiegend als Kohlendioxid (CO₂) freigesetzt.

Die Verbrennung fossiler Energieträger ist damit eine wesentliche Quelle anthropogener Treibhausgasemissionen. Die dadurch verursachte Erhöhung der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre trägt zur vom Menschen verursachten Erwärmung des Klimas bei.

Neben der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe sind daher auch ihre mit der Nutzung verbundenen Treibhausgasemissionen ein wesentlicher Bestandteil der Diskussion über die zukünftige Energieversorgung. Der Ausbau erneuerbarer Energien ist ein Ansatz, den Anteil fossiler Energieträger an der Energieversorgung zu reduzieren.

Regenerative Energieträger – Biomasse

Biomasse ist neben Wind- und Solarenergie ein weiterer erneuerbarer Energieträger. In Biogasanlagen können organische Rohstoffe unter Ausschluss von Sauerstoff mikrobiell abgebaut werden. Dabei entsteht Biogas, das überwiegend aus Methan und Kohlendioxid besteht. Durch eine anschließende Gasaufbereitung kann der Methananteil erhöht und Biomethan für die Einspeisung in das Gasnetz bereitgestellt werden.

Wie viel Energie aus einer bestimmten Anbaufläche gewonnen werden kann, hängt unter anderem von der angebauten Kultur, den Erträgen, den Eigenschaften des Ausgangsmaterials und dem Wirkungsgrad der eingesetzten Anlagentechnik ab. Eine pauschale Aussage über einen besonders hohen Flächenertrag gegenüber allen anderen Verfahren sollte daher nur mit einem definierten Vergleich und entsprechenden Daten getroffen werden.

Biogasbildung – vereinfacht erklärt

Die biologische Erzeugung von Biogas lässt sich vereinfacht mit bestimmten Vorgängen im Verdauungssystem von Wiederkäuern vergleichen. In beiden Fällen werden organische Bestandteile durch Mikroorganismen abgebaut. Bei der technischen Biogaserzeugung laufen dabei mehrere mikrobielle Abbaustufen ab, an deren Ende unter anderem Methan und Kohlendioxid entstehen.

Der Vergleich mit der Verdauung einer Kuh dient dabei lediglich der Veranschaulichung. Die technischen Prozesse in einer Biogasanlage sind nicht mit den einzelnen Verdauungsabschnitten eines Wiederkäuers gleichzusetzen.

In der Biomethananlage in den „Waldäckern“ werden nach den vorliegenden Anlagenangaben rund 100 Tonnen Substrat pro Tag verarbeitet. Die Verweil- beziehungsweise Prozessdauer beträgt dabei etwa 100 Tage. Das dabei entstehende Biogas wird anschließend aufbereitet. Dabei werden unter anderem Kohlendioxid und weitere Bestandteile vom Methan getrennt. Das aufbereitete Biomethan kann anschließend entsprechend den erforderlichen Qualitätsparametern in das Gasnetz eingespeist oder für eine energetische Nutzung eingesetzt werden.

Nutzung des Biomethans

Ein Teil des erzeugten Biomethans wird von den Stadtwerken Mühlacker in Blockheizkraftwerken eingesetzt. Dort wird aus dem Gas gleichzeitig Wärme und elektrische Energie erzeugt.

Die erzeugte Wärme wird unter anderem für das Hallenbad sowie für die Versorgung von mehr als 500 Wohnungen genutzt. Die bei der Kraft-Wärme-Kopplung entstehende elektrische Energie wird in das Stromnetz eingespeist.

Eine mögliche zukünftige Anwendung besteht in der Nutzung des bei der Biomethanaufbereitung abgetrennten Kohlendioxids (CO₂). Voraussetzung dafür sind geeignete technische Verfahren sowie die entsprechende Infrastruktur und Wirtschaftlichkeit.

Eine weitere Möglichkeit zur Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen ist die Elektrolyse. Dabei wird Wasser mithilfe elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der erzeugte Wasserstoff kann als Energieträger genutzt oder weiteren Prozessen zugeführt werden.

Bei einer sogenannten Methanisierung kann Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan umgesetzt werden. Das dafür erforderliche CO₂ kann beispielsweise aus einem geeigneten Gasaufbereitungsprozess stammen. Das auf diese Weise erzeugte Methan unterscheidet sich hinsichtlich seiner Herkunft und Herstellung vom zuvor durch die anaerobe Vergärung erzeugten Biomethan und sollte daher entsprechend bezeichnet werden.

Die Kombination aus Elektrolyse und Methanisierung wird häufig unter dem Begriff „Power-to-Gas“ zusammengefasst. Sie kann grundsätzlich dazu dienen, elektrische Energie in Form eines gasförmigen Energieträgers bereitzustellen und dabei vorhandene Gasinfrastrukturen zu nutzen. Ob und in welchem Umfang ein solcher Prozess an einer Biomethananlage technisch umgesetzt werden kann, hängt unter anderem von der verfügbaren CO₂-Menge, der Verfügbarkeit elektrischer Energie, der Anlagentechnik und den jeweiligen wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen ab.

Schwankungen bei der Stromerzeugung aus Wind- und Solaranlagen können zu Zeiten mit hoher und niedriger Stromproduktion führen. Bei geringer Stromerzeugung aus diesen Quellen wird häufig von einer „Dunkelflaute“ gesprochen. Speicher- und Flexibilitätsoptionen können dazu beitragen, solche Schwankungen innerhalb des Energiesystems auszugleichen.

Eine mögliche Rückverstromung von erzeugtem Methan in einem Gaskraftwerk wäre ein weiterer Schritt innerhalb einer solchen Energiekette. Dabei entstehen jedoch zusätzliche Umwandlungsverluste, sodass die energetische Gesamtbilanz des jeweiligen Systems betrachtet werden muss.