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Technologien und Potenziale der Biomassevergasung in Deutschland

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Holzartige Biomasse, z. B. in Form von Restholz von der Holzernte, hat ein großes Potenzial für die Produktion von Biogas.

Biogas gehört zu der Gruppe der grünen Energiegase, mit denen die Sektoren Wärme, Mobilität und Strom miteinander verbunden werden können und ist damit ein wichtiger Faktor für das Gelingen der Energiewende.

Hergestellt werden kann der Energieträger durch unterschiedliche Verfahren und Technologien: Neben der bereits etablierten Produktion aus fermentativ umgewandelter Biomasse kann Biogas auch durch die sogenannte thermochemische Konversion (Vergasung) holzartiger Biomasse erzeugt werden.

Wissenschaftler der DVGW-Forschungsstelle am Enger-Bunte-Institut und der DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg haben im Rahmen eines DVGW-Forschungsvorhabens untersucht, welches Potenzial die Biomassevergasung zur Produktion von Biogas in Deutschland hat.

Der Grundrohstoff für die thermochemische Konversion ist wasserarme Biomasse, z. B. forstliche Biomasse oder trockene Nebenprodukte und Reststoffe aus dem Agrar- oder Abfallbereich. Dieser Ausgangsstoff wird durch mehrere Prozessschritte in Biomethan mit einem Methangehalt von etwa 95 Prozent umgewandelt. Im zentralen Prozessschritt, der sogenannten Vergasung, wird die Biomasse in einem Reaktor thermo-chemisch in ein Gas umgewandelt, das hauptsächlich aus Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) besteht. Nach einer Reinigung von unerwünschten Nebenprodukten wird dieses Gas schließlich zu Methan (CH4) und Wasser (H2O) umgewandelt. Das dabei gewonnene Methan lässt sich problemlos in die bestehende Erdgas-Infrastruktur einspeisen.

Das theoretische Potenzial solcher synthetisch erzeugten Erdgase (SNG) beziffern die Forscher in ihrer Untersuchung auf ca. 22 Mrd. Kubikmeter pro Jahr (m³/a); zum Vergleich: Das Volumen aller Erdgasspeicher in Deutschland beläuft sich auf knapp 24. Mrd. m3. Dieser Wert reduziert sich jedoch aufgrund verschiedener Faktoren auf ein realistisches Potenzial von 9,7 Mrd. m³/a. Grund dafür ist beispielsweise, dass nicht die gesamte holzartige Biomasse in Deutschland als Einsatzstoff für SNG-Anlagen zur Verfügung steht, da es z. B. mit der stofflichen Nutzung in der Holz- und Zellstoffindustrie bereits etablierte Absatzmärkte für den Rohstoff gib. Zusätzlich sorgen Bergungs-, Lager- und Transportverluste dafür, dass das tatsächliche Potenzial weit unter dem theoretisch möglichen liegt. Gemeinsam mit der etablierten fermentativen Methanerzeugung, die ein wirtschaftliches Potenzial von rund 10,3 Mrd. m³/a hat, könnte die synthetische Methanerzeugung trotzdem rund 20 Prozent des aktuellen Erdgasverbrauchs in Deutschland abdecken. Da die Möglichkeiten von synthetischem Methan derzeit jedoch wenig bis gar nicht erschlossen ist, besteht großer Handlungsbedarf, um mehr grüne Gase in das Erdgasnetz zu integrieren. Ein erhebliches Steigerungspotenzial sehen die Wissenschaftler im Übrigen für den Fall, dass die bestehenden Verfahren mit der Power-to-Gas-Technologie gekoppelt werden könnten.

Bei der Betrachtung der verschiedenen Vergasungsverfahren kommen die Forscher zu dem Ergebnis, dass einige bereits heute einen hohen Technologiereifegrad haben und kommerziell verfügbar sind, andere könnten einen solch hohen Reifegrad in naher Zukunft erreichen. Ein weiteres Ergebnis der Untersuchung: Im Fall der rein Biomasse-basierten SNG-Erzeugung kann bereits heute zu Preisen produziert werden, die unterhalb des aktuellen Preises für Biomethan liegen. Auch aus diesem Grund ist laut den Ergebnissen des Forschungsvorhabens die thermochemische Konversion holzartiger Reststoffe nicht nur unter technischen, sondern auch unter ökonomischen Gesichtspunkten sinnvoll.

Insgesamt zeigt die Untersuchung zwar, dass das Potenzial der Biomassevergasung durch mehrere Faktoren eingebremst wird. Gleichwohl konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass die Biomassevergasung trotz aller Hindernisse bereits heute einen signifikanten Beitrag dazu leisten kann, die klimapolitischen Zielsetzungen zu erreichen.

Eine ausführliche Zusammenfassung der Forschungsergebnisse wird in der Ausgabe 9/2019 der "DVGW energie | wasser-praxis" erscheinen!