ErnEUERBARE GASE

Brennstoffe für KWK-Anlagen reichen von fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl oder Erdgas über Bio-, Holz-, Klärgas-, Deponie- oder Grubengas oder Biomethan bis hin zu Wasserstoff. Die Brennstoffe können dabei aus der Forst-, Lebensmittel-, Möbel- oder der kommunalen Entsorgungswirtschaft stammen und auf dem Wege der Rest- und Abfallstoffverwertung verwendet werden. Allein Holzgas-KWK-Anlagen können als Brennstoff Pellets oder Hackgut aus Forstabfällen unterschiedlicher Feuchtigkeit sowie Altholz verschiedenster Kategorien einsetzen. KWK-Anlagen fügen sich nicht allein aufgrund ihrer Brennstoffvariabilität in moderne Energieerzeugungs- und Versorgungssysteme nahtos ein. Sondern auch aufgrund ihres flexiblen Einsatzes innerhalb moderner iKWK-Systeme (innovative Kraft-Wärme-Kopplungssysteme) in Kombination mit fluktuierenden Energieerzeugern, wie Windkraft oder Photovoltaik. Innovative KWK-Systeme versorgen so ganze Kommunen, Quartiere und Objekte praktisch CO2-frei mit Strom und Wärme.

Biogas

Biogas wird aus organischen Abfällen von nachhaltig und gewässerverträglich angebauten Energiepflanzen hergestellt. Zum Beispiel aus energiereichen Pflanzen wie Mais oder Raps, aber auch aus Gülle oder Mist und aus kommunalen und industriellen organische Reststoffen. Diese organischen Rohstoffe werden in Biogasanlagen luftdicht abgeschlossen und vergoren. Der von Mikroorganismen vorangetriebene Zersetzungsprozess wird als Fermentation bezeichnet. Am Ende des Prozesses entsteht ein Gasgemisch – das Biogas. Dieses enthält neben den natürlichen Luftbestandteilen Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Stickstoff vor allem Methan, das als Brennstoff die gleichen Eigenschaften wie Erdgas hat. Je nachdem welche Stoffe bei der Herstellung eingesetzt werden, hat das Biogas einen Methangehalt von 50 bis 65 Prozent.

Die Energiegewinnung über Biogase ist nahezu CO2-neutral, denn das bei der Verbrennung entstehende CO2 bleibt im natürlichen Kohlenstoff-Kreislauf. Das bedeutet, das freigesetzte Kohlenstoffdioxid wird von den nächsten Pflanzen, die für die Biogasproduktion genutzt werden, im Laufe ihrer Lebenszeit gebunden. Außerdem nutzt man das bei der Gasproduktion vergorene Material später als hochwertigen Dünger.

Im Jahr 2017 wurden aus fast 200 Biogas-Anlagen in Deutschland etwa neun Terawattstunden Bio-Methan in das Gasnetz eingespeist. Etwa acht Prozent des deutschen Ökostroms wird Biogas gewonnen, um etwa acht Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen. Im Gegensatz zu Solar- oder Windkraft kann Biogas zu jeder Tages- und Jahreszeit Energie liefern.

Biomethan

Biomethan hat dieselbe Basis wie Biogas. Biogas kann bereits direkt an der Biogasanlage zur Gewinnung von Strom und Wärme genutzt werden. Aber es kann auch zu Biomethan aufbereitet werden. Dazu wird Biogas getrocknet, entschwefelt und das enthaltene CO2 abgeschieden. Das Ergebnis ist Biomethan, dass dann ein erneuerbares Äquivalent zum Erdgas darstellt und praktisch CO2-neutral ist. Denn genauso wie beim Biogas wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie die verarbeiteten Pflanzen während ihres Wachstums gebunden haben. Damit ist Biomethan erneuerbar, besitzt ansonsten aber die gleichen Eigenschaften wie der seit Jahrzehnten bewährte Energieträger Erdgas. Und es existiert bereits eine gut ausgebaute Infrastruktur für Biomethan vorhanden, weil die vorhandenen Erdgasleitungen und Speicher sofort und ohne zusätzliche Kosten für Biomethan genutzt werden können. Das zeigt sich vor allem im Mobilitätssektor, in dem Bereits 20 Prozent des getankten Erdgases in Deutschland grün sind. Weiteres Potenzial liegt beispielsweise im städtischen Wärmemarkt, wo Biomethan als erneuerbarer und bezahlbarer Energieträger für KWK-Anlagen noch deutlich stärker als bisher zum Einsatz kommen kann.

Holzgas

Holzgas ist ein brennbares Gas, dass in Holzvergasern durch Pyrolyse verholzter Biomasse gewonnen wird. Sein Heizwert beträgt etwa 8500 kJ/m³. Damit Holzgas entstehen kann wird die verholzte Biomasse unter Sauerstoffausschluss auf etwa 700 bis 800 °C erhitzt. Es entsteht ein Gas, dessen Hauptbestandteile Kohlenstoffdioxid (ca. 50%), Kohlenstoffmonoxid (ca. 33%), Methan (ca. 10%) sowie Ethen, Wasserstoff und Wasserdampf in kleineren Konzentrationen sind. Je nach Holzvergasertyp ergeben sich Unterschiede in der Gaszusammensetzung und der Qualität des bei der Abkühlung des Gases entstehenden Holzgaskondensates.

Holzgas wurde früher zum Antrieb von Fahrzeugen oder als Leuchtgas eingesetzt. Besondere Bedeutung erhielt Holzgas in diesem Zusammenhang im Zweiten Weltkrieg als konventionelle Treibstoffe für Fahrzeuge knapp waren. Heutzutage wird Holzgas vornehmlich zur gleichzeitigen Herstellung von Strom und Wärme durch Holzgas-KWK-Anlagen eingesetzt oder zur Substitution von Erdgas im Bereich industrieller Prozesswärme.

Grubengas

Grubengas – oder auch Flözgas – ist vor allem durch den Abbau von Kohle bekannt. Untertage spielt es eine nicht ungefährliche Rolle. Beim Abbau von Kohle kam es in der Frühzeit des Bergbaus durch Grubengas oft zu Explosionen. Grubengas entstand vor ca. 300 Millionen Jahre als große Teile Nordwesteuropas mit Wasser überdeckt waren. Nachdem das flache Meer verlandetet, bildeten sich zunächst Moore. In einem feucht-warmen Klima gelangten abgestorbene organische Pflanzenreste unter die Wasseroberfläche und wurden unter Luftabschluss vertorft. Über diese Schicht lagerten sich weitere Sedimente ab. Weil sich dieser Prozess mehrfach wiederholte entstand ein Flözstrucktur. Schließlich setzte durch den Druck der Schichten eine Inkohlung ein, aus dem Methangas hervorging.

Zunächst aufgrund von wirtschaftlichen Überlegungen nicht genutzt, wurde Grubengas erst in den 90ern durch Kraft-Wärme-Kopplung effizient genutzt. Infolge eines erfolgreichen Projekts durch die Stadtwerke Herne 1997 in Zusammenarbeit mir dem Fraunhofer Institut Umsicht am Schacht Mont Cenis 3 in Herne-Sodingen kam es in der Folge zu einem Boom in der energetischen Nutzung von Grubengas im Ruhrgebiet.

Da Methan als Hauptbestandteil im Grubengas vielleicht kein erneuerbares Gas ist, dafür aber einen 21-fach stärkeren Treibhauseffet als CO2 besitzt, trägt die Verbrennung des Grubengases auch zur Verringerung des Treibhauseffektes bei.

Deponiegas

Deponiegas entsteht auf Mülldeponien, wenn gelagerter Müll während seiner Vergärung durch Mikroorganismen zersetzt wird. Es entsteht ein wassergesättigtes Gemisch aus Methan (CH4), Kohlenstoffdioxid (CO2) und anderen Bestandteilen, dass in seiner endgültigen Zusammensetzung variieren kann.

Auch Deponiegas eignet sich besonders gut zur energetischen Nutzung. Dafür saugen spezielle Vorrichtungen in Deponiegasanlagen das bei der Vergärung des Mülls entstehende Gas ab und leiten es dann zu einem Blockheizkraftwerk (BHKW) weiter, wo es mittel Kraft-Wärme-Kopplung gleichzeitig zu Strom und Wärme umgewandelt wird.

Weil Mülldeponien zu den größten menschengemachten Methanproduzenten gehört, kann die Nutzung von Deponiegas durch eine kontrollierte Abfallwirtschaft mit Blick auf die Energiewende nicht hoch genug eingeschätzt werden. Würde das hier entstehende Methan und CO2 nicht energetisch genutzt werden, würde es in die Atmosphäre gelangen und dort den Treibhauseffekt verstärken.

Klärgas

Klärgas entsteht durch anaerobe Gärung organischer Stoffe in den Faulbehältern von Kläranlagen und wird bereits seit den 1950er Jahren zur Energiegewinnung genutzt. Der bei der Abwasseraufbereitung anfallende Klärschlamm wird als Biomasse in Faulbehältern unter sauerstoffarmen Bedingungen und bei einer Temperatur von ca. 35°C durch Bakterien abgebaut. Es entsteht das Klärgas, dessen größter Bestandteil Methan ist. Das Klärgas kann zu Biogas aufbereitet oder unmittelbar zu Strom und Wärme durch Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen umgewandelt werden.

Auch die energetische Nutzung von Klärgas verhindert, dass das im Faulgas enthaltene Methan in die Atmosphäre entweichen kann.

Wasserstoff

Wasserstoff ist ein unsichtbares, geruchloses und ungiftiges Gas, dass in seiner reinen Form nicht in der Natur auftritt und daher mittels Power-to-Gas Technologie künstlich hergestellt werden muss. In einem großen Maßstab lässt sich Wasserstoff heutzutage mit Hilfe erneuerbarer Energien erzeugen.

Dabei wird erneuerbarer elektrischer Strom, beispielsweise aus Wind- oder Solaranlagen, für die sogenannte Elektrolyse genutzt. Dieser Elektrolyseprozess trennt mit Hilfe von kleinen elektrischen Leitern – den Elektrolyten – einfaches Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff auf. Der positiv geladene Wasserstoff wandert dabei zum Minuspol (Kathode), der negativ geladene Sauerstoff des Wassers zum Pluspol (Anode). So kann der Wasserstoff als Energieträger gewonnen werden.

Wie bei anderen Energieträgern auch, ist die die Nutzung von Wasserstoff in KWK-Anlagen durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme besonders effizient.