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Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Monitoring

Vergasung und Pyrolyse von Biomasse

2. Sachstandsbericht im Rahmen des Monitoring »Nachwachsende Rohstoffe«

Themenbereich: Ernährung, Landwirtschaft, Grüne Gentechnik
Analyseansatz: Monitoring
Themeninitiative: Ausschuss für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
Status: abgeschlossen
Laufzeit: 1996 bis 1997

Das Monitoring-Vorhaben »Nachwachsende Rohstoffe« wurde Ende 1995 be-gonnen. Seine Zielsetzung besteht in der Darstellung von aktuellen und wichtigen wissenschaftlich-technischen Entwicklungen auf dem Gebiet der nach-wachsenden Rohstoffe sowie möglichen, damit zusammenhängenden ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Veränderungen. Der erste Sachstandsbericht dieses Monitoring-Vorhabens beschäftigt sich mit der "Verbrennung von Biomasse zur Wärme- und Stromerzeugung" (TAB-Arbeitsbericht Nr. 41). Der zweite Sachstandsbericht zur "Vergasung und Pyrolyse von Biomasse" (TAB-Arbeitsbericht Nr. 49) ist im April 1997 erschienen. Mit der Bearbeitung des Themas "Pflanzliche Öle und andere Kraftstoffe aus Pflanzen" wurde im Sommer 1997 begonnen. Auf wichtige Ergebnisse des zweiten Sachstandsberichtes wird im folgenden näher eingegangen.

Die Vergasung von Biomasse stellt im Rahmen der zahlreichen Möglichkeiten zur energetischen Nutzung von Biomasse eine Energietechnik dar, die im Vergleich zu den konventionellen Verbrennungstechniken die folgenden, wesentlichen Vorteile aufweist:

  • In Verbindung mit Gasmotoren oder Gasturbinen können durch die Bio-massevergasung bei Kraft-Wärme-Kopplung deutlich höhere elektrische Wirkungsgrade erzielt werden, als dies bei der Biomasseverbrennung mit nachgeschalteter Dampferzeugung und Dampfturbine möglich ist. Durch die Gasnutzung in Brennstoffzellen können auch in kleinen Einheiten und im Teillastbetrieb hohe elektrische Gesamtwirkungsgrade erreicht werden.
  • Aufgrund der besseren energetischen Nutzung pro eingesetzter Biomasse-einheit sind die CO2-Einsparungspotentiale größer als bei der Verbrennung. Die Bildung von NOX-Verbindungen kann weitgehend unterbunden und die Schadstoffreinigung für verschiedene Substanzen einfacher gestaltet wer-den. Der Vorteil bei den NOX kann allerdings bei der späteren Gasver-wendung in Gasmotoren oder Gasturbinen teilweise wieder verloren gehen. Bei der Gasnutzung in Brennstoffzellen ist mit erheblich geringeren Emissionen an NOX, CO und Kohlenwasserstoffen zu rechnen als bei den thermomechanischen Verfahren der Gasnutzung.

Die Vergasung von Holz und holzartigen Rest- und Abfallstoffen in Festbett- oder Wirbelschichtvergasern und die Gasnutzung zur Wärmeerzeugung ist Stand der Technik. Die überwiegend in den skandinavischen Ländern eingesetzten Holzvergaser dienen nahezu ausschließlich der Wärmeerzeugung. Die technisch deutlich schwierigere Vergasung von Stroh und anderen festen Agrobrennstoffen, die meist höhere Konzentrationen an Stickstoff, Schwefel, Chlor und Alkalimetallen enthalten als Holz, befindet sich dagegen noch in einer frühen Forschungs- und Entwicklungsphase. Eine Intensivierung der Entwicklung von Vergasungstechniken für halmartige Biomassearten ist ein lohnenswertes Ziel, da das Aufkommenspotential dieser Brennstoffgruppe vergleichsweise groß ist.

Bei der Gasnutzung in Brennstoffzellen sind bei den verschiedenen Brenn-stoffzellen-Typen in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte bei der Technologieentwicklung gemacht worden. Es bleiben aber bei allen Typen noch mehrere wichtige technische Probleme zu überwinden. Es wird sich noch erweisen müssen, welcher Typ am besten und am schnellsten mit diesen Problemen fertig wird. Der Beginn einer Serienproduktion dürfte in allen Fällen die gegenwärtig gegenüber anderen Gasverwendungsarten bestehenden Kostennachteile deutlich verringern. Um die technische Reife von Brennstoffzellen-Systemen mit integrierter Biomassevergasung zu erreichen, sind jedoch noch umfangreiche FuE-Arbeiten erforderlich, die sich nicht auf die Brennstoffzellen-Technologie beschränken.

Unter den gegenwärtigen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen besteht für Anlagenhersteller und potentielle Betreiberfirmen wenig Motivation, die Forschung und Entwicklung größtenteils mit eigenen Mitteln voranzutreiben. In dieser Situation ist nicht nur die Förderung von anwendungsbezogenen Demonstrationsprojekten, sondern auch von Forschung und Entwicklung im Bereich der Vergasung, Gasreinigung und Gasverwendung Voraussetzung für eine Belebung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Es wird angeregt, weitere Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsvorhaben prioritär in den folgenden Bereichen zu fördern:

  • Demonstration eines störungsarmen Anlagenbetriebs mit einem integrierten Verfahren zur Biomassevergasung (zunächst Holz), einem Gasreinigungssystem und einer Gasnutzung in Gasmotoren und Gasturbinen im Dauerbetrieb in technischen Versuchsanlagen und danach in Demonstrationsanlagen;
  • Entwicklung und technische Demonstration von Vergasern für Stroh und andere halmartige Biomassen und zugehörige Gasreinigungsverfahren;
  • Integration von Anlagen zur Vergasung oder Pyrolyse von Biomasse in bestehende größere Kohlekraftwerke;
  • Experimentelle Prüfung der Verknüpfung von Verfahren zur Vergasung von Biomasse, zur Gasreinigung und zur Gasnutzung in Brennstoffzellen.

Aussagen zur Wirtschaftlichkeit von Anlagen mit integrierter Biomassevergasung sind gegenwärtig nur mit Vorbehalten möglich, da sie noch nicht durch Praxisanlagen im Dauerbetrieb gestützt werden können. Die Vergasung von Biomasse hat gegenwärtig eine noch ungünstigere wirtschaftliche Ausgangsposition als die energetische Biomasseverwertung über die Verbrennung, da die technisch interessanten Vergasungssysteme in der Entwicklungs- und Demonstrationsphase stecken. Es zeichnet sich jedoch ab, daß technische Fortschritte bei der Entwicklung zuverlässiger Systeme zur Biomassevergasung und effizienten Gasnutzung auch zu wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber der Verbrennung führen können. Sie können die Wärme- und Stromgewinnung aus Biomasse jedoch nur dann über die Wirtschaftlichkeitsschwelle heben, wenn sich die Rahmenbedingungen spürbar ändern, beispielsweise durch eine stärkere finanzielle Honorierung der mit der energetischen Nutzung von Biomasse verbundenen Umweltvorteile. Andernfalls wird sich der Markt für Biomassevergaser in Deutschland und in Europa auf absehbare Zeit auf die Behandlung organischer Abfälle (z.B. Prozeßrückstände aus der Zellstoff-, Papier- und Zuckerindustrie) beschränken.

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