Die Biomasse gilt als „Alleskönner“ unter den erneuerbaren Energien. Auf unterschiedlichen Wegen können aus ihr Wärme, Strom und Biotreibstoffe gewonnen werden. Nach der Wasserkraft ist sie die zweit wichtigste, erneuerbare Energiequelle in der Schweiz. Als solche besitzt sie das Potential einen Anteil an der Energiewende zu leisten.

Holz zur Produktion von Wärme und StromSeit 2007 verarbeitet die Genossenkorporation Stans heimisches Naturholz, aber auch Alt- und Restholz in einem thermischen Kraftwerk mit dem Namen „Holzverstromung Nidwalden“. Noch ist es lediglich eines von rund 20 ihrer Art in der Schweiz. Das Kraftwerk besteht aus einer Schnitzelheizung, einer Holzvergasung- und Verstromung und der Einbindung in das Fernwärmenetz Rieden und Stans-Oberdorf. In der „Holzverstromung Nidwalden“ werden im Vollausbau durch Verbrennung und Vergasung 15.2 GWh Wärme und 9.6 GWh Strom erzeugt. Eingespeist in das Fernwärmenetz versorgt die Anlage Grossverbraucher wie zum Beispiel die Pilatus Flugzeugwerke oder auch die Kantonale Verwaltung mit Wärme. Der erzeugte Strom gelangt als zertifizierter Ökostrom ins Netz. Bei der Produktion wird darauf geachtet, dass naturbelassenes Holz in Wärme und Alt- und Restholz in Strom und Wärme umgewandelt wird.

Holz gilt, energietechnisch gesehen, als einer der zahlreichen Bestandteile der sogenannten Biomasse. Aus dieser lässt sich, mittels unterschiedlichen Verfahren, erneuerbare und CO2-neutrale Energie gewinnen. Verständlich, dass der Biomasse im Rahmen der Energiestrategie 2050 eine wichtige Rolle zukommen muss. Bereits heute ist sie, mit einem Anteil von 4.9% am Gesamtenergieverbrauch der Schweiz, nach der Wasserkraft, die zweitwichtigste erneuerbare Energieform in unserem Land. Eine aktuelle Studie der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) bescheinigt ihr ein noch grösseres Potential für die künftige Wärme-, Strom- und Treibstoffproduktion, als bisher angenommen wurde. Gleichsam lässt sich aus Holz, Abfall und Hofdünger gewonnene Energie speichern und zur gegebenen Zeit einsetzen. Für die zukünftige Energieversorgungssicherheit in der Schweiz, im Zusammenhang mit der Energiewende, ist das von Bedeutung.

Alleskönner unter den erneuerbaren Energien

Im energietechnischen Kontext wird Biomasse, gemäss Angaben des Bundesamtes für Energie (BFE), als Gesamtheit aller direkt oder indirekt durch die Photosynthese erzeugten organischen Materialien definiert, die nicht über geologische Prozesse verändert wurden, wie beispielsweise Erdöl, Kohle oder Erdgas. Die in der Biomasse gespeicherte Energie ist somit Sonnenenergie, die zunächst in Pflanzen chemisch gebunden und später als Nahrung an Mensch und Tier weitergegeben wird. Da am Verwendungsort jeweils nur ein bestimmter Teil dieser Energie verwertet wird, bleibt der restliche ungenutzt und kann, durch unterschiedliche Aufbereitungsarten, zur Produktion von Wärme, Strom oder Treibstoff wiederverwendet werden. Nicht zuletzt deshalb bezeichnete Daniel Büchel, Vizedirektor des BFE, die Biomasse unlängst als „nachhaltigen Alleskönner“ unter den erneuerbaren Energien. Als erneuerbar gilt die aus der Biomasse gewonnenen Energie deshalb, weil sie aus nachwachsendem, organischem Material von Pflanzen und Tieren stammt. Zudem ist sie nahezu CO2-neutral, weil bei der Energieerzeugung maximal so viel CO2 freigesetzt wird, wie in den Pflanzen davor durch die Photosynthese bereits einmal gebunden wurde.

Die Biomasse ist eine sehr heterogene Energiequelle. Im Grundzug lässt sie sich, gemäss der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL), in zwei Kategorien unterteilen: In „verholzte Biomasse“ und in „nicht verholzte Biomasse“. Zur „verholzten Biomasse“ zählen Waldholz, Flurholz, Altholz und Restholz. Zur „nicht verholzten Biomasse“ gehören Klärschlamm, Hofdünger, organische Abfälle aus Industrie und Gewerbe, Nebenprodukte aus dem landwirtschaftlichen Pflanzenbau, Grüngut aus Haushalt und Landschaft, sowie der organische Anteil am anfallenden Kehricht. Entscheidend für die Produktion von Energie aus Biomasse ist, neben der Art des Ausgangssubstrats, auch dessen physischer Zustand. Grundsätzlich wird hier zwischen holzartigen und trockenen und wenig verholzten und feuchten, respektive nassen Ausgangsprodukten unterschieden. Abhängig davon sind unterschiedliche Aufbereitungsschritte und Technologien nötig, um Energie in Form von Wärme, Strom oder Treibstoff aus Biomasse zu generieren. In diesem Zusammenhang wird von unterschiedlichen Nutzungspfaden der Biomasse gesprochen. Die wichtigsten Nutzungspfade stellen die Verbrennung, die Vergasung und die Vergärung dar.

Unterschiedliche Nutzungspfade der Biomasse

Am weitesten verbreitet und technisch ausgereift in der Schweiz ist heute die Gewinnung von Energie durch die Verbrennung von trockener, brennbarer Biomasse (Holz, Stroh, etc.) in Holzfeuerungsanlagen (Kachelöfen, Pelletöfen, Zentralheizungen, etc.) zur reinen Wärmeproduktion vor Ort und in Holzheizkraftwerken (HHKW) und Kehrrichtverbrennungsanlagen (KVA) zur kombinierten Wärme- und Stromproduktion. Man spricht dann in diesem Zusammenhang auch von der sogenannten Wärme-Kraft-Kopplung (WKK). Eine solches HHKW mit WKK stellt auch die „Holzverstromung Nidwalden“ dar. Durch Verbrennung werden hier in zwei Holzschnitzelheizungen, einem Ölkessel und zwei Blockheizkraftwerken (BHKW) Wärme und Strom produziert.

Während die Verbrennung von Holz eine uralte Anwendungsmöglichkeit zur Energiegewinnung aus Biomasse darstellt, ist die Vergasung desselben zur Wärme- und Stromproduktion relativ neu in der Schweiz. Die „Holzverstromung Nidwalden“ ist eine der wenigen Anlagen hierzulande, die dieses Verfahren betreibt. Während der sogenannten Pyrolyse wird dabei Altholz unter Luftabschluss, bei 700 bis 1‘300 Grad, möglichst vollständig in brennbares Gas verwandelt und später in den BHKWs verstromt. Das Verfahren ähnelt demjenigen, mit welchem in KVAs Strom produziert wird. Der Rohstoff Holz liegt in vielseitiger Form vor. So lassen sich beispielsweise Altholz von Abbruchbaustellen, aber auch Holz aus der Landschaftspflege oder Reste aus der Pflege von Hecken und Parkanlagen energetisch verwerten. Das Hauptreservoir an Holz zur Energiegewinnung in der Schweiz bildet aber nach wie vor das Waldholz von qualitativ minderwertigen Bäumen.

BiogasanlageAus der „nicht verholzten Biomasse“ wird Bioenergie hauptsächlich durch das Verfahren der Vergärung gewonnen. In Biogasanlagen lassen sich feuchte, organische Materialien, wie beispielsweise Gülle, aber auch Rüstabfälle aus dem Haushalt, Grüngut und Klärschlamm energetisch verwerten. Das Material wird dabei in luftdichten Gärbehältern (Fermentern) mit Hilfe von Bakterien in ein methanartiges Mischgas verwandelt und später in einem BHKWs in Wärme oder Strom umgewandelt. Alternativ kann das Gas auch, durch weitere Aufbereitungsschritte zu Biomethan aufbereitet und zur Nutzung in angeschlossenen Erdgasnetze verwendet werden. Ein Nebenprodukt dieses Vergärungsprozesses bildet das so genannte „Gärgut“, in dem die Nährstoffe der organischen Ursprungsprodukte noch gebunden sind. Dieses lässt sich dann als Dünger oder Kompost in der Landwirtschaft wiederverwenden.

Zweit wichtigste erneuerbare Energieform in der Schweiz

2015 machten die erneuerbaren Energien rund 23 %. (ca. 53.6 TWh) am Gesamtenergieverbrauch der Schweiz aus. Rund ein Sechstel davon betrug der Anteil der Biomasse. Mit einer Jahresleistung von 9.1 TWh stellte diese damit die zweitwichtigste, erneuerbare Energiequelle in unserem Land dar. Bis heute. Weltweit gesehen gilt die Biomasse sogar als die am meisten genutzte, erneuerbare Energieform. Auch wenn ihr Anteil am Gesamtenergieverbrauch der Schweiz auf den ersten Blick relativ klein erscheinen mag, so ist er doch nicht unerheblich. So wäre es, gemäss Angaben des BFE, mit der genannten Energie beispielsweise möglich 94‘000 Haushalte mit Strom oder auch 615‘000 mit Wärme zu versorgen. Gegen 120‘000 Personen könnten, mit der entsprechenden Energie, anstatt mit einem herkömmlichen Auto, ein ganzes Jahr mit einem Biogas- oder Biodieselfahrzeug fahren. Trotz ihres vielseitigen Anwendungspotentials wird die Biomasse in der Schweiz hauptsächlich für die Wärmeproduktion verwendet. Rund 85% (8 TWh) der aus ihr gewonnenen Energie stammt aus der Verbrennung von Holz. Aus den daraus hergestellten Schnitzeln oder Stückholzen gewinnen in der Schweiz gegen 600‘000 kleine Gebäude- und Wohnraumheizungen Wärme zur Verwendung vor Ort. In den etwa 20 bestehenden HHKW wird sowohl Wärme als auch Strom produziert. Der überwiegende Teil der Stromproduktion aus der Biomasse, die insgesamt einen Anteil von rund 2.5% am Gesamtenergieverbrauch der Schweiz beträgt, fällt heute in den 30 KVA durch die Verbrennung erneuerbarer Abfälle an. An dritter Stelle steht mit ca. 10 % Anteil die Energiegewinnung aus der vergärbaren Biomasse. 2015 wurden in den 430 Biogasanlagen etwa zu gleichen Teilen Wärme, Strom und Biotreibstoffe hergestellt.

Grosses, regional unterschiedliches Potential der Biomasse

Experten sind sich einig, dass das Potential der Biomasse für die zukünftige Wärme- Strom- und Treibstoffproduktion in der Schweiz derzeit bei weitem nicht ausgeschöpft ist. Eine aktuelle Studie der WSL gibt darüber Aufschluss. Dahinter steht das SCCER Biosweet, eines der neun Kompetenzzentren des Bundes, die die Energiewende 2050 durch angewandte Forschung unterstützen. Bis anhin war nicht bekannt, wie viel von jedem Biomassetyp in der Schweiz existiert und auf welchen Regionen diese mehr oder weniger verteilt ist.

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass in der Schweiz jährlich maximal 209 Petajoule (PJ) Primärenergie aus der Biomasse verfügbar sind. Gemäss dem BFE entspricht diese Menge in etwa dem Energiegehalt von 4.8 Millionen Tonnen Rohöl oder rund 19 % des Bruttoenergieverbrauchs der Schweiz. Die meiste Biomasse gibt es in den Kantonen Bern, Waadt und Zürich. Heute werden in der Schweiz bereits etwa 53 PJ Energie aus der Biomasse gewonnen. Von den genannten 209 PJ wären zu diesem Zeitpunkt rund 97 PJ nachhaltig und kostengünstig verfügbar. Das grösste energetische Potential verortet die Studie hier beim Waldholz (26 PJ) und beim Hofdünger (27 PJ). Dazu kommen die Biomassekategorien aus dem Abfall mit 37 PJ und aus landwirtschaftlichen Nebenprodukten (7 PJ). Rund 44 PJ liessen sich heute also zusätzlich für energetische Zwecke nutzen. Das grösste Potential dafür liegt mit 24 PJ beim Hofdünger und mit 9 PJ beim bereits intensiv genutzte Waldenergieholz. Über alle Biomassekategorien gesehen, könnte man heute etwa doppelt so viel Biomasse zur Produktion von Wärme und Strom verwenden, wie es bereits der Fall ist. Das entspräche dann rund 9% des schweizerischen Bruttoenergieverbrauchs. Damit hat die Biomasse das Potential einen nicht unerheblichen Anteil an die Energiewende beizutragen. Mittelfristig bis längerfristig halten die Verfasser der WSL-Studie einen Energiegewinn von 100 PJ aus der Biomasse für realistisch.

Grosses Potential mit Hindernissen

In der Energiestrategie 2050 des Bundes kommt den erneuerbaren Energien eine zentrale Rolle zu. Zu diesen zählt auch die Biomasse. Als solche hat sie das Potential künftig einen grösseren Beitrag in der Strom- und Wärmeproduktion zu leisten. Als äusserst vielseitige und CO2-neutrale Energiequelle kann sie zur Energieversorgungssicherheit der Schweiz nach einem Ausstieg aus der Atomenergie beitragen. Dies nicht zuletzt, weil die aus ihr gewonnene Energie lokal verfügbar und speicherbar ist und zu einem bestimmten Zeitpunkt auch bedarfsgerecht eingesetzt werden kann. Für das Gelingen der Energiewende ist gerade dieser Aspekt überhaupt einer der zentralsten.

Eine verstärkte Verbreitung der Energiegewinnung aus der Biomasse wird trotzdem nicht einfach sein. Für eine effiziente Nutzung derselben müsste ein grösserer Teil der fossilen Grossfeuerungsanlagen in der Schweiz auf Biomassesubstrate umgerüstet werden Erst dadurch würde hier, neben der Wärmeproduktion, auch eine verstärkte Stromproduktion möglich. Wichtig dabei ist, dass die entsprechenden Anlagen auch auf Standorte fallen, wo gleichsam eine ausreichende Nachfrage nach Wärme existiert und dadurch ein entsprechender Absatz gewärleistet ist.  Nebst den damit verbundenen zusätzlichen Investitionskosten steht die aus der Biomasse gewonnene Energie in Konkurrenz zu den anderen Energien und ist dabei abhängiger von den aktuellen Rohstoffpreisen als beispielsweise die Photovoltaik oder die Windenergie. Die Biomasse profitiert von der kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) während einer Vergütungsdauer von 20 Jahren. Bis zum Ablauf derselben müsste sich die Energiegewinnung aus ihr noch stärker etablieren und sich am Markt behaupten, um dereinst einmal einen wichtigen Anteil an der Energiewende leisten zu können.