Die Effizienz von Energie aus Biomasse

Die Effizienz der Energieerzeugung aus Biomasse hat zu höheren Biomasse- und Energieerträgen geführt, wodurch die Notwendigkeit verringert wird, große Plantagen- und Waldflächen für den Anbau von Biomasse-Energiepflanzen zu priorisieren.

In den letzten Jahren ist das Interesse an erneuerbaren Energien und deren Nutzung schnell gewachsen, hauptsächlich aufgrund der ernsthaften Probleme im Zusammenhang mit der Nutzung fossiler Brennstoffe, wie z. B. ihrer schnellen Erschöpfung, den Auswirkungen auf die globale Erwärmung und den Umweltschäden, die ihre Verbrennung verursacht. Viele der Quellen, die wir heute als erneuerbare Energien einstufen, wie Biomasse, Wasserkraft und Windkraft, werden seit Jahrtausenden von Menschen genutzt und lange bevor das Zeitalter der fossilen Brennstoffe überhaupt begann.

Wir alle wissen, dass fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas unsere wichtigsten Primärenergiequellen waren und sind, da sie über 80 % des weltweiten Energiebedarfs decken. Da die Weltbevölkerung jedoch wächst, wird erwartet, dass unser Gesamtenergieverbrauch in Zukunft erheblich zunehmen wird, so dass neue und alternative Energiequellen entwickelt werden.

Im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen haben erneuerbare Energiequellen viele Vorteile Es ist weithin anerkannt, dass vorhandene Vorräte an fossilen Brennstoffen durch alternative und erneuerbare Energiequellen wie Biomasse, Wind, Sonne und Geothermie ersetzt werden sollten.

Biomasseenergie

Die meisten dieser erneuerbaren Energiequellen stammen direkt oder indirekt aus der von der Sonne empfangenen Sonnenstrahlung. Auch im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen wird die Sonnenstrahlung der Sonne gleichmäßiger und gleichmäßiger um die Erde verteilt, außerdem hat ihre Nutzung geringere Auswirkungen auf die Umwelt, hauptsächlich aufgrund der Reduzierung der atmosphärischen CO2-Emissionen.

Während die Nutzung erneuerbarer Energiequellen gegenüber der Verbrennung herkömmlicher fossiler Brennstoffe einen großen Vorteil bietet, besteht für alle erneuerbaren Energiequellen ein erhebliches Potenzial, da die Nachhaltigkeit weit über ihre derzeitige Nutzung hinausgeht.

Heute werden Biomasse, Geothermie und Wasserkraft sind die drei am weitesten verbreiteten erneuerbaren Energiequellen im Hinblick auf ihr jeweiliges zukünftiges Potenzial, wobei direkte Sonnenenergie und Meeresenergie das niedrigste Verhältnis zwischen aktueller und potenzieller Nutzung aufweisen.

Erneuerbare Energiequellen können daher den zukünftigen globalen Energiebedarf erheblich decken, wobei Biomasse die derzeitige Nutzung erneuerbarer Energien dominiert und nach Öl, Gas und Kohle die viertgrößte Energiequelle der Welt ist.

Während Biomassepflanzen bisher überwiegend mit traditionellen Nutzungsformen wie Kochen oder als Heizstoff in Verbindung gebracht wurden, wurde Biomasse in den letzten Jahren zunehmend zu modernen Energieformen genutzt und ausgebaut. Wie Biokraftstoffe der zweiten Generation für den Verkehr, Pellets für die Stromerzeugung sowie eine große Vielfalt an Biochemikalien und Biomaterialien.

Energiepflanzen aus Biomasse

Biomasse wurde und wird weiterhin für Nahrungs- und Futtermittelzwecke sowie als Quelle zur Energieerzeugung verwendet. Per Definition ist Biomasse lebendes und organisches Material, das von Pflanzen (Algen, Nutzpflanzen und Bäumen) durch den Prozess der Photosynthese produziert wird, und einer der Hauptvorteile und -merkmale von Biomasse ist ihre Erneuerbarkeit und neutrale CO2-Auswirkung, da der grundlegende Mechanismus der Photosynthese nur erneuerbare umfasst Ressourcen: Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser.

Die Effizienz von Energie aus Biomasse hängt davon ab, wie sie mithilfe verschiedener thermochemischer und biochemischer Methoden in Strom, Wärme, Kraftstoff und Chemikalien umgewandelt werden kann. Energiepflanzen aus Biomasse können verwendet werden, um fast alle unsere üblicherweise verwendeten Energieträger herzustellen, und die große Vielfalt an Biomasserohstoffen und Umwandlungsmethoden macht Biomasse zu einem vielseitigen Brennstoff.

Da es sich um ein von Mutter Natur geschaffenes Naturprodukt handelt, ist die Effizienz der Biomasseproduktion durch Photosynthese im Vergleich zu anderen erneuerbaren Quellen, beispielsweise der Photovoltaik, sehr gering. Biomasse-Rohstoffe sind jedoch sehr vielfältig und stammen aus vielen verschiedenen Quellen und werden daher auf unterschiedliche Weise klassifiziert. Biomasse-Ausgangsmaterialien können daher entweder als jungfräuliche Feldfrüchte, das sind natürlich angebaute trockene Landkulturen, und wasserbasierte Algen und Wasserpflanzen, sowie als Abfallbiomasse wie Nebenprodukte und Rückstände, die bei der Biomasseverarbeitung entstehen, klassifiziert werden.

Die moderne Nutzung von Biomasse umfasst die Produktion von Biokraftstoffen der ersten Generation (Ethanol und Biodiesel), die Strom- und Wärmeerzeugung mit komprimierten Pellets und die gemeinsame Verbrennung von Biomasse mit Kohle ist mit mehreren Nachteilen verbunden, wie z in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Eine Möglichkeit, die Effizienz von Biomasseenergie zu verbessern, besteht jedoch darin, Abfallbiomasse aus Lebensmitteln, organischen Abfällen, tierischen Abfällen, landwirtschaftlichen Abfällen und Produktionsabfällen als alternativen Rohstoff für die Energieerzeugung zu verwenden.

Die traditionelle Nutzung von Biomasse als Feuerholz zum Heizen und Kochen dominiert nach wie vor der aktuelle Verbrauch von Energie aus Biomasse. Die Effizienz der Energie aus Biomasse als erneuerbare Energiequelle hat dazu geführt, dass Rohstoffe der zweiten und dritten Generation entwickelt wurden, um die Debatte zwischen Nahrung und Kraftstoff zu verringern, die die Entwicklung und Effizienz von Rohstoffen aus Biomasse negativ beeinflusst hat.

Die wichtigen Eigenschaften eines Biomasserohstoffs, die seine Eignung für einen effizienten Umwandlungsprozess bestimmen, sind der Feuchtigkeitsgehalt, die Menge an organischer Substanz, der Energiegehalt und die chemische Zusammensetzung. Natürlich ist der Feuchtigkeitsgehalt frischer Biomasse mit etwa 50 % für frisch gesägtes grünes oder nasses Holz und 50–80 % für grüne Feldfrüchte wie Zuckerrohr, Raps und Mais ziemlich hoch. Offensichtlich ist der Feuchtigkeitsgehalt bei aquatischer Biomasse und flüssigen Abfällen sehr hoch (mehr als 80 %). Der Feuchtigkeitsgehalt in diesen feuchten Biomasserohstoffen kann jedoch durch natürliche oder thermische Trocknung auf wenige Prozent reduziert werden.

>

Der lebende und organische Anteil der Biomasse wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ist in großem Umfang vorhanden Vielfalt an Pflanzen, Hölzern und Nutzpflanzenarten und liefert die Energie für alle chemischen und biochemischen Umwandlungsprozesse.

Die Effizienz von Energie aus Biomasse hängt von ihrem Energie- und Wassergehalt sowie ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Biomasserohstoffe können einen niedrigeren Heizwert (LHV) oder einen höheren Heizwert (HHV) haben. Für die meisten Biomasse-Rohstoffe hätte ein trockenes Rohmaterial einen hohen Heizwert, da es weniger Wasser enthält und leicht verbrannt werden kann. Wohingegen die niedrigeren Werte aquatischer und nasser Abfallbiomasse entsprechen würden. Die chemische Zusammensetzung eines Rohstoffs ist auch wichtig für biochemische Umwandlungsprozesse, wie z. B. die Herstellung von Biokraftstoffen (Ethanol, Biodiesel usw.).

Beachten Sie, dass der Heizwert jedes Biomasserohstoffs die Menge an thermischer Energie ist, die bei der Verbrennung freigesetzt wird. Bei der Verbrennung von Biomasse als Brennstoff entstehen Kohlendioxid und Wasser. Liegt das Wasser im gasförmigen Dampfzustand vor, wird der Heizwert als Niedrigheizwert (LHV) bezeichnet. Liegt das Wasser in flüssigem Zustand vor, wird der Heizwert als hoher Heizwert (HHV) bezeichnet.

Biomasse als erneuerbare Energiequelle hat viele positive Auswirkungen auf die Umwelt, wie die Reduzierung schädlicher Treibhausgasemissionen (THG), weniger Umweltverschmutzung und die Einsparung von erschöpfbarer fossiler Energie.

Biomasse ist vollständig klimaneutral, da die Kohlendioxid, das aus der Endnutzung seiner Bioenergie, hauptsächlich der Verbrennung, entsteht, wird durch Photosynthese wieder in die Biomassekulturen zurückgeführt. Der Transport von Biomasse-Rohstoffen per Lkw, Bahn oder Schiff erfordert jedoch die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Auch während des Biomasseumwandlungsprozesses kann zusätzliche fossile Energie als Wärme oder Strom verwendet werden, was die Effizienz der Biomasseenergie verringert.

Ein genauer Vergleich zwischen den Kosten und der Effizienz von Bioenergie im Vergleich zu konventioneller fossiler Energie ist etwas schwierig, da die Biomasserohstoffe, Umwandlungsprozesse und Technologien sehr unterschiedlich und vielfältig sind und daher sehr unterschiedliche Kosten und Nutzen haben. Es ist allgemein anerkannt, dass derzeit hergestellte Bioenergieprodukte immer noch teurer sind als die entsprechenden Produkte auf fossiler Basis.

Einige produktionsbasierte Biokraftstoffe, wie Zuckerrohr-Ethanol, und Strom und Wärme, die aus Abfallbiomasseprodukten erzeugt werden, werden jedoch bereits mit sinkenden Produktionskosten mit fossilen Energien konkurrenzfähig.

Energieeffiziente biochemische Umwandlungsverfahren, die verschiedene Enzyme und Mikroorganismen, wie Bakterien und Hefen, zur teilweisen Zersetzung und effizienten Umwandlung von Zucker in Ethanol, die Produktion von Methan oder wasserstoffreichem Biogas durch Fermentation oder Vergärung oder die Umwandlung von Biomasse verwenden Rohstoffe für andere Arten nützlicher chemischer Verbindungen und Materialien werden derzeit entwickelt.

Heutzutage machen die Verfügbarkeit und Vielfalt von Biomasserohstoffen und ihre unterschiedlichen Umwandlungsmethoden Biomasse zu einem vielseitigen Brennstoff. Auf Biomasse basierende Rohstoffe können zur Herstellung fast aller Arten von Energieträgern verwendet werden, nicht nur für die traditionelleren für Wärme und Strom, sondern auch für eine wachsende Zahl moderner Kraftstoffe und Chemikalien für den Transport. Die Effizienz von Energie aus Biomasse wird eine wichtige Rolle in der zukünftigen Energiestruktur spielen, da Kraftstoffe der zweiten Generation wie Methanol, Ethanol und Biodiesel einfacher und billiger herzustellen sind.

Effizienz von Energie aus Biomasse – Zusammenfassung

Wir haben hier gesehen, dass Biomasse eine nachhaltige Energiequelle ist, die den Einsatz herkömmlich genutzter fossiler Brennstoffe problemlos ersetzen kann und gleichzeitig mehrere positive Umweltvorteile bietet. Die Effizienz von Biomasseenergie in Strom, Wärme, Kraftstoffe und Chemikalien hängt weitgehend von den verschiedenen thermochemischen und biochemischen Methoden ab, die für ihre Umwandlung verwendet werden.

Die Hauptmerkmale der Biomasseeffizienz sind ihre Erneuerbarkeit und neutrale CO2-Auswirkung . Darüber hinaus ist Biomasse die einzige wirklich erneuerbare Kohlenstoffquelle, die Energiespeicherung bietet, im Gegensatz zu anderen nachhaltigen Energieformen wie Sonne oder Wind, deren Energie gleichzeitig produziert wird und in Batterien gespeichert werden muss.

Technologische Verbesserungen und Entwicklungen waren schon immer die treibende Kraft in der Geschichte der Menschheit. Die wichtigsten historischen Veränderungen, die uns geholfen haben, unsere Lebensqualität zu verbessern, waren die Verwendung von Werkzeugen, die landwirtschaftliche Revolution und die industrielle Revolution.

Heute ist die Revolution der erneuerbaren Energien mit einer Vielzahl von Quellen im Gange, wie z wie Solar-, Wind-, Wasser-, Geothermie- und Biomasseenergie entwickelt werden. Die zentrale Herausforderung besteht darin, energieeffiziente Umwandlungsprozesse und Technologien zu entwickeln, die mit unserer Nutzung fossiler Brennstoffe konkurrieren können und nicht wichtiger sind als diejenigen, die sich mit der Effizienz von Biomasseenergie befassen.