Haustech 4/2019

Energie pflanzlichen Ursprungs

Mit dem Prototyp «Photo.Synth.Etica» kann Biomasse auch an der Gebäudehülle genutzt werden. Hierbei werden mit Mikroalgen gefüllte Module als Bioreaktoren eingesetzt, worauf nach dem Prinzip der Photosynthese CO2 aus der Luft entnommen werden kann. (Foto: NAARO)
Morris Breunig /

Biomasse ist eine bedeutende Energielieferantin. 
Der Anteil bei der Strom- und Wärmeproduktion nimmt stetig zu. Doch dieser könnte noch deutlich höher sein.

Laut der schweizerischen Statistik für erneuerbare Energien betrug 2017 die gesamte schweizerische Netto-Elektrizitätsproduktion 57 327 GWh. Von dieser Inlandproduktion stammten 63 Prozent aus erneuerbaren Energien. Davon stellte die Wasserkraftnutzung rund 57 Prozent, während etwa 6,4 Prozent der gesamten Elektrizitätsproduktion aus Sonnenenergie-, Biomasse-, Biogas-, Wind- und Abfallnutzung resultieren.

Holzfeuerungen erzeugten die Hälfte der Wärme aus erneuerbaren Energieträgern. Es folgen Abwärmenutzung aus Abfallverbrennungsanlagen (14 Prozent) und Wärmepumpen (29 Prozent). Die Wärmenutzung aus erneuerbaren Energieträgern ist seit 1990 in allen Bereichen deutlich angestiegen. Bei der solaren Wärmeproduktion konnte aber seitdem die stärkste (relative) Zunahme registriert werden. Dass es seitdem aber bei Biomasse- und Umweltwärmenutzung den grössten Zuwachs gab, verdeutlicht deren Potenzial.

Verholzt und unverholzt

Biomasse ist prinzipiell klimaneutral. Denn bei der Energiegewinnung wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie zuvor darin gebunden war. Pflanzen speichern bei der Photosynthese die aufgenommene Sonnenenergie und wandeln diese unter anderem in Sauerstoff um. Ein ungenutzter Teil davon kann jedoch CO2-neutral für die Erzeugung von Strom, Wärme und Treibstoff verwendet werden. Verschiedene Rohstoffe wie altes Speiseöl und Erntereste können dafür als Energielieferanten dienen.

Waldholz, Feldgehölze, Altholz oder Restholz gehören zur verholzten Biomasse. Hofdünger wie Gülle und Mist, Ernterückstände, Abfälle aus der Lebensmittelindustrie oder der Gastronomie sowie Grüngut aus Haushalten zählt man zur nicht verholzten Biomasse. Die Biomassen können in einem Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umgewandelt oder zu Treibstoff aufbereitet werden. Pflanzen wie Raps oder Mais, welche für die Energiegewinnung angebaut werden, sind in der Schweiz nicht erlaubt. Weil es sich zudem um Nahrungsmittel handelt, sind sie auch aus politischen Gründen nicht akzeptiert.

Zusätzliche 12 TWh möglich

Die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) hat die energetisch nutzbaren Biomasse-Potenziale der Schweiz untersucht. 
In der Studie untersuchte man folgende Ressourcen:

  • Holz: Waldholz, Flurholz, Restholz, Altholz;
  • Nichtholz: Hofdünger, landwirtschaftliche Nebenprodukte, organische Anteile im Kehricht, Grüngut der Haushalte und der Landschaftspflege, biogene Abfälle aus Gewerbe/Industrie, Klärschlamm.

Die theoretisch maximal nutzbare Menge an Energie aus Biomasse wird auf 58 TWh Primärenergie pro Jahr beziffert. Abzüglich ökologischer und wirtschaftlicher Faktoren resultieren rund 27 TWh, die in der Schweiz zur Deckung der Primärenergie beitragen könnten. Der Anteil zur Deckung des Schweizer Energiebedarfs beträgt derzeit ca. 15 TWh. Somit ergibt sich ein bisher ungenutztes Potenzial von 12 TWh. Um die rohe Biomasse als Energie zu nutzen, bedarf es jedoch noch an Technologien zur effizienten und wirtschaftlichen Umwandlung.

Hofdünger mit Potenzial

Wirtschaftliches Waldenergieholz ist vor allem noch im Mittelland und im Jura verfügbar. Im Gebirge wird eine rentable Nutzung durch die Geländeschwierigkeiten stark beeinträchtigt und vielfach kann der Erlös die Erntekosten nicht decken. Energetisch nutzbares Altholz wird zu grossen Teilen exportiert. Das grösste nachhaltige Potenzial aus Biomasse, das noch nicht genutzt wird, liegt in der Schweiz bei Hofdünger (Gülle und Mist) aus der landwirtschaftlichen Nutzung. Noch effizienter als Biogas liesse sich der feste Anteil der Rindergülle nutzen. Daraus soll zukünftig mehr Methan gewonnen werden.

Der flüssige Anteil des Hofdüngers aus Urin und Gülle hat verglichen mit dem festen ein noch grösseres Potenzial zur Energienutzung. Organischer Dünger wird bereits als Bodenverbesserer genutzt. «Das mengenmässig hohe Potenzial der flüssigen Biomasse wird durch die Wirtschaftlichkeit erheblich eingeschränkt. Dezentrale Biogasanlagen könnten hierbei helfen», erklärt Andreas Utiger von Biomasse Suisse. Dass sich daraus auch aufbereitetes Biomethan gewinnen liesse, könnte für Landwirte einen lukrativen Anreiz zur Deckung des eigenen Treibstoffbedarfs darstellen. Die dazu notwendigen Installationen für solche Lösungen sind inzwischen für Landwirte betriebswirtschaftlich interessant.

Plastik erschwert Verarbeitung

Viele Abfallbetriebe gehen laut Utiger den richtigen Weg, indem sie eine Umstellung von Kompost- auf Vergärungsverfahren vornehmen. Gleichwohl sieht er Gefahren: «Rebound-Effekte durch eine technische Aufrüstung von Grossbetrieben sind möglich, denn Verbraucher könnten sorgloser bei der Trennung von Abfallstoffen werden.» Aktionen der Gemeinden zur Grüngut-Sammlung sensibilisieren die Bevölkerung im richtigen Umgang mit Abfallstoffen. «Besonders Plastik erschwert die effiziente Verarbeitung von Kompost noch immer», ergänzt Utiger.

Grüngut-Datenbank

Ein Detektionssystem soll einen hohen Gehalt an Fremdstoffen im Grüngut zukünftig besser erkennen. Bereits heute gibt es Systeme, welche magnetische und nicht magnetische Metalle detektieren. 
Da Plastik jedoch kein Metall ist, sind die Resultate nicht immer aussagekräftig. In einem Pilotprojekt der Fachhochschule Nordwestschweiz und Biomasse Suisse wird deshalb eine Datenbank mit Bildern von Grüngut entwickelt, um zukünftig auch Plastik mit dem Detektionssystem zu erkennen. Das System soll auf der Grundlage dieser Daten den Fremdstoffgehalt besser feststellen können. Zu den Anforderungen an das Detektionssystem zählt unter anderem das Erkennen von Fremdstoffen in unterschiedlichen Materialien und bei veränderten Lichtverhältnissen. Das Pilotprojekt ist bereits gestartet und wird bis Ende 2019 beendet sein.

Auch in Gebäudehülle möglich

Der Prototyp «Photo.Synth.Etica» des Londoner Urban-Design-Unternehmens EcoLogicStudio zeigt, dass Biomasse auch an der Gebäudehülle funktioniert. Das Prinzip ist dem der Fassadenbegrünung ähnlich, denn die Fassadenelemente helfen bei der Umwandlung von CO2 in Sauerstoff. Dazu dienen mit Mikroalgen gefüllte Module, welche vor die Fassade gehängt als Photobioreaktoren eingesetzt werden. Die Aussenluft strömt in die Module und bewegt sich durch ein flüssiges Material nach oben. Mikroorganismen filtern Kohlendioxidmoleküle sowie Luftschadstoffe heraus und lassen eine Biomasse entstehen. Diese könnte wieder für die Herstellung bioplastischer Rohstoffe genutzt werden, aus denen auch die Module bestehen.

Durch die Photosynthese findet zudem eine Umwandlung in Glukose und Sauerstoff statt. Oberhalb der Module wird der Sauerstoff wieder an die Aussenluft abgegeben. Laut Hersteller soll täglich rund ein Kilo CO2 aus der Luft entnommen werden, was mit der Leistung von 20 grossen Bäumen vergleichbar wäre. Die 
zwei mal sieben Meter grossen Module dienen zugleich der Beschattung und eignen sich auch für bestehende Gebäude. Ein Prototyp wurde 2018 während des Climate Innovation Summit in Dublin präsentiert. «Die Forschung läuft seit fast zehn   Jahren und wir befinden uns nun an der Trendwende. In diesem Jahr 
planen wir, die ersten Prototypen zu vergrössern und auf den Markt zu bringen. Wir suchen nach Early Adopters, die bereit sind, das System an ihren Gebäuden zu testen und planen, bis Anfang 2020 
vier oder fünf Fassaden in Betrieb zu 
nehmen», erklärt Maria Azzurra Rossi von EcoLogicStudio.