Bioenergie

Bioenergie

(Strom, Wärme & Kraftstoffe)

Potenziale

Die energetische Nutzung von Biomasse ist ein wichtiger Baustein der Energiewende. Im Jahr 2017 hatte Biomasse einen Anteil von 7,1 % am deutschen Primärenergieverbrauch (Quelle: BMWi / AGEE-Stat 2018). Dieser Anteil entspricht 54 % aller erneuerbaren Energien (EE)

Materialien zum Thema Bioenergie

Unsere Expert*innen für Bioenergie

Pluspunkte für Bioenergie: Ausgleichsfunktion

  • Durch gute Speicherbarkeit und wetterunabhängige Verfügbarkeit kann Bioenergie dazu beitragen, die nach Einsatz der Effzienztechnologien und der fluktuierenden erneuerbaren Energien noch verbleibenden Bedarfe bei Strom, Wärme und Mobilität abzudecken, und damit insbesondere den Stromsektor zu stabilisieren.
  • Durch die Kombination von Bioenergie und anderen Erneuerbaren sind alternative regionale Versorgungssysteme realisierbar.

Bioenergie ist Querschnittsthema über alle Sektoren

Bioenergie bietet zeitlich und räumlich flexible Lösungen für Strom, Wärme und Kälte sowie für Mobilität. Daher muss sie mit allen anderen Komponenten im Energiesystem intelligent verknüpft werden.

  • Strom
    Feste Biomasse wird in (Heiz-)Kraftwerken verstromt; flüssige und gasförmige Biomasse kann mit Gasturbinen oder Motoren umgewandelt werden. Zukünftig werden die Anlagen flexibel betrieben, um zur Systemstabilisierung beizutragen. Neue Netzdienstleistungen wie Regelenergie und Residuallastdeckung entstehen. Nicht alle Kraftwerke können diese Aufgaben in gleicher Effzienz bewältigen.
  • Mobilität
    Biogene Treib- und Brennstoffe können fossile Kraftstoffe im Idealfall CO2-neutral ersetzen sowie mobile und stationäre Brennstoffzellen versorgen. Für Biokraftstoffe ist die Bandbreite geeigneter Ressourcen, technischer Ansätze und Endprodukte sehr groß. Heutige Biokraftstoffe werden in der Regel aus öl-, zucker-oder stärkehaltigen Rohstoffen gewonnen. Die Herstellung künftiger, verbesserter Biokraftstoffe wird auch Abfälle, land- und forstwirtschaftliche Nebenprodukte, Algen sowie verstärkt Lignocellulose nutzen. Zudem gibt es vielversprechende und erprobte Optionen, Biomethan als Erdgassubstitut mit guten Umwelteffekten im Verkehr zu nutzen.
  • Wärme/Kälte
    Durch Verbrennung ist Biomasse direkt in Wärme umwandelbar: als feste oder flüssige Biomasse im Heizkessel, als Biogas oder Biomethan in Gasthermen. Außerdem fällt bei der Umwandlung von Bioenergieträgern in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen neben Strom immer Wärme an, die ressourceneffzient zum Heizen oder – mit Hilfe von thermisch betriebenen Kälteanlagen – zum Kühlen genutzt wird. In den Sommermonaten, wenn der Bedarf an Wärmeleistung sinkt, dafür aber mehr Kühlung bzw. Klimatisierung benötigt wird, bietet sich das Konzept der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) an. Insbesondere in Dampfprozessen kann Biomasse auch Prozessenergie bereitstellen.

Forschungsthemen für Bioenergie

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK)

Durch Kogeneration von Strom und Wärme/Kälte wird der Energiegehalt von Biomasse hocheffzient genutzt. KWKK-Anlagen für holzartige Biomasse sowie für Biogas und Biomethan sind in einem großen Leistungsbereich verfügbar und vielfältig einsetzbar. Verwendet werden u. a. mit biogenen Gasen betriebene Stirling-Motoren, Dampfmotoren, Gasmotoren,  (Mikro-)Gasturbinen, ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle Technik) und Dampfturbinen.

Effziente Technologien
Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung der Bioenergie sind energieeffziente, emissionsarme Konversionstech
nologien. Eingesetzt werden biologisch-chemische, thermo-chemische und physikalisch-chemische Umwandlungsprinzipien. Zentrale Herausforderung ist die Flexibilisierung dieser Komponenten zu „smarten“ Bereitstellungskonzepten: Dabei geht es einerseits um ein integriertes Energiesystem, in dem die Bioenergie zielgerichtet andere fluktuierende erneuerbare Energiequellen im optimierten Zusammenspiel ergänzt und andererseits um die gekoppelte stofflich-energetische Nutzung der Biomasse im Rahmen der Bioökonomie (s. u.).

Integrierte stofflich-energetische Nutzung
In der Bioökonomie wird die Ressource Biomasse durch die Kopplung von stofflicher und energetischer Nutzung sowie Kaskadennutzung höchsteffzient eingesetzt. Es entstehen neue und verlängerte Nutzungspfade und Wertschöpfungsketten. In Bioraffinerien wird die Prozessenergie klimaneutral aus einem Teil der einge
setzten Biomasse bereitgestellt oder als Energieträger ausgekoppelt. Die eingesetzten Rohstoffe werden vollständig genutzt und Nährstoffe können in geschlossenen Kreisläufen geführt werden.

Nachhaltige Rohstoffbasis
Die Verfügbarkeit von Biomasse ist limitiert. Im Ausbau von Koppel- und Kaskadennutzung, dem Schließen von Stoffkreisläufen sowie der Nutzung biogener Reststoffe liegen aber noch erhebliche Ausbau- und Optimierungs
potenziale. Um diese Potenziale zu heben, sind Lebenszyklusanalysen zur Nachhaltigkeitsbewertung ein wesentliches Element. Der Einsatz von Biomasse trägt in besonderem Maße zum künftigen Kohlenstoffkreislauf bei, bei dem im Sinne der Kreislaufwirtschaft die fossile Rohstoffbasis von Energie- und Industriesektoren durch nachwachsende Rohstoffe und Recyclingströme ersetzt wird.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Bioenergie

Bioenergie soll technisch und ökonomisch effzienter sowie ökologisch verträglicher werden. Die Forschung zielt auf die optimale energetische Biomassenutzung.

F&E zur Einbindung von Bioenergie in das Energiesystem
Bioenergie muss ganzheitlich, systembezogen und im Zusammenspiel mit den anderen erneuerbaren Energieformen weiterentwickelt werden.

  • Systemanalyse der bedarfsgerechten Bioenergiebereitstellung und Ableitung von Steuerungselementen
  • Untersuchung der Bedeutung einer bedarfsgerechten Bioenergiebereitstellung im Rahmen der Sektorenkopplung
  • Markt- und Optimierungsmodelle zur Einbindung von Bioenergie ins Energiesystem, insbesondere jenseits des EEG: integrierte (inter-)kommunale Energiekonzepte zur Mobilisierung und Nutzung biogener Reststoffe
  • Netzdienstleistungen von Bioenergieanlagen
  • ökologische Aspekte und Nachhaltigkeitskriterien der Biomasseproduktion und stofflich-energetischen Nutzung
  • räumliche, strukturelle und politische Rahmenbedingungen der Bioenergieproduktion
  • Monitoringsysteme und Minimierung von Nutzungskonkurrenzen
  • Verbesserung der lokalen Effekte und sozialen Akzeptanz von Biomassebereitstellung und Bioenergienutzung

F&E zur Bereitstellung von Strom, Wärme und Kälte
Die dezentrale und kosteneffziente Bereitstellung von Strom, Wärme und Kälte im industriellen und privaten Sektor soll weiter optimiert werden.

  • Anlagenkonzepte für die netz- und versorgungsstabilisierende Integration von Bioenergieanlagen in bestehende und zukünftige Infrastrukturen
  • Prozessregelung für die bedarfsgerechte Anlagenflexibilisierung
  • Entwicklung weitgehend emissionsfreier Kesseltechnik
  • Einbindung von ORC-Anlagen, Turbinen und Vergasersystemen sowie (Mikro)-Kraft-Wärme-KälteKopplungsanlagen
  • Verbesserung der Brennstoff- und Lastfexibilität von Kraft-Warme-Kälte-Kopplungsanlagen
  • Erhöhung des Wirkungsgrades durch neue Materialien, Prozessoptimierung und innovative Kraftwerkskonzepte
  • Verlängerung der Lebensdauer insbesondere der hochbelasteten Heißgaskomponenten in Bezug auf erhöhte Anzahl der Startvorgänge und Lastwechsel
  • Reduktion der Herstellungskosten insbesondere der hochbelasteten Heißgaskomponenten
  • Gasreinigungsverfahren zum Synthesegaseinsatz in Brennstoffzellen
  • Tools zur Planung und Wirtschaftlichkeitsbeurteilung von Nahwärmenetzen mit Speichern auf Basis von Biomasse
  • Untersuchung der Möglichkeiten, Solarthermie in Nahwärmenetzen zur Substitution von Biomasse zuverwenden
  • Auswirkungen einer verstärkten Biomassenutzung für Prozessenergie auf die Bereitstellung von Flexibilitätsoptionen im Strommarkt

F&E zur Bereitstellung von Kraftstoff
Biokraftstoffe stellen eine wichtige Alternative zu fossilen Kraftstoffen dar. Ihr CO2-Minderungspotenzial muss weiter ausgeschöpft und Nutzungskonkurrenzen müssen reduziert werden.

  •  hocheffziente Kraftstoffbereitstellung in neuen Bioraffinerien
  • bevorzugte Nutzung von Biomasse zweiter und auch dritter Generation
  • Nutzung von erneuerbarem Strom und nachhaltigen C-Quellen
  • fermentative Herstellung von Energieträgern
  • Verfahren auf Basis von pfanzlichen Ölen und Reststoffen aus Industrie, Haushalten, Agrarproduktion, Forstwirtschaft und Algen
  • Maximierung des Kohlenstoff-Nutzungsgrades bei der Kraftstofferzeugung
  • Neue Gastrenn-, Gasreinigungs- und Gaskonditionierungsverfahren
  • Entwicklung schadstoffresistenter, für den Rohstoff Biomasse angepasster Katalysatoren zur Gaskonditionierung und Kraftstoffsynthese
  • Weiterentwicklung und Optimierung der Bioraffineriekonzepte
  • Ökologische Bedeutung einer verstärkten Bereitstellung von Biotreibstoffen der ersten Generation als Kopplungsprodukte der Proteinherstellung

F&E zur nachhaltigen Integration der stofflichen und energetischen Nutzung in die Biomasse-Produktionssysteme
Biomasse dient als Ausgangsstoff vieler Wertschöp
fungsketten. Die Forschung verfolgt eine gekoppelte, kaskadierende Nutzung. Auch bei einer energetischen Vornutzung können stofflich nutzbare Produkte anfallen.

  • Energieträger / Prozessenergie aus Nebenprodukten stofflicher Prozesse
  • Entwicklung neuer Koppel- und Kaskadennutzungspfade
  • Integration der energetischen Nutzung in die Prozesse zur Verbesserung der Nachhaltigkeit der Nahrungs- und Futtermittelproduktion (z. B. durch Kombination der Pfanzenölproduktion mit der Nutzung des eiweißhaltigen Presskuchens als Tierfutter)
  • Prozesse zur Abtrennung von Nährstoffen und zum Schließen von Stoffkreisläufen
  • Prozesse zur Abtrennung von Wertstoffen
  • Integration neuer Wertschöpfungsketten in bestehende Bioenergieprozesse

Aktuelle Materialien

Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema „Bioenergie“. Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.

Artikel aus "Programmbroschüren"

Bioenergie

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Forschungsziele 2019

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Diese Broschüre informiert über die Forschungsthemen im FVEE zu: Energiebereitstellung Systemkomponenten Energienutzung Energiesystemgestaltung Außerdem finden Sie hier die Ziele des…

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Themen 2021: Mit Wasserstoff zur Klimaneutralität – von der Forschung in die Anwendung

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Wasserstoff kann einen entscheidenden Beitrag für die dringend notwendige Klimaneutralität des Energiesystems leisten. Grüner Wasserstoff auf Basis von erneuerbaren Energien…

Wasserstoff aus Biomasse

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Der strategische Rahmen zur Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse wird durch die Nationale Wasserstoffstrategie Deutschlands sowie die europäische Wasserstoffstrategie vorgeben.…

Weißer Wasserstoff: Energieträger für eine nachhaltige Herstellung und Nutzung

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Wasserstoff ist ein wichtiger Baustein in der chemischen Industrie und spielt für eine künftige klimafreundliche Wirtschaft eine immer größere Rolle.…

Themen 2020: Forschung für den European Green Deal

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Mit dem Green Deal will Europa bis 2050 der erste klimaneutrale Kontinent werden. Der FVEE zeigte auf seiner Jahrestagung 2020…

Bioenergie in der europäischen Zeitenwende: Ein intelligenter Baustein für ein nachhaltiges Energie- und Kreislaufwirtschaftssystem als Beitrag zum European Green Deal

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Artikel aus "Forschungspolitische Papiere des FVEE"

Bioenergie für eine konsistente Klimaschutz- und Energiepolitik – Empfehlungen des FVEE

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Die energetische Biomassenutzung stellt im Stromsektor einen ergänzenden Baustein dar, um verbleibende Energiebedarfe flexibel und kostengünstig zu decken, wenn Wind…

FVEE-Positionspapier: Erneuerbare Energien im Wärmesektor – Aufgaben, Empfehlungen und Perspektiven

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Mit diesem Positionspapier möchte der FVEE einen Beitrag leisten zu einer fundierten Diskussion über adäquate Politikinstrumente für die Wärmewende. Es…

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Expert*innen

DBFZ

Dr. Franziska Müller-Langer

DBFZ
Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH
Torgauer Str. 116, 04347 Leipzig
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DBFZ

Prof. Dr. Michael Nelles

Bioenergie
DBFZ
Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH
Torgauer Str. 116, 04347 Leipzig
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DBFZ

Karen Deprie

DBFZ
Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH
Torgauer Str. 116, 04347 Leipzig
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DLR

Dr. Peter Kutne

Gasturbine und KWK-Konzepte
DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe, 51147 Köln
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DLR

Dr. Marina Braun-Unkoff

Strom, Kraftstoffe
DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe, 51147 Köln
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Fraunhofer IEE

Dr. Bernd Krautkremer

Strom, Wärme, Kraftstoffe
Fraunhofer IEE
Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik
Joseph-Beuys-Straße 8, 34117 Kassel
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Fraunhofer ISE

Dr.-Ing. Achim Schaadt

Thermochemische Prozesse; Thermochemische Verfahren zur Wasserstofferzeugung, Power-to-Liquid
Fraunhofer ISE
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2, 79110 Freiburg
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IZES

Prof. Frank Baur

Ressourcennutzung, Biomassenutzung
Prof. Frank Baur - IZES
IZES
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme
Altenkesseler Straße 17, 66115 Saarbrücken
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IZES

Bernhard Wern

Stoffstrommanagement, Biomassenutzung
IZES
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme
Altenkesseler Straße 17, 66115 Saarbrücken
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Jülich

Dr. Michael Müller

Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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Jülich

Dr. Andreas Müller

Pflanzenwissenschaften
Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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Jülich

Prof. Dr.-Ing. Detlef Stolten

Elektrochemnische Verfahrenstechnik; Niedertemperatur-Brennstoffzelle
Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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KIT

Prof. Dr. Nicolaus Dahmen

KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Prof. Dr. Georg Müller

Vorbehandlung und Extraktion
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Dr. Christine Rösch

Potenzialabschätzung, Bewertung
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Prof. Dr.-Ing. Dieter Stapf

Biogene Energieträger
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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UFZ

Prof. Dr. Daniela Thrän

Prof. Daniela Thrän - UFZ
UFZ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
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UFZ

Dr. Sabine Kleinsteuber

mikrobielle Konversion, Bioraffinerien; Biologische Methanisierung
UFZ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
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UFZ

PD Dr. Falk Harnisch

Elektrobiotechnologie
UFZ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
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Wuppertal Institut

Dr. Karin Arnold

Biokraftstoffe, Biomasse; Erneuerbare Kraftstoffe
Wuppertal Institut
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH
Döppersberg 19, 42103 Wuppertal
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ZAE Bayern

Prof. Dr. Hartmut Spliethoff

Strom, Wärme, Kraftstoffe
ZAE Bayern
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V.
Magdalene-Schoch-Straße 3, 97074 Würzburg
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ZSW

Dr. Michael Specht

Strom, Kraftstoffe
ZSW
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Meitnerstraße 1, 70563 Stuttgart
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