Die Zukunft der Nutzung der Biomasse zur Stromerzeugung liegt in der Nutzung der besonderen Qualitäten der energetischen Biomasse für die Energiewende – Speicherbarkeit, Flexibilität, Energieeffizienz durch KWK – sowie des Beitrags zur Versorgungssicherheit, zur Kreislaufwirtschaft und der Bereitstellung von klimaneutralem CO2 als Koppelprodukt der Bioenergienutzung. Zu diesem Fazit kommt der VDE in einem aktuellen Hintergrundpapier.
Die bisherige Bundesregierung beabsichtigte die Erhöhung der installierten Leistung von KWK-Anlagen, damit nach Abschaltung der Kohlekraftwerke auch Biogas und Biomethan-BHKW zur Residuallastdeckung beitragen können. „Würde bei gleichbleibender Biogaserzeugung die durchschnittliche Betriebszeit von derzeit 6.000 auf z.B. 1.500 Betriebsstunden/Jahr gemindert, könnten damit BHKW-Anlagen mit einer installierten Leistung von 24 GWel und mehr betrieben werden“, heißt es in dem Hintergrundpapier. Bei einer Spitzenlast von etwa 80 GW in Deutschland könnten mit Biogas-BHKW also fast 30 Prozent der maximalen Last abgedeckt werden.
Ruhereichweite und Betriebsreichweite bei Flexibilisierung zu beachten
Bei einer Verkürzung der Betriebsstunden müsse nicht nur die elektrische Leistung erhöht werden, sondern auch Gas- und Wärmespeichervolumen angepasst werden. „Allerdings wachsen die Speichergrößen nicht proportional zur elektrischen Leistung, sondern sie errechnet sich aus der erforderlichen Ruhereichweite, um das BHKW nicht in Niedrigpreiszeiten betreiben zu müssen. Die Ruhereichweite gibt an, wie lange Biogas auch ohne Betrieb des BHKW – z.B. bei Überschuss von Strom aus Sonne und Wind – produziert und vorübergehend in den Speicher eingespeist werden kann. Dagegen gibt die Betriebsreichweite an, wie lange das BHKW mit voller Leistung mit Biogas aus dem Speicher betrieben werden kann, z.B. für die Bereitstellung von Spitzenlast bei einer EE-Strom-Mangellage.
Ein großes Potenzial sehe die Branche in der Kombination von Biogas und Wasserstoff. Mit grünem Wasserstoff aus Elektrolyse – unter Einsatz überschüssiger Strommengen aus PV und Wind – könnte das unerwünschte CO2 zukünftig zu weiterem EE-Methan umgewandelt werden, um die Einspeisung wirtschaftlicher zu machen. „Insbesondere im ländlichen Raum entstehen schon jetzt durch den raschen Ausbau der fluktuierenden Energien Wind und PV zeitweilige Übermengen an EE-Strom, die nicht vom Stromnetz aufgenommen werden können. Statt einer Abregelung können diese Strommengen erzeugungsnah und netzentlastend für die Erzeugung von grünem Wasserstoff in Elektrolyseuren eingesetzt werden“, heißt es. Die Zeiten mit EE-Überschüssen sind jedoch noch relativ gering, so dass sich der Betrieb eines teuren Elektrolyseures für diese Zeiten „auf absehbare Zeit nicht lohnen dürfte“. Bislang fehlt für Wasserstoff auch die notwendige Infrastruktur der Speicherung, Ableitung und Verwendung.
Großes Potenzial in der Kombination von Biogas und Wasserstoff
Langfristig könnten mit Elektrolyseanlagen an einem bestehende Biogas-Speicherkraftwerk etliche Probleme gelöst werden, betonen die Autoren. Die Abwärme des Elektrolyseures könne über den Pufferspeicher genutzt werden, der gewonnene Wasserstoff wird mit Biogas durch Tropfkörperkolonnen geleitet. Das im Biogas enthaltene biogene CO2 wird damit bakteriell methanisiert, es entstehen Methan und Wasser. „Das hydrogene Methan nimmt im Biogasspeicher die Stelle des Kohlendioxids ein und steigert damit den Energiegehalt des Biogases bis auf nahezu das Doppelte (reines Methan).“
Das entstehende angereicherte Biogas könne ohne weitere technische Vorkehrungen im BHKW wieder verstromt, oder ins Erdgasnetz eingespeist werden. „Damit wird die Reichweite der Biogasanlage ohne zusätzlichen Substrateinsatz deutlich gesteigert.“ Diese Technologie befinde sich seit 10 Jahren in der Erprobung und wird seit 2023 in Dänemark und in der Schweiz im industriellen Maßstab eingesetzt. „In Deutschland wäre ein wirtschaftlicher Betrieb auf absehbare Zeit jedoch nur mit entsprechender Förderung möglich.“
Biomassepaket: Stromerzeugung aus Biogas Teil des künftigen Kraftwerksparks
Generell mache die Bundesregierung mit dem „Biomassepaket“ und dem EEG 2025 die Stromerzeugung aus Biogas zum Bestandteil des zukünftigen Kraftwerksparks, der anstelle der fossilen Kraftwerke in Zeiten fehlender EE-Erzeugung flexibel die Residuallast decken soll. Das setze für Betreiber der KWK-Anlagen die zeitliche Entkoppelung der Biogasgewinnung durch Gasspeicher oder durch Einspeisung ins Erdgasnetz voraus, sowie die zeitliche Entkopplung der Wärmeverwertung vom Kraftwerksbetrieb durch große Wärmepuffer und/oder Einsatz von Power-to Heat-Anlagen.
„Zugleich müssen die Anforderungen an eine ökologische Bereitstellung der Eingangsstoffe definiert und die bestehenden hohen Standards zur Sicherung gegen Nebenwirkungen (Havarien, Emissionen, Methanschlupf) sukzessive auch im Anlagenbestand umgesetzt werden.“ Dafür seien erhebliche bauliche Investitionen erforderlich, die bisher vom Bauplanungsrecht behindert werden. „So unterfallen Biogasanlagen schon bei 5 Tonnen Methan im Biogaslager dem komplizierten Störfallrecht, während dies für Erdgas erst ab 50 Tonnen Lagermenge für erforderlich gehalten wird.“ Biogasanlagen, die zum Zweck der Flexibilisierung ihre installierte BHKW-Leistung erhöhen, müssten schon allein deshalb die ebenfalls komplizierten Anforderungen der BioStNachVO erfüllen, obwohl die Menge der Biomasse gleichbleibt. „Um die Ziele der Bundesregierung zu erreichen, sollte also auch das Planungsrecht angepasst werden. Verbesserungen im Bauplanungsrecht und der Gasnetzregulierung können zudem auch die Einspeisung von Biomethan erleichtern.“