Thermische Nutzung

Für den Einsatz als Festbrennstoffe eignen sich verschiedene Energiepflanzen. Am weitesten verbreitet ist die Verbrennung von Holz und verschiedenen Holzabfällen, wie Rinde oder Sägespänen. Dieses Restholz fällt z. B. bei Baumfällarbeiten, Holzbearbeitung in Sägewerken und Tischlereien sowie bei der Papiererzeugung an.

In letzter Zeit werden laufend neue Technologien für die Verfeuerung solcher Produkte entwickelt, wie etwa die Verbrennung von Hackschnitzeln. Sie werden vor allem dort verfeuert, wo sie in unmittelbarer Umgebung anfallen. Hackschnitzelfeuerungsanlagen werden aber auch in kleineren Gemeinden zur Versorgung mit Fernwärme verwendet.

In Stadthaushalten ist es allerdings oft schwierig, Festbrennstoffe aus Biomasse zu verbrennen, da es an den nötigen Lagerräumen fehlt. Heute werden aber bereits vielfach Holzabfälle zu Pellets oder "Holzbriketts" verpresst. Das sind zylindrische Stäbchen mit einem Durchmesser von 6 Millimetern und einer Länge von 10 bis 25 Millimetern. Deren Heizwert beträgt ca. 5 Kilowattstunden oder 18 Megajoule pro Kilogramm.

Zum Vergleich: 2 Kilogramm Pellets entsprechen etwa einem Liter Öl. Der Platzbedarf für die Lagerung ist aber wesentlich größer als der für Öl. Allerdings können Pellets nur in speziellen Öfen verbrannt werden.

Vielfach werden auch landwirtschaftliche Reststoffe, wie Stroh, Schilf, seltener Tropengräser, zur Energiegewinnung verwendet.

Holz

Rund um die Erde gehören Wälder und Forste neben der Wasserkraft zu den am längsten genutzten Energielieferanten. Erst die Verwendung von Steinkohle zu Beginn des 19. Jahrhunderts lief vorerst in Mitteleuropa, später in allen Industrieländern dem Holz den Rang ab. Erdöl und elektrischer Strom folgten. Man darf aber die Bedeutung von Holz zur Energieversorgung nicht unterschätzen. Entwicklungsländer decken in großem Maße zumindest die individuell gebrauchte Energie mit Holz ab.

Der übermäßige Einsatz von Holz als Brennstoff ist eine ökologisch bedenkliche Sache, vor allem dort, wo das Klima nur ein langsames Nachwachsen der Bäume erlaubt. Damit wird einer Entwaldung Vorschub geleistet und die Abholzungen führen zu einer Verringerung der Kohlendioxidbindung und zu großflächigen Erosionen.

Etwa ¼ der Landfläche der Erde ist mit Wald bedeckt. Nur 4 % der Waldbestände liegen in Europa. Mit einem Anteil von 90 % sind die Wälder der mit Abstand größte Biomasseproduzent (rund 135 Milliarden Tonnen pro Jahr). Außerdem sind sie die größten CO₂-Verbraucher und neben den Weltmeeren Klimaregulator Nummer 1.

Theoretisch steht der Menschheit mit diesen Wäldern eine nahezu unerschöpfliche Energie- und Rohstoffquelle zur Verfügung - aber nur dann, wenn es gelingt, die technischen, wirtschaftlichen und vor allem politischen Voraussetzungen dafür zu schaffen, den Waldbestand zu erhalten. Im Moment ist man davon weit entfernt. Jahr für Jahr werden riesige Waldflächen durch Brandrodung vernichtet, um Acker- und Bauland zu schaffen.

Regional werden ganze Landstriche abgeholzt, ohne dass wieder aufgeforstet wird. Dabei bietet der Wald eine wirkliche Chance, den Gefahren der CO₂-Emissionen wirksam entgegenzutreten. Es wäre durchaus realisierbar, riesige Landflächen in Steppen und Tundragebieten neu aufzuforsten und damit eine zusätzliche CO₂-Senke zu schaffen.

Holz ist außerdem kein Reinstoff, sondern es enthält neben Zellulose und Lignin auch noch Eiweiß, Phosphor, Kalium und Chlor. Es mögen dies im trockenen Holz nur Spuren sein, sie sind aber dennoch ausreichend, um die Abgase der Holzverbrennung nicht unbedenklich erscheinen zu lassen. Scheinbar trockenes Holz enthält immer noch 15 bis 20 % Wasser.

Bei der Verbrennung von Holz entstehen, je nach Temperatur und Ofentechnik, ganz unterschiedliche Verbindungen. Bei 100 °C entweicht Wasser, bei 170 °C bilden sich Schwelgase, darunter Aceton, Phenol und Kohlenmonoxid, bei höheren Temperaturen Harze und Teere. Bei 450 °C gehen die letzten Verbindungen in den gasförmigen Zustand über.

Die Verbrennung von Holz ergibt
bei Sauerstoffüberschuss: 1 % Asche, 99 % Kohlendioxid und Wasser;
bei Sauerstoffmangel: 1 % Asche, 99 % Kohlendioxid, Wasser, Kohlenmonoxid, Wasserstoff;
ohne Sauerstoff: 35 % Holzkohle und Asche, 35 % Teer und Schwelstoffe, 30 % Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.

1 kg Holz benötigt beim Verbrennen 4,3 m³ Luft; dabei entstehen 5,6 m³ brennbares Gas.

Sicherlich ist das Heizen mit Holz nicht CO₂-neutral, wie oft medienwirksam behauptet wird. Das beim Verbrennen eines Baumes freigesetzte CO₂ wird zwar wieder durch Photosynthese vom Wald aufgenommen, das dauert aber 70 bis 100 Jahre lang.

Restholz

In den Wäldern fallen beträchtliche Mengen von Waldrestholz an. Dessen Nutzung kann nur wirtschaftlich sein, wenn Holzstämme an zentralen Waldplätzen entastet werden. Da der jährliche Holzertrag stark angewachsen ist, entstehen umfangreiche Mengen an Waldrestholz. In Holz verarbeitenden Betrieben fallen zwischen 30 und 70 % des Ausgangsholzes an Restholz an.

Darüber hinaus ist mit einem steigenden Aufkommen an Abbruchholz und Holzmüll zu rechnen. Die Weiterverarbeitung dieses Holzes, etwa in der Papierindustrie oder bei der Spanplattenherstellung, ist Stand der Technik.

Konzepte zur energetischen Verwendung von Rest- und Abfallholz erstrecken sich gegenwärtig vor allem auf den Bau und Betrieb von industriellen Heizwerken oder Heizkraftwerken, vorwiegend direkt auf den Betriebsflächen der Holz verarbeitenden Betriebe.

Da diese Betriebe häufig Wärme und Strom gleichzeitig benötigen, werden auch Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen gebaut. Als wirtschaftlichste Lösung erweist sich die unmittelbare Verbrennung von Restholz in Kesseln. Eine technisch ausgereifte Verbrennungstechnik ist die Hackschnitzelfeuerung.

Landwirtschaftliche Reststoffe (Stroh, Energiepflanzen, Schilf und Tropengräser)

Die Nutzung von Stroh zur Energiegewinnung und die Variationen mit Schilf, Tropengräsern, wie Zuckerrohr, Bastgras und Elefantengras, unterscheidet sich nicht von der des Holzes. Nur die Technik des Verbrennens, die notwendigen großvolumigen Heizanlagen und der große Aschenanfall erschweren die Nutzung.

Obwohl das Verbrennen auf den Feldern verboten wurde und das Streuen von Stroh in Ställen immer weniger Bedeutung hat, gibt es relativ wenige Heizanlagen für landwirtschaftliche Reststoffe.

Energiewald

Eine interessante Möglichkeit der Energiegewinnung ist die Nutzung schnell wachsender Hölzer. Der Energiewald ist ein nachwachsender Primärenergieträger und weltweit ein völlig neues Energiesystem, unter anderem gefördert von der Europäischen Union.

Pappel- und Weidenstecklinge werden auf stillgelegten landwirtschaftlichen Nutzflächen angebaut.

Diese Flächen müssen nicht gedüngt werden, da das abgefallene Laub zwischen den Bäumen am Boden bleibt und dort vermodert. Außerdem wird zusätzlicher ökologischer Lebensraum für viele Tiere geschaffen. Nach drei bis fünf Jahren sind die Bäume bereits so groß, dass sie geschnitten und unmittelbar zu Hackschnitzeln verarbeitet werden können.

Je nach Bodenqualität können pro Hektar bis zu 15 Tonnen Trockensubstanz an Jahreszuwachs erreicht werden. Energiewald wächst durch Stockausschläge 30 bis 50 Jahre nach. Das ergibt eine bis zu 10-malige Ernte mit nur einem Steckling.

Mit speziellen Maschinen können die Anbauflächen für Energiewald jederzeit wieder in Anbauflächen für andere Produkte, wie zum Beispiel Getreide, rückgeführt werden.