Feste Biomasse (Industrie)

In der holzverarbeitenden Industrie, aber auch in der Papier- und Möbelindustrie fällt in großem Um-fang Restholz wie Schwarten, Späne, Schwarzlauge, Verpackungsholz, Verschnitt oder Rinde an. Die energetische Nutzung dieser kostengünstig verfügbaren Brennstoffpotenziale zur Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme (z. B. für die technische Holztrocknung) hat in Deutschland eine lange Tra-dition.

Mit dem Anstieg der Energiepreise für fossile Energien war eine Ausweitung der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse verbunden.

5.2.1 Endenergiebereitstellung

Die Angabe zur Wärmebereitstellung aus fester Biomasse wird von der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) übernommen (vgl. Kapitel 2.2.1). Der in Tabelle 70 angegebene Daten-stand entspricht der BMWi-Publikation „Erneuerbare Energie in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung (BMWi, 2017), die jährlich im September/Oktober publiziert wird. Zusätzlich erfolgt zum Jahresende sowie zum Februar/März eine Datenaktualisierung.⁴⁶

Die angegebene Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der Industrie bezieht sich - analog zur Bilanzierung fossiler Brennstoffe wie Heizöl oder Erdgas in der deutschen Energiebilanz - auf die zur Wärmeerzeugung in Industriebetrieben eingesetzte Endenergie. Die Angaben beruhen auf der von den statistischen Landesämtern durchgeführten Vollerhebung über die Energieverwendung der Betriebe des verarbeitenden Gewerbes sowie des Bergbaus und der Gewinnung von Steinen und Erden (Destatis, 2016b).

Hinsichtlich der Feuerungsanlagen ist zu beachten, dass die Mehrzahl der Anlagen zwar Industriekes-sel zur ungekoppelten Wärmeerzeugung sind, jedoch der überwiegende Teil des Brennstoffeinsatzes auf industriellen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen entfällt.

Tabelle 70: Wärmebereitstellung (Endenergie) aus fester Biomasse in der Industrie

2016 [GWh]

feste Biomasse (Industrie) 24.369

Quelle: (AGEE-Stat, 2017)

5.2.2 Substitutionsfaktoren

Wie bereits ausgeführt, konzentrieren sich die energetisch genutzten Stoffströme vor allem auf die Wirtschaftszweige Papier- und Zellstoffindustrie (Schwarzlauge), Holzindustrie (Sägerestholz) und Verarbeitung von Steinen und Erden (biogener Industrieabfall). Ausgehend von diesem Befund wird der fossile Endenergieverbrauchsmix dieser Wirtschaftszweige, ausgewiesen in den Energiebilanzzei-len 48, 53 und 59 (AGEB, 2015), der Ableitung der Substitutionsfaktoren zugrunde gelegt.

Im Ergebnis verdrängt der Einsatz fester Biomasse in diesen Wirtschaftszweigen zu knapp 55 Prozent Erdgas. Mit zusammen knapp 24 Prozent ist jedoch auch die Substitution von Braun- und Steinkohle bemerkenswert. Der Substitutionsfaktor für Elektrizität ist hingegen mit null angesetzt, da der Einsatz von Elektrizität für Trocknungsprozesse o. ä. aus ökonomischen Gründen unplausibel scheint.

Tabelle 71: Substitutionsfaktoren der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der Industrie in Bezug auf die angewendete Technik

Technik Heizöl/Diesel Erdgas Steinkohle Braunkohle Strom Fernwärme

[%] [%] [%] [%] [%] [%]

feste Biomasse

(In-dustrie) 6,0 55,0 7,0 17,0 0,0 16,0

Quelle: Eigene Berechnungen in Anlehnung an (AGEB, 2015)

46 Die aktuellen Daten in der Zeitreihe ab 1990 sind abrufbar unter: http://www.erneuerbare-energien.de/EE/Naviga-tion/DE/Service/Erneuerbare_Energien_in_Zahlen/Zeitreihen/zeitreihen.html

Die vermiedenen Brutto-Emissionen der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der Industrie lassen sich aufbauend auf den dargestellten Substitutionsfaktoren mittels der Brutto-Nutzungsgrade (Mittelung von Kondensations- und KWK-Betrieb) (Tabelle 61) sowie den Emissionsfaktoren der Wär-meerzeugung aus konventionellen Energieträgern (Tabelle 62) berechnen.

5.2.3 Emissionsfaktoren

Trotz der Vielfalt und technischen Einzigartigkeit der industriellen Biomasseheiz(kraft)werke in Deutschland können wenige idealtypische Referenzfälle abgeleitet und diesen ein geschätzter Anteil der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse zugeordnet werden. Die Grundlagen hierfür wurden auf einem im Sommer 2011 gemeinsam von UBA, BMU, AGEE-Stat und dem Deutschen Biomassefor-schungszentrum durchgeführten Workshop erarbeitet (UBA, et al., 2012).

Anschließend wurden die für den Endenergiemix relevanten Referenzfälle mit BioEM modelliert (vgl.

Kapitel 2.2.3). Während die Vorketten der Brennstoffbereitstellung hierbei unverändert von BioEM übernommen wurden, sind die Emissionsfaktoren für den direkten Anlagenbetrieb dem Nationalen Emissionsinventar entnommen. Allerdings liegen die Emissionsfaktoren dort nicht differenziert nach Brennstoffen, sondern nach immissionsrechtlicher Genehmigung der Anlage nach 17. BImSchV, 13.

BImSchV, 4. BImSchV (TA-Luft) oder 1. BImSchV vor. Je nach Brennstoffeigenschaften und Luftreinhal-tetechniken können die realen Emissionen im Einzelfall daher erheblich von den hier unterstellten, durchschnittlichen Faktoren abweichen.

Zur Ermittlung des elektrischen Nutzungsgrads der Referenzfälle für die Wärmebereitstellung aus fes-ter Biomasse in der Industrie wird der Energieeinsatz bei KWK-Anlagen entsprechend der Finnischen Methode auf Strom und Wärme aufgeteilt.

In Hinblick auf die Brennstoffe ist per Definition festgelegt, dass die Vorkettenemissionen von Indust-rieresthölzern, Schwarzlauge und biogenen Industrieabfällen null entsprechen. Bei zugekauften Brennstoffen wie Altholz werden lediglich die Aufwendungen für Aufbereitung und Transport berück-sichtigt. Importe biogener Festbrennstoffe sind für die Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der Industrie gegenwärtig noch von untergeordneter Bedeutung.

Tabelle 72: Basisannahmen der Referenzfälle für die Wärmebereitstellung aus fester Biomasse und geschätzter Anteil der Referenzfälle am Endenergiemix

Brennstoff Technik⁴⁷

DT-Entnahmekon-densationsmaschine 17. BImSchV 73 2 17,5

Industrierestholz

DT-Entnahmekon-densationsmaschine TA-Luft 77 2 5,1

Industrierestholz

DT-Entnahmekon-densationsmaschine 13. BImSchV 77 2 1,7

47 DT- Dampfturbine, BHKW-Blockheizkraftwerk eigene Annahmen auf Basis von BioEM (IFEU, 2016)

Brennstoff Technik⁴⁷

Industrierestholz Organic Rankine

Cycle TA-Luft 83 2 1,7

Industrierestholz Kessel - 80 2 27,8

Schwarz-, Brenn-,

Sulfitablauge

DT-Entnahmekon-densationsmaschine 13. BImSchV 96 2 19,8

Pellets (Holz) Kessel - 85 3 1,9

Pellets (Holz) Verbrennungs-

motor BHKW TA-Luft 90 2 0,0

Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von (UBA, et al., 2012), (UBA, 2017), BioEm (IFEU, 2016) und (Destatis, 2016b) Tabelle 73: Emissionsfaktoren der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in privaten Haushalten

und im GHD-Sektor

50 DT-EKM- Dampfturbine Entnahmekondensationsmaschine, ORC- Organic Rankine Cycle, VM-BHKW - Verbrennungs- motor Blockheizkraftwerk

Brennstoff/

Technik⁵⁰

CO2-

Äq. CO2 CH4 N2O SO2

-Äq. SO2 NOx Staub CO NMVOC

[g/kWh] [g/kWh] [g/kWh]

Hilfsenergie

ORC 9,99 9,45 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00

Hilfsenergie

Kessel 9,68 9,16 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Schwarz-, Brenn-, Sulfitablauge

Vorkette 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Direkte 1,19 0,00 0,01 0,00 0,38 0,03 0,50 0,07 0,21 0,13 Hilfsenergie 11,64 11,01 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Pellets (Holz)

Vorkette 10,21 9,58 0,01 0,00 0,10 0,03 0,11 0,01 0,06 0,01 Direkte

Kessel 0,43 0,00 0,01 0,00 0,23 0,02 0,31 0,08 0,56 0,01 Direkte

VM-BHKW 0,34 0,00 0,00 0,00 0,20 0,02 0,26 0,08 0,26 0,00 Hilfsenergie

Kessel 12,86 12,16 0,02 0,00 0,02 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Hilfsenergie

VM-BHKW 10,89 10,30 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Waldrestholz

Vorkette 15,68 14,90 0,03 0,00 0,09 0,01 0,12 0,00 0,03 0,01 Direkte 4,21 0,00 0,04 0,01 0,38 0,03 0,50 0,07 0,21 0,13 Hilfsenergie

DT-EKM 10,04 9,50 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Hilfsenergie

Kessel 9,68 9,16 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Klärschlamm

Vorkette 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Direkte 4,68 0,00 0,00 0,02 0,87 0,69 0,25 0,07 0,15 0,01 Hilfsenergie

DT-EKM 6,42 6,07 0,01 0,00 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 Hilfsenergie

Kessel 9,68 9,16 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Quelle: UBA auf Basis von BioEM (IFEU, 2016)

5.2.4 Ergebnisse der Emissionsbilanz

Die Netto-Emissionsbilanz der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der Industrie errechnet

Im Hinblick auf die Wirkungskategorie Treibhausgaseffekt trug die Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der Industrie zur Vermeidung von ca. 7,4 Mio. t CO2-Äq. Treibhausgasemissionen bei. Der spezifische Treibhausgas-Vermeidungsfaktor beträgt insbesondere aufgrund des hohen Substitutions-anteils von Erdgas nur knapp 290 g CO2-Äq. / kWhth.

In Hinblick auf versauernd wirkende Luftschadstoffe ist festzuhalten, dass mit dem Einsatz fester Bio-masse gegenüber allen substituierten Energieträgern außer Erdgas geringere Schwefeldioxidemissio-nen verbunden sind. Bei Stickoxiden sind die EmissioSchwefeldioxidemissio-nen jedoch im Vergleich leicht höher.

Hinsichtlich weiterer Luftschadstoffe zeigt sich, dass vor allem die Staubemissionen trotz der Geneh-migungspflicht der Anlagen nach Bundesimmissionsschutzgesetz teilweise deutlich höher liegen als bei dem substituierten fossilen Energieträgermix. Dies gilt jedoch nicht für die Kohlenmonoxidemissi-onen, welche durch den Einsatz von fester Biomasse in der Industrie sinken.

Tabelle 74: Emissionsbilanz der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der Industrie brutto

Im Dokument 23/2017 (Seite 86-91)