Forschung & Innovation
Ökobilanz von Biogasanlagen
Wissenschafter haben die Umweltauswirkungen von sechs Biogasanlagen untersucht.
Erneuerbare Energien werden wahlweise als Green-Jobs-Motor, Klimaretter oder Freiheitsbringer – weg vom Öl – instrumentalisiert, je nach Sendebedürfnis. Wertfrei sind Wissenschafter vom Grazer Joanneum Research, dem IFA Tulln und dem lfz Raumberg-Gumpenstein an die Chose herangegangen: Man wollte herauszufinden, wie es um die Ökobilanz von erneuerbarer Energie – konkret Biogas – bestellt ist.
Das Ergebnis der Analysen wurde jüngst in der 129 Seiten starken Studie „Ökobilanz Biogas – Erfolgsfaktoren zur nachhaltigen Nutzung der Biogastechnologie am Beispiel ausgewählter Biogasanlagen“ präsentiert. Die Forschungsarbeit, gefördert vom Klima- und Energiefonds im Rahmen des Programms „Energie der Zukunft“, hat bestätigt, was auch für viele andere Bereiche gilt: „Es ist sehr schwierig, Umweltauswirkungen pauschal zu beurteilen. Es kommt immer darauf an, welchen Umweltfaktor man betrachtet“, betont Johanna Pucker, eine der acht Studienautoren und Mitarbeiterin am Joanneum-Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit.
Die Wissenschafter haben für ihre Studie verschiedene Biogassysteme mittels Lebenszyklusanalyse untersucht. Biogas wird aus unterschiedlichen Rohstoffen hergestellt, die jeweils andere Umweltauswirkungen mit sich bringen. Mit der Lebenszyklusanalyse können jedoch nicht nur die ökologischen Auswirkungen der eingesetzten Rohstoffe, sondern jene der gesamten Biogasprozesskette berücksichtigt werden: Produktion bzw. Sammlung der Rohstoffe, deren Vergärung in der Biogasanlage, die energetische Nutzung des Biogases sowie die stoffliche Nutzung der Gärreste. Die ökologischen Auswirkungen der Errichtung, des Betriebes sowie der Entsorgung der Komponenten des Biogassystems werden ebenfalls von der Lebenszyklusanalyse erfasst.
Die Biogassysteme der sechs untersuchten Biogasanlagen werden in der Studie mit drei Referenzsystemen verglichen. Fossile Referenzsysteme: Strom aus Erdgas, Wärme aus Heizöl und Erdgas als Treibstoff. Reale Systeme, die die Situation vor Errichtung des Biogassystems darstellen: Strom aus österreichischem Strommix, Wärme entsprechend lokaler Gegebenheiten und als Treibstoff 70 Prozent Diesel und 30 Prozent Benzin. Erneuerbare Referenzsysteme: Strom aus 49 Prozent Wasserkraft, 20 Prozent Biomasse, 30 Prozent Windkraft, ein Prozent Photovoltaik, Wärme aus 50 Prozent Hackgut und 50 Prozent Pellet, als Treibstoff 70 Prozent Biodiesel und 30 Prozent Bioethanol.
Die Referenznutzung der Agrarflächen (z.B. landwirtschaftliche Futterproduktion) und der Reststoffe (z.B. Kompostierung) fließt ebenfalls in die Lebenszyklusanalyse ein. Die Daten zur Erstellung der Lebenszyklusanalyse basieren auf dem praktischen Betrieb der sechs Biogasanlagen. Die Studienautoren haben diese Daten durch Literaturwerte und Expertenannahmen ergänzt. In den untersuchten Anlagen wird das erzeugte Biogas zur Strom- und Wärmeerzeugung in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) eingesetzt und in einem Fall zu Biomethan aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist. Zur Biogaserzeugung werden Kombinationen von nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Maissilage, Grassilage), Gülle (Schweine-, Rindergülle) und Reststoffe wie Speisereste sowie Obst- und Gemüseabfall eingesetzt.
Ökobilanz im Detail
In ihrer Studie haben sich die Wissenschafter folgende Umweltauswirkungen genau angesehen: fossiler Primärenergiebedarf, Beitrag zum Treibhauseffekt durch Kohlendioxid, Methan und Lachgas, Beitrag zur Versauerung durch Ammoniak, Schwefeldioxid und Stickstoffoxide, Beitrag zur bodennahen Ozonbildung durch Kohlenmonoxid, Nicht-Methan Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide und Methan, Staub-Emissionen, landwirtschaftlicher Flächenbedarf und Auswirkungen auf den Boden.
Die Lebenszyklusanalyse zeigt ganz deutlich: Biogassysteme reduzieren den Beitrag zum Treibhauseffekt deutlich im Vergleich zu fossilen und realen Referenzsystemen. Werden in Biogassystemen Gülle und Reststoffe anstatt nachwachsender Rohstoffe eingesetzt, so reduziert sich der Treibhauseffekt weiter.
In puncto Versauerung sieht die Bilanz für Biogasanlagen nicht so positiv aus: Alle Referenzsysteme weisen zwischen 50 und 90 Prozent niedrigere Beiträge auf als die Biogassysteme. Dieses Ergebnis ist den Ammoniak-Emissionen geschuldet, die bei der Aufbringung von Gärresten entstehen. Bei der bodennahen Ozonbildung schlägt das Pendel weder in die eine noch in die andere Richtung deutlich aus. Biogasanlagen können höhere Werte haben als Referenzsysteme – und umgekehrt.
Bei den Staub-Emissionen haben fossile Referenzsysteme die Nase vorn. Sie erzeugen nur etwa halb so viel Staub wie die untersuchten Biogasanlagen. Erneuerbare Referenzsysteme haben hingegen signifikant höhere Staub-Emissionen als Biogassysteme. Dies gilt nur, wenn Hackgut oder Pellet zur Wärmeeerzeugung verwendet werden.
Große Unterschiede bei Primärenergiebedarf
Beim Primärenergiebedarf trennt sich die Spreu vom Weizen. Fossile Referenzsysteme benötigen fünf bis 22-mal so viele fossile Primärenergien wie die untersuchten Biogassysteme. Die erneuerbaren Referenzsysteme reduzieren den fossilen Primärenergiebedarf hingegen um bis zu 90 Prozent im Vergleich zu den Biogassystemen, wenn das Biogas zur Strom- und Wärmeerzeugung in einem BHKW verwendet wird. Allerdings verwahren sich die Wissenschafter dagegen, allgemein zu beurteilen, ob die Aufbereitung des Biogases zur Einspeisung ins Erdgasnetz günstiger ist. Grund: Es wurde im Zuge der Studie nur eine Anlage untersucht, die Biogas aufbereitet und ins Erdgasnetz einspeist.
Genau herausgearbeitet werden in der Studie jedoch Faktoren, die eine nachhaltige Nutzung der Biogastechnologie ermöglichen. So hat der Anbau von nachwachsenden Rohstoffen höhere Umweltauswirkungen als die Nutzung von Reststoffen oder Gülle. Deshalb ist beim Rohstoffanbau „entsprechend guter landwirtschaftlicher Praxis“ vorzugehen, schreiben die Studienautoren. Um die Ammoniak-Emissionen zu vermindern, sollte bei der Ausbringung von Gärresten auf passendes Wetter und technische Aspekte – bevorzugt Ausbringungstechniken mit bodennaher Applikation, Einsatz von Geräten mit sachgerechter Mengenbemessung und Verteilung – geachtet werden.
Weiters kommt die Studie zu dem Schluss: Je höher die Nutzung der anfallenden Wärme bei der Stromerzeugung ist, desto vorteilhafter kann das Biogassystem betrieben werden. Bei BHKW empfiehlt sich der Einsatz von Katalysatoren zur Emissionsreduktion. Biogassysteme sind laut Studie insgesamt nur dann vorteilhaft, wenn dadurch „ein Ersatz von fossilen Energieträgern erzielt werden kann“.
