Die Technologien zur Nutzung der Windenergie
unterliegen einer rapiden Entwicklung. Das Durchschnittsgewicht von
Windturbinen ist innerhalb von fünf Jahren halbiert worden, der Energieoutput
pro Turbine und Jahr hat sich vervierfacht, und die Kosten sind innerhalb
von zehn Jahren um den Faktor 10 gesunken. Die durchschnittliche
Größe der neuen Maschinen, die gegenwärtig installiert werden, entspricht
einer Leistung von 600 kW; allerdings sind auch einige Maschinen
mit einer Leistung von bis zu 1,5 MW auf dem Markt. Weltweit betrachtet
sind etwa 90% der Hersteller mittelgroßer und großer Windturbinen
europäische Firmen. Die größten Maschinen werden gegenwärtig ausschließlich
von europäische Firmen hergestellt. Windturbinen verursachen eine
gewisse Lärmbelastung. Einschlägige Forschungsvorhaben zur Reduzierung
der Lärmemissionen werden gegenwärtig mit Erfolg durchgeführt In
einigen Mitgliedstaaten ist die Windkraft gegenwärtig im Bereich
der Elektrizitätserzeugung der Energieträger mit den höchsten Wachstumsraten.
Bei der Windenergie ist Europa weltweit führend; die installierte
Kapazität ist größer als in irgendeiner anderen Region der Welt:
Ende 1996 waren es in den 15 Mitgliedstaaten der EU 3,5 GW. Bei der
installierten Kapazität war in den vergangenen fünf Jahren eine Wachstumsrate
von durchschnittlich 36% pro Jahr zu verzeichnen. Dies entspricht
gegenwärtig einer Zunahme von 1 GW pro Jahr. Wenn die Elektrizitätserzeugung
aus Windkraft auch weiterhin in diesem Umfang zunimmt, wird die Jahresproduktion
der Turbinen im Jahre 2010 mehr als 20 GW und die Gesamtkapazität über
100 GW betragen. Bei konstantem Zuwachs der installierten Kapazität
im gegenwärtigen Umfang
(~ 1 GW pro Jahr) würde die installierte Kapazität zur Elektrizitätserzeugung
im Jahre 2010 18 GW betragen. Deshalb ist ein geschätzter Beitrag von 40
GW aus Windkraft im Rahmen der EE-Entwicklung bis zum Jahre 2010 für die
EU (15 Mitgliedstaaten) zwar ehrgeizig, aber in Anbetracht dieser Trends
dennoch realistisch. Die in der ·Kampagne für den Durchbruch· vorgesehenen
10 GW sollen für den umfassenderen Einsatz der Elektrizitätserzeugung aus
Windkraft unter schwierigeren Rahmenbedingungen die Grundlage bilden. Ein
maßgeblicher Beitrag der Windenergie bis zum Jahre 2010 kann nur erreicht
werden, wenn den Windgeneratoren ein fairer Zugang zu den europäischen
Elektrizitätsnetzen gewährt wird. Für den in jüngster Vergangenheit zu
verzeichnenden großen Erfolg der
Windenergie auf den Märkten von Mitgliedstaaten wie Dänemark, Spanien und
vor allem Deutschland, das inzwischen weltweit über die größte Kapazität
zur Elektrizitätserzeugung aus Windkraft verfügt, sind in erheblichem Maße
die Vergütungen verantwortlich, die die Versorgungsunternehmen bei Abgabe
an das Netz an die Erzeuger von Elektrizität aus Windkraft entrichten müssen.
Eventuelle grundlegende Veränderungen dieser ordnungspolitischen Strukturen
sollten eine angemessene Weiterentwicklung der Windenergie begünstigen
und ihr nicht im Wege stehen.
Weitere Informationen: Webseite
Erdwärme
Der Anteil der Erdwärme an der in der Europäischen Union insgesamt aus
erneuerbaren Energiequellen erzeugten Energie ist äußerst gering. Obwohl
die Elektrizitätserzeugung aus Hochtemperatur-Trockendampf bereits wettbewerbsfähig
ist, haben die mit der Nutzung verbundenen Risiken nach wie vor investitionshemmende
Auswirkungen. Bei der Nutzung der Erdwärme ist also nur ein langsamer Zuwachs
zu verzeichnen. Dagegen werden verstärkt Wärmepumpen eingesetzt, um Erdwärme
von einer niedrigeren auf eine höhere Temperatur zu bringen. In der Europäischen
Union beträgt die installierte Kapazität zur Elektrizitätserzeugung aus
Erdwärme gegenwärtig 500 MW. Weitere Kraftwerke werden schrittweise in
Frankreich (vor allem in den überseeischen Departements), Italien und Portugal
(den Azoren) in Betrieb genommen. Schätzungen gehen davon aus, daß eine
Verdoppelung der derzeitigen installierten Kapazität einen realistischen
Beitrag zum Ausbau der EE bis zum Jahre 2010 darstellt. Niedrigtemperatur-Erdwärme
wird größtenteils in Gebäuden eingesetzt. Die derzeitige Kapazität von
750 MWth konzentriert sich auf Frankreich und Italien. Diese Kapazität
könnte bis zum Jahre 2010 auf 2,5 GWth erweitert und somit mehr als verdreifacht
werden. Die meisten bisher installierten Wärmepumpen werden entweder mit
elektrischem Strom oder mit Kraftstoffen betrieben. Eine neue Generation
von Wärmepumpen arbeitet mit etwa 100 m unter der Erde installierten Wärmeaustauschern;
schon in dieser geringen Tiefe erfolgt also eine Nutzung auf natürliche
Weise gespeicherter Sonnenenergie sowie intrinsischer Wärme von der Erde
selbst. Im Jahre 1995 wurden in der Europäischen Union insgesamt 60.000
erdwärmebetriebene Wärmepumpen installiert, die meisten davon in Schweden;
dies entspricht einem Anteil von 8% für alle Typen. Wenn man von der Annahme
ausgeht, daß sich diese installierte Gesamtkapazität an Wärmepumpen in
der EU (15 Mitgliedstaaten) bis zum Jahre 2010 verdreifacht, und daß sich
der Marktanteil der erdwärmebetriebenen Wärmepumpen auf 15% verdoppelt,
kann bis zum Jahre 2010 eine Gesamtkapazität von schätzungsweise 2,5 GWth
erreicht werden.
Biogas
Projektierte zusätzliche Bioenergienutzung bis
2010
Zur Zeit beträgt der Anteil der Biomasse am gesamten Inlandsenergieverbrauch
(15 Mitgliedstaaten) etwa 3%. In den neuen Mitgliedstaaten · Österreich,
Finnland und Schweden · ist dieser erneuerbare Energieträger hingegen bereits
für 12%, 23% bzw. 18% der Primärenergieversorgung verantwortlich. Es ist
nicht leicht, anhand von Schätzungen vorauszusagen, in welchem Umfang die
Biomasse und ihre Verteilerinfrastruktur künftig expandieren werden.
Gemäß dem Szenario, das diesem Anhang zugrunde liegt gilt eine Verdreifachung
der jetzigen Menge von 44,8 Mio. t RöE bis zum Jahre 2010 als möglich,
vorausgesetzt, daß tatsächlich wirksame Maßnahmen eingeleitet werden. Dies
entspricht 90 Mio. t RöE zusätzlicher Biomasse, das sind 8,5% des für jenes
Jahr prognostizierten Gesamtenergieverbrauchs. Biomasse ist ein weitverbreiteter
Energieträger. Neben Biomasse aus Holz und den Abfällen der holzverarbeitenden
Industrie werden ihr auch Energiepflanzen zugerechnet sowie landwirtschaftliche
Abfälle, Abwässer aus der Nahrungsmittelindustrie, Dung, die organischen
Bestandteile fester oder flüssiger Siedlungsabfälle, getrennte Haushaltsabfälle
und Klärschlamm.
Aus Biomasse gewonnene Energie ist flexibel, denn sie kann je nach Bedarf
zur Erzeugung von Elektrizität, Wärme oder Kraftstoffen eingesetzt werden.
Im Gegensatz zur Elektrizität kann sie · einfach und zumeist kostengünstig · gelagert
werden. Hinzu kommt, daß Energie aus Biomasse sowohl in sehr kleinen als
auch in Multi-Megawatt-Anlagen erzeugt werden kann. Die geschätzten zusätzlichen
90 Mio. t RöE aus Biomasse, die bis zum Jahre 2010 zum Einsatz kommen sollen,
können aus land- und forstwirtschaftlichen Abfällen und Abfällen der holzverarbeitenden
Industrie sowie aus Abfallströmen und neuen Energiepflanzen gewonnen werden.
Die Energieerzeugung aus Biomasse ist mit einem doppelten Nutzen verbunden:
Neben der Erschließung einer wertvollen erneuerbaren Energiequelle leistet
sie einen Beitrag zur Verbesserung von Umwelt und Klima.
Natürlich muß bei der weiteren Entwicklung der Biomasse der Erhaltung der
biologischen Vielfalt in der EU besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.
Mit Hilfe einschlägiger Strategien und Konzepte sind die Auswirkungen auf
die biologische Vielfalt auf ein Mindestmaß zu beschränken. Die Vorteile
einer Nutzung der Biomasse unter Einsatz neuer Technologien zeigt sich
deutlich beim Biogas. Biogas besteht größtenteils aus Methan, einem Gas,
das zum Treibhauseffekt maßgeblich beiträgt. Schätzungen gehen davon aus,
daß der Gesamtenergiegehalt von Deponiegasen und gärfähigen landwirtschaftlichen
Abfällen in der EU 80 Mio. t RöE übersteigt. Durch Verwertung von Biogas
aus Viehzucht, Abwässern aus der Nahrungsmittelindustrie, Abwasserbehandlung
und Deponiegasen könnten bis zum Jahre 2010 15 Mio. t RöE gewonnen werden.
Eine verstärkte Nutzung vorhandener Biogasressourcen steht im Einklang
mit der Kommissionsstrategie, die Methanemissionen aus Umweltschutzgründen
zu reduzieren. Bei der Vorbereitung eines weltweiten Übereinkommens zur
Eindämmung der Treibhausgasemissionen ist diesem Aspekt besondere Aufmerksamkeit
gewidmet worden. Andererseits wird eine neue Richtlinie über Abfalldeponien,
die gegenwärtig von den Institutionen der Europäischen Union erörtert wird,
die Erzeugung von Biogas aus Deponiegasen eher reduzieren. In der Richtlinie
ist nämlich vorgesehen, die auf Abfalldeponien zu deponierende Menge biologisch
abbaubarer fester Abfälle bis zum Jahre 2010 um 75% zu verringern. Allerdings
wäre bei der Menge organischer Stoffe, die als Einsatzprodukte zur Erzeugung
von Biogas durch anaerobe Fermentation eingesetzt werden können, eine Zunahme
zu verzeichnen. Hinzu kommt, daß die vor 2010 auf Deponien gebrachten organischen
Stoffe durch Fermentation auch nach 2010 noch jahrelang Methan produzieren
werden. Bei den festen Abfällen besteht in erster Linie ein enormes, bisher
ungenutztes Potential in den Bereichen Holz und landwirtschaftliche Abfälle,
Stroh usw., das 150 Mio. t RöE pro Jahr übersteigt.
Schätzungen gehen davon aus, daß bis zum Jahre 2010 30 Mio. t RöE pro Jahr
zur Elektrizitäts- und Wärmeversorgung sowie zur Deckung des Wärmebedarfs
industrieller Verfahren nutzbar gemacht werden können.
Auch die Energiepflanzen sind in Betracht zu ziehen, wenn das Ziel, den
Anteil der erneuerbaren Energieträger bis zum Jahre 2010 zu verdoppeln,
erreicht werden soll. Insgesamt liegt der Beitrag der Erzeugung von Bioenergie
aus Energiepflanzen bis zum Jahre 2010 bei schätzungsweise 45 Mio. t RöE.
Dies ist also dieselbe Menge wie für die Erzeugung von Bioenergie aus Abfällen.
Hiervon könnten einem Szenario zufolge 18 Mio. t RöE in Form flüssiger
Kraft- bzw. Brennstoffe erzeugt werden · diese Zahl beinhaltet allerdings
aus Nicht-Energiepflanzen, zum Beispiel Holzabfällen, hergestellte flüssige
Biokraftstoffe und Biobrennstoffe, gebrauchte pflanzliche Öle sowie als
Kraftstoff für Motoren eingesetztes Biogas ·; der Anteil der Biomasse zur
Wärme- und Elektrizitätserzeugung könnte 27 Mio. t RöE betragen. Angesichts
der niedrigen Ölpreise sind flüssige Biokraftstoffe und -brennstoffe auf
dem Markt die derzeit am wenigsten wettbewerbsfähigen Erzeugnisse aus Biomasse.
Trotzdem ist es wichtig, für ihre fortwährende, verstärkte Präsenz auf
den Brenn- und Kraftstoffmärkten zu sorgen, weil die Ölpreise kurz- und
mittelfristig nicht prognostizierbar sind und langfristig Alternativen
zu den erschöpflichen Ölreserven vonnöten sind.
Man geht davon aus, daß die Nachfrage nach Energie im Verkehrssektor künftig
erheblich zunehmen wird · ebenso wie die damit verbundenen Emissionsprobleme
und, sofern keine Alternativen bereitstehen, die Abhängigkeit von Öleinfuhren.
Die Energiebilanz der Biokraftstoffe und -brennstoffe ist insgesamt positiv;
im einzelnen richtet sie sich nach den jeweils angebauten Pflanzenarten
und danach, welche Pflanzen durch sie ersetzt worden sind. Ob sich die
Biokraftstoffe bzw. Biobrennstoffe zunehmend auf dem Markt behaupten können,
hängt im wesentlichen davon ab, ob es gelingt, bei den Produktionskosten
die Lücke zwischen den Biokraftstoffen bzw. -brennstoffen und den mit ihnen
konkurrierenden Produkten zu schließen.
Die künftige Entwicklung der Biokraftstoffe und -brennstoffe muß größtenteils
auf einer in Europa erfolgenden Produktion beruhen. Im Jahre 1993 gab es
in der EU (15 Mitgliedstaaten) etwa 141 Mio. ha ·genutzte landwirtschaftliche
Fläche·, davon 76 Mio. ha · Ackerflächen·. Da zu bezweifeln ist, daß mehr
als höchstens 10 Mio. ha, also 7,1% der andwirtschaftlichen Fläche, für
den nachhaltigen Anbau von Energiepflanzen zur Verfügung gestellt werden
können, kommen für den Anbau zwecks Erzeugung von Biokraftstoffen bzw.
Biobrennstoffen nur die ertragreichsten Pflanzensorten in Frage, die mit
einem maximalen Nutzen und mit minimalen Umweltauswirkungen verbunden sind.
Was den möglichen Beitrag von 27 Mio. t RöE aus festen cellulosehaltigen
Energiepflanzen betrifft, so gibt es für ihre Erzeugung zahlreiche
Möglichkeiten. Das Material kann im Rahmen der Forstwirtschaft
mit Kurzumtrieb (z.B. Weiden) oder aus holzfreien Energiepflanzen
(z.B. Miscantthus) gewonnen werden, die auch zur Verbrennung und
Vergasung geeignet sind.
Es gibt etliche Pflanzenarten, die für die jeweiligen Typen landwirtschaftlicher
Nutzfläche geeignet sind. Man kann zwischen verschiedenen Pflanzenarten
wählen, die für die Forstwirtschaft mit Kurzumtrieb auf weniger wertvollen
Grenzertragsboden geeignet sind. Bei Erträgen von 10 t pro ha und Jahr
wird beispielsweise eine Anbaufläche von 6,3 Mio. ha benötigt, um bis zum
Jahre 2010 27 Mio. t RöE fester Biomasse zu erzeugen. Es gibt auch verschiedene
Optionen für C4-Pflanzen mit hohem Ertrag. Dies gilt sowohl für einjährige
als auch für perennierende Pflanzen. Ihr Ertrag ist in etwa doppelt so
hoch wie bei der Forstwirtschaft mit Kurzumtrieb.Es gibt auch Pflanzen,
aus denen gleichzeitig cellulosehaltige Materialien undEinsatzprodukte
zur Erzeugung flüssiger Biokraftstoffe gewonnen werden können. Ein Beispiel
ist die Zuckerhirse mit einem typischen Ertrag von 5 m³ Bioethanol und
20 trockenem cellulosehaltigem Material pro ha und Jahr.
An dieser Stelle soll auf die weiteren Vorzüge dieser schnell wachsenden
Pflanzen hingewiesen werden: Viele von ihnen sind einjährige Pflanzen,
die mit dem konventionellen Fruchtwechsel gut vereinbar sind. Sie benötigen
nicht das beste Ackerland. Sie benötigen weniger als halb soviel Wasser
und Düngemittel wie schnell wachsende Pflanzen, zum Beispiel Mais. Ferner
bestehen vielversprechende Aussichten auf eine Herstellung flüssiger Biokraftstoffe
bzw. - brennstoffe aus cellulosehaltigem Material. Hinsichtlich der Pflanzenarten
sollten alle Optionen sorgfältig geprüft werden, wobei anspruchslose, ertragreiche
Pflanzenarten, die zur Erhaltung der biologischen Vielfalt beitragen, zu
bevorzugen sind.
Auf jeden Fall erscheint es angemessen, innerhalb einer jeden Strategie
zur Weiterentwicklung der Biomasse einen Höchstwert für die Flächennutzung
festzulegen. Nach Schätzungen des vorliegenden Szenarios würden
für eine maximale, vernünftige Entwicklung der Biomasse bis zum
Jahre 2010 immerhin 10 Mio. ha Anbaufläche benötigt, wobei es sich
größtenteils um Grenzertragsboden handelt. Natürlich müßte eine
solche Entwicklung einer Umweltfolgenabschätzung unterzogen werden,
und das Wachstum des Biomassesektors wäre mit der nachhaltigen
Entwicklung in Einklang zu bringen.
Das geschätzte Gesamtvolumen für den Markt für feste Biomasse beträgt
57 Mio. t RöE im Jahre 2010. Die voraussichtlichen Einsatzprodukte
sind Energiepflanzen (27 Mio. t RöE) und Abfälle (30 Mio. t RöE).
Für den Fall, daß sich der Markt tatsächlich in diese Richtung
bewegt, gehen Prognosen davon aus, daß 25 Mio. t RöE vom Markt
für Fernwärme und industrielle Prozeßwärme aufgenommen und 32 Mio.
t RöE zur Stromerzeugung genutzt werden.
Ein Teil dieser 32 Mio. t RöE, nämlich 6 Mio. t RöE, könnte zur Mitverbrennung
in Kohlekraftwerken eingesetzt werden, die übrigen 26 Mio. t RöE in Anlagen
zur Kraft-Wärme-Kopplung.
Projektierte zusätzliche Bioenergienutzung bis 2010
Gemäß dem vorliegenden Szenario - - - - - - - - - - - - - - - - - - --
- 90 Mio t. Röl
Nutzung von Biogas (aus Viehzucht, Abwasserbehandlung, Deponien)15 Mio
t.RöE
Abfälle aus Land- und Forstwirtschaft - - - - - - - - - - - - - - - - -
- --30 Mio t. RöE
Energiepflanzen - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -
- - - - - 45 Mio t. RöE
Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter : Webseite
oder unter: Webseite
Gasförmige
Biomasse - Biogas
Die
Nutzung von Gülle als Energieträger wird zunehmend Bedeutung beigemessen.
Der bei der Verfaulung
entstehende regenerative Energieträger Biogas kann teilweise der Ablösung
fossiler Brennstoffe dienen.
Kleinbäuerliche Betriebe mit einem Gülleanfall von mehr als 200 GV ( 1
Großvieheinheit entspr. einer ausgewach. Milchkuh ) werden als untere Grenze
der Wirtschaftlichlichkeit angesehen.
Wirtschaftlich wird eine Biogasanlage erst wenn über ein Blockheizkraftwerk
sowohl thermische als auch elektrische
Energie erzeugt werden kann. Auch die gemeinsame Fermentation von Gras
oder Energiepflanzen wie z.B. Tabak oder Mais macht diese Technologie zunehmende
interessanter. Diese Kofermentation kann ein Vielfaches des Biogasertrages,
verglichen mit der normalen Güllefaulung bringen.
Bau und wirtschaftliches Betreiben einer Biogasanlage stehen und fallen
mit dem persönlichem Einsatz des Betreibers.
Eine Biogasanlage in der Größenordnung von 60 GV kann nur durch ein hohes
Maß an Eigenleistung wirtschaftlich
erstellt und betrieben werden. Der größte finanzielle Gewinn liegt in der
Verstromung von Biogas.
In Verbindung mit einer Methanol / Ethanol Erzeugung ( Prozess benötigt
Wärme ) kann die Wirtschaftlichkeit einer
Biogas-Anlage noch weiter gesteigert werden.
Auch das Kreislaufwirtschaftgesetz dürfte eine positive Entwicklung
für den Bau von neuen Biogasanlage bewirken:
Es wird aus organischen Reststoffen Energie und Wärme gewonnen und im
Fall der Kofermentation zusätzlicher
Dünger gewonnen.
Der bei der Faulung gewonnene Dünger ist, verglichen mit der Rohgülle,
fließfähiger, geruchsärmer und vorallem pflanzenverträglicher. Er ist
daher als Kopfdünger sehr geschätzt. Der geringe Nitratgehalt macht die
Ausbringung
in Schutzgebieten möglich.
Im Jahr 1998 war der Bestand der Biogasanlagen in Deutschland
gerade 550, davon ca. 80 % im süddeutschen Raum. Aus den beiden Diagrammen
ist ersichtlich welche Potentiale noch in der Nutzung von Biomasse enthalten
ist.
Der erzeugte Strom aus dieser Anlagen soll über das Der erzeugte Strom
aus dieser Anlagen soll über das Naturstromangebot der Stadtwerke Herzogenaurach
angeboten werden.der Stadtwerke Herzogenaurach angeboten werden.
Welche Möglichkeiten gibt es noch zur Nutzung von Biogas ?
Flüssige
Biomasse
Erstes Ökostrom Kraftwerk für flüssige Biomasse in Betrieb
Ein Gartenbaubetrieb aus Niederösterreich übernimmt Pionierfunktion
Zur Beheizung von Glashäusern, in denen Gemüse angebaut wird, wurde von
den Gartenbaubetrieben Zeiler in Münchendorf, Niederösterreich, eine neue,
innovative Lösung verwendet. Mit einem sogenannten Blockheizkraftwerk (BHKW)
wird gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt.
Das technische Konzept ist einfach: Ein Verbrennungskraftmotor treibt einen
Generator an, der Strom erzeugt. Die Abwärme aus den Motorabgasen und dem
Kühlwasser des Motors wird zur Beheizung genutzt. Der Gesamtwirkungsgrad
der Anlage liegt bei über 90% ! Als Treibstoff wird flüssige Biomasse (Pflanzenöl,
Biodiesel) verwendet, daher gilt der produzierte Strom als "Ökostrom" und
wird zu lukrativen Tarifen ins öffentliche Netz eingespeist. Damit amortisiert
sich die hohe Investition und ergibt für die Gartenbaubetriebe Zeiler eine
günstige und ökologische Beheizung.
Die Gärtner Raimund Zeiler und Christian Zeiler sehen in dem Ökokraftwerk
einen wesentlichen Beitrag zur Umweltschonung, da mit den verwendeten erneuerbaren
Energieträgern der CO2 - Ausstoß Ihrer Heizungsanlage minimiert ist. Die Ökoenergie
Zeiler GmbH hat als Generalunternehmer die Firma TYROLUX Energie & Recycling
GmbH zur Planung und Ausführung der Anlage beauftragt und betreibt seit
Jahresbeginn das 1,2 MW - Kraftwerk (1,5 MW thermische Leistung), das aus
vier Blöcken besteht.
Am 31.03.2004 werden die Gartenbaubetriebe Zeiler und das Kraftwerk der Ökoenergie
Zeiler GmbH offiziell im Rahmen eines "Tag der offenen Türe" mit angeschlossener
Hausmesse im Beisein von Vertretern aus Politik und Wirtschaft von Umweltminister
Josef Pröll eröffnet. Da dieses Kraftwerk die erste Ökostromanlage in dieser
Ausführung in Österreich ist, wird von den Herstellern und Förderstellen
dieses Klimaschutz-Musterprojekt für alle zukünftigen Anwendungen für ökologische
Heizungslösungen wie z.B. Fernheizwerke herangezogen.
Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter: Webseite
Feste
Biomasse
Definition "Biogene Festbrennstoffe"
Biogene Festbrennstoffe sind rezente Brennstoffe organischer Herkunft,
die zum Zeitpunkt ihrer energetischen Nutzung in fester Form vorliegen.
Demnach zählen z. B. Waldrestholz und Rapsstroh zu den biogenen Festbrennstoffen.
Die vorkommenden und technisch nutzbaren biogenen Festbrennstoffe unterteilen
sich in Rückstände und in speziell angebaute Energiepflanzen. Entsprechend
den unterschiedlichen Eigenschaften wird zusätzlich zwischen halmgutartigen
und holzartigen Brennstoffen unterschieden.
Energetisch nutzbare Rückstände fallen beispielsweise bei der land- und
forstwirtschaftlichen Pflanzenproduktion an. Zusätzlich ist Industrierestholz,
Altholz und sonstige holzartige Biomasse zur Energiegewinnung verfügbar.
Entsprechend groß ist auch die Bandbreite der nutzbaren Energiepflanzen
(d. h. halmgutartige Biobrennstoffe wie Energiegetreide und holzartige
Biobrennstoffe wie Holz aus Kurzumtriebsplantagen).
Formen biogener Festbrennstoffe
1. Energiepflanzen
Unter Energiepflanzen werden Pflanzen verstanden, die ausschließlich
zur energetischen Nutzung produziert werden. Ihr Anbau ist auf landwirtschaftlichen
Flächen zugelassen, die im Rahmen des EU-Flächenstillegungsprogramms
aus der Nahrungsmittelproduktion genommen wurden. Es lassen sich im wesentlichen
drei Konzepte des Energiepflanzenanbaus unterscheiden.
a. Getreideganzpflanzen
Der gesamte oberirdische Aufwuchs von Getreidepflanzen (Korn und Stroh)
kann jährlich geerntet und energetisch genutzt werden. Vorzugsweise kommen
dafür Wintergetreidearten (z. B. Winterweizen, Winterroggen) in Betracht,
da sie infolge der längeren Vegetationsperiode gegenüber Sommergetreide
durch höhere Biomasseerträge gekennzeichnet sind. Für den Produzenten
ergeben sich bei diesem Konzept einige wesentliche Vorteile:
es kann auf bekannte und ausgereifte Anbauverfahren aus der Nahrungsmittelproduktion
zurückgegriffen werden,
es sind keine Veränderungen des betrieblichen Ablaufes (Fruchtfolge,
Maschinenausstattung usw.) erforderlich
und gleichzeitig ist der gegenüber der Nahrungsmittelproduktion zusätzliche
Investitionsbedarf relativ gering.
b. Mehrjährige Gräser
Von den mehrjährigen Gräsern ist in jüngster Zeit insbesondere Chinaschilf
(Miscanthus sinensis) als potentielle Energiepflanze bekannt geworden.
Dabei handelt es sich um eine C4 - Pflanze, die im Vergleich zu den in
Mitteleuropa heimischen C3 - Pflanzen ein höheres Massenwachstum aufweist.
Die nach der Wachstumsperiode abgetrocknete oberirdische Biomasse kann
als Brennstoff genutzt werden. Ein Vorteil von Chinaschilf ist die Verlagerung
der Nährstoffe aus den Blättern in das Rhizom gegen Ende der Vegetationsperiode.
Dadurch kann der Düngungsaufwand für diese Pflanze reduziert werden.
Von Nachteil für den Produzenten sind die geringen Anbauerfahrungen,
die hohen Investitionen für das Pflanzgut und die bei mehrjährigen Kulturarten
dauerhafte Flächenbindung, die einer flexiblen Reaktion auf Änderungen
der EU-Agrarpolitik entgegensteht.
c. Holz aus Kurzumtriebsplantagen
Auch das oberirdische Biomasseaufkommen von schnellwachsenden Baumarten
(wie Pappeln oder Weiden) kann in mehrjährigen Anbauzyklen genutzt werden.
Ein Vorteil solcher Konzepte liegt im relativ geringen Aufwand zur Pflege
der Kulturen. Außerdem muss eine Kurzumtriebsplantage nur einmal angelegt
werden und ermöglicht anschließend mehrere Ernten, da die abgeernteten
Stöcke erneut austreiben. Nachteilig sind auch hier die geringen Anbauerfahrungen
und die mit der dauerhaften Flächenbindung verbundenen Unsicherheiten.
2. Rückstände
Organische Rückstände, die nach den Vorgaben der TA Siedlungsabfall meist
entsorgt werden müssen, fallen in verschiedenen Bereichen an. Die energetische
Nutzung als eine Entsorgungsmöglichkeit ist bereits heute verbreitet.
dies gilt im besonderem Maße für Industrierestholz (z. B. Rinde, Kappstücke,
Sägespäne) aus holzbe- und -verarbeitenden Betrieben und eingeschränkt
auch für Altholz, das nach der Nutzungsdauer von Holzprodukten anfällt.
Demgegenüber werden Rückstände aus der Pflegenutzung (z. B. Grünlandflächen,
Straßenbegleitgrün, Hölzer und Grünschnitt aus öffentlichen Anlagen und
Gärten) bisher kaum energetisch genutzt; diese Biomasse verbleibt teilweise
auf der Fläche, wird kompostiert oder auch stofflich verwertet. Im folgendem
werden nur die in der Land- und Forstwirtschaft anfallenden Rückstände
beschrieben.
a. Waldrestholz
Waldrestholz fällt als Rückstand der Stammholz- und Industriegewinnung
bei der Endnutzung (Ernte) und bei Durchforstungsmaßnahmen (Pflege) an.
Der Begriff Waldrestholz umfasst das gesamte Holz außerhalb der Qualität
und Aufarbeitungsgrenze zu Industrieholz. Dazu gehören das Kronenmaterial, Äste,
Stammabschnitte, qualitativ minderwertiges Holz und schwache Bäume. Waldrestholz
wird gegenwärtig in der Regel nicht genutzt; es verbleibt im Wald. Aufgrund
von erheblichen Schwankungen beim Industrieholzabsatz. und den dadurch
bedingten Variationen in der Aufarbeitungsgrenze ist auch das Waldrestaufkommen
Schwankungen unterworfen. Trotz bestimmter Aufgaben, die das Waldrestholz
im Ökosystem wahrnimmt, ist dieses Holzsortiment ohne gravierende ökologische
Auswirkungen energetisch nutzbar. Dies gilt insbesondere dann, wenn die
nährstoffreichen Bestandteile (wie Rinde, Laub- und Nadelmasse) im Wald
verbleiben. Oft kann der Entzug von Waldrestholz aus dem Forst sogar
von Vorteil sein, da diese Biomasse für einen Schädlingsbefall besonders
anfällig ist.
b. Stroh
Stroh als typischer Rückstand der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion
fällt bei der Getreideente als Kuppelprodukt an. Teilweise verbleibt
es auf dem Feld zur Erhaltung des Humus- und Nährstoffgehaltes im Boden;
es wird aber auch vielfach genutzt (beispielsweise in der Nutztierhaltung
als Einstreu in den Ställen oder als Futtermittel). Darüber hinaus kann
es als Festbrennstoff energetisch genutzt werden.
Abgrenzung zur Biomasse
Feste Bioenergieträger sind nach der oben genannten Definition nur ein
Teil der Energieträger, die unter dem Begriff der "Biomasse" zu subsumieren
sind. Unter dem Begriff "Biomasse" werden sämtliche rezente Stoffe organischer
Herkunft verstanden. Biomasse beinhaltet damit
die in der Natur lebende Phyto- und Zoomasse (Pflanzen und
Tiere),
die daraus resultierenden Rückstände bzw. Nebenprodukte (z. B. tierische
Exkremente),
abgestorbene (aber noch nicht fossile) Phyto- und Zoomasse (z. B. Stroh)
sowie
im weiteren Sinne alle Stoffe, die beispielsweise durch eine technische
Umwandlung und/oder eine Nutzung entstanden sind (wie Papier und Zellstoff,
Schlachthofabfälle, organische Hausmüllfraktion, Pflanzenöl, Alkohol
etc.).
Die Abgrenzung der Biomasse gegenüber den fossilen Energieträgern beginnt
beim Torf, dem fossilen Sekundärprodukt der Verrottung. Damit zählt Torf
im strengeren Sinn dieser Begriffsabgrenzung nicht mehr zur Biomasse. Dies
steht im Widerspruch zu der in einigen Ländern (u. a. Schweden, Finnland) üblichen
Praxis, wo Torf durchaus als Biomasse bezeichnet wird.
Biomasse kann zusätzlich in Primär- und Sekundärprodukte unterteilt werden.
Primärprodukte sind durch die direkte photosynthetische Ausnutzung der
Sonnenenergie entstanden. Dazu zählt im wesentlichen die gesamte Pflanzenmasse
wie z. B. land- und forstwirtschaftliche Produkte aus einem Energiepflanzenanbau
(u. a. schnellwachsende Bäume, Energiegräser) oder pflanzliche Rückstände
aus der Land- und Forstwirtschaft sowie der Industrie (u. a. Stroh, Wald-
und Industrierest- sowie Altholz). Sekundärprodukte beziehen dagegen ihre
Energie nur indirekt von der Sonne; sie werden durch den Ab- oder Umbau
organischer Substanz in höheren Organismen (z. B. in Tieren) gebildet.
Zu ihnen gehören die gesamte Zoomasse sowie deren Exkremente (z. B. Gülle
und Festmist) und Klärschlamm.
Die Technologien zur Heizung mit Hilfe der Sonnenenergie sind fast völlig
ausgereift. Trotzdem können durch Großfertigung und durch Verbesserungen
sowohl der
Herstellungsverfahren als auch des Marketing weitere Kostenreduzierungen
erzielt werden. In der EU (15 Mitgliedstaaten) sind gegenwärtig etwa 300
kleine und mittlere Unternehmen mit etwa 10.000 Beschäftigten in diesem
Sektor tätig. Hinsichtlich der Kosten ist die Nutzung der Sonnenenergie
für Heizzwecke verglichen mit der elektrischen Warmwasserbereitung vor
allem in den südlichen Teilen der Europäischen Union bereits wettbewerbsfähig.
Das Design wird laufend verbessert, um ästhetische Beeinträchtigungen auf
ein Mindestmaß zu reduzieren. Im Jahre 1995 betrug die installierte Solarkollektorfläche
in der Europäischen Union 6,5 Millionen m². In den unmittelbar vorangegangenen
Jahren war eine Zuwachsrate von 15% zu verzeichnen gewesen. Gegenwärtig
werden pro Jahr eine Million m² neu installiert; diese Neuinstallationen
konzentrieren sich im wesentlichen auf drei EU-Mitgliedstaaten: Österreich,
Deutschland und Griechenland. Eine Zuwachsrate von 25% könnte erreicht
werden, wenn die anderen 12 Mitgliedstaaten der Europäischen Union diesem
Beispiel wenigstens zum Teil folgen würden. Bei einer jährlichen Zuwachsrate
von 20% würde die installierte Gesamtkapazität im Jahre 2010 hundert Millionen
m² betragen. Wenn man alle einschlägigen Faktoren in Betracht zieht, ist
dies ein realistischer Beitrag zur Entwicklung. Der Einsatz großer Kollektorfelder
bei Großprojekten, zum Beispiel Fernwärmesystemen · dies ist die wirtschaftlich
sinnvollste Art, Sonnenenergie thermisch zu nutzen · würde einen dramatischen
Produktionsanstieg im Bereich der Solarkollektoren unmittelbar herbeiführen.
Wie die in Griechenland gesammelten Erfahrungen gezeigt haben, sind auch
Kampagnen zur Aufklärung der Öffentlichkeit ein wirksames Mittel, um den
Markt anzukurbeln.
Kollektor, Temperaturfühler Kollektor, Solarstation mit Ausdehnungsgefäß und
Pumpe, Wärmetauscher für Solaranlage, Wärmetauscher für Nachheizung,
Temperaturfühler Speicher, Heizkessel, Kaltwasserleitung, Warmwasserleitung,
Entlüfter,Regelung
Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter Webseite
oder auf der Internetpräsenz von Solar-Net unter Webseite
Photovoltaik
Die Elektrizitätserzeugung durch photovoltaische Anwendungen der Sonnenenergie
ist eine äußerst junge, den neuesten Stand der Technik widerspiegelnde
Technologie zur Nutzung erneuerbarer Energieträger. Die Kosten sind dramatisch
gesunken, und zwar in den letzten fünf Jahren um 25%; sie sind jedoch immer
noch deutlich höher als die Kosten für die Stromerzeugung aus konventionellen
Brennstoffen. Der Anteil der Europäischen Union an den Photovoltaik-Modulen,
die weltweit produziert und eingesetzt werden (Jahreskapazität: über 100
MWp), beträgt gegenwärtig etwa ein Drittel. Bei der Nutzung von Photovoltaik-Anlagen
in Gebäuden hat sich die europäische Industrie eine Führungsrolle erobert.
Auch beim Einsatz der Photovoltaik in Entwicklungsländern spielt Europa
eine führende Rolle.
Nach Schätzungen von Eurostat betrug die installierte Photovoltaik-Kapazität
in der Europäischen Union (12 Mitgliedstaaten) Ende 1995 32 MWp. Die jüngste
Schätzung des Verbandes der europäischen Solarzellenindustrie (EPIA) geht
sogar von 70 MWp aus (15 Mitgliedstaaten). Der Photovoltaikmarkt ist ein äußerst
globaler Markt. Die Prognosen gehen davon aus, daß im Jahre 2010 weltweit
pro Jahr Module mit einer Leistung von 2,4 GWp hergestellt werden. Die
Voraussetzung für eine weltweite Jahresproduktion von 2,4 GWp ist eine
jährliche Zuwachsrate von 25%. Eine solche Schätzung steht im Einklang
mit
den Annahmen, die der von der Kommission in Auftrag gegebenen EPIA-Studie
zugrunde gelegt wurden. Unter den obengenannten Voraussetzungen erscheint
ein Beitrag von 3 GWp installierter Photovoltaik-Kapazität in der Europäischen
Union (15 Mitgliedstaaten) im Jahre 2010 zwar ehrgeizig, aber auch realistisch.
Hierbei ist in den Prognosen im wesentlichen an Anlagen gedacht, die in
Gebäude (Dächer und Fassaden) integriert und an das Netz angeschlossen
sind; hinzu kommen einige große Kraftwerke (0,5-5,0 MWp). Auf jeden Fall
sollte die PV-Technologie in breiterem Rahmen gesehen und nicht nur nach
der
installierten Kapazität in GWp beurteilt werden. PV-Systeme sind · wie
auch die thermischen Anwendungen der Sonnenenergie · stets mit Maßnahmen
zur rationellen Energienutzung in Gebäuden verbunden; sie sind Bestandteil
erheblicher Anstrengungen zur Reduzierung des Energieverbrauchs, wie sie
mit dem Einsatz von PV-Systemen stets einhergehen sollten. Die Abgabe des
durch Photovoltaik erzeugten Stroms an das Netz ist angesichts der derzeitigen
Stromerzeugungskosten · der Kosten für die Stromerzeugung aus klassischen
Brennstoffen · und auch im Vergleich zu den Windturbinen nicht wettbewerbsfähig.
Dies ändert sich jedoch, wenn man von einem durchschnittlichen Kostenniveau
von 3 ECU pro Wp installierter Kapazität ausgeht. Angesichts der aktuellen
Trends könnte dieses Kostenniveau im Jahre 2005 erreicht sein. Eine umfassende,
auf europäischer Ebene eingeleitete Initiative zur Förderung der Installation
von Photovoltaik- Modulen auf Dächern und Fassaden könnte also maßgeblich
dazu beitragen, daß diese Technologie sich auf dem Markt durchsetzt. Mit
dem Einbau in Gebäude verbundene weitere Vorteile, etwa in bezug auf Beleuchtung,
Wärmeversorgung und Fassadenerneuerung, sind ebenfalls zu valorisieren.
Das Konzept des Energiesystems sollte den ·Mehrwert der PV· gebührend berücksichtigen.
Beim Einbau von 2 PV in Gebäude besteht ferner die Möglichkeit, ästhetische
Beeinträchtigungen architektonisch vorteilhaft zu nutzen.
Durch die Förderung der Installation von einer Million Photovoltaik-Anlagen
auf Dächern und an Fassaden im Rahmen der ·Kampagne für den Durchbruch· können
neue Kapazitäten von 0,5 GWp in der Union und 0,5 GWp in Drittländern geschaffen
werden.
Brennstoffzelle
Einleitung
Brennstoffzellen sind elektrochemische Systeme, die die chemische Energie
von Oxidationsprozessen direkt in elektrische Energie umsetzen. Das Funktionsprinzip
ist ähnlich dem von Primärbatterien, mit dem Unterschied, daß die Energie
nicht in den Elektroden gespeichert ist, sondern in einem externen Tank
gelagert ist. Die Brennstoffzellen-Technologie wurde bereits vor mehr als
100 Jahren - vor allem für Anwendungen in der Weltraumtechnologie - erfunden.
Die Anwendungsgebiete heutzutage sind in Kraft-Wärme-Kopplungssystemen
(KWK) für die Bereitstellung von elektrischer und thermischer Energie und
als Stromquelle für elektrische Fahrzeuge. Zum Unterschied zu batteriebetriebenen
Elektrofahrzeugen haben brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge den Vorteil,
vergleichbare Leistungsdichten und Reichweiten! mit konventionellen Kraftfahrzeugen
mit Verbrennungsmotor aufzuweisen. Darüber hinaus haben Fortschritte in
den Materialwissenschaften in den letzten Jahrzehnten der Brennstoffzellentechnologie
zum Durchbruch verholfen.
Einteilung der verschiedenen Brennstoffzellensysteme
Die Klassifikation von Brennstoffzellen-Systemen kann nach verschiedenen
Gesichtspunkten vorgenommen werden:
1.nach der Arbeitstemperatur in Nieder-, Mittel- und Hochtemperaturzellen;
2.nach der Art der Reaktanten,
3.nach den Elektroden oder - wie es heutzutage üblich ist -
4.nach der Art des Elektrolyten.
Nachfolgend werden sechs verschiedene Brennstoffzellen aufgelistet:
Brennstoffzellen-Systeme sind relevant sowohl für stationäre als auch für
mobile Anwendungen. Alkalische Brennstoffzellen sind vor allem für Weltraumanwendungen
entwickelt worden. Für stationäre Systeme kommen vor allem die phosphorsauren,
Karbonatschmelze und oxidkeramischen Brennstoffzellen in Frage, wobei jeweils
nach dem Entwicklungsstand zwischen 1. Generation für phosphorsaure Systeme,
2. Generation für Karbonatschmelze Brennstoffzellen und 3. Generation für
oxidkeramische Brennstoffzellen unterschieden wird. Für mobile Anwendungen
sind vor allem die Polymer-Elektrolytmembran und die Direktmethanol entwickelt
worden. Weiters stehen für diese Anwendungen auch alkalische und posphorsaure
Brennstoffzellen zur Verfügung. Die nachfolgenden Beispiele konzentrieren
sich auf jene Brennstoffzellentypen die der Kommerzialisierung am nächsten
sind.
Eigenschaften von Brennstoffzellen
Zu den positiven Eigenschaften von Brennstoffzellensystemen im Vergleich
zu konkurrierenden Umwandlungssystemen gehören:
1.hoher Wirkungsgrad,
2.modularer Aufbau und
3.hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.
Der hohe Wirkungsgrad ist unabhängig von der Systemgröße der Anlage.
Zusätzlich verursacht der Betrieb einer Brennstoffzelle keinen
Lärm, die Emissionen sind vernachläßigbar und die einzigen Reaktionsprodukte
sind Wasser und Kohlendioxid (bei Verwendung von fossilen Energieträgern).
Die erwarteten Vorteile für den Einsatz der Brennstoffzellen-Technologie
in stationären und mobilen Systemen können folgendermaßen zusammengefaßt
werden:
1.Strategische Vorteile: Aufgrund
der Flexibilität des eingesetzten Brennstoffes - sowohl fossile
Primärenergieträger als auch erneuerbare Sekundärenergieträger
können verwendet werden - vermindert sich die Abhängigkeit an
importierten Rohölprodukten.
2.Umweltfaktoren: Die Reduktion von Kohlenmonoxid CO,
Schwefeloxiden (SOx) und Stickoxiden; die Reduktion von Lärmquellen sowohl
bei stationären als auch bei mobilen Systemen; die Minimierung von Gesundheitsrisiken
durch elektromagnetischen Strahlung von Hochspannungsleitungen und der
gefahrloser Betrieb von Brennstoffzellenanlagen. Etwaige Beschädigungen
durch Unfälle beschränken sich auf die Anlage selbst.
3.Wirtschaftliche / Soziale Faktoren: Durch den Einsatz
von dezentralen Leistungseinheiten werden auch niedrigere Investitionskosten
pro Projekt erzielt. Dies bringt Vorteile bei der Finanzplanung im Vergleich
zu den traditionellen zentralen Kraftwerken. Die Dezentralisierung des österreichischen
Elektrizitätsmarktes und die Erhöhung des Anteiles der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen.
Die Öffnung von neuen Märkten, wobei die ersten Investoren auch die größten
Marktanteile erhalten werden. Brennstoffzellenkomponenten können zum
Großteil recylcliert werden. Da Brennstoffzellen in kleinen Einheiten
eingesetzt werden können, halten sich die Kapitalkosten für den Markteintritt
ebenfalls in Grenzen.
Brennstoffzellen-Systeme für Stationäre Anwendungen
Eigenschaften wie hoher Wirkungsgrad und niedere Emissionen machen Brennstoffzellensysteme
besonders attraktiv für den Kraftwerksbetrieb. Besonders der Einsatz von
dezentralen Leistungseinheiten macht den Einsatz in der Nähe von Verbraucherzentren
möglich. Diese Strategie wird bereits von verschiedenen Versorgungsunternehmungen
ernsthaft verfolgt. Zunehmende Konkurrenz und zunehmende Emissionsregulierungen
sind weiters Gründe für den Einsatz von Brennstoffzellensystemen in stationären
Anlagen.
Gegen Ende der achtziger Jahre ist begonnen worden, Demonstrationsanlagen
basierend auf der phosphorsaure Brennstoffzellentechnologie auszuliefern.
Besonders der 200 kWel Typ der Firma IFC/ONSI ist hierbei besonders zu
erwähnen. Über zweihundert Anlagen sind von diesem Typ weltweit bereits
vertrieben worden. Die Firma EVN betrieb ebenfalls eine solche Anlage in
Mödling. Berechnungen haben ergeben, daß die Kosten pro elektrischer Kilowattstunde
bereits jetzt mit konventionellen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen vergleichbar
sind. Höhere Wirkungsgrade würden mit Karbonatschmelze Brennstoffzellen
erzielt werden können. Anlagen dieses Typs werden derzeit gerade evaluiert.
Als Brennstoff wird ähnlich wie bei den phosphorsauren Systemen Erdgas
eingesetzt. Allerdings erwartet man sich bei Karbonatschmelze Brennstoffzellen
einen deutlich höheren elektrischen Wirkungsgrad (an die 50 - 60 %) als
dies bei phosphorsauren Brennstoffzellen erzielt werden kann. Die Kosten
der Brennstoffzelle stellen das limitierende Element dar für den Einsatz
in größere Einheiten (³ 1 MWel).
Die oxidkeramische Brennstoffzelle (OKBZ) hat das Potential beide Voraussetzungen
- hoher Wirkungsgrad und niedrige Systemkosten - zu erfüllen. Weiters bietet
die Integration von kombinierten Gas- und/oder Dampfturbinenkraftwerken
(GuD) mit oxidkeramischen Brennstoffzellen (OKBZ) die Möglichkeit hohe
bis sehr hohe Leistungsdichten bei niedrigen Systemkosten zu erzielen.
Aktuelle Forschungsergebnisse geben Anlaß zur Meinung, daß oxidkeramische
Brennstoffzellen im Temperaturbereich von < 600 ° C und kombinierte GuD/OKBZ
Anlagen im nächsten Jahrzehnt technologisch realisiert werden. Die Aktivitäten
des Department of Energy (DOE), des Electric Power Research Institute (EPRI)
und des Gas Research Institute (GRI) sind bei der Entwicklung von oxidkeramischen
Brennstoffzellen besonders zu erwähnen.
Brennstoffzellensysteme für mobile Anwendungen
Wasserstoffbetriebene Stadtbusse, basierend auf der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle,
befinden sich bereits kurz vor der Markteinführung. Als Beispiel sollte
hierbei die Stadtgemeinde Chicago (IL) erwähnt werden, die von der Firma
Ballard Power Systems (B.C.) drei solcher Busse im Jahre 1995 gekauft hat.
Die völlige Kommerzialisierung dieser Technologie wird bis zum Zeitraum
2010 erwartet. Die Verwendung des Brennstoffs Wasserstoff für Automobile
in Kombination mit Brennstoffzellensystemen hat die positive Eigenschaft,
daß diese Technologie die zwei- bis dreifache Effizienz eines konventionellen
Verbrennungsmotors hat, mit Wasserdampf als einzigen Emittenten. Bei Verwendung
von Erdgas als Energieträger, würden sich die CO2-Emission pro gefahrenen
Kilometer - aufgrund der höheren Wirkungsgrade - auf etwa 35 % reduzieren
gegenüber benzin- bzw. dieselbetriebenen Fahrzeugen.
Die Perspektive von Personenkraftfahrzeugen mit keinen Emissionen (bei
Verwendungen von Wasserstoff) bzw. von sehr niedrigen Emissionen (bei Verwendung
von Methan oder Methanol) werden für einen Erfolg der Brennstoffzelle bei
einer Kommerzialisierung als nicht ausreichend befunden. Jedoch die Tatsache,
daß die elektrochemische Energieumwandlung um 20 - 30 % effizienter abläuft
als konventionelle benzin bzw. dieselbetriebene Verbrennungskraftmotoren
wird für die zukünftige Entwicklung herangezogen. Diese positiven Eigenschaften
von Brennstoffzellen waren Basis für die Entwicklung von Demonstrationsfahrzeugen
einer Kooperation einer kanadischen Firma (Ballard Power Systems, Burnaby,
B.C.) und dem deutschen Automobilhersteller Mercedes Benz, die sowohl in
Berlin als auch in Chicago, Los Angeles, Berlin demonstriert worden sind.
Als nächster Schritt streben diese beiden Firmen die Vermarktung von methanolbetriebenen
Brennstoffzellenfahrzeugen an, die auf der Polymerelektrolytmembran Brennstoffzelle
basiert. Für diese Vermarktungsinitiative investieren beide Gesellschaften über
3 Millionen US-Dollars in den nächsten Jahren. Die Reduktion der Kosten
für die Kommerzialisierung ist das primäre Ziel ihrer zukünftigen F&E Aktivitäten.
Der Schlüssel für diese Kostenreduktion liegt in der Massenproduktion der
Brennstoffzellenfahrzeuge. Es ist geplant mit 100.000 Stück pro Jahr auf
den Markt zu gehen. Weiters sind in diesem Zusammenhang Aktivitäten der
Firma Ballard mit General Motors, Delphi/Chrysler, Honda, VW und Volvo
zu erwähnen. Die amerikanische Industrie hat das große Markteintrittspotential
erkannt und versucht mit verschiedensten Aktivitäten die frühere Führungsrolle
wieder einzunehmen. Weiters ist in diesem Zusammenhang auf verschiedene
Aktivitäten der japanischen Industrie (Toyota, Mitsubishi, etc.) hinzuweisen.
Österreichische Brennstoffzellen-Initiative
Im Rahmen eines vom BMWV unterstützten Know-How Transfer Projektes führt
die E.V.A. seit Mai 1999 eine Brennstoffzellen-Informations-Initiative
durch.
Die Motivation für die Durchführung dieses Projektes war mehrfach. Einerseits
ergab eine Industriebefragung, welche von der E.V.A. in den Jahren 1998/1999
durchgeführt wurde, unter anderem, daß es in Österreich eine Reihe von
Industrieunternehmen gibt, die sich für das Thema "Brennstoffzelle" sehr
interessieren. Andererseits kam bei diesen Interviews klar zum Ausruck,
daß das Thema Brennstoffzelle einen mittel- bis langfristigen Stellenwert
in der Prioritätensetzung der Unternehmen einnimmt, aber dass personelle
Ressourcen für das Monitoring des Istzustandes nicht bzw. nicht im ausreichendem
Maße zur Verfügung stehen.
Weiters stand zu diesem Zeitpunkt bereits fest, daß die EU verstärkt Brennstoffzellen-Projekte
im 5. Rahmenprogramm fördern wird. Aufgrund der Ergebnisse der ATLAS-Studie
/1/ und den Arbeiten von Hagler-Bailly /2/ wurden zudem Brennstoffzelle
als eine Schlüsseltechnologie für das nächste Millenium eingestuft. Nichts
lag daher näher, als das Thema "Brennstoffzelle" zu priorisieren und Initiativen
zu diesem Thema - entsprechend obig skizzierter Gegebenheiten zu setzen.
Ziel dieser Initiative sollte es sein, über den Stand der Technik zu informieren,
und als Katalysator für die Initiierung von Projekten in der österreichischen
F&E Landschaft zu wirken.
Die Produktlinien, die sich aus den F&E Aktivitäten der Brennstoffzellen-Hersteller
herausbilden, sind dabei als sehr heterogen einzustufen und werden nachfolgend
aufgelistet:
i.Mini-BHKWs (mehrere kWel Leistung)
ii.BHKWs mit einer Leistung von 50 kWel bis 5 MWel;
iii.Kombikraftwerken bestehend aus Brennstoffzelle und Gasturbine (50
bis 60 MWel Leistung)
iv.Anwendungen in PKWs
v.Anwendungen in Bussen
vi.Anwendungen in Schiffen
vii."Consumer"-Anwendungen für Notebooks, Mobiltelefone, Camcordern,
etc.
Diese sehr unterschiedlichen Produktlinien bedingen auch ein sehr heterogenes
Spektrum an "stake holders", die mit den verschiedenen Instrumenten der
Informationsinitiative erreicht werden sollen.
Brennstoffzellen FTE für stationäre Energiesysteme und
tragbare Kleingeräten in Österreich
Die dynamische Entwicklung zu einer globalisierten Weltwirtschaft hat zu
einer verstärkten Konkurrenz einzelner Volkswirtschaften geführt. Im Wettbewerb
zwischen den weltweiten Wirtschaftsstandorte ist Forschung und technologische
Entwicklung ein wesentlicher Faktor zur Stärkung der eigenen nationalen
Position. Gerade ein wirtschaftlich derart entwickeltes Land wie Österreich
kann nur durch verstärkte Forschung, Entwicklung und Innovation einen Vorsprung
gegenüber anderen Volkswirtschaften erreichen.
Die Brennstoffzellen-Technologie repräsentiert eines der Zukunftsthemen,
die einerseits in den letzten Jahren international sehr an Gewicht zulegen
konnte, die andererseits in der nationalen FTE-Landschaft nicht eindeutig
positioniert sind. Weltweite Entwicklungsanstrengungen großer Unternehmen
und umfangreiche staatliche Förderprogramme dokumentieren die Erwartung,
dass mit dem Einsatz der Brennstoffzelle erhebliche Marktpotenziale erschlossen
sowie Problemlösungen in der Energiewirtschaft, im Verkehrssektor und bei
Kleingeräten gefunden werden können.
Der vorliegende Bericht versucht, ein speziell für Österreich möglichst
realistisches, umfassendes und differenziertes Bild vom Stand der Entwicklung
der Brennstoffzelle für stationäre Energiesysteme und für Kleingeräte zu
geben. Dabei sollte dieses Bild einerseits Basis für die öffentlichen/industriellen
Entscheidungsträger sein, das Thema "Brennstoffzelle" neu für die österreichische
Forschungslandschaft zu bewerten und zu positionieren, andererseits den
vielen "stake holders" als gute Informationsquelle für ihre weiteren Aktivitäten
dienen.
Von den Brennstoffzellen-Entwicklungsfirmen werden zur Zeit die folgenden
Applikationen für den Einsatz in stationären Energiesystemen entwickelt:
Brennstoffzellen-Heizgeräte für Ein- und Mehrfamilienhäuser
bzw. für den industriellen/gewerblichen Sektor (z.B. kleine Hotels,
Gasthäuser, etc.);
Blockheizkraftwerke für öffentliche, industrielle/gewerbliche Applikationen
(z.B. Krankenhäuser, Telekommunikationszentren, größere Hotelanlagen,
etc.);
Kombianlagen bestehend aus Brennstoffzellen und Gasturbine (vorwiegend
für industrielle Anwendungen und für EVUs);
Notstromanlagen bzw. Inselsysteme.
In Österreich werden eine Vielzahl von Brennstoffzellen-Aktivitäten durchgeführt.
Die Grundlagenforschung konzentriert sich auf Niedertemperatur-Brennstoffzellen,
auf Gasaufbereitungssysteme und auf SOFC Stackkomponenten. Diese stehen
zum Teil noch am Anfang, zum Teil wurde bestehendes Know-how aus anderen
Wissensgebieten erfolgreich auf die Entwicklung von Systemkomponenten der
Brennstoffzelle transferiert bzw. weiterentwickelt. Das Engagement der
EVUs/GVUs bei der angewandten Forschung spielt bei der Marktüberführung
von Demonstrationsprojekten hin zu kommerziellen Produkten eine entscheidende
Rolle, die in Österreich von den Firmen Energie AG, TIWAG, STEWEAG/ESTAG
und der AFG wahrgenommen wird.
Für die zukünftigen österreichischen Brennstoffzellen-Aktivitäten werden
folgende Zielsetzungen empfohlen:
Einbindung bestehender und Aufbau von österreichischer Spitzenforschung
durch Beteiligungen an internationalen Aktivitäten (z.B. Teilnahme an
IEA-relevanten Implementing Agreements, EU-Programmen, etc.);
Stärkung der angewandten Forschung im Hinblick auf mittelfristige wirtschaftliche
Umsetzung in neuen oder bestehenden Unternehmen (mit speziellem Fokus
auf die Einbindung österreichischer KMU);
Stärkung/Forcierung der Grundlagenforschung unter Nutzung nationaler
bestehender Instrumente auf hohem wissenschaftlichen Niveau.
Für die Erreichung obiger Zielsetzungen wird eine Bündelung bzw. Vernetzung österreichischer
FTE Aktivitäten zum Aufbau einer kritischen Masse (Zusammenarbeit zwischen
universitärer/außeruniversitärer Wissenschaft und Wirtschaft) empfohlen,
die mittels einer möglichst nachhaltigen Struktur beispielsweise in Form
eines oder mehrerer Cluster erzielt werden kann.
Die Analyse der österreichischen FTE Landschaft hat ergeben, dass bis dato
die österreichischen horizontalen FTE Instrumente (wie FWF, FFF, etc.)
für nationale Projekte nur sehr vereinzelt in Anspruch genommen wurden
und das Potenzial bei weitem noch nicht ausgeschöpft ist. Für den nationalen
Know-how Aufbau sollte die Nutzung dieser Instrumente verstärkt in Anspruch
genommen werden. Internationales Know-how, welche durch IEA- bzw. EU-Beteiligungen
aufgebaut werden, könnten hierzu maßgeblich beitragen. Ähnliche Strukturen
haben in den letzten Jahren in Deutschland zu beachtlichen Erfolgen bei
der Weiterentwicklung des Themas "Brennstoffzelle" geführt.
Die E.V.A. hat für sie die wichtigstenzu
Produzenten, Forschung und Informationszentren für Sie zusammengestellt.
Weitere Intressante Informationen finden Sie bei Energytech unter: Webseite
Die Nutzung der Wasserkraft erfolgt mit Hilfe bewährter, ausgereifter Technologien
und ist schon seit vielen Jahren gegenüber anderen kommerziellen Energieträgern
wettbewerbsfähig. Das bestehende technische und wirtschaftliche Potential
für große Wasserkraftwerke ist jedoch entweder bereits erschlossen oder
aus Umweltschutzgründen nicht verfügbar. Demgegenüber werden bisher nur
etwa 20% des wirtschaftlichen Potentials für kleine Wasserkraftwerke tatsächlich
genutzt. Hinzu kommen viele kleine Wasserkraftwerke, die · oft in Ermangelung
spezifischer Anreize hinsichtlich der Wartungs- und sonstigen Kosten sowie
infolge der allgemeinen Tarifgestaltung für die Abgabe von Elektrizität
an das Netz · stillgelegt worden sind, die aber unter relativ geringem
Kostenaufwand wieder instand gesetzt werden können. Dies gilt ganz besonders
für kleine, typisch ländliche, relativ isolierte Anlagen. Im Anlagenbau
für kleine Wasserkraftwerke sind die Staaten der Europäischen Union weltweit
marktführend. Im Jahre 1995 wurden in der Union bei einer Gesamtkapazität
von 92 GW etwa 307 TWh
Wasserkraft produziert. Der Anteil kleiner Wasserkraftwerke · das sind
Anlagen mit einer Leistung von weniger als 10 MW · betrug 10% der installierten
Kapazität (9,3 GW); dort wurden 37 TWh produziert. Bei den großen Wasserkraftwerken
ist eine Erweiterung der installierten Kapazität um 10% (8.500 MW) bis
zum Jahre 2010 wahrscheinlich, wenn man bereits geplante Projekte berücksichtigt
und eine umweltgerechte Entwicklung zugrunde legt. Eine zusätzliche
installierte Kapazität von 4.500 MW bei den kleinen Wasserkraftwerken bis
zum Jahre 2010 ist ein realistischer Beitrag, der bei Schaffung günstigerer
ordnungspolitischer Rahmenbedingungen erzielt werden kann, weil kleine
Projekte bei richtiger Planung mit weitaus geringeren Umweltauswirkungen
verbunden sind.
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