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    ...eine Zuwendung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit im Rahmen der Nationalen Klimaschutzinitiative aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

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Bioenergie

Bioenergie entsteht durch die energetsiche Verwendung von Biomasse. Unter dem Oberbegriff "Bioenergie" werden vor Allem die Biomassenutzung zu Heizzwecken, die Vergärung zu Biogas oder die Kraftstoffbereitstellung zusammengefasst.

Immer wenn Biomasse durch energetische Prozesse umgewandelt wird spricht man von Bioenergie. Unter Biomasse werden sämtliche Stoffe organischer Herkunft (d.h. kohlenstoffartiger Materie)) verstanden. Sie beinhaltet somit:

  • die in der Natur lebende Phyto- und Zoomasse (Pflanzen und Tiere),
  • deren Rückstände (bspw. tierische Exkremente),
  • abgestorbene (aber noch nicht fossile) Phyto- und Zoomasse (bspw. Stroh) und
  • im weiteren Sinne alle Stoffe, die bspw. durch technische Umwandleung und/oder eine stoffliche Nutzung entstanden sind bzw. anfallen (bspw. Schwarzlaugen, Papier und Zellstoff, Bioabfall, Pflanzenöl, etc.).

Die Abgrenzung der Biomasse zur fossilen Fraktion beginnt beim Torf. Dieser ist ein fossiles Sekundärprodukt einer Verrottung.

Grundsätzlich kann Biomasse in sogenannte Primär- und Sekundärprodukte unterteilt werden. Primärprodukte sind durch die direkte photosynthetische Ausnutzung der Solarstrahlung entstanden. Beispielsweise zählt hierzu die gesamte Pflanzenmasse wie z.B. die nachwachsenden Rohstoffe. Weiterhin werden pflanzliche Rückstände und Nebenprodukte aus der Land- und Forstwirtschaft oder auch der verarbeitenden Industrie wie bspw. Waldrestholz, Industrierestholz oder Stroh zu den Primärproduktengerechnet.

Sekundärprodukte hingegen beziehen ihre Energie nur indirekt aus der Sonnenstrahlung, sie werden durch Ab- und Umbau von organischer Substanz in höheren Organismen wie bspw. Tieren gebildet. Hierzu zählt u.a. die gesamte Zoomasse sowie deren Exkremente und Ausscheidungen wie Gülle und Festmist als auch der Klärschlamm (Kaltschmitt&Hartmann 2009, S.3).

Energetische Umwandlung der Biomasse 

Um den Energieträger Biomasse einer energetischen Nutzung zugänglich zu machen, bedarf es vorhergehender Umwandlungsprozesse. Erst nach einer mechanischen Behandlung (z.B. häckseln), bio-chemischen (z.B. Fermentation zu Biogas), thermo-dynamischen (z.B. Pyrolyse) oder physikalisch-chemischen Umwandlung (z.B. Veresterung zu Biodiesel) steht ein Sekundärenergieträger für die Erzeugung von Wärme, Strom oder Kraftstoff zur Verfügung. Durch diese Veredelungsprozesse wird die Biomasse oder auch deren Veredelungsprodukte hinsichtlich der folgenden Eigenschaften aufgewertet:

  • Energiedichte
  • Handhabung
  • Speicher- und Transportfähigkeit
  • Umweltverträglichkeit der energetischen Nutzung
  • Potenzial zur Substitution fossiler Energieträger
  • Verwertbarkeit von Nebenprodukten und/oder Rückständen

Klimaneutralität der Biomasse 

Biomasse ist grundsätzlich als klimaneutral anzusehen, das bedeutet das soviel CO2 bei der thermischen Verwertung freigesetz wird wie zuvor durch das Wachstum gebunden und in der Biomasse fixiert wurde.

Die Photosynthese - Aufbau der Biomasse

Die Photosynthese

Die (oxygene) Photosynthese ist der zentrale und wesentlichste Prozess auf der Erde wie wir sie heute kennen. Die Entstehung von Cyanobakterien vor 2,7 Milliarden Jahren, wie fossile Funde belegen, schaffte hierfür die Voraussetzung. Es gibt auch Wissenschaftler die von einer Entstehung von vor über 3 Milliarden Jahren ausgehen – hier gibt es fossile Funde von Stromatolithen die diese Aussage belegen sollen. Sicher ist das die Photosynthese vor sehr sehr langer Zeit ihren Ursprung hatte.

Durch die Photosynthese stand dem Leben eine so große Energiequelle zur Verfügung, dass sich die Produktivität der Biosphäre um mindestens den Faktor 1.000 erhöhte.

Sie ermöglicht aus den reichlich vorhandenen Ausgangstoffen Wasser, Kohlendioxid sowie Sonnenlicht die Produktion von Sauerstoff und Zucker. Der Zucker dient als Ausgangsstoff für alle weiteren Reaktionen des Lebens. Der aus diesem Vorgang gewonnene Sauerstoff oxidierte gelöste Stoffe in den Ozeanen, wodurch diese wegen der Sauerstoffsättigung begannen auszugasen. In Folge des nun auch in der Luft ansteigenden Sauerstoffgehalts kam es dazu, dass alle bis dato reduzierten Verbindungen nun oxidiert wurden. Somit konnte sich in der Folge der Sauerstoff in der Atmosphäre halten anstatt wie zuvor durch oxidative Prozesse (im Wasser und an Land) verbraucht zu werden. Seit etwa 350 Millionen Jahren ist der Sauerstoffgehalt etwa auf heutigem Niveau von ca. 21%.

Erdgeschichtlich führten also erst die Cyanobakterien und Algen, bei deren Stoffwechsel Sauerstoff als Abfallprodukt anfiel, zu dem uns heute bekannten Leben. Vor 2,5 Milliarden Jahren stieg der Sauerstoffgehalt in der Luft dann deutlich an, auf etwa ein Prozent des heutigen Werts - ein Ereignis, das als "Great Oxidation Event", was sich mit "Große Sauerstoffkatastrophe", übersetzen lässt. Genau genommen „verpesteten“ diese Bakterien die damalige Atmosphäre mit Sauerstoff und führten zu einem Aussterben der meisten Arten auf der Erde. Der Grund lag in der Produktion des Sauerstoffs der damals für die meisten Organsimen toxisch wirkte. Nur wer Sauerstoff atmen konnte, schaffte es zu überleben.

Die Reaktionen der Photosynthese finden ausschließlich in den Chloroplasten der Pflanze statt. An der Unterseite des Laubblattes befinden sich Schließzellen, die den Austausch der Gase koordinieren. CO2 strömt von Außen in das Pflanzengewebe ein. Das für die Photosynthese nötige Wasser transportiert die Pflanze über Wurzel und Leitungsbahnen in die Blätter. Der grüne Farbstoff Chlorophyll sorgt zunächst für die Absorption des Sonnenlichts und dient damit der Aufnahme von Energie. Ohne diese Energie gäbe es auch keine Photosynthese.

Summenformel Photosynthese

6 H2O    +       6 CO2      +    Licht    =    6 O2    +    C6H12O6

Wasser + Kohlenstoffdioxid + Licht = Sauerstoff + Glucose

Das heißt das die Pflanze sechs Moleküle Wasser, sechs Moleküle Kohlenstoffdioxid und Licht als Ausgangsstoffe benötigt. Daraus entstehen sechs Sauerstoffmoleküle und Glucose. Glucose ist ein Traubenzucker, den die Pflanze als Ausgangsstoff für die Herstellung von Fetten und Eiweißstoffen nutzt. Die sechs Sauerstoffmoleküle sind hier quasi Abfallprodukte für die Pflanze die sie über die Schließzellen an Ihre Umwelt abgibt.   Bei der Photosynthese produzieren Pflanzen aus Wasser, Kohlenstoffdioxid und Lichtenergie den Zucker Glucose und zusätzlich Sauerstoff. Die Photosynthese läuft in den Chloroplasten der Blätter ab. Sauerstoff ist im Rahmen der Photosynthese nur ein Abfallprodukt.