Das Biomassepotential zur Energieerzeugung der Stadt

Leseprobe

Andrea Schubert

Das Biomassepotential zur Energieerzeugung der Stadt Dresden

ISBN: 978-3-8366-2014-7

Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2008

Zugl. Technische Universität Dresden, Dresden, Deutschland, Diplomarbeit, 2007

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http://www.diplomica.de, Hamburg 2008

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis... 2

Tabellenverzeichnis... 5

Abbildungsverzeichnis... 7

Abkürzungsverzeichnis ... 9

1 Einleitung...12

1.1 Problemstellung ... 12

1.2 Zielsetzung ... 13

2 Methodik ...14

2.1 Bestimmung der Biomassepotentiale ... 14

2.1.1 Einführung und Definitionen ... 14

2.1.2 Berechnung der Biomassepotentiale... 16

2.2 Räumliche Darstellung und Auswertung im GIS... 19

2.3 Biomasse-Stoffstromanalyse... 20

2.3.1 Einführung ... 20

2.3.2 Datengewinnung durch Befragung von Biomasse-Akteuren ... 21

2.3.3 Analyse und Auswertung der Daten ... 24

2.3.4 Darstellung der Stoffflüsse ... 25

2.4 Analyse und Bewertung des Landschaftsraumes ... 26

2.4.1 Naturräumliche Einordnung... 26

2.4.2 Analyse der Landnutzungsstruktur der Stadt Dresden... 27

2.4.3 Bestimmung von Naturraumpotentialen und Landschaftsfunktionen... 28

2.4.4 Entwicklung eines Leitbildes zur energetischen Biomassenutzung... 31

2.4.5 Formulierung von Handlungsempfehlungen... 32

3 Einführung in die Energieerzeugung aus Biomasse...33

3.1 Einführung ... 33

3.2 Die Biomassefraktionen... 34

3.2.1 Holz und holzartige Biomasse ... 34

3.2.2 Halmgutartige Biomasse ... 35

3.3 Energieerzeugungstechnologien ... 36

3.3.1 Verbrennung... 36

3.3.2 Vergasung... 39

3.3.3 Vergärung... 39

3.4 Bereitstellungskonzepte ... 41

3.4.1 Trocknung ... 42

3.4.2 Silierung ... 46

3.4.3 Hackschnitzel ... 43

Inhaltsverzeichnis

4 Landschaftsökologische Betrachtung des Stadtraumes

Dresden...44

4.1 Geographische Lage ... 44

4.2 Einordnung in den Naturraum ... 44

4.2.1 Dresdner Elbtalweitung ... 45

4.2.2 Mittelsächsisches Lösshügelland ... 47

4.2.3 Mulde-Lößhügelland... 48

4.2.4 Westlausitzer Hügel- und Bergland ... 49

4.2.5 Östlichen Erzgebirgsvorland... 50

4.3 Landnutzungsstruktur... 50

4.3.1 Einführung in die Stadt- und Grünflächenstruktur ... 51

4.3.2 Grünflächenstruktur der Wohnquartiere ... 52

4.3.3 Verteilung und Struktur öffentlicher Grünanlagen ... 53

4.3.4 Flächenstruktur von Landwirtschaft und Gartenbau... 55

4.3.5 Waldflächen ... 57

4.3.6 Vorrangflächen für Natur- und Landschaftsschutz ... 58

4.4 Biotisches Ertragspotential ... 59

4.5 Biotopfunktion ... 60

4.5.1 Biotopwert ... 60

4.5.2 Maßnahmen zur Erhaltung des Biotopwertes und deren Förderung ... 62

4.5.3 Pflegesituation der Biotope... 64

4.5.4 Situation des Biotopverbundes... 64

4.5.5 Beispiele zur Entwicklung des Biotopverbundes ... 66

4.6 Nutzungseignung... 66

4.6.1 Landschafts- und Biotoppflegeflächen ... 67

4.6.2 Grünland- vs. Ackerbewirtschaftung... 68

4.6.3 Städtische Grünanlagen... 68

4.7 Leitlinien zur energetischen Biomassenutzung ... 69

5 Analyse der Biomassestoffströme der Stadt Dresden...71

5.1 Biomasseaufkommen aus der Grünanlagenpflege ... 71

5.1.1 Städtische Grünanlagen ... 71

5.1.2 Sächsische Schlösser und Gärten ... 76

5.1.3 Friedhöfe ... 78

5.1.4 Wohnquartiere... 79

5.1.5 Extrapolation des Biomasseaufkommens der Wohnquartiere ... 87

5.1.6 Öffentliche und halböffentliche Einrichtungen ... 89

5.1.7 Zusammenfassung ... 93

5.2 Biomasseaufkommen aus der Waldbewirtschaftung... 95

5.3 Biomasseaufkommen aus der Gewässerunterhaltung ... 95

5.4 Biomasseaufkommen aus der Landschaftspflege ... 96

5.4.1 Städtische Akteure ... 97

5.4.2 Naturschutz- und Landschaftspflegevereine ... 97

5.4.3 Landwirtschaftliche Betriebe... 98

5.4.4 Zusammenfassung und Diskussion ... 98

Inhaltsverzeichnis

5.4.5 Extrapolation des Biomasseanfalls aus der Landschaftspflege... 99

5.5 Zusammenfassung des Biomasseanfalls im Raum Dresden ... 106

5.6 Entsorgung und stoffliche Verwertung von Biomasse ... 108

5.6.1 Sammlung von Grünabfällen aus Haushalten ... 109

5.6.2 Kommunaler Kompostplatz in Omsewitz... 110

5.6.3 Humuswirtschaft Stratmann GmbH (HSG) ... 111

5.7 Energieerzeugung aus Biomasse ... 112

5.7.1 Verbrennungsanlagen für Altholz ... 112

5.7.2 Verbrennungsanlagen für unbelastetes Holz... 113

5.7.3 Biogasanlagen... 114

5.7.4 Geplante Biomasseanlagen in Einzugsgebiet Dresdens... 114

6 Biomassepotentiale zur Energieerzeugung der Stadt

Dresden...115

6.1 Theoretisches Biomassepotential zur Energieerzeugung... 115

6.2 Technisches Biomassepotential ... 117

6.2.1 Vergärung von Rasenschnitt- und Grüngutsilage... 118

6.2.2 Vergasung von Landschaftspflegeheu ... 120

6.2.3 Verbrennung von Holzhackschnitzeln ... 121

6.2.4 Zusammenfassung... 122

6.3 Wirtschaftliches Biomassepotential ... 123

6.3.1 Vergärung von Grünschnittsilage aus der Grünflächenpflege ... 123

6.3.2 Vergasung von Landschaftspflegeheu ... 125

6.3.3 Verbrennung von Holzhackschnitzeln ... 130

6.3.4 Zusammenfassung... 132

6.4 Erschließbares Biomassepotential ... 133

6.4.1 Vergärung von Grün- und Rasenschnittsilage... 133

6.4.2 Vergasung von Landschaftspflegeheu ... 136

6.4.3 Verbrennung von Holzhackschnitzel ... 138

6.4.4 Zusammenfassung... 140

6.5 Zusammenfassung... 141

7 Handlungsempfehlungen ...144

7.1 Anpassung der Landschaftspflege ... 144

7.2 Anpassung der Grünflächenpflege ... 145

7.3 Bündelung der Biomasseströme ... 146

7.4 Nutzung von Synergieeffekten für den Naturschutz ... 147

8 Diskussion...148

9 Zusammenfassung ...149

10 Quellenverzeichnis ...151

Anhang... 163

Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Tabelle 4-1: Wald- und Forstbiotope in der Stadt Dresden sowie deren

Anteile an der Gesamtwaldfläche nach (UIS D

RESDEN

2007)...57

Tabelle 4-2: Biotophaupttypen einheitlichen biotischen Ertragspotentials

nach dem Biotoptypenschlüssel des UIS D

RESDEN

(2007)

und den Annahmen in Kapitel 2 ...60

Tabelle 4-3: Ziele des Maßnahmenplans des FNP (1998) und deren

Lokalisierung (FNP 1998)...69

Tabelle 5-1: Anteile der Biomassefraktionen am Kompostgutaufkom-

men des Kompostplatzes Omsewitz und der entsprechen-

de Biomasseanfall je Hektar und Jahr auf 40 m³/(ha a) be-

zogen, nach (L

2006 und L

ÖBEL

2006) ...72

Tabelle 5-2: Biomasseanfall in den Park- und Grünanlagen entspre-

chend der Anteile des Amtes für Stadtgrün & Abfallwirt-

schaft (76 %) und der HSD GmbH (23 %) ...74

Tabelle 5-3: Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit befragte Woh-

nungsanbieter der Stadt Dresden mit über 1000 Wohnein-

heiten (WE) (Eigene Darstellung nach der Internetauskunft

der einzelnen Wohnungsanbieter) ...80

Tabelle 5-4: Durchschnittliche Grünflächengröße pro Wohneinheit. Der

grau unterlegte Wert wurde als Ausreißer deklariert und

nicht die Auswertung einbezogen ...85

Tabelle 5-5: Durchschnittlicher, minimaler und maximaler Rasenschnitt

pro Hektar und Jahr, gegliedert nach Ortsämtern ...87

Tabelle 5-6: Extrapolierter Rasenschnittanfall für die Dresdner Wohn-

quartiere ...88

Tabelle 5-7: Extrapolierte und erhobenen Rasenfläche für die Dresdner

Wohnungsanbieter sowie extrapolierter Rasenschnitt (grau

unterlegt) ...89

Tabelle 5-8: Extrapolierter Rasenschnittanfall für die Scherrasenflächen

des Studentenwerkes Dresden ...90

Tabelle 5-9: Durchschnittlicher Biomasseanfall in den verschiedenen

Biotoptypen der Landschaftspflege (Quellen siehe Tabel-

le) ...99

Tabellenverzeichnis

Tabelle 5-10: Extrapolierter Biomasseanfall der Unterhaltung verschiede-

ner Biotoptypen nach (P

HAN

2007b))...101

Tabelle 5-11: P26-Biotope und geförderte Landschaftspflegeflächen im

Jahr 2006 nach (UIS D

RESDEN

2007 und P

HAN

2007b) ...102

Tabelle 5-12: P26-Verdachtsflächen der Biotoptypen des Grünlandes,

der Streuobstwiesen sowie der Streuobstbrachen nach

(UIS D

RESDEN

2007) ...103

Tabelle 5-13: Ausgewählte P26-Verdachtsflächen und P26 Biotope

(nach UIS D

RESDEN

2007 und P

HAN

2007b) ...104

Tabelle 5-14: Zusammenfassung des Biomasseaufkommens nicht-

geförderter Landschaftspflegeflächen der P26-Biotope und

P26-Verdachtsflächen...105

Tabelle 5-15: Zusammenfassung Extrapolation des Biomasseanfalls aus

der Landschaftspflege ...105

Tabelle 5-16: Annahmemengen auf dem kommunalen Kompostplatz

Omsewitz im Jahr 2005, nach (L

2006)...110

Tabelle 6-1: Zusammenfassung der verschiedenen Anteile der Tro-

ckenmasse (TS) an der Frischmasse (FM) von Biomasse

(Quellen siehe Tabelle) ...115

Tabelle 6-2: Lignocellulose Trockenbiomasseaufkommen im Jahr 2006

in Dresden ...116

Tabelle 6-3: Zusammenfassung des technischen Biomassepotentials

zur Energieerzeugung ...122

Tabelle 6-4: Auswahl der Verfahrensschritte zur Berechnung der Erlöse

aus der Biogasbereitstellung für eine Tonne Rasenschnitt,

die gesamte Silage Biomasse sowie die wirtschaftlich

nutzbare Biomasse ...125

Tabelle 6-5: Zusammenfassung des wirtschaftlichen Biomassepotenti-

als zur Energieerzeugung ...132

Tabelle 6-6: Zusammenfassung des erschließbaren Biomassepotentials

zur Energieerzeugung ...141

Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 3-1: Heizwert von Holz in Abhängigkeit vom Wassergehalt

USSBAUMER

& K

ALTSCHMITT

(2001) in FNR 2001)... 37

Abbildung 4-1: Einordnung des Stadtgebietes Dresden in Naturraumein-

heiten (Makrogeochoren) (Eigene Darstellung unter An-

wendung von (UIS Dresden 2007

)

und des MIC-

Recherchesystem (H

AASE

& M

ANNSFELD

2002))... 45

Abbildung 4-2: Gliederung des Stadtgebietes Dresden in Ortsämter und

Ortschaften (D

RESDEN

2007e) ... 51

Abbildung 4-3: Grünflächen- und Bebauungsstruktur der Wohngebiete in

industrieller Plattenbauweise (G

OOGLE

EARTH

2007) ... 53

Abbildung 4-4: Gliederung der Biotoptypen des Stadtgebietes in Stadtbi-

otophaupttypen (nach UIS D

RESDEN

2007) ... 54

Abbildung 4-5: Bewertung der Stadtbiotoptypen nach deren Biotopwert

(nach UIS D

RESDEN

2007) ... 61

Abbildung 5-1: Halmgutartiger Biomasseanfall aus der Grünflächenpfle-

ge in den Ortsämtern der Stadt Dresden in Tonnen pro

Jahr (nach A5-20, Seite 195)... 93

Abbildung 5-2: Holzgutartiger Biomasseanfall aus der Grünflächenpflege

nach Ortsämtern in Tonnen pro Jahr (nach Anhang A5-

21, Seite 196) ... 94

Abbildung 5-3: Extrapolierte Biomasseanfall aus der Landschaftspflege

je Ortsamt in Tonnen pro Jahr (nach UIS D

RESDEN

2007)... 106

Abbildung 5-4: Gesamter erfasster und extrapolierter halmgutartiger

Biomasseanfall (+Laub) aus Grünflächen- und Land-

schaftspflege (nach A5-24, Seite 199)... 107

Abbildung 5-5: Ausgewählte Entsorgungs- und Verwertungsunterneh-

men für Biomasse sowie Biomasse-Stoffströme in Ton-

nen im Jahr 2006 im Raum Dresden. (nach A5-26, Seite

202). ... 105

Abbildung 5-6: Biomassestoffströme zur Humuswirtschaft Kaditz des

Jahres 2006 in Tonnen. Die Pfeilbreite ist unabhängig

von den Menge... 112

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 6-1: Für die vorliegende Diplomarbeit zu Grunde gelegte Ver-

fahren zur Bereitstellung & Erzeugung von Energie aus

halm- und holzgutartiger Biomasse ... 117

Abbildung 6-2: Vergleich der Wärmeentstehungs- und Brennstoffkosten

für einzelne Heubrennstoffe im Vergleich zu Holzpellets

und Heizöl (FZKA 2007) ... 126

Abbildung 6-3: Schwerpunkte des wirtschaftlichen Biomassepotentials

als Standortvoraussetzung für möglich Energieerzeu-

gungsanlagen mit entsprechendem Einzugsgebiet im

wirtschaftlichen Radius von 6,2 km ... 130

Abbildung 6-4: Zusammenfassung Biomassepotentiale zur Energieer-

zeugung der Stadt Dresden ... 142

Abbildung 6-5: Zusammenfassung der Anteile der Biomassefraktionen

an den Biomassepotentialen zur Energieerzeugung der

Stadt Dresden ... 143

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Jahr

atro

absolut trocken

BiomasseV

Biomasseverordnung

BHKW

Blockheizkraftwerk

bzw.

Beziehungsweise

CIR

Color-Infrarot

Kohlenstoffmonoxid

Kohlenstoffdioxid

Cent

DNP

max

Alters-Durchschnitts-Nettoprimärproduktion

DREWAG

Stadtwerke Dresden

Dezi-Tonne

pot

Energiepotential

EWG

Eisenbahnerwohnungsgenossenschaft

Euro

FFH

Flora-Fauna-Habitat

Frischmasse

FND

Flächennaturdenkmal

FNP

Flächennutzungsplan

Festmeter

GIS

Geoinformationssystem

Giga-Joule

ggf.

gegebenenfalls

GLB

Geschützter Landschaftsbestandteil

GWG

Gemeinnützige Wohnungsgenossenschaft

GWh

Giga-Watt-Stunde

Abkürzungsverzeichnis

Hektar

HHS

Brennstoffbedarf

Brennwert

Heizwert

Joule

k.A.

keine Angabe

Kilometer

KULAP

Extensive Grünlandwirtschaft, Teilprogramm B des UL

KWK

Kraft-Wärme-Kopplung

Leistung

LSG

Landschaftsschutzgebiet

lfdm

Laufender Meter

lutro

lufttrocken

NAK

Naturschutz und Erhalt der Kulturlandschaft, Teilprogramm E

des UL

NATURA 2000

Länderübergreifenden Schutzgebietssystem innerhalb der

Europäischen Union, umfasst FFH- und SPA-Gebiete

Naturdenkmal

Nr.

Nummer

NSG

Naturschutzgebiet

MWh

Mega-Watt-Stunde

ÖNORM

österreichische Norm

oTS

Organische Trockensubstanz

Paragraph

Leistung

P26

Paragraph 26

Peta-Joule

PEV

Primärenergieverbrauch

Prozent

Nennleistung thermisch

Abkürzungsverzeichnis

Nennleistung elektrisch

RL AuW

Richtlinie Agrarumweltmaßnahmen und Waldmehrung

SPA

Special Protection Areas

SWG

Sächsische Wohnungsgenossenschaft

Tonne

Trockenmasse

Tera-Joule

Trockensubstanz(gehalt)

TWh

Tera-Watt-Stunde

TUD

Technische Universität Dresden

Förderprogramm für umweltgerechte Landwirtschaft im

Freistaat Sachsen

und

Vs.

versus

Volllaststunden

Watt-Sekunde

Wirkungsgrad elektrisch

Wohneinheit

WG Aufbau

Wohnungsgenossenschaft Aufbau

WGJ

Wohnungsgenossenschaft Johannstadt

WGS

Wohnungsgenossenschaft Glückauf Süd

WGTN

Wohnungsgenossenschaft Trachau Nord

WOBA

Wohnungsbaugesellschaft Dresden GmbH

z.B.

zum Beispiel

Zentralisierungsgrad

1 Einleitung

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Die Nachfrage nach energetischen Verwertungsmöglichkeiten für Biomasse aus

der Grünflächen- und Landschaftspflege ist groß (LfL 2007 und Ö

KOINSTITUT

et al.

2007). Die Akteure des Naturschutzes erhoffen sich die Erschließung neuer Ein-

kommensquellen, um sinkende Fördersätze ausgleichen zu können und die Kos-

ten der Biotoppflege zu verringern. Andererseits wird die Energieerzeugung als

Alternative zu Entsorgungsnotlösungen, wie der Kompostierung, gesehen. Auf-

grund der stark zurückgegangenen Wiederkäuerbestände fehlen für den Aufwuchs

des Grünlandes zunehmend die Verwertungsoptionen (LfL 2007). Im Bereich der

Grünflächenpflege stellt die energetische Nutzung eine Chance auf Kosteneinspa-

rung durch Verringerung der Entsorgungsgebühren dar. Doch welcher Bedeutung

kann der Biomasse, die als Abfallstoff bei der Grünflächen- und Landschaftspflege

anfällt, im Rahmen der Energieerzeugung beigemessen werden? Welchen Beitrag

können die Grün- und Freiflächen einer Stadt wie Dresden, die als eine der grüns-

ten Städte Europas gilt, leisten? Was bedeutet die energetische Nutzung von

städtischer Biomasse und wie kann sie naturschutzgerecht gestaltet werden bzw.

welche Synergieeffekte könnten sich für den Naturschutz ergeben?

Für die energetische Nutzung von Biomasse selbst sprechen zahlreiche Argumen-

te. Es handelt sich um einen lokalen Energieträger, unabhängig von Importen und

internationalen Nutzungskonflikten (L

ACKMANN

2002). Mit dem Einsatz von soge-

nannten nachwachsenden Energieträgern kann ein Beitrag zur Reduktion von

-Emissionen, entsprechend den Zielen der Bundesregierung (BMU 2005),

oder lokaler Initiativen, wie dem Verein ,,Dresdner Agenda 21" geleistet werden.

Zwar entsteht auch bei der Verbrennung von Pflanzen CO

, doch handelt es sich

hierbei nur um diejenige Menge, welche zuvor bei der Photosynthese aufgenom-

men wurde. Werden fossile Rohstoffe verbrannt, wird Kohlenstoffdioxid freige-

setzt, das seit Jahrmillionen dem Kohlenstoffdioxidkreislauf entzogen war (N

IE-

DERSÄCHSISCHES

MWELTMINISTERIUM

2005). Derzeit bezieht die Bundesrepublik

Deutschland einen Großteil des Primärenergiebedarfs aus fossilen Energiequellen

(84 %) (BMWA 2003).

Nach K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

(2001) ließen sich mit Bio-

masse rund 6,3 % der fossilen Energieträger ersetzten, ohne dass dabei Biomas-

se aus der Grünflächen- und Landschaftspflege einbezogen wurde. Grundsätzlich

ist diese Biomasse auch als Energieträger einsetzbar, doch sind Aufkommen und

Erschließbarkeit nur schwer abzuschätzen. Die Akteure sind vielfältig und klein-

1 Einleitung

räumige Raumanalysen sind notwendig, um die naturräumlichen und gesellschaft-

lichen Rahmenbedingungen zu erfassen.

1.2 Zielsetzung

Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist es, eine solche Biomassepotential-Analyse

für die Grün- und Landschaftspflegeflächen der Stadt Dresden durchzuführen.

Zunächst soll eine Methodik erarbeitet werden, mit welcher der Biomasseanfall

beispielhaft erhoben und folgend flächendeckend abgeschätzt werden kann. Be-

sonderes Gewicht ist auf die Erfassung der natürlichen und gesellschaftlichen

Rahmenbedingungen zu legen, insofern sie eine Bedeutung für die Energiepoten-

tialbestimmung besitzen. Restriktionen und Synergieeffekte, die sich nach natur-

schutzfachlichen Gesichtpunkten ergeben, sind als Nutzungseignung festzuhalten

und in Form von Umweltqualitätszielen aufzugreifen. Nutzungseignung und Um-

weltqualitätsziele zur Energieerzeugung aus Biomasse im Raum Dresden sollen in

die Potentialanalyse einfließen und abschließend zu konkreten Handlungsempfeh-

lungen transformiert werden. Im Vordergrund steht hierbei die naturschutzverträg-

liche Nutzung der Biomasse und die Unterstützung vorteilhafter Mehrfachfunktio-

nen im Stadtraum. Ferner ist es Ziel der Handlungsempfehlungen die Maßnahmen

der Landschaftspflege hinsichtlich ihrer Optimierbarkeit der Biomassebereitstel-

lung unter dem Aspekt optimaler energetischer Verwertung bzw. Energieausbeute

zu untersuchen.

2 Methodik

2 Methodik

Das Biomassepotential zur Energieerzeugung der Stadt Dresden wird mittels ei-

nes mehrgliedrigen Ansatzes bestimmt, der in dem folgenden Kapitel vorgestellt

wird. Entsprechend der Zielstellung und der Datengrundlage wurden drei Metho-

den ausgewählt, die aufeinander aufbauen:

· die Analyse und Bewertung der Landschaft nach B

ASTIAN

& S

CHREIBER

(1999),

· die Analyse der Biomasse-Stoffströme und

· die Bestimmung der Biomassepotentialen zur Energieerzeugung nach

ALTSCHMITT

(1992).

Diese Methoden entstammen unterschiedlichen Fachgebieten. Die Analyse und

Bewertung der Landschaft hat einen landschaftsökologischen Hintergrund. Stoff-

ströme werden in der Technik, der Betriebs- und Volkwirtschaft sowie Naturwis-

senschaften analysiert und dargestellt. Die Bestimmung von Biomassepotentialen

zur Energieerzeugung besitzt energiewirtschaftliche und -technische Wurzeln.

Anliegen der Analyse und Bewertung des Landschaftsraumes der Stadt Dresden

ist es, die naturräumlichen und gesellschaftlichen Grundlagen für die Biomassepo-

tentialbestimmung zu erfassen. Es werden Räume gleicher Biomasseproduktivität

ausgewiesen und die Nutzungseignung Stadtraumes Dresden analysiert. Aus der

Nutzungseignung und den raumplanerischen Zielen zur Entwicklung der Grün-

und Freiflächen der Stadt Dresden werden Umweltqualitätsziele zur naturschutz-

gerechten Biomassenutzung entwickelt. Im Rahmen der Stoffstromanalyse wer-

den diese Ergebnisse aufgegriffen und das Biomasseaufkommen für die ausge-

wiesenen Räume gleicher Biomasseproduktivität erhoben, auf deren Basis wie-

derum die Biomassepotentiale bestimmt werden können. In einem letzten Schritt

können die Biomassepotentiale anhand des Leitbildes zur Biomassenutzung be-

wertet und entsprechende Handlungsempfehlungen gegeben werden. Um in die

Thematik und die Theorie der Potentialermittlung einzuführen, wird die Methodik

der Biomassepotentialbestimmung den anderen Ausführungen vorangestellt, auch

wenn die Biomassepotentiale erst am Ende der Bearbeitungskette der vorliegen-

den Diplomarbeit bestimmt.

2.1 Bestimmung der Biomassepotentiale

2.1.1 Einführung und Definitionen

Als Grundlage für die Berechnung der Biomassepotentiale der Stadt Dresden

dient die Definition des Biomassepotentialbegriffs und dessen Gliederung in das

Theoretische, Technische, Wirtschaftliche und Erschließbare Biomassepotential,

2 Methodik

je nach den definierten Systemgrenzen und Randbedingungen. Für die vorliegen-

de Arbeit werden die Definitionen gemäß der Zielstellung wie folgt gewählt:

Das

Theoretische Biomassepotential beschreibt

Es markiert die Obergrenze der Energiemenge, die durch Biomasse bereitgestellt

werden kann. Das theoretische Biomassepotential wird nur durch physikalische

Nutzungsgrenzen beschränkt. Aufgrund von technischen, ökologischen, strukturel-

len und gesellschaftlichen Restriktionen kann allerdings nur ein Teil der Energie

genutzt werden (FNR 2000). Dementsprechend definiert sich das

Technische

Biomassepotential als:

In die Berechnung fließt der Wirkungsgrad, der zur Verfügung stehenden Technik

und die technische Verwertbarkeit der Biomassefraktionen zur Energieerzeugung

ein. Üblicher Weise werden die Energieerzeugungspotentiale in der Literatur als

Technische Potentiale angegeben

. Jedoch ist nur ein Teil der technisch verwert-

baren Biomasse auch wirtschaftlich nutzbar. Diese Teilmenge beschreibt das

Wirtschaftliche Biomassepotential als:

Zur Einschätzung der wirtschaftlichen Konkurrenzfähigkeit müssen die jeweils an-

deren Energiebereitstellungssysteme untersucht werden. Das wirtschaftliche Po-

tential ist demnach starken örtlichen und zeitlichen Schwankungen unterworfen.

Nach R

ODE

et al. (2005) vermindern regionale Gegebenheiten, Nutzungs-

konkurrenzen und betriebsstrukturelle Hemmnisse das Biomassepotential zur E-

nergieerzeugung eines Raumes weiter. Andere Parameter können wiederum die

Biomassenutzung begünstigen, wie Fördermittel oder Interesse lokaler Akteure

und die Dynamik der Lokalpolitik (H

ERTLE

et al. 1996). Das sogenannte

Er-

schließbare Biomasseanteil oder Erwartungspotential beschreibt somit den:

Meist werden nur die technischen Energieerzeugungspotentiale angegeben, die bereits struktu-

relle, gesetzliche und ökologische Restriktionen einbeziehen. In der vorliegenden Arbeit werden

diese Nutzungseinschränkungen dessen ungeachtet erst in der Berechnung des realisierbaren

Biomassepotentials berücksichtigt.

,,das in einer gegebenen Region innerhalb eines bestimmten Zeitraumes theoretisch

physikalisch nutzbare Energieangebot (Fachagentur für nach-wachsende Rohstoffe

(FNR) 2000)".

,,Anteil des theoretischen Potentials, der unter Berücksichtigung der derzeitigen techni-

schen Möglichkeiten ,,technisch nutzbar" ist (FNR 2000)".

,,Anteil des technischen Potentials, der wirtschaftlich konkurrenzfähig genutzt werden

kann (FNR 2000)".

2 Methodik

Wie die einzelnen Biomassepotentiale in der vorliegenden Arbeit ermittelt werden,

stellt das nachstehende Kapitel 2.1.2 vor.

2.1.2 Berechnung der Biomassepotentiale

Die Berechnung der Biomassepotentiale im Rahmen dieser Diplomarbeit basiert

auf der Biomassepotential-Bestimmung nach K

ALTSCHMITT

& W

IESE

(1992). Die

Autoren ermittelten für die jeweiligen Regionen zunächst die Flächenpotentiale zur

Biomassebereitstellung sowie deren Biomasseproduktivität. Ausgehend vom ent-

sprechenden Biomasseanfall pro Jahr konnten die Energiepotentiale berechnet

werden. In der vorliegenden Arbeit werden die Flächenpotentiale in der Stadt

Dresden, die Biomasseproduktivität sowie die Nutzungsrestriktionen durch die A-

nalyse der Landschaft und die Erhebung der Biomassestoffströme ermittelt (siehe

Kapitel 2.3, Seite 20 und Kapitel 2.4, Seite 26).

Theoretisches Biomassepotential

Laut Definition ist zur Bestimmung des Theoretischen Biomassepotentials der E-

nergiegehalt der Pflanzen, also die physikalisch gewinnbare Energie oder auch

Primärenergie

, zu berechnen (vgl. vorangegangenes Kapitel 2.1.1, Seite 14). Da

nach S

CHÖNE

(2007) die Primärenergie von Biomasse ihrem Brennwert

ent-

spricht, wird dieser zur Berechnung des Theoretischen Biomassepotentials heran-

gezogen. Der Brennwert für alle Lignocellulosepflanzen beträgt pro Kilogramm

Trockenmasse (TS), mit geringen Schwankungen, rund 18 MJ (S

CHÖNE

2007).

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

(2001) gehen von einem Brennwert von 18,5 MJ/kg

wasserfreier lignocelluloser Biomasse aus. Der erste Schritt ist demnach die Be-

rechnung der Trockenmasse (TS) aus dem, meist in Frischmasse angegebenen

Biomasseaufkommen. Verwendet werden zu diesem Zweck die Trockenmasse-

gehalte der verschiedenen Biomassefraktionen (siehe Kapitel 3, Seite 32). Im

zweiten Schritt lässt sich unter Verwendung der Gleichung 1 die physikalisch ge-

winnbaren Energie berechnen.

Die Primärenergie entspricht dem Energiegehalt von Primärenergieträgern (Rohbiomasse, Stein-

kohle etc.) FNR (2000)

Brennwert (früher oberer Heizwert) ist die freigesetzte Wärmemenge bei der vollständigen Oxida-

tion eines Brennstoffes, die verfügbar wird, wenn auch die Kondensationswärme des bei der

Verbrennung gebildeten Wasserdampfes genutzt wird (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001).

pot

(Wärme,Strom,Dieseläquivalent)

= M * H

Gleichung

,,zu erwartenden tatsächlichen Beitrag zur Energieversorgung (FNR 2000)".

2 Methodik

...

Masse der Biomasse [kg TS]

...

Brennwert

...

Trockensubstanz

pot

...

Energiepotential [GJ/a] (abgewandelt nach

ERSENER

& M

EIER

(1999)).

Technisches Biomassepotential

Das Technische Biomassepotential ergibt sich dagegen, indem die energetische

Verwertbarkeit der Biomasse nach dem aktuellen Stand der Technik berücksichtigt

wird (FNR 2000). Das Biomasseaufkommen wird gemäß der möglichen Verfahren

zur Bereitstellung und Energieerzeugung eingeteilt. Dabei wird auf das Urteil der

aktuellen Literatur zurückgegriffen. Nach der Auswahl des jeweils günstigsten

Energieerzeugungsform je Biomassefraktion (vgl. Kapitel 3.4, Seite 41) wird die

produzierbare Energiemenge anhand der Gleichung 2 bestimmt.

...

unterer Heizwert

Konversion

...

Umwandlungsfaktor, abhängig von der

Konversationsart bzw. technologie

ERSENER

& M

EIER

1999).

Die Gleichung 2 enthält nicht nur einen Faktor für den Wirkungsgrad der Energie-

erzeugungsanlage (

Konversion

) sondern ersetzt ferner den Brennwert (H

)

durch den

Heizwert

). Der Heizwert H

kann in Tabelle A2-1 im Anhang 2, Seite 167

nachvollzogen werden,

Konversion

ergibt sich aus der einschlägigen Literatur. Für

den Anteil des Biomassegesamtaufkommens, der sich aufgrund seiner Eigen-

schaften (siehe Kapitel 3.3, Seite 36) nur oder eher für eine Umwandlung in einen

Sekundärenergieträger

eignet, wird die entsprechend erzeugbare Menge des Se-

kundärenergieträgers ermittelt. Im Fall der Methanerzeugung wird der Anteil an

organischer Trockensubstanz (oTS) an der Trockenmasse (TS) zu Grunde gelegt.

Die organische Trockensubstanz lässt sich mit Hilfe eines Faktors (siehe Kapitel

3.3.3, Seite 40) berechnet. Anhand des Heizwertes des Biogases kann das Ener-

giepotential für diesen Teil des Biomasseaufkommens bestimmt werden. Die

Summe der Energiepotentiale aus der Nutzung der Biomasse als Primär- oder

Sekundärenergieträger ergibt das Technische Biomassepotential. Ein großer Teil

Anders als der Brennwert H

berücksichtigt der Heizwert nicht die, bei der vollständigen Oxidation

eines Brennstoffes entstehende Kondensationswärme (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001).

,,Sekundärenergieträger sind Stoffe, die direkt oder durch eine oder mehrere Umwandlungen in

technischen Anlagen aus Primär- oder aus anderen Sekundärenergieträgern hergestellt werden

(z. B. Benzin, Heizöl, Rapsöl, elektrische Energie) (FNR 2000)"

pot(Wärme,Strom,Dieseläquivalent)

= M * H

Konversion

Gleichung 2

2 Methodik

der gängigen Literatur

zur Bestimmung von Energieerzeugungspotentialen aus

Biomasse beschränkt sich auf die Beschreibung des Technische Biomassepoten-

tials. Dabei werden die ökologischen, strukturellen und gesellschaftlichen Restrik-

tionen einbezogen. Die vorliegende Diplomarbeit weicht von diesem Weg ab und

wendet die Nutzungsrestriktionen erst in der Ermittlung des Wirtschaftlichen & Re-

alistischen Biomassepotentials an.

Wirtschaftliches Biomassepotential

Das Wirtschaftliche Biomassepotential zur Energieerzeugung ist gemäß der Defi-

nition, derjenige Anteil der Biomasse, der gegenüber anderen Energieträgern kon-

kurrenzfähig genutzt werden kann (FNR 2000). Zur Beurteilung der Wirtschaftlich-

keit des Einsatzes der einzelnen Biomassefraktionen zur Energieerzeugung und

der entsprechenden Faktoren wird zunächst Literaturrecherche betrieben. Zum

anderen dient die Befragung der Biomasse-Akteure, in Rahmen der Stoffstrom-

analyse (siehe Kapitel 2.3 , Seite 21), zur Erfassung der aktuellen Situation im

Raum Dresden.

Wirtschaftlichkeitsfaktoren, wie der Erlös aus der Energieproduktion und die Be-

reitstellungskosten, werden einander gegenübergestellt. Zu den Kosten gehören

beispielsweise Aufwendungen für Ernte, Transport, Lagerung sowie Aufbereitung

der Biomasse (R

ODE

et al. 2005). Anhand des Vergleiches mit den bisherigen

Kosten, z.B. für die Entsorgung der Biomasse und den aktuellen Brennstoffkosten

(Heizöl) kann die Wirtschaftlichkeit und die Konkurrenzfähigkeit des Energieange-

botes abschätzt werden

. Für den Einsatz von Biomasse wird eine Untergrenze

der Rentabilität eingeführt bzw. der Literatur entnommen. Jegliche Nutzung von

Biomasse zur Energieerzeugung, die unter der wirtschaftlichen Grenze liegt, wird

nicht das Wirtschaftliche Energiepotential einbezogen bzw. vom Technischen E-

nergiepotential abgezogen. Sofern sich für die Transportkosten eine Wirtschaft-

lichkeitsgrenze von weniger als 50 km ergeben sollte, werden die vorhandenen

Energieerzeugungsanlagen auf ihre Nutzbarkeit überprüft oder für neue Anlagen

ein günstiger Standort gesucht. Die Kriterien für die Wahl eines günstigen Stand-

ortes sind der Stoffstrom- und der Landschaftsanalyse zu entnehmen. Insofern

dies nicht für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen von Belang ist, erfolgt die

Standortsuche jedoch erst in der Berechnung des Erschließbaren Biomassepoten-

tials.

FNR (2000), K

ALTSCHMITT

& W

IESE

(1992) sowie K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

(2001)

Eine Aufstellung der Energieerzeugungskosten, welche durch den Betrieb einer Anlage anfallen,

kann nicht abgegeben werden.

2 Methodik

Erschließbares Biomassepotential

Das Erschließbare Biomassepotential gliedert sich nach verschiedenen, vorrangig

regional gegebenen Aspekten. So sind es ökologische, strukturelle und betriebs-

technische Gegebenheiten, welche die Nutzung von Biomasse zur Energieerzeu-

gung einschränken, auch wenn die Wirtschaftlichkeit gegeben ist

ODE

et al. 2005). Andererseits kann hohes Interesse lokaler aber auch überregi-

onaler Akteure an der energetische Biomassenutzung die Entwicklung so beför-

dern, dass so sich die aktuell einschränkenden Rahmenbedingungen verändern

ERTLE

et al. 1996). Daher kann das Erwartungspotential in Ausnahmefällen auch

über dem Wirtschaftlichen Biomassepotential liegen. Erfasst werden die entspre-

chenden Rahmenbedingungen, in der Stoffstromanalyse sowie der Landschafts-

analyse und bewertung des Stadtraumes Dresden. Die Umweltqualitätsziele der

Biomassenutzung werden Biomassepotentialen gegenüber gestellt und analysiert.

Aus den Ergebnissen des Erschließbaren Biomassepotentials und deren Diskus-

sion können die Handlungsempfehlungen hinsichtlich der Optimierung der Bio-

massebereitstellung, der energetischen Biomassenutzung sowie an die Flächen-

nutzung formuliert werden.

2.2 Räumliche Darstellung und Auswertung im GIS

Dank der Bereitstellung von Umweltinformationsdaten (UIS Dresden 2007) durch

das Umweltamt Dresden können die Analyse und Bewertung des Raumes Dres-

den sowie die Ergebnisdarstellung mittels Geoinformationssystemen (GIS) durch-

geführt werden. Bei den Umweltinformationsdaten handelt es sich um digitale Kar-

ten im Vektorformat, die neben der Stadtübersicht und den Stadtbiotoptypen

, ge-

fährdete Gebiete für Wassererosion, Brachflächen sowie die Einstufung zur

Schutzwürdigkeit der Böden. Die räumliche Darstellung der Ergebnisse erfolgt auf

Ortsamtsebene. Eine höhere Auflösung entspricht nicht der Zielstellung und würde

den Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit übersteigen. Als Karten dargestellt

werden:

· die Flächenpotentiale je Biomassefraktion,

· die Schwerpunkte des Biomasseanfalls und

· ausgewählte Biomassepotentiale.

Die Stadtbiotoptypen wurden auf der Grundlage eines CIR-Bildfluges (

Color- Infrarot) des Jahres

1999 erstellt. Nach Interpretation des Luftbildmaterials und der Abgrenzung von Flächen mittels

eines Biotoptypenschlüssel konnte der Stadtraum Dresden in 100 Biotoptypen gegliedert wer-

den (

siehe Anhang A4-1, Seite 173

).Die 100 Biotoptypen lassen sich durch Strukturmerkmale

und Zusatzinformationen weiter differenzieren (D

RESDEN

2007c).

2 Methodik

Um die Biomassepotentiale der Stadt Dresden zu bestimmen, müssen zunächst

die naturräumlichen und stofflichen Rahmenbedingungen erfasst und bewertet

werden. Dies geschah zum einen durch die Aufnahme und Analyse der Biomas-

sestoffströme in Dresden. Zum anderen trägt die Analyse und Bewertung der

Landschaft gemäß die Methodik von B

ASTIAN

& S

CHREIBER

(1999) zur Erfassung

bei.

2.3 Biomasse-Stoffstromanalyse

2.3.1 Einführung

Die Analyse der Biomasse-Stoffströme der Stadt Dresden ist der wesentliche

Baustein zur Ermittlung der Biomassepotentiale. Die Stoffstromanalyse, auch als

Stoffflussanalyse bezeichnet, besitzt je nach Fragestellung unterschiedliche An-

wendungsgebiete (Ö

-I

NSTITUT

2004). Sie wird definiert als

Entsprechend B

ACCINI

& B

ADER

(1996) wird eine Stoffstromanalyse nach den fol-

genden vier Schritten durchgeführt:

· Konzeptionelle Überlegungen und Auswahl des Systems, das durch den

jeweiligen Untersuchungsgegenstand beschrieben wird.

· Messung der Güterflüsse

· Berechnung der Stoffflüsse

· Schematische Darstellung und Interpretation der Ergebnisse (Bacci-

ni & Bader 1996).

Die Stoffstromanalyse der vorliegenden Diplomarbeit hat das Ziel die regionalen

Biomassestoffkreisläufe der Stadt Dresden zu identifizieren und visualisieren. Ent-

sprechend der Zielstellung (vgl. Kapitel 1.2, Seite 13) interessieren jene Biomas-

sefraktionen, die bei der Grünflächen- und Landschaftspflege sowie beim Biotop-

und Naturschutz und der Landschaftspflege anfallen

. Die Darstellung der Bio-

masse-Stoffströme dient als Fundament für die Biomassepotentialbestimmung

und die Formulierung von Handlungsempfehlungen entsprechend des Leitbildes

zur Biomassenutzung (siehe Kapitel 2.4.4, Seite 31). Mit der Analyse der Stoff-

ströme werden gleichzeitig:

· das Flächenpotential,

Klärschlamm, Speiseabfälle etc. werden nicht in die Betrachtung aufgenommen.

,,Systematische Bestandsanalyse eines chemischen Elements, einer Verbindung oder

eines Materials im Natur-/Wirtschaftskreislauf (Ö

KOPROFIT

2005)."

2 Methodik

· die Leistungsfähigkeit des Raumes hinsichtlich der Biomasseproduktivität

und

· die Nutzungsrestriktionen

ermittelt. Die Erhebung der Stoffströme beginnt bei der Entnahme der Biomasse,

geht über die Nutzungs- und Umwandlungsstufen bis hin zu den Abfallstoffen, die

im Stoffkreislauf entstehen. Erhoben werden die Stoffströme durch Befragung von

Biomasseakteuren der Stadt Dresden. Dabei interessieren vor allem:

· das zeitliche und räumliche Dargebot der Biomasse,

· die aktuelle Verwendung der Biomasse und deren mögliche vertragliche

Bindung,

· aktuelle energetische Nutzung von Biomasse in Dresden,

· mögliche energetische Nutzung von Biomasse in Dresden in Zukunft,

· strukturelle, ökologische und administrative Beschränkung.

Um wetterbedingte Jahresschwankungen des Biomasseaufkommens auszuglei-

chen, wurde der Bilanzierungszeitraum über drei Jahre, von Januar 2004 bis Ja-

nuar 2007, gewählt.

2.3.2 Datengewinnung durch Befragung von Biomasse-Akteuren

Alle in der Stadt Dresden agierenden öffentlichen, privatwirtschaftlichen wie auch

gemeinnützigen Institutionen, welche mit der Pflege von Grünflächen oder der

Verwertung von Biomasse (sei es stofflich oder energetisch) in Verbindung ste-

hen, wurden als Grundgesamtheit für die Befragung angenommen. Um das Bio-

massepotential zur Energieerzeugung der Stadt Dresden so genau wie möglich zu

erfassen, wäre eine Vollerhebung notwendig gewesen. Da die Anzahl, der in Be-

tracht zuziehenden Akteure jedoch sehr groß ist, wurde eine Auswahl getroffen.

Als Grundlage für die Auswahl der Akteure zur Befragung wurde diese zunächst in

drei Gruppen eingeteilt:

1) Eigentümer von Grün- und Landschaftspflegeflächen und Auftraggeber der

Grünflächen- & Landschaftspflege,

2) Auftragnehmer der Grünflächen- & Landschaftspflege und

3) Verwerter und Entsorger von Biomasse.

Aus der ersten Gruppe wurde eine, die Flächenutzung repräsentierende, Teilmen-

ge befragt. Um die Repräsentativität bestimmen zu können, musste zunächst auch

der Flächenutzung Kategorien zugeordnet werden. Die Gliederung der Flächenut-

zung ergab sich aus den Ergebnissen der Landschaftsanalyse (siehe Kapitel

2.4.3, Seite 28). Das Kriterium für die Auswahl von repräsentativen Akteure war

die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Flächen gleicher Landnutzungskategorie

bzw. biotischen Ertragspotentials, um die Biomasseproduktivität später extrapolie-

2 Methodik

ren zu können. Die zweite Akteursgruppe, die Auftragnehmer der Grünflächen- &

Landschaftspflege, wurde befragt, um die Biomassestoffströme verfolgen zu kön-

nen. Außerdem ergänzen die Angaben der Grünflächenfirmen jene der Eigentü-

mer oder -verwalter. Auch aus der Vielzahl der Verwertungs- und Entsorgungsun-

ternehmen musste eine Auswahl getroffen werden. Ziel war vorwiegend jene Fir-

men zu befragen, die von den ersten zwei Akteursgruppen als Abnehmer der

Biomasse genannt wurden. Eine vollständige Liste der Befragten befindet sich im

Anhang A2-2, Seite 168.

Daten zur Abfrage bei den Akteuren

Folgende Angaben waren von den ersten beiden Akteursgruppen (Eigentümer

bzw. Verwalter von Grün- & Landschaftspflegeflächen, Grünflächen- Landschafts-

pflegeunternehmen) abzufragen:

· Lage der Flächen des Biomasseanfalls,

· Größe der Grünflachen, getrennt nach Rasen-, Hecken- und Baumflächen,

· Menge Grünmasseaufkommen je Biomassefraktion (Rasen-, Hecken- oder

Baumschnitt) pro Jahr bzw. pro Schnitt,

· Häufigkeit der Grünflächenpflege je Fraktion,

· Zeitraum des Biomasseanfalls je Fraktion (Zeitpunkt der Grünflächenpfle-

ge),

· Erntemethoden (Entfernung des Mahdgutes oder Mulchschnitt) und

· bisherige Verwendung der Biomasse (vertraglicher Bindung oder anderwei-

tigen Nutzung möglich).

Von der Gruppe der Entsorgungs- und Biomasseverwertungsunternehmen inte-

ressierte:

· Herkunft, Abnehmer der Biomasse oder der Umwandlungsprodukte,

· Kapazität der Anlage und die angewendeten Technologien,

· Zukunftspläne,

· energetische Nutzung von Biomasse heute bzw. in Zukunft denkbar.

Anhand dieser Fragenkomplexe wurden Fragebögen bzw. ein Interviewleitfaden

für die drei Akteursgruppen entworfen, wie sie im Anhang A2-3 & 4 (Sei-

te 169/170) nachzuvollziehen sind. Die Fragen wurden als offenen und geschlos-

sene Fragen gestaltet. Die Erhebung entspricht somit einer nicht- bzw. teilstan-

dardisierten Befragung (W

ESSEL

1996).

Durchführung der Befragung

Je nach Wunsch der Akteure, wurde ein sogenanntes Experteninterview (Telefon

bzw. face to face) oder eine schriftliche Befragung (mittels Fragebogen) durchge-

führt. Da die vorliegende Arbeit in starkem Maße von den Angaben der Akteure

2 Methodik

abhängig ist, war besonderes Gewicht auf die Bedürfnisse der Befragten zu legen.

Jede nicht erhaltene Angabe stellt eine Lücke oder Ungenauigkeit der Daten-

grundlage dar, die an anderer Stelle aufwendig ausgeglichen werden muss (siehe

Kapitel: 2.3.3, Seite 20). Die Bereitschaft zur Auskunft der Akteure und die Wahl

der Befragungsform war abhängig von

· dem abgefragten Datenumfang und dem entsprechenden Zeitaufwand,

· dem Interesse und Verständnis der Thematik,

· der sonstigen Arbeitsbelastung der Personen,

· Angst vor Geschäftsspionage etc..

Letzterer Fall wurde meist durch eine starke Konkurrenzsituation unter den Unter-

nehmen (vorwiegend Entsorgungssektor) ausgelöst und verhinderte in einigen

Fällen sogar die Auskunft der betroffenen Firmen. Der erste Kontakt zu den Akteu-

ren kam entweder per Telefon oder per E-Mail zu Stande. Meist folgte nach der

ersten telefonischen Anfrage, die Versendung eines Exposés über die Diplomar-

beit, mit der Vorstellung der Thematik, der Problem- und Zielstellung sowie der

benötigten Daten. Im Anschluss daran wurden Termine für Interviews vereinbart

oder die Akteure äußerten den Wunsch nach konkreten, schriftlichen Fragen.

Wie bereits erwähnt, richtete sich die Durchführung des Experteninterviews

(face to face oder Telefoninterview) nach den Befragten sowie dem Umfang der

benötigen Angaben. Stand den Akteuren Zeit zur Verfügung oder sahen sie die

Arbeit mit Skepsis, wurde meist das face to face Interview bevorzugt. Lediglich

die Befragung der 47 Friedhofsmeister erfolgte ausschließlich telefonisch. Das te-

lefonische Experteninterview wurde am häufigsten von den Akteuren gewählt. Das

Interview wurde an den Interviewleitfaden (vgl. Kapitel 2.3.2, Seite 21) angelehnt

und dementsprechend im Ablauf strukturiert. Vorteil dieser Befragungsform ist,

dass konkret auf die Antworten der Akteure eingegangen werden kann. Die Litera-

tur bezeichnet diese Art der Befragung als nichtstandardisiert, narrativ

ESSEL

1996).

Nachteil insbesondere des face to face Interviews ist der hohe Zeitaufwand auf-

grund der teilweise erheblichen An- und Abreisewege. Eine schriftliche Befragung

wäre, bei der hohen Anzahl der zu befragenden Akteure wesentlich zeiteffizienter

gewesen. Allerdings war in diesem Falle eine geringe Rücklaufquote zu befürch-

ten. Dies bestätigte sich im Informationsgehalt der Aussagen der Akteure. Je per-

sönlicher sich die Interviewsituation gestaltete, desto detaillierter und qualitativer

waren die Angaben. Am Telefon waren die Gesprächspartner teilweise ungedul-

dig, kurz angebunden oder misstrauisch. Die schriftliche Befragung per Fragebo-

gen erfolgte nur auf speziellen Wunsch der Akteure und daher weit weniger häufig

als das Experteninterview. Der Fragebogenentwurf (siehe A3-3 und A3-4, Seite

2 Methodik

169/170) wurde an den jeweiligen Akteur angepasst (vgl. Kapitel 2.3.2, Seite 21).

Grünanlagenpflegeunternehmen erhielten beispielsweise speziell zugeschnittene

Fragebögen mit bereits bekannten Details ihrer Arbeit für bestimmte Wohnungs-

genossenschaften. Der Rücklauf der Fragebögen betrug 100 %, wobei nur die te-

lefonische Rückfrage diese hohe Rücklaufquote ermöglichte. Die Qualität der

Antworten auf den Fragebögen konnte dadurch allerdings nicht erhöht werden und

war stark von den oben genannte Faktoren abhängig.

2.3.3 Analyse und Auswertung der Daten

Die teilweise erheblichen Diskrepanzen zwischen den angeforderten Informatio-

nen und den bereitgestellten Daten (siehe vorheriger Abschnitt Seite 23), macht

die Entwicklung eines Verfahrens zur Schließung von Datenlücken notwendig. Zu

diesem Zweck werden die erhobenen Daten verallgemeinert und auf Flächen mit

ähnlichen Standortbedingungen übertragen bzw. extrapoliert. Die sehr unter-

schiedliche Qualität der Daten erfordert zudem deren Aufbereitung nach den Er-

fordernissen der Analyse.

Ein erster Schritt zur Aufbereitung ist die Anpassung bzw. Umrechnung der

Einheiten. Die Grünflächengrößen werden in der vorliegenden Arbeit in Hektar

(ha) und der Biomasseanfall wird in Tonnen (t) angegeben. Zur Umrechnung der

Volumina in Masse wird, der in Kapitel 3.2.2, Seite 35 aufgeführte Dichtefaktor

verwendet. Im zweiten Schritt folgt die räumliche Zuordnung der erhobenen Daten

zu Stadtteilen und später zu den Ortsämtern, insofern diese Angaben noch nicht

vorhanden sind. Aus Gründen der Darstellbarkeit und der Überschaubarkeit findet

die statistische, wie auch die räumliche Auswertung, auf der Ebene der Ortsämter

statt. Die administrative Gliederung des Stadtraumes Dresden fasst 109 Stadtteile

in zehn Ortsämter und neun Ortschaften zusammen. Wobei die vorliegende Arbeit

die neun Ortschaften noch einmal zu vier Ortschaftsverbünden generalisiert (siehe

Kapitel 4.3.1, Seite 51).

Statistische Auswertung

Die statistische Auswertung der erhobenen Biomasseströme ist Grundlage für die

Biomassepotentialbestimmung und die Darstellung der Biomasse-Stoffflüsse. Sie

erfolgt zunächst Akteursbezogen. Insofern Daten vorhanden sind, werden für je-

den Flächenverwalter die Grünflächengrößen (teilweise auch nach Pflegeklassen)

und der Biomasseanfall gesamtstädtisch sowie je Ortsamt zugeordnet. Dabei wird

ferner nach den beauftragen Grünflächenpflegefirmen unterschieden. So kann für

jeden Dienstleister, dass von ihm geerntete Biomasseaufkommen dargestellt wer-

den. Ferner wird der Weg den die Biomasse nach ihrer Ernte nimmt, nachge-

zeichnet und quantitativ erfasst. In einem zweiten Schritt wird der durchschnittliche

2 Methodik

Biomasseanfall je Hektar und Jahr für die unterschiedlichen Flächennutzungsty-

pen berechnet

. Dies ist Vorraussetzung für die Extrapolation fehlender Daten,

die zur Bestimmung der Biomassepotentiale benötigt werden.

Extrapolation von fehlenden Daten

Für den Fall, dass die Grünflächengrößen oder das Biomasseaufkommen je Ob-

jekt bzw. Ortsamtsbezirk nicht beziffert werden können, müssen die vorhandenen

Daten verallgemeinert und auf die entsprechenden Flächen übertragen werden.

Grundlage für die Extrapolation des ermittelten Biomasseaufkommens auf Flächen

mit unbekannten Erntemenge ist die Ausweisung von Flächen gleicher oder ähnli-

cher Biomasseproduktivität. Dies geschieht im Arbeitsschritt der Landschaftsana-

lyse und bewertung (siehe Kapitel 2.4.3, Seite 28). Innerhalb von Räumen glei-

cher Biomasseproduktivität und Pflegeintensität kann die Erntemenge pro Hektar

und Jahr (bzw. Schnitt) übertragen werden. Zur Übertragung wird der bekannte

(durchschnittliche) Biomasseanfall mit den Grünflächengrößen unbekannten Bio-

masseaufkommens multipliziert. Neben Informationslücken über die Biomasse-

produktivität von Flächen, kann ferner die Größe eines bestimmten Flächennut-

zungstyps, trotz Befragung der Akteure, im Unklaren bleiben. In diesem Falle

muss auch die Grünflächengröße extrapoliert werden. Dies kann entweder über

die, auf diesen Flächen angefallene, Biomassemenge geschehen oder die Grün-

flächengröße lässt sich von anderen Faktoren ableiten. So unter anderem von der:

· durchschnittlichen Grünflächengröße je Wohneinheit (WE) (bei einheitlich

strukturierten Wohngebieten und bekannter Anzahl der Wohneinheiten)

· durchschnittlicher Anteil der Rasen- oder Gehölzflächen an den Grünflä-

chen.

Für die extrapolierten Grünflächen kann ebenfalls, der Biomasseanfall hochge-

rechnet werden.

2.3.4 Darstellung der Stoffflüsse

Die Biomasse-Stoffflüsse werden in Sankey-Diagrammen grafisch dargestellt.

Sankey-Diagrammen beschreiben neben Energieflüssen auch Materialflüsse und

werden in der Stoffstromanalyse und dem -management eingesetzt. Regeln für die

Erstellung gibt es laut S

CHMIDT

(2006) keine. Jedoch werden meist die folgenden

Annahmen vorausgesetzt:

· Auf eine Zeitperiode bezogene Mengegrößen werden dargestellt,

· Mengengrößen sind sogenannte extensive Größen

Wenn möglich auch nach Ortsämtern aufgeschlüsselte Berechnung des Biomasseaufkommens

pro Hektar und Jahr

2 Methodik

· (Anpassung der Pfeilbreite erfolgt proportional zur Stoffmenge

· (Lagergrößen werden nicht berücksichtigt)

es wird von der Energie- und Massenerhaltung ausgegangen.

Das Sankey-Diagramm ermöglicht die übersichtliche Darstellung der Biomasse-

stoffströme und deckt die Ansatzpunkte für eine energetische Nutzung auf

CHMIDT

2006).

2.4 Analyse und Bewertung des Landschaftsraumes

Die Analyse und Bewertung des Landschaftsraumes der Stadt Dresden basiert auf

der landschaftsökologischen Vorgehensweise von B

ASTIAN

& S

CHREIBER

(1999)

und verfolgt in der vorliegenden Arbeit drei Ziele:

1) die naturräumliche Einordnung und Analyse der Landnutzungsstruktur

des Stadtgebietes,

2) die Ausweisung von Räumen gleicher Biomasseproduktivität, als Grund-

lage für Extrapolation des Biomasseaufkommens in der Stoffstromana-

lyse und

3) die Diagnose und Bewertung von Biotopfunktion sowie der Nutzungs-

eignung, als Vorrausetzung für die Formulierung des Leitbildes zur e-

nergetischen Biomassenutzung im Raum Dresden und der entspre-

chenden Handlungsempfehlungen.

Anhand der Untersuchung der Landschaftsstruktur (Landschaftsanalyse) können

Räume mit ähnlichen Eigenschaften, Landschaftsfunktionen und Naturraumpoten-

tialen ausgewiesen (Landschaftsdiagnose und bewertung) und vergleichbar ge-

macht werden. Dabei interessieren die Aspekte Biomasseproduktivität (biotisches

Ertragspotential), Biotopfunktion und Nutzungseignung.

2.4.1 Naturräumliche Einordnung

Nach dem Verfahren von B

ASTIAN

& S

CHREIBER

(1999) werden die Komponenten:

Geologie, Relief, Boden, Wasserhaushalt, Klima, Vegetation untersucht. Genutzt

werden die einschlägige Literatur und das Recherchesystem für Mirkogeochoren

(MIC) von H

AASE

& M

ANNSFELD

(2002). Das Recherchesystem für die Mikrogeo-

choren (MIC) entstand im Rahmen des FuE-Vorhabens ,,Naturräume und Natur-

raumpotentiale des Freistaates Sachsen im Maßstab 1:50 000 als Grundlage für

die Landesentwicklungs- und Regionalplanung" in der Arbeitsstelle ,,Naturhaushalt

und Gebietscharakter" der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig

AASE

& M

ANNSFELD

2002). Neben einer umfangreichen Dokumentation der Na-

Extensive Mengegrößen sind proportional zur Stoffmenge und können addiert werden. Anders

als intensive Mengengrößen wie Temperatur (S

CHMIDT

2006).

In der vorliegenden Arbeit konnten die Pfeilbreiten aus technischen Gründen nicht proportional

zur Stoffmenge gestaltet werden.

2 Methodik

turraumeinheiten Sachsens in sogenannten Datenblättern enthält das Recherche-

system Geoinformationsdaten zur Auswertung im GIS. Dargestellt sind neben den

Naturraumeinheiten der Mikro- und Mesogeochoren auch die Markogeochoren.

Die Definitionen der Geochoren bauen wie folgt aufeinander auf:

Die Definition der Mesogeochoren lautet:

Sowie der Makrogeochoren:

In der vorliegenden Arbeit beschränkt sich die Darstellung der naturräumlichen

Ausstattung des Raumes Dresden auf jene Bereiche der Makrogeochoren, die

sich im Stadtgebiet Dresden befinden. Daher wurden zunächst die SHAPE-

Dateien ,,Mikrogeochoren von Sachsen" des MIC mit der SHAPE-Datei ,,Stadtge-

biet Dresden" des UIS Dresden (2007) verschnitten

. Für all jene Mikrogeocho-

ren, die sich im Stadtgebiet Dresden befinden, wurden folgende Informationen

dem MIC-Recherchesystem entnommen und auf Makrogeochoren-Ebene zu-

sammengefasst:

· Geologie: Strukturtyp, Geologisch-strukturelle Einheit, Oberflächennahe

Gesteine (nach der Geologischen Karte von Sachsen 1:25.000),

· Boden: Leitbodenformen und Begleitbodenformen nach MMK

und FSE

· Relief: Mesorelief-Mosaiktyp, Höhenlage,

· Wasser: Hydromorphieflächentyp,

· Klima: Makroklimastufe, Jahresdurchschnittsniederschläge, -temperatur,

· Bios: Natürlichkeitsgrad der Vegetation.

Die Karten des MIC-Recherchesystems sind nicht, wie die Umweltinformationsdaten des Um-

weltamtes Dresden georeferenziert, so dass für eine Verschneidnung zunächst die entspre-

chende Projektion und das Koordinatensystem zugewiesen werden muss.

MMK = Mittelmaßstäbige Landwirtschaftliche Standortkartierung 1:25.000

FSE = Forstliche Standortskartierung 1:10.000

,,Makrogeochoren sind als Naturraumeinheiten chorischen Ranges einfache Gefüge

von Mesogeochoren. Die Elemente ihres Gefüges können nach tektogenen, höhenkli-

matischen oder floristischen Aspekten vergesellschaftet sein (S

YRBE

2002)."

,,Mesogeochoren sind als Naturraumeinheiten chorischen Ranges einfache Gefüge

von Mikrogeochoren [...] Ihre Zusammengehörigkeit begründet sich durch mesoklimati-

sche, morphostrukturelle oder quartärgeologische Gemeinsamkeiten. Die Mesogeo-

choren wurden über die Aggregation von Mikrogeochoren ausgewiesen; thematische

Eigenschaften ergeben sich aus deren Kompilation (S

YRBE

2002)."

Mikrogeochoren sind als Naturraumeinheiten chorischen Ranges einfache Gefüge

von Nanogeochoren". Sie bilden mehrgliedrige Mosaike topischer Einheiten. Mikrogeo-

choren sind relativ homogen nach ihrer Genese, der Petromorphie, der Höhenlage o-

der Reliefenergie (S

YRBE

2002).

2 Methodik

2.4.2 Analyse der Landnutzungsstruktur der Stadt Dresden

Einführend in die Analyse der Landnutzung der Stadt Dresden wird zunächst die

Stadtstruktur mit den typischen Nutzungsformen betrachtet. Vertiefend folgt hier-

auf eine Untersuchung der Grünflächenstruktur der Wohnquartiere und des öffent-

lichen Grüns. Zu diesem Zweck werden, die vom Amt für Stadtgrün und Abfallwirt-

schaft bereitgestellten Ausdrucke aus dem Grünflächenkataster

ausgewertet. Das

Amt für Stadtgrün und Abfallwirtschaft betreut als Unterhaltungslastträger der

städtischen Grünanlagen ein Kataster, das sämtliche Grünflächen der Stadt inklu-

sive Orts- und Größenangaben, Objektarten, Pflegeklassen und innerer Gliede-

rung der Flächen (Rasenanteil etc.) erfasst (Stand 2007).

Um den zur Verfügung gestellten Ausdruck aus dem Grünflächenkataster auswer-

ten zu können, muss dieser zunächst digitalisiert und die Objekte den Ortsämtern

entsprechend der Straßennamen zugeordnet werden. Im Anschluss daran kann

die statistische Analyse nach Objektart, Pflegeklasse und Ortsamt durchgeführt

werden. Gemäß der Zielstellung der vorliegenden Arbeit erfolgt die Beschreibung

der Vorrangflächen für Natur- und Umweltschutz besonders ausführlich und unter

Ergänzung von zusätzlichen Quellen, wie dem Umweltbericht der Stadt Dresden

RESDEN

2007c) und den Umweltinformationsdaten des Umweltamtes Dresden.

Für die Analyse der Landnutzungsstruktur ist zunächst die Stadtbiotoptypen (vgl.

Kapitel 2.2, Seite 19) von Relevanz. Die vorliegende Arbeit nutzt die Gliederung in

Stadtbiotoptypen und lehnt die Vorstellung der Landnutzung im Raum Dresden an

diese Einteilung an.

2.4.3 Bestimmung von Naturraumpotentialen und Landschaftsfunktion

Die Ergebnissynthese von Naturraum- und der Landnutzungsanalyse wird in der

Landschaftsökologie als Landschaftsdiagnose bezeichnet. Anhand der Land-

schaftsstruktur kann nicht nur die Leistungsfähigkeit, sondern auch die Belastbar-

keit, Nutzungseignung und Verfügbarkeit eines Raumes bestimmt werden

ASTIAN

& S

CHREIBER

1999). Ausgedrückt wird die Leistungsfähigkeit eines Rau-

mes in dessen

Naturraumpotential:

und in der Landschaftsfunktion:

dem ,,Vermögen von Naturräumen bzw. Landschaften, gesellschaftlich nutzbare Leis-

tungen zu erbringen; die Beurteilung des Naturraumpotentials erfolgt unabhängig vom

aktuellen Erschließungsgrad als Naturressource (B

ASTIAN

& S

CHREIBER

1999)."

,,von der Landschaft realisierte materielle und immaterielle Leistung im weitesten Sinne

ASTIAN

& S

CHREIBER

1999)."

2 Methodik

Die Landschaftsdiagnose findet meist nicht losgelöst von einer Bewertung der

Leistungsfähigkeit oder Nutzungseignung eines Raumes durch die sogenannte

Landschaftsbewertung statt. Diese wird von B

ASTIAN

& S

CHREIBER

(1999), als In-

terpretation der gewonnen Informationen mittels Algorithmen, bezeichnet. In Be-

zug auf die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit interessiert

· das biotische Ertragspotential (Biomasseproduktivität),

· die Biotopfunktion und

· die Nutzungseignung des Raumes Dresden.

Wobei diese Aspekte nur zum geringen Teil selbst ermittelt werden. Im Vorder-

grund steht vielmehr die Aus- und Bewertung der Leistungen des Landschafts-

raumes anhand von bereits durchgeführten Landschaftsdiagnosen oder -

bewertungen. Hintergrund und Methodik werden nachstehend vorgestellt.

Biotisches Ertragspotential

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es nicht, das biotische Ertragpotential zu ermitteln,

sondern es werden lediglich Räume ausgewiesen, die aufgrund ihrer Landschafts-

struktur ein ähnliches biotisches Ertragspotential erwarten lassen. Die Biomasse-

produktivität kann innerhalb von Räumen gleichen biotischen Ertragspotentials

übertragen werden. Daher ist deren Ausweisung die Vorraussetzung für die Extra-

polation des Biomasseaufkommens in der Stoffstromanalyse (siehe Kapitel 2.3.3,

Seite 24). Das biotische Ertragspotential wird definiert als das

Geprägt wird das biotische Ertragspotential durch

· Makroklimatische Faktoren (Vegetationsdauer, Niederschlagsverteilung und

Sonnenscheindauer)

· mikroklimatische Faktoren (Frostgefahr, Beschattung),

· Fruchtbarkeitsfaktoren (Bodenart, natürliches Nährstoffangebot, Gründig-

keit, Bodenwasservorrat und Hangneigung) sowie

· Landnutzung.

Die drei letztgenannten Parameter können selbst innerhalb einer Mirkogeochore

stark schwanken, so dass eine Gesamtbeurteilung des biotischen Ertragspotenti-

als auf der Ebene dieser Naturraumeinheit verfälscht werden würde. Innerhalb von

Mirkogeochoren kann das biotische Ertragspotential stark differieren (H

AASE

ANNSFELD

2002). Daher muss, die zunächst beabsichtigte Verwendung der Mir-

kogeochoren als räumliche Ebene für die Extrapolation des Biomasseaufkommens

in der Stoffstromanalyse verworfen werden. Eine zweckmäßigere Basis zur Aus-

weisung von Räumen gleichen biotischen Ertragspotentials sowie als Grundlage

,,Vermögen einer Landschaft, nachhaltig Biomasse zu erzeugen"(nach H

AASE

1978, in

ASTIAN

& S

CHREIBER

1999).

2 Methodik

für die angedachten Berechnungen ist die Gliederung des Stadtgebietes in Stadt-

biotoptypen, wie sie bereits im Kapitel 2.4.3, Seite 28 beschrieben wird. Da, wie

CHAEFFER

(1992, zitiert nach J

EDICKE

1994) schreibt: ,,[ein Biotop] eine mehr oder

minder einheitliche Beschaffenheit auf[weist] und [...] sich damit von seiner Umge-

bung abgrenzen [lässt]" wird für die vorliegende Arbeit angenommen, dass sich

das biotische Ertragspotential eines Biotoptyps aufgrund der ähnlichen Standort-

faktoren und Landnutzung annähert. Dementsprechend kann, bei gleicher Nut-

zungsintensität, das Biomasseaufkommen innerhalb eines Biotoptyps nach UIS

RESDEN

(200) extrapoliert werden.

Biotopfunktion

Die Untersuchung und Bewertung der Biotopfunktion des Landschaftshaushaltes

der Stadt Dresden bildet, neben der Einschätzung der Nutzungseignung (siehe

Kapitel 2.4.3, Seite 28), die Grundlage für die Entwicklung des Leitbildes zur ener-

getischen Biomassenutzung und die Formulierung von Handlungsempfehlungen

zur Entwicklung der Biotopfunktion durch Biomassenutzung. Die Biotopfunktion

beschreibt das

Die Beurteilung der Biotopfunktion basiert auf der Bewertung der Stadtbiotoptypen

(vgl. Kapitel 2.2, Seite 19). Diese liegt dank der Bereitstellung der Umweltinforma-

tionsdaten zur Auswertung im GIS vor. Die Wertstufung

der Biotoptypen in den

Umweltinformationsdaten erfolgte in fünf Kategorien von ,,sehr hoch" bis ,,sehr ge-

ring bzw. nicht vorhanden". Nach M

ARKS

et al. (1992) spielt neben diesen Parame-

tern zur Bestimmung des Biotoptypenwertes auch die Isolation bzw. der Verbund

von Biotopen eine entscheidende Rolle für die Biotopfunktion eines Landschafts-

haushaltes. Der Biotopverbund dient, als System von Grünzügen, als Ausbrei-

tungsachse für Tiere und Pflanzen. Die Isolation von Biotopen bzw. Vernetzung

wird durch verschiedene Isolationsfaktoren bestimmt die linearer, punktförmiger

oder flächenhafter Art sein können (J

EDICKE

1994). Zur Einschätzung der Situation

des Biotopverbundes wird auf die einschlägige Literatur sowie auf Expertenmei-

nung zurückgegriffen. Neben dem Umweltbericht 2001 der Landeshauptstadt und

dem Flächennutzungsplan aus dem Jahr 1998 gibt es allerdings derzeit aktuelles

kein Dokument, dass Raum Dresden beurteilt. Im Rahmen der Überarbeitung des

Die Einordnung des Biotopwertes wurde anhand der Bedeutung für potentielle Artenvorkommen,

dem Natürlichkeitsgrad, der Ersetzbarkeit, der Flächengröße und der Flächenversieglung durch-

geführt (D

RESDEN

2002).

,,Leistungsvermögen des Landschaftshaushaltes, den Lebensgemeinschaften (Biozö-

nose) Lebensstätten (Biotope) zu bieten und die Lebensprozesse positiv zu steuern,

aufrechtzuerhalten und ggf. wiederherzustellen (M

ARKS

et al. 1992)"

2 Methodik

Flächennutzungsplanes soll bis Ende 2007 ein Biotopverbundkonzept erarbeitet

werden (H

ERRMANN

2007b). Da einer solchen Einschätzung nicht vorweggegriffen

werden kann, beruht die Bewertung des Biotopverbundes sowie des Biotopent-

wicklungspotentials auf den oben genannten Quellen, dem Umweltbericht 2001

und dem Flächen-nutzungsplan 1998. Im Anschluss an die Betrachtung und Be-

wertung von Biotopwert und Biotopverbund werden die Ergebnisse durch die Be-

schreibung der Biotopfunktion synthetisiert.

Nutzungseignung

Anlehnend an die Methodik von B

ASTIAN

& S

CHREIBER

(1999) werden die Aspekte

der Nutzungseignung unter den Gesichtspunkten der:

· Nutzungseignung der Flächen entsprechend der naturräumlichen Gege-

benheiten,

· Gesellschaftliche Anforderungen an den Raum,

· Mehrfachfunktion von Räumen und Nutzungskonflikte,

· Gefährdung von Biotopen oder des Biotopverbundes und

· Eignung, der auf den Flächen anfallenden Biomasse für Energieerzeu-

gungszwecke unter naturschutzfachlichen Gesichtpunkten und Synergieef-

fekte

untersucht. Zu Raten gezogen werden die gängigen Literatur, Plankartenwerke,

wie der Flächennutzungsplan (1998) sowie Expertenmeinungen. Anhand der Re-

sultate und unter Einbeziehung der Biotopfunktion können Umweltqualitätsziele

und entsprechende Handlungsempfehlungen zur naturschutzverträglichen und

energetisch optimierten Biomassenutzung zur Energieerzeugung entwickelt wer-

den (vgl. Kapitel 1, Seite 13).

2.4.4 Entwicklung von Umweltqualitätszielen zur energetischen Biomassenutzung

Umweltqualitätsziele (UQS) stellen ,,sachlich, räumlich und zeitlich definierte Quali-

täten von Ressourcen, Potentialen und Funktionen" dar, die mit konkreten Situati-

onen entwickelt werden sollen (B

ASTIAN

& S

CHREIBER

1999). Bausteine zur Formu-

lierung der Umweltqualitätsziele sind die Ergebnisse der Analyse:

· der Nutzungseignung des Stadtgebietes Dresden,

· die raumplanerischen Ziele zur Entwicklung der Grün- und Freiflächen in

der Landeshauptstadt Dresden, wie sie im Flächennutzungsplan aus dem

Jahr 1998 festgehalten wurden sowie

· die Anforderung der Energieerzeugung an den Rohstoff Biomasse.

Als Ergebnis werden Ziele formuliert, welche eine optimale energetische Biomas-

senutzung unter naturschutzfachlichen Gesichtpunkten beinhalten sollen.

2 Methodik

2.4.5 Formulierung von Handlungsempfehlungen

Die Vorraussetzungen für die Formulierung von Handlungsempfehlungen ist die

Bewertung

des

aktuellen

Zustandes

von

Biotopfunktion

und

entwicklungspotential sowie der Auswirkungen einer energetischen Biomassenut-

zung. Es müssen Synergieeffekte und problematische Nutzungskonkurrenzen im

Sinne der Umweltqualitätsziele herausgearbeitet werden. Positive Entwicklungen

werden durch entsprechende Empfehlungen untermauert. Sind negative Auswir-

kungen auf den Biotopverbund zu erwarten, werden Warnungen ausgesprochen.

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

3 Einführung in die energetische Nutzung von

Biomasse

3.1 Der Biomassebegriff

Unter Biomasse wird die Gesamtheit der zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem

Lebensraum vorhandenen Lebewesen verstanden (L

ESER

et al. 1997). Sie um-

fasst demzufolge alle Stoffe organischer Herkunft: Pflanzen, Tiere, ihre Abfall- und

Reststoffe und im weiteren Sinn auch Stoffe wie Papier- und Zellstoff, organische

Rückstände aus der Lebensmittelindustrie, organischer Haus-, Gewerbe- und In-

dustriemüll (R

ODE

et al. 2005).

Entsprechend der Verordnung über die Erzeugung

von Strom aus Biomasse (BiomasseV) werden die verschiedenen Biomassefrak-

tionen zur Erzeugung von sogenannter erneuerbarer Energie zugelassen und ge-

fördert. In der vorliegenden Diplomarbeit wurden gemäß der Zielstellung (siehe

Kapitel 1.2, Seite 13) nur

· holzartige Biomassefraktionen und

· halmgutartige Biomassefraktionen

betrachtet. Diese fallen als Abfallprodukte bei der Landschaftspflege, der Biotop-

pflege, der Grünflächenpflege in der Stadt Dresden an (Siehe Kapitel 4.6.1, Seite

66). Beide Biomassefraktionen werden im folgenden Abschnitt zunächst nach ihrer

Herkunft und ausgewählten Eigenschaften, wie Trockenmassegehalt bei der Ernte

bzw. Bereitstellung und Rohdichte des Materials vorgestellt. Im zweiten Teil wer-

den die Verbrennung, die Vergasung und die Vergärung als die gängigsten Ver-

fahren zur energetischen Nutzung von Biomasse erläutert. Dies beinhaltet die Un-

tersuchung der Biomasse hinsichtlich ihrer

· Eignung als Brennstoff mit den Brenn

- und Heizwerten

sowie

· Vergärbarkeit und Gäreigenschaften, wie Gasausbeute und Methangehalt

Im dritten Teil dieses Kapitels werden die notwendigen Verfahren zur Aufbereitung

und die Bereitstellungsformen beschrieben. Auf technische Details der Energieträ-

gerbereitstellung und -aufbereitung sowie der Anlagentechnik zur Energieerzeu-

Brennwert [H

] = ,,die bei der vollständigen Oxidation eines Brennstoffs freigesetzte Wärmemen-

ge, die verfügbar wird, wenn auch die Kondensationswärme des bei der Verbrennung gebildeten

Wasserdampfes nutzbar gemacht wird (Kaltschmitt & Hartmann 2001)"

Heizwert [H

] = ,,die Wärmemenge, die bei der vollständigen Oxidation eines Brennstoffes ohne

Berücksichtigung der Kondensationswärme des im Abgase befindlichen Wasserdampfes freige-

setzt wird (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001)"

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

gung kann an dieser Stelle nur oberflächig eingegangen werden. Für nähere In-

formationen wird auf die einschlägige Literatur verwiesen.

3.2 Die Biomassefraktionen

3.2.1 Holz und holzartige Biomasse

Aus energetischer Sicht ist Holz, die bedeutenste Biomassefraktion (M

ARUTZKY

EEGER

1999). Sie lässt sich untergliedern in:

· Energiebiomasse,

· Nebenprodukte sowie

· Abfälle.

Unter Energiebiomasse wird Brennholz und Kurzumtriebsholz zusammengefasst.

Holzartige Nebenprodukte und Abfälle sind Durchforstungsholz, Hecken- Strauch-

und Baumschnitt aus der Grünflächen- und Landschaftspflege (siehe Kapitel 5,

Seite 71) sowie Sägenebenprodukte und Gebrauchtholz. Problematisch in diesem

letztem Segment sind die oft stark schwankenden Belastungen durch Holz-

schutzmittel, Oberflächenbeschichtungen, Farbanstriche und nutzungs-bedingte

Verunreinigungen. Um mehr Transparenz zu erlangen und auch eine Verwertung

dieser Biomassefraktionen zu erreichen, werden Altholzsortimente in drei Güte-

klassen BI

bis BIII untergliedert (M

ARUTZKY

& S

EEGER

1999).

In der vorliegenden Arbeit wird ausschließlich auf Holzabfälle aus der Grünanla-

gen- und Landschaftspflege eingegangen, welche bei der Pflege von Gehölzen

anfallen. Die Pflege von Bäumen in Grünanlagen erfolgt meist einmal im Jahr bzw.

nach starken Windereignissen. Der Strauch- und Heckenschnitt wird dagegen

zweimal im Jahr durchgeführt. Meist wird das Material wird vor Ort geschreddert

und zur Bodenverbesserung gemulcht oder an anderer Stelle kompostiert (siehe

Kapitel 5, Seite 71) . Holz-, Baum- und Strauchschnitt aus der Grünanlagen- und

Landschaftspflege weist sehr heterogene Eigenschaften auf. Bei ,,waldfrischem"

Holz liegt der Trockenmassegehalt in der Regel zwischen 40 und 55 % der

Frischmasse (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001). Die Umrechnungsfaktoren für

Festmeter [Fm] Stammholz wurden I

FEU

& Ö

(2007) entnommen: 0,64 t

lutro

/Fm

[nach M

ANTAU

, B

ILITEWSKI

2005] und 0,8 t

atro

lutro

[nach Ö

-I

NSTITUT

2004].

Güteklassen für Altholz:

BI = unbehandeltes Altholz, das ausschließlich mechanischer Bearbei-

tung ausgesetzt war.

BII = Abfälle von behandeltem Holz ohne schädliche Verunreinigungen

(gestrichene, lackierte, beschichtete und/oder behandelte Holzabfälle).

BIII = Holzabfälle aus er-

heblich belasteten Holzabfällen (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2002)

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

3.2.2 Halmgutartige Biomasse

Neben Holz und holzgutartiger Biomasse kann auch halmgutartiges Material zur

Erzeugung von Energie genutzt werden. Die halmgutartige Biomassefraktion lässt

sich untergliedern in

· Grünschnitt aus der Grünanlagen- und Landschaftspflege,

· Reststoffe der landwirtschaftlichen Produktion sowie

· Energiepflanzen.

Unter Grünschnitt wird vorwiegend Grasschnitt verstanden, welcher bei der Pflege

von Grünflächen in Wohnanlagen, an Straßen und Böschungen, in Parks sowie

bei der Landschafts- & Biotoppflege anfällt (M

ARUTZKY

& S

EEGER

1999). Im Fol-

genden wird nur auf die halmgutartigen Biomasse der Grünanlagen- und Land-

schaftspflege eingegangen. Momentan wird das Erntegut von den

Landschafts-

pflegeflächen in der Regel (noch) nicht wirtschaftlich genutzt und die Maßnah-

men, die im Sinne des Naturschutzes und der Kulturlandschaftspflege durchge-

führt werden, müssen durch Förderprogramme unterstützt werden. Um Förderung

zu erhalten, müssen Auflagen wie der Zeitpunkt der Mahd eingehalten (vgl. Kapitel

4.5.2, Seite 62). Die Mahd erfolgt in der Regel ein- bis zweimal pro Jahr (LfL

2004).

Da die halmgutartige Biomasse aus der Landschaftspflege nur in einem begrenz-

ten Zeitraum geerntet wird, ist es nicht möglich das leicht verderbliche (mikrobiel-

ler Abbau) Gut ohne gesonderte Bereitstellungskonzepte über das ganze Jahr zur

energetischen Verwertung zur Verfügung zu stellen. Entsprechend des Wasser-

gehaltes des Schnittgutes eignen sich die Biomasse zur Konservierung durch Si-

lierung oder Heuwerbung (Ö

-I

NSTITUT

et. al

2007) (siehe Kapitel

3.4.1 Trocknung, Seite 42 und 3.4.2 Silierung, Seite 42). Frischer Grasschnitt be-

sitzt nach K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

(2001) einem Wassergehalt von 60 bis 80 %.

Bereits abgetrocknetes Heu besitzt einen Wassergehalt von 15 % (I-

FEU

& Ö

2007). Bei der Heuwerbung trocknet das Schnittgut einige Tage auf

der Fläche ab und wird dann aufgenommen. Wobei sich der Trockenmassegehalt

(TS) in Abhängigkeit vom Termin der Schur leicht unterscheidet. In der Analyse

von LfL (2007) enthielt Heu, welches erst im August geschlagen wurde, 86,3 %

TS. Erfolgte die Ernte dagegen früher (um den 15. Juni) enthielt das Material

84,7 % Trockenmassegehalt (L

L 2007). Anders als das Landschaftspflegemate-

rial fällt die Biomasse aus der

Grünanlagenpflege kontinuierlicher über das Jahr

an. Wobei das Aufkommen noch immer als antizyklisch zu bezeichnen ist. Die

Pflege der verschiedenen Grünanlagen unterscheidet sich deutlich in Intensität

und Häufigkeit (vgl. Kapitel 5.1, Seite 71 und siehe Anhang A3-1, Seite 171). Ent-

weder verbleibt der Rasenschnitt als Mulch auf den Flächen oder er wird direkt

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

nach der Mahd aufgenommen. Da meist keine Abtrocknung des Schnittgutes er-

folgt, zeichnet sich das Material durch einen hohen Wassergehalt aus. Dieser liegt

zwischen 45 und 70 %, je nach Klima und Erntezeitpunkt (K

ALTSCHMITT

& H

ART-

MANN

2001). Die Dichte des Materials beträgt lose rund 0,15 t/m³, bei gehäcksel-

tem Grünschnitt sind es dagegen 0,5 t/m³ (L

2002) und (H

EBENSTREIT

2007).

3.3 Energieerzeugungstechnologien

Biomasse, als Reststoff aus der Grünanlagen- und Landschaftspflege, lässt sich

auf vielfältige Weise energetisch nutzen. Grundsätzlich kann die direkte thermi-

sche, die thermochemische und die biochemische Konversion

unterschieden

werden (S

CHAIDHAUF

1998). Der Umwandlung von Biomasse in Nutzenergie

sind

meist Veredelungsprozesse vorgelagert, welche die Eigenschaften als Energieträ-

ger aufwerten. So wird unter anderem die Energiedichte erhöht, die Handhabung

oder die Transport- und Lagereigenschaften werden verbessert. Je nach Verede-

lungsprozess werden Primärenergieträgern

in Sekundär

- und Endenergieträ-

ger

umgewandelt (S

CHAIDHAUF

1998). Ein Großteil der Energieerzeugungsver-

fahren befindet sich jedoch noch nicht in der Phase der Marktreife (R

O-

et al. 2005). Die Betrachtungen der vorliegenden Arbeit beschränken sich da-

her in der Regel auf erprobte Verfahren der thermischen, thermo- und biochemi-

schen Verwertung von Biomasse.

3.3.1 Verbrennung

Bei der Verbrennung wird der eingesetzte Brennstoff direkt in Wärme umgewan-

delt. Die entstehende thermische Energie kann durch bestimmte Systemelemente

in elektrische Energie konvertiert werden. Die Möglichkeiten die freigesetzte Wär-

me in Strom umzuwandeln sind jedoch begrenzt. Der entsprechende Wirkungs-

grad beträgt zwischen 20 % und maximal 60 %, je nach Konzept der Kraft-Wärme-

Kopplung (KWK) Anlage (K

ALTSCHNITT

& H

ARTMANN

2001). Die Einsatzmöglich-

keiten für biogene Festbrennstoffe in einer Energieerzeugungsanlage, richten sich

Konversion: Umwandlung in Nutzenergie (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001)

Nutzenergie ist die Energie, die nach der Umwandlung in den Geräten beim Verbraucher zur

Verfügung steht (Wärme, Kraft, Licht) (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001)

Primärenergieträger = Energieformen, die noch keiner technischen Umwandlung unterworfen

wurden (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001)

Sekundärenergieträger = Energieformen, die durch Umwandlung in technischen Anlagen aus

Primär- oder anderen Sekundärenergieträgern hergestellt wurden (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001)

Endenergieträger = Energieformen, die der Endverbraucher bezieht (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001)

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

Abbildung 3-1: Heizwert von Holz inn Abhän-

gigkeit vom Wassergehalt (N

USSBAUMERR

ALTSCHMITT

(2001) in FNR 2001)

nach den Eigenschaften

der Biomasse, der Anlagenleistung, der Energievertei-

lungsstrecke und der räumlichen Verteilung der Verbraucher, also nach dem so-

genannten Zentralisierungsgrad (ZG) der Anlage. Wie sich dieser aufschlüsselt, ist

im Anhang A3-2, Seite 172 zu entnehmen. Biogene Energieträger sollten aus-

schließlich in dezentralen Anlagen zu Primär- oder Sekundärenergieträgern aufbe-

reitet werden. S

CHAIDHAUF

(1998) begründet dies mit den großen Unterschieden

der biogenen Energieträger, ihrer geringen Energiedichte und dem regionalen

Aufkommen.

Aufbereitet, kann Biomasse ausschließlich oder gemischt mit anderen Brennstof-

fen in Anlagen des Zentralisierungsgrades I bis IV eingesetzt werden. In Groß-

kraftwerken (ZG = V) ist der Einsatz nur als Zusatzbrennstoff möglich, um eine

gesicherte Brennstoffversorgung zu gewährleisten (S

CHAIDHAUF

1998).

Verbrennung von Holz

Die gebräuchlichste Form der energetischen Verwertung von Holz und Holzabfäl-

len

ist

die

Verbren-

nung (S

CHAIDHAUF

1998).

Der

Heizwert von Holz verhält sich li-

near zu dessen Wassergehalt

(siehe Abbildung 3-1). Lufttrocke-

nes

Holz

lutro

hat je nach Baumart

einen

Heizwert

zwischen

14,7 MJ/kg

und

15,5 MJ/kg

CHAIDHAUF

1998). Dagegen be-

trägt der Heizwert von frisch ge-

schlagenem Holz (bei 45% Was-

sergehalt) weniger als 10 MJ/kg

USSBAUMER

ALTSCHMITT

(2001) in FNR 2001). Die energe-

tische Nutzung von Strauch- und

Baumschnitt aus Parks, Friedhö-

fen und der Landschaftspflege ist

bisher selten, wobei der Einsatz

z.B. in Müllverbrennungsanlagen möglich ist. Anders als Kern- und Splittholz ent-

hält der Strauch- und Baumschnitt Aschegehalte von bis zu 15 % der Trocken-

Form und Größe, Dichte, Wassergehalt, Heizwert, Aschegehalt und Ascheerweichungs-

verhalten (Ö

-I

NSTITUT

et al. 2007)

lufttrockenes Holz entspricht einem Wassergehalt von rund 18 % (Ö

-I

NSTITUT

et al. 2007)

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

masse. Stammholz ohne Blattwerk und Verunreinigungen birgt dagegen Asche-

gehalte von ca. 0,5 %

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001). Wobei spezielle Feu-

erungstechniken, wie Dreh- und Schüttelrostfeuerungen die Nutzung von beson-

ders feuchtem und aschehaltigem Brennstoffen inzwischen möglich machen (FNR

2007).

Bereitgestellt werden kann der Brennstoff Holz als Hackschnitzel, Brikett oder

Scheitholz (S

CHAIDHAUF

1998). Aufgrund der Ergebnisse der Stoffstromanalyse

(Kapitel 6) wurden in der vorliegenden Diplomarbeit die Hackschnitzel als die ide-

alste Form der Bereitstellung des Holzaufkommens aus der Grünflächenpflege im

Raum Dresden ausgewählt. In Kapitel 3.4.3, Seite 43 wird kurz auf die Verfahrens-

technik der Hackschnitzelherstellung eingegangen.

Verbrennung von halmgutartiger Biomasse

Wie Holz, kann auch halmgutartige Biomasse verbrannt werden. Dies war aller-

dings bisher wenig interessant, da das Aufkommen laut M

ARUTZKY

& S

EEGER

(1999) relativ gering ist und saisonal stark schwankt. Zudem weist halmgutartige

Biomasse im Vergleich zu Holz einige ungünstige Brennstoffeigenschaften auf.

Bei der Verbrennung entstehen aufgrund der höheren Aschegehalte höhere Emis-

sionen (M

ARUTZKY

& S

EEGER

1999). Grasschnitt aus der Pflege des Straßen-

begleitgrüns weist zum Beispiel einen überdurchschnittlichen Aschegehalt von bis

zu 25 % auf, der auch den Heizwert des Materials senkt. Der hohe Aschegehalt

entsteht durch Verunreinigungen. Hinzukommen problematische Gehalte an

Schwermetallen (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001).

Auch die Staubwerte aus der Verbrennung von halmgutartiger Biomasse überstei-

gen die Grenzwerte der TA Luft

mit 50 mg/m³ noch bei Weitem und der hohe

Proteingehalt des Materials verursacht bei der Verbrennung zu Stickstoffemissio-

nen. Ferner weist halmgutartige Biomasse einen relativ hohen Chlorgehalt auf,

welcher in der Verbrennungsanlage zu Korrosion führen kann. Die vorhandenen

technischen Lösungen für halmgutartige Biomasse sind im Vergleich zu den holz-

artigen Brennstoffen noch mit deutlich höheren Kosten verbunden. Zudem wird

der hohe Wassergehalt frischen Grünschnitts aus der Grünanlagenpflege (sie-

he Kapitel 3.2.2 , Seite 35) von K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

(2001) als Hemmnis für

die thermischen Verwertung genannt. Das feuchte Material eignet sich stattdessen

zur Vergärung (siehe Kapitel 3.3.3, Seite 39). Die Verbrennung von Heu, welches

abgetrocknet ist und nur noch einen Feuchtegehalt von 15 % aufweist, ist dage-

TA Luft = Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft. Die TA Luft 2002 beinhaltet Festle-

gung von Immissionswerten für bestimmte Luftschadstoffe und von Emissionsgrenzwerten für

genehmigungspflichtige Anlagen (FNR 2000).

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

gen eher denkbar. Der Heizwert des Heus beträgt 17,46 MJ/kg TS (LfL 2007).

Nach (Ö

-I

NSTITUT

et al. 2007) ist die Verbrennung von halmgutartiger Biomasse

aufgrund der oben genannten Probleme, noch nicht Stand der Technik. Derzeit

wird der Grünschnitt nur vereinzelt auf lokaler Ebene in Müllverbrennungsanlagen

eingesetzt

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001). Die Bereitstellung von halmgutartiger

Biomasse für die Verbrennung erfolgt entweder in Form von Häcksel, Ballen oder

Pellets. Pellets stellen zwar idealste Form halmgutartiger Biomasse zur Verbren-

nung dar (R

ODE

et al. 2005), doch durch die Pelletierung wird die Wirtschaftlichkeit

der Nutzung vermindert (Ö

-I

NSTITUT

et al. 2007). Eine weitere Möglichkeit zur

Energie-erzeugung aus Biomasse ist die Vergasung. Diese Konversionsform weist

in Bezug auf die Verwendung von halmgutartigen Rohstoffen einige entscheiden-

de Vorteile auf, die im Folgenden erläutert werden.

3.3.2 Vergasung

Bei der Vergasung wird die holz- und halmgutartige Biomasse durch thermoche-

mische Umwandlung in einen gasförmigen Brennstoff (Methan oder Kohlenstoff-

monoxid) umgewandelt. Dieses Gas wird dann anstatt der Biomasse zur Strom-

und/oder Wärmegewinnung eingesetzt (M

ARUTZKY

& S

EEGER

1999). Bei der Ver-

gasung sind sehr hohe Gesamtwirkungsgrade

möglich (K

ALTSCHMITT

& H

ART-

MANN

2001). Bisher konnte jedoch noch keine Vergasungsanlage für Bio-masse

einen kommerziellen Dauerbetrieb zur Stromerzeugung aufnehmen. Derzeit wird

lediglich die thermische Energie genutzt (FNR 2000). Vergasungs-anlage gibt es

für holz- und halmgutartige Brennstoffe. Wobei sich derzeit nur Stroh als halmgut-

artiger Brennstoff zugelassen wurde. Der Ganzballenvergaser der Firma Herlt ist

dabei die einzige Anlage ihrer Art, die ohne Staubfilter auskommt und die Grenz-

werte der TA-Luft einhält. Eine Zulassung wird nun auch für Heubrennstoffe ange-

strebt (H

ERLT

2007). In den Forschungsversuche der LfL (2007) traten zwar bei

der Vergasung von Heuballen höhere Emissionswerte, als bei der Holzvergasung

auf, die Einhaltung der TA-Luft Grenzwerte wird allerdings als realistisch einge-

schätzt. Die Grenzwerte wurden nur durch die Emission von Staub leicht über-

schritten wurden. Die CO und ges.C- Emissionsgrenzwerte wurden deutlich unter-

schritten (LfL 2007).

3.3.3 Vergärung

Anders als die Verbrennung, gehört die Vergärung zu den biochemischen Konver-

sionsverfahren. Dieses läuft anaerob (ohne Sauerstoff) ab. Mikroorganismen wan-

Der Gesamtwirkungsgrad setzt sich zusammen aus dem Wirkungsgrad elektrisch und dem Wir-

kungsgrad thermisch (FNR 2000).

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

deln die organischen Substanzen zu Biogas (Methangärung) oder Ethanol (Alko-

holgärung) um (S

CHAIDHAUF

1998). In der vorliegenden Arbeit wird lediglich auf die

Methangärung eingegangen. Bei der Methanisierung von Biomasse durch anae-

robe Bakterien entsteht Biogas, welches zu rund zwei Dritteln aus Methan und

einem Drittel aus Kohlenstoffdioxid sowie verschiedenen Spurengasen besteht.

Das Methan enthält noch über 90 % der Energie des vergorenen Ausgangsmate-

rials (K

ALTSCHMITT

& H

ARTMANN

2001). Als Gärsubstrate eignet sich tierische und

pflanzliche Biomasse aus

· der Landwirtschaft,

· Nahrungs- und Genussmittelindustrie,

· privaten Haushalten und Gewerbebetrieben.

Die organischen Abfälle von Kommunen, insbesondere Laub, Gras- und Strauch-

schnitt sowie der Grünschnitt aus der Landschaftspflege können als Einzel- oder

Co-Substrate

, je nach Fermentationsart eine Rolle spielen. Bei der Vergärung

von Biomasse zu Biogas werden aktuell zwei Fermentationen unterschieden, die

Nass- und die Trockenfermentation, wobei die Nassfermentation das derzeit Gän-

gigste darstellt (Ö

INSTITUT

et al. 2007). Für die Methangärung durch Nassfer-

mentation werden vorzugsweise Stoffe mit hohen Wassergehalten verwendet

CHAIDHAUF

1998). Gras ist aufgrund seiner hohen Trockensubstanz in der Regel

als Co-Substrat von Gülle im Einsatz. Nach R

ODE

et al. (2005) darf bei der Ver-

wendung von Gras in der Nassfermentation, die Trockensubstanz des Gärgemi-

sches 10 bis 12 % nicht übersteigen, um die Rühr- und Pumpfähigkeit des Sub-

strates zu gewährleisten.

Entweder wird das Material in einer Vorgrube angemaischt oder dem Biogasreak-

tor direkt zugegeben (S

CHAIDHAUF

1998). Die Nassfermentation hat sich zur Ver-

gärung von Gülle und anderen fließfähigen organischen Substanz als optimal er-

wiesen. Ab einem Gras(silage)anteil von 20 % des Gärsubstrates werden jedoch

höhere Investitionen für Lagerkapazitäten, Pumpen, Rührwerke usw. notwendig

(Ö

-I

NSTITUT

et al. 2007). Dagegen ist der alleinige Einsatz von (Gras)silage in

Trockenfermentationsanlagen unproblematisch, auch wenn es momentan nur we-

nige anwendungsreife Verfahren gibt. In Trockenfermentationsanlagen können

Substrate mit einem Wassergehalt bis zu 70 % vergoren werden. Zwar ist es mög-

lich, dass die Biogaserträge in Trockenfermentationsanlagen etwas geringer aus-

fallen, als in den Anlagen zur Vergärung von Feuchtgutlinien, doch einscheidend

ist der Methanertrag. Dieser kann bei der Trockenfermentation höher ausfallen, so

das der Energieertrag beider Verfahren annähernd gleich ist. In Versuchen wur-

Co-Substrat = unterschiedliche Gärsubstrate werden kombiniert

3 Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse

den bei der Vergärung von Grassilage (häufigen Rasenschnitts) Methanausbeu-

ten von 0,26 m³/kg oTS

erreicht. Dies entspricht, bei einem Heizwert [H

] des

reinen Methans von 35,8 MJ/m³ (siehe Anhang A2-1, Seite 167), einem Energie-

gehalt von 9,1 MJ/kg oTS Wiesengras. Die Energieerträge unterscheiden je nach

Nutzungsform des Grünlandes. Die geringsten Erträge wurde für Silage aus ex-

tensiver Grünlandnutzung und für Mähgut aus Naturschutzgebieten ermittelt. Die

Silage aus der intensiven Grünlandbewirtschaftung erzeugte mit 0,39 m³/kg oTS

wesentlich höhere Methanmengen (Ö

INSTITUT

et al.

2007).

Die energetische Nutzung von Biogas bleibt in der Regel Anlagen von niedrigem

Zentralisierungsgrad, wie Einzelbetrieben (ZG I / Bauernhof), Verbundanlagen

(ZG III) oder Zentralanlagen (ZG IV / Co-Fermentationsanlagen, Klärwerk) vorbe-

halten (vgl. Anhang A3-2, Seite 168) (S

CHAIDHAUF

1998). In R

ODE

et al. (2005)

wird davon ausgegangen, dass Anlagen in einem Leistungsbereich bis zu 70 kW

das größte Potential besitzen. Die Hindernisse zur Verwendung von Grasschnitt in

Biogasanlagen sind weniger in der Vergärbarkeit des Gutes, als in der Wirtschaft-

lichkeit der Bereitstellung zu suchen. Da die Aufwendungen für Ernte, Aufberei-

tung und Lagerung der Biomasse hohe Kostenfaktoren darstellen können (R

O-

et al. 2005).

3.4 Bereitstellungskonzepte

Halm- und holzgutartige Biomasse fällt zum größten Teil während der Vegetati-

onsperiode in den Monaten April bis Oktober an. Der Strom- und Wärmebedarf

konzentriert sich dagegen auf die Wintermonate. Daher wird der Biomasseanfall

als antizyklisch zum Energiebedarf bezeichnet. Es sind Konzepte notwendig, die

eine ganzjährige Versorgung der Energieerzeugungsanlagen mit den biogenen

Rohstoffen gewährleisten und gleichbleibende Qualität sichern (T

HRÄN

ALTSCHMITT

2001). Das Material muss zur Lagerung aber auch zur energetischen

Nutzung aufbereitet werden. Ansonsten machen mikrobiologische Zersetzungs-

prozesse, wie Eigenerwärmung, Fäulnis, Gärung, Kompostierung und Schimmel-

befall, das feuchte Gut für die Nutzung unbrauchbar (LfL 2004). Die Aufbereitung

beinhaltet unter anderem die folgenden Parameter: Feuchtegehalt, Energiedichte,

Lagerdichte, Zusammensetzung und Qualität des Materials, Verderbbarkeit.

oTS ist die organische Trockensubstanz. Sie ist neben der Trockensubstanz (TS) oder dem

chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) die Bezugsgröße für den Biogasertrag je Tonne oder Ku-

bikmeter Inputmaterial (R

ODE

et al. 2005).

Ende der Leseprobe aus 211 Seiten - nach oben

Details

Titel

Das Biomassepotential zur Energieerzeugung der Stadt Dresden

Autor

Andrea Schubert (Autor)

Jahr

2007

Seiten

211

Katalognummer

V226216

ISBN (eBook)

9783836620147

Dateigröße

3734 KB

Sprache

Deutsch

Schlagworte

biomassepotential energieerzeugung dresden grünflächenpflege landschaftspflege

Arbeit zitieren

Andrea Schubert (Autor)

, 2007, Das Biomassepotential zur Energieerzeugung der Stadt Dresden, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/226216

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