Energieträger / Brennstoffe

Bei Energieträgern unterscheidet man zwischen Primärenergien und Sekundärenergien. Primärenergie ist der Energiegehalt, der in einem natürlich vorkommenden Energieträger steckt, also etwa in Erdöl, Erdgas, Braun- und Steinkohle, Kernenergie, Wasserkraft, Sonnenenergie und Windenergie. Sekundärenergie hingegen ist die Energie, die durch die Umwandlung von Primärenergie entsteht, was immer mit Energieverlusten verbunden ist. Diese Umwandlungsprozesse können physikalisch oder chemisch sein und dienen dazu, die Energie in eine nutzbarere oder transportierbarere Form zu überführen. Beispiele für Sekundärenergien sind Elektrizität, Holzkohle, Koks und Heizöl sowie Wasserstoff oder Fernwärme.

Gallerie

Beispiel: Der Primärenergieträger Solarenergie kann in die Sekundärenergien Strom (elektrische Energie) und Wärme (thermische Energie) umgewandelt werden. Dabei arbeiten Photovoltaikmodule mit einem Wirkungsgrad von 15 bis 22 Prozent. Demnach gehen 78 bis 85 Prozent der auftreffenden Sonnenergie „verloren“. Thermische Solarkollektoren hingegen wandeln 60 bis 90 Prozent der Strahlung in nutzbare Wärmeenergie um. Wie hoch die Energieausbeute ist, unterscheidet sich von der Art der Primärenergiequellen und der Umwandlungsprozesse, aber in jedem Fall gilt: Für jede Kilowattstunde, die wir verbrauchen, ist ein Vielfaches an Primärenergie erforderlich.

Brennstoffe und Emissionen

Lässt sich die in einem Primärenergieträger gespeicherte Energie durch Verbrennung in nutzbare Wärmeenergie umwandeln, handelt es sich um einen sogenannten Brennstoff. Dazu zählen unter anderem sämtliche fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Es gibt aber auch erneuerbare Brennstoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden, etwa Holz, Biomasse und Biogas. Dabei erzeugt jeder Verbrennungsvorgang als Nebenprodukt Emissionen, die schädlich für die Umwelt und das Klima sind. Dennoch ist die Verbrennung die häufigste Form der Gewinnung von Wärmeenergie.

Brennstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen werden oftmals als klimaneutral bezeichnet, da das während ihres Wachstums gespeicherte Kohlendioxid beim Verbrennen im gleichen Umfang freigesetzt wird. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass das Wachstum von Bäumen viele Jahrzehnte dauert, während das Verbrennen in einem sehr kurzen Zeitraum erfolgt. Somit wird das CO₂ eines langen Zeitraums in kurzer Zeit freigesetzt. Genau genommen unterscheiden sich Energieträger aus nachwachsenden Rohstoffen in diesem Aspekt nicht wesentlich von fossilen Brennstoffen, mit dem Unterschied, dass fossile Brennstoffe das CO₂ aus vor Tausenden oder sogar Millionen von Jahren gespeichert haben.

Gallerie

Die Zukunft der Wärmeversorgung von Gebäuden liegt daher im Verzicht auf Brennstoffe, bei deren Verbrennung klimaschädliche Schadstoffe freigesetzt werden und in der Nutzung erneuerbarer Energieträger wie Sonne, Wind und Wasser. Aber auch in der Erde und im Grundwasser ist Energie vorhanden, die zur Wärmeproduktion im Gebäude eingesetzt werden kann. Die Nutzung dieser Energien ist emissionsfrei.

Brennstoffe lassen sich nach den drei Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig gliedern:

Feste Brennstoffe

Zu den festen Brennstoffen gehören fossile Energieträger wie Braunkohle, Steinkohle und Koks sowie biogene Brennstoffe wie Stück- und Scheitholz, Hackschnitzel-, Restholz-, Holzpellets- und Strohfeuerungen.

Braunkohle
Braunkohle ist ein fossiler Brennstoff, der vor 2,6 bis 66 Millionen Jahren entstanden ist. Organisches Material setzte sich dabei ab, wurde zu Torf und durch Überdeckung durch Sedimente, Druck und Luftabschluss schließlich zu Braunkohle. Heute wird sie im Tagebau gewonnen, was zu einem sehr hohen Flächenverbrauch führt und tiefe Löcher entstehen lässt. Bei der Verarbeitung wird die frische Braunkohle meistens zu Briketts gepresst, die zur Beheizung von Einzelöfen und Kachelöfen verwendet wurden. Für die Beheizung von Gebäuden über vor Ort aufgestellte Öfen spielt Braunkohle heute keine Rolle mehr. Lediglich im industriellen Maßstab wird Braunkohle noch verwendet. Rohbraunkohle besitzt einen Heizwert von etwa 2,2 kWh pro Kilogramm.

Steinkohle
Der auch „Schwarzes Gold“ genannte fossile Energieträger besteht wie Braunkohle aus Pflanzenresten und Kohlenstoff und ist vor 500 bis 100 Millionen Jahren entstanden. Allerdings besitzt Steinkohle einen fast doppelt so hohen Brennwert wie Braunkohle. Die hochwertigste Kohle ist die Anthrazitkohle, die einen Kohlenstoffgehalt von mitunter über neunzig Prozent besitzt und fast rückstandfrei verbrennt. Steinkohle wird zur Erzeugung von Strom und Wärme im industriellen Maßstab in Kraft-Wärme-Kopplung-Kraftwerken sowie zur Koksproduktion genutzt.

Holzkohle
Durch Erhitzung von luftgetrocknetem Holz auf 275 °C unter Luftabschluss ohne Sauerstoffzufuhr erhitzt sich das Holz selbstständig auf bis zu 400 °C, wodurch es verkohlt. Mit dieser Kohle hat man bereits im Altertum Temperaturen erzeugen, die das Schmelzen von Metallen ermöglichten. Seit der Herstellung von Koks als Alternative wird Holzkohle nur noch selten, meist als Grillkohle verwendet.

Koks
Die Herstellung von Koks funktioniert ähnlich wie die von Holzkohle, also ebenfalls durch Erhitzung und Luftabschluss, als Ausgangsstoff allerdings dient Kohle. Koks ist ein überwiegend aus Kohlenstoff bestehender Brennstoff, der rauch- und rußfrei verbrennt. Aufgrund seines gleichmäßigen, gut regelbaren Abbrands ist er sowohl für Einzelöfen als auch für größere Kesselanlagen geeignet.

Brennholz
Brennholz ist ein nachwachsender Brennstoff zur Beheizung offener Kamine, Kaminöfen und Kachelöfen, eignet sich aber auch zur Beheizung eines Zentralheizkessels. Es wird in Form von naturbelassenem Stück- oder Scheitholz mit meist über 14 cm Durchmesser und in Längen von ca. 30 bis 100 cm in Einzelöfen und Kesseln verbrannt. Um eine optimale Verbrennung zu erreichen, wird das Holz zur Trocknung aufgeschichtet. Fichtenholz sollte einen, Buchenholz zwei Sommer lang gelagert werden.

Gallerie

Holzhackschnitzel
Hackschnitzel/Hackgut ist naturbelassenes Holz, das maschinell zerkleinert für den automatischen Betrieb von modernen Holzfeuerungen verwendet wird. Feinhackgut mit Stückgrößen von rund 3 cm eignet sich für den Betrieb von Kleinanlagen, gröbere Hackschnitzel werden in großen Biomasseheizwerken eingesetzt. Für die Qualität und den Heizwert sind der Wassergehalt, der Rindenanteil sowie die Schüttdichte verantwortlich.

Holzpellets
Holzpellets sind genormte, zylindrische Presslinge aus getrocknetem, naturbelassenem Restholz (Sägemehl, Hobelspäne, Waldrestholz) mit einem Durchmesser von ca. 4 bis 10 mm und einer Länge von 20 bis 50 mm. Sie werden ohne Zugabe von chemischen Bindemitteln unter hohem Druck hergestellt und haben einen Heizwert von etwa 5 kWh/kg. Damit entspricht der Energiegehalt von einem Kilogramm Pellets ungefähr dem von einem halben Liter Heizöl oder rund 700 Gramm Steinkohle. Holzpellets benötigen aufgrund ihrer hohen Energiedichte ein deutlich geringeres Lagervolumen als andere biogene Festbrennstoffe.

Stroh
Der Heizwert von Getreidestroh ist kaum geringer ist als der von Holz. Es eignet sich gut zur Verfeuerung in größeren Anlagen, da geeignete Öfen im Vergleich zu Holzkesseln teurer sind. Für Kleinfeuerungsanlagen eignen sich Strohpellets, die wie Holzhackschnitzel oder Holzpellets eingesetzt werden. Eine Tonne dieser Pellets besitzt einen Heizwert von etwa 5.000 kWh.

Gallerie

Flüssige Brennstoffe

Flüssigbrennstoffe wie Methanol, Benzin, Diesel- oder Heizöl stammen fast ausnahmslos aus der Destillation von Rohöl. Für die Gebäudeheizung wird in entsprechenden Kesseln Heizöl eingesetzt. Bei ihm wird unterschieden zwischen Heizöl EL (leichtes Heizöl), Heizöl EL schwefelarm und Heizöl S (schweres Heizöl). Flüssige biogene Brennstoffe wie Pflanzenöl oder Biodiesel werden überwiegend als Kraftstoff eingesetzt.

Heizöl
Der flüssige Brennstoff Heizöl wird aus schwer entflammbaren Anteilen des Erdöls hergestellt. Die Wärmeversorgung mit Heizöl hat den Vorteil, dass es leicht an jedes Gebäude angeliefert werden kann. Dem steht gegenüber, dass Heizöl vor Ort bevorratet werden muss, was entsprechende Sicherungsmaßnahmen voraussetzt. Durch die Nutzung von Heizöl lässt sich ein Gebäude über eine gewisse Zeit unabhängig beheizen. Leichtes Heizöl EL kann ohne Vorwärmung in Öfen, Zentralheizungen und industriellen Feuerungsanlagen verbrannt werden. Schweres Heizöl S dagegen muss für Transport und Verbrennung vorgewärmt werden. Mittlerweile kommt verbreitet schwefelarmes Heizöl EL zum Einsatz, das hauptsächlich für die Verwendung in Brennwertanlagen gedacht ist. Es hat nicht nur einen geringeren Schwefelanteil als Standard-Heizöl, sondern verbrennt auch sauberer und setzt dabei weniger Schadstoffemissionen frei. Dennoch ist Heizöl ein fossiler Brennstoff, der für die Gebäudeheizung in Zukunft eine geringere Rolle spielen wird.

Gasförmige Brennstoffe

Gasförmige Brennstoffe werden hauptsächlich zur Beheizung von Gebäuden und zur Stromerzeugung genutzt. Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches – Technisch-wissenschaftlicher Verein (DVGW) unterscheidet in seinen Richtlinien vier Gasarten: das Stadt- und Ferngas, die Naturgase Erdgas und Erdölgas, die Flüssiggase Propan und Butan sowie Luftgase. Für die Beheizung von Gebäuden ist primär das Erdgas relevant.

Stadt- und Ferngas
Stadtgas ist eine Mischung aus verschiedenen Gasen, das in städtischen Gaswerken durch Kohlevergasung hergestellt bzw. gemischt und für die Beleuchtung von Straßen und Wohnungen sowie dem Betreiben von Gasherden und Gasdurchlauferhitzern genutzt wurde. Mittlerweile ist es vollständig durch Erdgas ersetzt worden. Auch beim Ferngas handelt sich größtenteils um Erdgas. Anders als Stadtgas wird es an zentraler Stelle gewonnen bzw. erzeugt und dann über größere Entfernungen mittels Pipelines zu den Gasversorgern und größeren Industrieunternehmen transportiert.

Gallerie

Erdgas
Erdgas ist vor einer Milliarde bis 100 Millionen Jahren aus organischem Material durch geologische und chemische Prozesse entstanden. Heute hat Erdgas unter den Brenngasen die größte wirtschaftliche Bedeutung. Es ist ein Gemisch unterschiedlicher Gase, das hauptsächlich aus Methan, Stickstoff und einem geringen Anteil anderer Kohlenwasserstoffe (Ethan, Propan, Butan und Methan) sowie Spuren von Helium besteht. Die Versorgung eines Gebäudes mit diesem Energieträger erfolgt meist durch einen Anschluss an das öffentliche Netz des Gasversorgers. Durch die leitungsgebundene Energieversorgung entfällt eine Speicherung des Energieträgers vor Ort. Wie bei allen Verbrennungsvorgängen entstehen bei der Verbrennung von Erdgas umwelt- und klimaschädliche Emissionen. Erdgas findet auch in Fahrzeugen Verwendung als Treibstoff.

Biogas
Biogas entsteht durch bakteriellen Abbau von organischem und tierischem Material, das insbesondere in der Landwirtschaft anfällt. Unter Licht- und Luftabschluss in einem Faulbehälter bei einer Temperatur von 37 bis 55 °C hergestellt, besteht es zum größten Teil aus Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Das Gasgemisch kann ähnlich wie Erdgas genutzt werden, etwa zur Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraftwerken. Aufbereitet kann es ins Erdgasnetz eingespeist oder als Treibstoff für gasbetriebene Fahrzeuge genutzt werden.

Flüssiggas
Neben der leitungsgebundenen Versorgung mit Gas ist auch die Speicherung von Flüssiggas möglich. Diese Variante wird häufig bei Einfamilienhäusern als Übergangslösung gewählt, wenn ein Gasnetz erst zukünftig installiert und die Heizungsanlage dann nicht erneuert werden soll, oder wenn ein Gebäude zu weit vom öffentlichen Gasnetz steht, um einen wirtschaftlich sinnvollen Anschluss herstellen zu können.

Gallerie

Wasserstoff
Ein Großteil des Wasserstoffs auf der Erde ist zusammen mit Sauerstoff in Wasser gebunden; er kommt in sämtlichen Pflanzen und Organismen vor und ist fester Bestandteil aller organischen chemischen Substanzen. Wasserstoff kann unter anderem durch Elektrolyse gewonnen werden, bei der durch Zufuhr von elektrischer Energie Wasser in die Bestandteile Sauerstoff und Wasser zerlegt wird (Power-to-Gas). Wasserstoff kann künftig eine Rolle bei der Produktion von Wärme für Gebäude spielen, was jedoch nur sinnvoll ist, wenn für die Herstellung von Wasserstoff regenerative oder allenfalls überschüssige Energien eingesetzt wurden.

Viele moderne Gaskessel sind bereits heute H₂-ready, können also mit einem Erdgas-Wasserstoff-Gemisch betrieben werden. Auch Brennstoffzellenheizgeräte nutzen Wasserstoff, um Strom und Wärme zu erzeugen.

Elektrischer Strom
Als Sekundärenergie ist elektrischer Strom zwar kein Brennstoff, kann aber ebenfalls als Energieträger für die Raumheizung genutzt werden. Allerdings erlauben Stromversorger meist nur eine Anschlussleistung für die Beheizung von maximal 2 kW pro Wohnung. Erzeugt wird Strom in Kraftwerken aus fossilen Brennstoffen oder Kernenergie, aus Sonnenenergie sowie aus Wasser- oder Windkraft.

Gallerie

Im Zuge der Energiewende nimmt Strom eine zentrale Rolle ein, da diese Energieform universell einsetzbar ist. Strom kann außerdem mittels Photovoltaikanlagen selbst vor Ort gewonnen und in Batterien bzw. Akkus gespeichert werden. Wärmepumpen, mit denen sowohl Heizwärme erzeugt als auch Warmwasser bereitet werden kann, werden heutzutage in der Regel mit Strom betrieben. Im Gegensatz zu den meisten fossilen Energieträgern, die meist im außereuropäischen Ausland eingekauft werden müssen, lässt sich Strom in Deutschland außerdem selbst produzieren, wodurch eine unabhängigere Energienutzung ermöglicht wird.

Ausführliche Informationen über die einzelnen Brennstoffe und ihre Lagerung haben wir außerdem im Baunetz Wissen Heizung zusammengestellt (siehe Surftipps).

Fachwissen zum Thema

Surftipps

• www.baunetzwissen.de/Heizung > Brennstoffe
• www.baunetzwissen.de/Heizung > Brennstofflagerung