Inhaltsverzeichnis
Biomasse ist eine der tragenden Säulen der globalen Energiewende und der Entwicklung nachhaltiger Werkstoffe. Sie umfasst sämtliche organische Substanz pflanzlichen, tierischen oder mikrobiellen Ursprungs, die in einem bestimmten Ökosystem zu einer gegebenen Zeit vorliegt. Die energetische und stoffliche Verwertung von Biomasse ermöglicht die Reduktion fossiler Energiequellen und trägt maßgeblich zur Dekarbonisierung sowie zur Kreislaufwirtschaft bei [Osman et al., 2021].
Die Vielschichtigkeit der Biomasse – von holzartigen Reststoffen über landwirtschaftliche Abfälle bis hin zu biogenen Mischfraktionen – bringt unterschiedliche technische, ökologische und ökonomische Herausforderungen mit sich [Mahapatra et al., 2021]. Um die Potenziale voll auszuschöpfen, bedarf es einer exakten analytischen Charakterisierung: Thermische Analyseverfahren wie TGA und DSC spielen dabei eine zentrale Rolle.
Zusammensetzung und Charakterisierung von Biomasse
Die Grundstruktur der Biomasse ergibt sich aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Diese Polymere bestimmen die mechanischen, thermischen und energetischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials [Barot, 2022]:
-
Zellulose bildet als Glukosepolymer die feste Matrix.
-
Hemizellulose enthält verzweigte Zuckerstrukturen (z. B. Xylane).
-
Lignin ist ein komplexes, dreidimensionales Polymer aus aromatischen Alkoholen und sorgt für Festigkeit und Hydrophobie.
Die Zusammensetzung variiert je nach Pflanzenart, Alter und Reifungsgrad. Zusätze wie Feuchtigkeit, Asche, Stickstoff und Schwefel beeinflussen Verbrennungsqualität, Emissionen und energetische Ausbeute. Moderne Analysetechnik erfasst diese Parameter für die industrielle Bewertung und Qualitätskontrolle [Linseis, 2025].
Energetische und materialtechnische Nutzung
Bioenergie in Zahlen und Entwicklung
Biomasse deckt in Deutschland und Europa einen substantiellen Teil des erneuerbaren Energie-Mixes: Über 60 % werden energetisch genutzt – als direkte Brennstoffe für Wärme und Strom oder in Biogasanlagen [Berlin, 2025]. Der Rest dient zur stofflichen Verwertung oder wird als Substrat zur Herstellung von Synthesegas und Wasserstoff eingesetzt [DBFZ, 2025].
Politisch-strategisch rückt die nachhaltige Systemintegration in den Fokus. Es gilt, Nutzungskonkurrenzen zu vermeiden, Reststoffströme intelligent zu erschließen und den gesamten Lebenszyklus unter Umwelt- und Ressourcenaspekten zu bewerten [Mahapatra et al., 2021].
Industrielle Anwendungsfelder
Energieerzeugung: Einsatz als Brennmaterial in Kraftwerken oder zur Erzeugung von Prozesswärme.
Biokraftstoffe: Herstellung von Bioethanol und Biodiesel aus Zucker und Ölen.
Chemie: Biogene Plattformchemikalien, Grundstoffe für die Kunststoff- und Pharmaindustrie.
Moderne Verfahren: Pyrolyse, Hydrothermale Carbonisierung, Vergasung zur Produktion von Synthesegas und „grünem“ Wasserstoff [Barot, 2022][Mahapatra et al., 2021].
Thermische Analyseverfahren: TGA, DSC und EGA
Die Bewertung des thermischen und kinetischen Verhaltens von Biomasse erfolgt mittels bewährter Methoden:
Thermogravimetrische Analyse (TGA): Erfasst Massenverluste, Zersetzungsprofile und volatile Komponenten als Funktion der Temperatur. Hieraus lassen sich Feuchtegehalt, Abbaupunkte von Zellulose/Hemicellulose/Lignin und das Aschebild bestimmen [Osman et al., 2021][Linseis, 2025].
Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC): Misst Energieflüsse und Wärmekapazität während endo- und exothermer Prozesse, z. B. bei Pyrolyse, Verbrennung oder Verdampfung [Barot, 2022].
Evolved Gas Analysis (EGA): Identifiziert und quantifiziert freigesetzte Gase mittels gekoppelter Massenspektrometrie oder IR-Detektion.
Die Kombination dieser Verfahren liefert Aufschluss über Produktverteilung, Kinetik und Optimierungspotenziale für die industrielle Anwendung – von der Prozessführung bis zur Entwicklung neuer bioenergetischer Wertstoffkreisläufe.
Linseis-Technologie: Lösungen für die Praxis
Mit Linseis-Analysengeräten erhalten Forscher und Industriepartner präzise Werkzeuge, um:
diverse Probentypen (Stroh, Olivenblätter, Reststoffe) unter variabler Atmosphäre und Druckbedingungen zu vermessen,
spezifische Zersetzungskinetik, Restfeuchte und Aschegehalte zu bestimmen,
Produktqualität bei der Herstellung von Bioenergie, Synthesegas oder Plattformchemikalien zu sichern.
Ein praxisnahes Beispiel: Durch die simulierte Vergasungsexperimenten lassen sich großtechnische Reaktorprozesse im Labormaßstab abbilden und gezielt optimieren – etwa hinsichtlich Energieausbeute, Emissionen und Produktqualität [Linseis, 2025].
Normen und Standards
Weltweit sind Normen wie ASTM E1131 (thermische Kompositionsanalyse), ASTM E1641 (Zersetzungskinetik via Ozawa-Flynn-Wall) und E2008 (Volatilitätsmessung) etabliert. Sie gewährleisten die Vergleichbarkeit und Qualität der Messdaten und sind Grundlage für die Konzeption nachhaltiger Bioenergieprojekte und die Zertifizierung neuer Materialien.
Forschung, Trends und Ausblick
Aktuelle Trends umfassen die:
Produktion von Wasserstoff aus Restbiomasse,
Entwicklung von smarten Bioenergiekonzepten,
Integration von Bioenergie in regionale Wertschöpfungsketten und Industrieprozesse,
Life Cycle Assessments zur Bewertung von Treibhausgaspotenzial und Umwelteinflüssen [Osman et al., 2021][DBFZ, 2025].
Internationale Forschungsprojekte stärken die Wettbewerbsfähigkeit biogener Produkte gegenüber fossilen Materialien und helfen, neue Verfahren und Standards zu etablieren.
Was unterscheidet Biomasse von fossiler Energie?
Biomasse stammt aus nachwachsenden Ressourcen und trägt zur Kreislaufwirtschaft bei, während fossile Energieträger auf endlichen Lagerstätten beruhen [Osman et al., 2021].
Welchen Mehrwert bringt die thermische Analyse für die Praxis?
Sie ermöglicht eine präzise und zuverlässige Qualitätskontrolle, Prozessoptimierung und die Entwicklung neuer Produkte und Verfahren – von Biokraftstoffen bis zu innovativen Werkstofflösungen [Barot, 2022][Linseis, 2025].
Wie nachhaltig ist Biomasse wirklich?
Die Nachhaltigkeit hängt von der Systemintegration, den Landnutzungsaspekten und den Kreislaufprozessen ab. Moderne Bewertungen berücksichtigen den gesamten Lebenszyklus und Umweltwirkungen [DBFZ, 2025][Mahapatra et al., 2021].
Welche Rolle spielt Linseis-Technik für die Bioökonomie?
Linseis bietet fortschrittliche Werkzeuge für die thermische Analyse biogener Rohstoffe und ermöglicht damit die Entwicklung praxisnaher Lösungen für Forschung, Industrie und umwelttechnische Qualitätssicherung [Linseis, 2025].
Referenzen:
Ahmed I. Osman, Neha Mehta, Ahmed M. Elgarahy, Amer Al-Hinai, Ala’a H. Al-Muhtaseb & David W. Rooney (2021): Conversion of biomass to biofuels and life cycle assessment: a review. Energy & Environmental Science, Vol. 19, pp. 4075–4118.
Sangita Mahapatra, Dilip Kumar, Brajesh Singh, Pravin Kumar Sachan (2021): Biofuels and their sources of production: A review on cleaner sustainable alternative against conventional fuel, in the framework of the food and energy nexus. Energy Nexus, Vol. 4, 100036.
Dr. Sunita Barot (2022): Biomass and Bioenergy: Resources, Conversion and Application. In: Renewable Energy for Sustainable Growth Assessment, Chapter 9.
DBFZ – Deutsches Biomasseforschungszentrum (2025): Systembeitrag von Biomasse. Online: www.dbfz.de/forschung
Linseis Messgeräte GmbH (2025): Applikationsberichte und Fachbeiträge zur thermischen Analyse von Biomasse. Online: www.linseis.com/wissen/biomasse/
Berlin.de (2025): Biomasse – Statistik der energetischen Nutzung und Potenzialanalyse. Online: www.berlin.de/klimaschutz/waermewende/biomasse/
