Biogas als Lichtquelle?


Biogas scheint mir eine erfolgversprechende Energiequelle für die Zukunft zu sein, da Biogas aus Abfall gewonnen werden kann, oder zumindest aus nachwachsenden Rohstoffen. Da die Wandlung von Gas in elektrischen Strom verlustbehaftet ist, habe ich mir Gedanken gemacht, ob es sich lohnen könnte, das Gas direkt zu nutzen. Für den Betrieb von Fahrzeugen ist es schon fast Stand der Technik, aber man kann das Gas auch zur Beleuchtung verwenden. Noch vor etwa 100 Jahren waren Straßenlampen häufig Gas(glüh)leuchten.

Biogas kann auf mindestens zwei Wegen zur Beleuchtung genutzt werden:

  1. Verstromung des Gases und Einsatz elektrischer Leuchtmittel
  2. Direkter Einsatz des Gases in einer Gasleuchte

Ich hatte zunächst begonnen, mir lediglich Gedanken über den Wirkungsgrad beider Wege zu machen, aber es scheint noch weitere Aspekte beider Lösungen zu geben, die man berücksichtigen muss.

Wirkungsgrad

Der Einfachheit halber ging ich für die Elektrische Kette (Gas -> Turbine -> Generator -> Transformator/Umformer) von einem Wirkungsgrad von 30% aus. Das müsste erreichbar sein, ohne ein allzu ehrgeiziges Ziel darzustellen.

Damit kann man aus 100W Gasverbrennungsleistung 30W elektrische Leistung gewinnen, und eine Energieparlampe kann mit 30W elektrischer Leistung etwa 1800lm Lichstrom erreichen.

Eine Gasleuchte hat einen Wirkungsgrad von etwa 5lm/W  und erreicht damit aus 100W Gasheizleistung einen Lichtstrom von 500lm.

Somit steht es, rein nach Wirkungsgrad gerechnet, 3:1 für die elektrische Kette.

Ausfallsicherheit

Was jetzt nicht berücksichtigt wurde ist u.a. die komplexität der Ketten, und die Betriebskosten.

Im Falle der Gasleuchte ist die Komplexität gering. Eine Gasleitung, ein Ventil und die Leuchte – fertig, sogar dimmbar.

Im Falle der elektrischen Kette ist die Komplexität hoch. Eine Gasturbine ist ein hochentwickeltes Gerät, der Generator ist zwar mehr Alltagstechnik aber auch nicht einfach, dazu wird noch ein Transformator oder Umformer benötigt. Die Erfahrung zeigt, je mehr Bauteile eine Kette hat, desto größer wird die Ausfallwahrscheinlichkeit, denn es reicht, wenn ein Element der Kette ausfällt, um die ganze Kette ausser Betrieb zu setzen.

Die Komplexitätsbetrachtung und damit die Ausfallsicherheit spricht ganz klar für die Gasleuchte.

Anschaffungskosten und Betriebskosten

Neben der Ausfallsicherheit sind für den Betreiber auch die Anschaffungs- und Betriebskosten ein Argument. Ich habe jetzt keine detaillierte Rechnung aufgemacht, um das zu beleuchten, aber eine qualitative Analyse zeigt auch hier ganz klar Vorteile für die Gaslampe.

Anschaffung

Eine Turbine und ein Generator sind teure Bauelemente. Ein Umformer/Transformator ist nicht so teuer, aber die Gas-Direkt Kette benötigt keines diese Bauteile und ist somit in der Anschaffung auf jeden Fall günstiger.

Betriebskosten

Bei den Betriebskosten liegt die elektrische Kette mit großer Sicherheit höher. Die Turbine und der Generator enthalten mechanische Elemente wie z.B. Lager, die regelmässig gewartet werden müssen, und auch eine beschränkte Lebensdauer haben, d.h. immer wieder getauscht werden müssen.

Die Lebensdauer der Leuchtmittel ist bei beiden Ketten begrenzt, das ist also kein wesentlicher Unterschied.

Auch hier kann man konstatieren, die Gas-Direkt Lösung verursacht niedrigere Betriebskosten, und benötigt weniger Aufwand für die Wartung.

(Un-) Willkommene Seiteneffekte

Die Gasleuchte hat neben der Lichtleistung eine nicht unbeträchtliche Wärmeleistung. Das kann störend sein, z.B. wenn man bei sommerlichen Temperaturen einen Raum nicht noch weiter aufheizen will, aber auch sehr willkommen sein, z.B. im Winter oder in Regionen mit kalten Nächten.

Fazit

Es ist schwer, ein Fazit zu ziehen. Die Gas-Direkt Kette ist billiger zu installieren, benötigt weniger Wartung, ist weniger anfällig für Störungen und hat eine höhere Lebensdauer, wenn man die Leuchtmittel nicht berücksichtigt, sondern nur die Elemente der Kette bis zum Leuchtmittel.

Die Gas-Direkt Lösung ist auch mit einfacherer Technologie zu konstruieren, aber es ist fraglich, ob das in Industrieländern ein wichtiger Aspekt ist. Wo der Zugang zu Technologie wie z.B. Gasturbinen, und ausgebildeten Arbeitskräften für die Wartung schwierig ist, ist es jedoch ein weiteres Argument für die Gas-Direkt Lösung.

Persönlich neige ich im Moment zur Gas-Direkt Lösung, weil mir die Argumente der Anschaffungskosten, Betriebskosten und Ausfallsicherheit wichtiger erscheinen als die alleinige Betrachtung des Wirkungsgrades. Da ich hierfür jedoch noch keine konkreten Zahlen habe, handelt es sich lediglich um ein Bauchgefühl.

 Nachtrag

Tom174 hat noch ein paar Punkte aufgebracht, die mir einen Nachtrag wert sind.

Zum einen liegt meine Annahme von 30% Gesamtwirkungsgrad der elektrischen Kette sicher im unteren Bereich. Große und moderne Anlagen sollten auf über 50% kommen, Spitzensystem auf etwa 60%.

Damit liegt dann der Vorsprung der elektrischen Variante bei 5 oder 6 zu 1, d.h. man kann damit 5 oder 6 mal so viele Lichtquellen vergleichbaren Lichtstroms betreiben.

Der andere Punkt ist das Abgas – Großanlagen können mit sehr effizienten Filtern versehen werden, was bei dezentralen Anlagen wie den Gasleuchten schwer machbar ist. D.h. aus Umweltschutzgesichtspunkten ist die Verbrennung in einer großen Kraftmaschine zu Stromerzeugung besser, als die Verbrennung des Gases in vielen verteilten Gasleuchten.

Ein Punkt der mir selbst noch in den Sinn gekommen ist – wie viel Entwicklungspotenzial steckt noch im Gasglühstrumpf? In den letzten Jahren hatten wir recht viele Fortschritte im Bereich der elektrischen Beleuchtung, zuerst die Halogentechnik, dann die Energiesparlampe und zuletzt die LED Technik. Der Gasglühstrumpf wurde seit 100 Jahren nicht mehr weiterentwickelt, weil sich die elektrische Beleuchtung durchgesetzt hatte. Man könnte unterstellen, dass hier noch etwas Potenzial drin steckt, aber vermutlich wird es auch mit einigen Verbesserungen dabei bleiben, dass die elektrische Kette vom Wirkungsgrad her überlegen ist. Besonders wenn man, anders als in meiner Rechnung, statt mit Energiesparlampen mit LED Technik arbeitet – dann liegt der Vorteil in der Effizienz der elektrischen Kette bei 10:1 oder mehr im Vergleich zur Beleuchtung mit Gas.

Und zuletzt, auch nicht ganz unwichtig, noch ein Punkt den Tom174 gebracht hat – Elektrizität ist eine vielseitigere Energieform als Gas, zumindest wenn man die heutige Verfügbarkeit elektrischer Geräte betrachtet. Bei Gas gibt es ausser Gasmotoren, Gasheizungen/Gasherden und Gasleuchten wenig Auswahl.

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2 Kommentare zu “Biogas als Lichtquelle?”

  1. puh. Bei einem modernen GuD kraftwerk liegt der Wirkungsgrad bei 60% Daneben brauchen wir Strom ja nicht nur für’s licht, sondern noch für eine ganze menge andere annehmlichkeiten. Dann ist die Verbrennung in einem Kraftwerk auch deutlich sauberer als mit der Gasfunzel daheim.
    Dann kommt hinzu, dass ein kabel leichter zu verlegen ist als eine gasleitung, von der gefährlichkeit mal ganz abgesehen
    Nix gegen romantisches Kerzenlicht, aber so passt es nicht 😉

    1. Ich war nicht sicher welchen Gesamtwirkungsgrad ich bei der elekrischen Kette ansetzen soll. Zuerst hatte ich 50% für die Turbine genommen, dachte dann aber, dass im Generator, Transformator und der Leitung auch wieder Verluste entstehen. Die 30% waren wohl etwas konservativ. Bei 50% ist die elektrische Variante 5x effizienter, d.h. man kann 5 mal so viele Lichquellen damit betreiben, als mit der Gasfunzelbeleuchtung. Wenn man LED Leichtmittel verwendet, verdoppelt sich der Vorsprung noch mal, also 10 zu 1.

      Und Du hast recht, Strom ist eine sehr vielseitige Energie, bei Gas hat man viel weniger Anwendungen – die Technik ist auf dem Stand von etwa 1900 stehen geblieben. Gasmotoren, Gasleuchten, Gasheizungen, das war es dann schon, mehr oder weniger. Was mich ins Grübeln brachte ob man, analog zu den Fortschritten in der elektrischen Beleuchtung auch Fortschritte bei den Gasleuchten erwarten dürfte, oder ob die Technik bereits ausgereift ist.

      Was mir nachträglich noch einfiel, und was Du auch ansprichts ist die Frage, was man mit den Abgasen der Gasleuchte in einem Innenraum macht.

      Ich denke für uns hier in Deutschland wird die Verstromung von Biogas der beste Weg sein, aber auch für ein einsames Gehöft im Nirgendwo scheint es immer noch besser zu sein, es sei denn, man lebt in einem Land wo solche Technik nicht zu haben oder nicht zu warten ist.

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