Energie Biomasse

Biomasse Energie

Aufzeigen der Vor- und Nachteile von Energie aus Biomasse und was wir tun müssen, um die Vorteile zu nutzen und die Nachteile zu minimieren. bei der Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien. Viele Menschen wissen, wie Energie aus Wind und Sonne gewonnen wird. Aber wie funktioniert der Prozess der Energiegewinnung mit Biomasse? Die Biomasse lässt sich in drei Gruppen von Bioenergieträgern einteilen:

Energielieferant aus Biomasse (Ökosystem Erde)

Die Biomasse macht über 10 % des globalen Energiebedarfs aus: 2,5 Mrd. arme Menschen sind ausschliesslich auf die Energie aus Biomasse in Gestalt von Feuerholz, Kohle oder Gülle angewiesen. Moderne " Energie aus Biomasse bedeutet die Verwendung von land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen und die Verwendung von eigens angebauten Nutzpflanzen zur Gewinnung von Elektrizität, Hitze und Kraftstoffen.

Die technischen und wirtschaftlichen Potenziale der modernen Energieträger Biomasse sind hoch, doch um sie umwelt- und sozialverträglich nutzen zu können, bedarf es global gültiger Regel. Der Einsatz von Biomasse zur Energieproduktion bringt viele Vorteile: Sie schützt immer knappere Fossilien; es wird nicht mehr Kohlendioxyd frei, als bisher von der Pflanze absorbiert wurde - Biomasse leistet damit einen Beitrag zum Schutz des Klimas.

Es ist vielfältig und kann als festes, flüssiges oder gasförmiges Energieträgermaterial bereitgestellt werden, kann zur Gewinnung von Elektrizität und Hitze genutzt werden und kann Brennstoffe substituieren. Sie ist damit die vielfältigste aller Energiealternativen - und ihre Energieversorgung ist unabhängig von wechselnden Windverhältnissen und Einstrahlungen. Darüber hinaus kann die Biomassenutzung die ländliche Raumordnung voranbringen und aus volkswirtschaftlicher Perspektive die Erschließung von neuen Techniken im Bereich der Energie aus Biomasse die Stellung Deutschlands als Technologielieferant festigen.

Doch Biomasse hat auch Nachteile: Die Bewirtschaftung von Nutzpflanzen auf begrenztem Ackerland steht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion und zum Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen; wenn der Regenwald für den Energiepflanzenanbau gerodet wird, kann auch die gesamte Energieproduktion aus Biomasse klimaschädigend sein. Aufgrund energieintensiver Anbaumethoden trifft dies auch auf die Produktion von landwirtschaftlichen Brennstoffen aus Getreide und Getreide in den USA und aus Raps in Deutschland zu, für deren Bewirtschaftung bereits ein Viertel der Ackerfläche in den USA und 12% in Deutschland verwendet wird - das Kultivierungs- und Produktionssystem verursacht höhere Gesamtemissionen von Klimagasen als der Einsatz von fossilen Brennstoffen!

Durch die Verwendung von Getreide und Getreide für die Kraftstoffherstellung sind die Verkaufspreise in vielen Staaten bereits angestiegen. Der Einsatz von Biomasse ist daher nicht zwangsläufig zweckmäßig, sondern bedarf einer Regelung, um die Möglichkeiten zu erschließen, aber die Benachteiligungen zu mindern. Denn nur wenn sie beachtet werden, kann die Energiegewinnung aus Biomasse zu einer zukunftsfähigen Entwicklung beitragen.

Der Rat schätzt unter Beachtung der Kriterien der Nachhaltigkeit das technologische Potential der Biotechnologie, zu einer global tragfähigen Stromversorgung bis 2050 einen Beitrag zu leisten, auf ein knappes Zehntel der bis 2050 erwarteten Primärenergienutzung (siehe >> hier); er geht jedoch davon aus, dass nur etwa die Hälfte aus ökonomischen Gründen ausgenutzt wird.

In Deutschland beziffert der Rat der Umweltexperten das Potential, bis 2030 zehn vom Hundert des Energiebedarfs zu erreichen (ohne Importe). Ab 2050 geht der Bioenergieanteil an der Energiebereitstellung wieder zurück, da der Energiepflanzenanbau aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach Nahrungsmitteln rückläufig sein wird. Zudem wird die unmittelbare Energiegewinnung aus Solarenergie dann so kostengünstig sein, dass sie in größerem Umfang ausgenutzt wird.

Vor allem der Energiepflanzenanbau ist daher nur eine Brückentechnik für den Wechsel zur direkten Stromproduktion aus Wasser-, Wind- und Solarenergie; langfristig könnte jedoch die Verwendung von Rest- und Reststoffen als Steuerungsenergie (Ausgleich der Fluktuationen der direkten Erzeugung von Wind- und Sonnenenergie) eine bedeutende Bedeutung haben. Mehr als ein Drittel der Weltprimärenergie kommt aus der traditionellen Biomasse.

Die Verbrennung von Brennholz, Kohle oder Mist auf Dreisteinöfen ist für über 2,5 Mrd. Menschen die bedeutendste Quelle der Energie zum Heizen und Kühlen von Brauchwasser. Es ist auch eine der gefährlichen Arten der Energienutzung: Nach Aussagen der WHO sterben jährlich mehr als 1,3 Mio. Menschen an der Verschmutzung durch Biomassebrände in Gebäuden (unter Einbeziehung von Kohlebränden - die Innenraumluftverschmutzung ist eines der grössten Umweltprobleme der Welt: >> mehr).

Es ist noch effektiver, Dreisteinöfen durch Garen mit Gas zu ersetzen: Die Treibhausgasemissionen werden um 95 % gesenkt und die Raumluft noch effektiver aufbereitet. Der Zugriff auf moderne Energietechnologien wird auch durch die Rückstandsverbrennung aus der Lebensmittel-, Papier- und Textilwirtschaft in kleinen Blockheizkraftwerken oder die Verwendung von pflanzlichem Öl für Dieselaggregate zur Elektrizitätserzeugung ermöglicht.

Wie wichtig die traditionelle Nutzung von Biomasse ist, zeigen auch die verschiedenen Beiträge, die Biomasse zur Befriedigung des Energiebedarfs leistet: Sie beläuft sich auf über 10 % der weltweiten Menge (die genaue Menge variiert je nach Herkunft, da diese Biomasse in der Regel nicht gehandhabt und in den OECD-Ländern, 13 % in China, 29 % in Indien und 47 % in den afrikanischen Entwicklungslaendern registriert wird).

Die heutige energetische Verwertung, insbesondere die Kraftwerksmitverbrennung, der Einsatz von Bioerdgas oder Biotreibstoffen, macht fast 12% der globalen energetischen Verwertung aus. Allein auf Biotreibstoffe entfallen nur 2,2 Prozentpunkte. Im Jahr 2050 beträgt das nachhaltige Potential 80 bis 170 EJ, so dass der Einsatz von Biomasse die Treibhausgas-Emissionen um 2 bis 5 Mrd. t Kohlendioxid-Äquivalente pro Jahr reduzieren könnte.

Im Jahr 2030 könnte - bei gutem Willen - die herkömmliche, gesundheitsschädigende Biomassennutzung (siehe >> oben) komplett durch neue Wege ersetzt werden. Aber auch der Bioenergieausbau kann globale Schwierigkeiten verstärken, insbesondere wenn die sorglose Forcierung des Energiepflanzenanbaus die zunehmende Energieproblematik mit der Landnutzung verbindet - Flächen, die auch als Ackerflächen und für unentbehrliche Ökosystemleistungen genutzt werden.

Nur wenn die Verwendung von Biomasse die menschliche Nahrung und den Natur- und Umweltschutz nicht beeinträchtigt, ist sie zukunftsfähig. Die Problematik der Landnutzung existiert bei der Verwendung von Abfällen und Restmaterialien nicht, weshalb dies im Allgemeinen dem Energiepflanzenanbau Vorrang gibt. Für eine umweltverträgliche Verwendung von Abfällen und Restmaterialien aus der Land- und Forstwirtschaft gilt daher die Vorschrift Nr. 1: Zu viel organischer Stoff und Mineralstoffe dürfen dem Erdreich nicht entnommen werden.

Der Anteil der verwertbaren Biomasse ist abhängig von den örtlichen Gegebenheiten; das nachhaltige Biomassepotenzial aus Abfällen und Restmaterialien liegt bei ca. 50 EJ. Ihr Einsatz bietet den Landwirten die Möglichkeit, bisher nicht genutzte Anlagenteile als Energierohstoffe zu nutzen oder zu vertreiben und damit eine neue Einnahmequelle zu erschliessen. Biomasse bietet somit eine Möglichkeit zur Belebung des ländlichen Raums, die wir unbedingt benötigen (siehe >> hier).

Auf den Energiepflanzenanbau müssen die Vorschriften 2 bis 5 Anwendung finden, um einen aktiven Nachhaltigkeitsbeitrag zu leisten: In den USA ist der Weltmarktpreis für Getreide allein im Jahr 2006 um 80 % gestiegen. Obwohl die Ethanolerzeugung nicht der alleinige Preisanstieg ist (steigende Erdölpreise bewirken auch Preiserhöhungen in der energiereichen Landwirtschaft), werden in den USA beispielsweise auf den gleichen Anbauflächen wie Nahrungsmittel angebaut.

Um die Nahrungsmittelversorgung zu sichern, rechnet die FAO damit, dass die landwirtschaftlichen Flächen bis 2030 um 13% erweitert werden müssen. Wird der Energiepflanzenanbau hinzugezählt, intensiviert sich der Wettbewerb um die Anbauflächen. Daher müssen die nationalen und internationalen Bioenergiekonzepte erarbeitet und mit Ernährungssicherungsstrategien verbunden werden, bei denen die Ernährungssicherheit über der Versorgung mit Energie steht.

Dort, wo Menschen Hunger haben, können nur auf für den Nahrungsmittelanbau ungeeigneten Böden nachhaltige Energien erzeugt werden. Gleiches trifft auf die indirekten Nutzungsänderungen zu (Ackerland wird auf den Energiepflanzenanbau umgebaut, so dass Ackerland anderweitig zu bepflanzen ist). Eine Umstellung von Waldgebieten, Feuchtbiotopen oder Naturschutzgebieten ist prinzipiell nicht vertretbar; andere Gebiete sollten nach Ansicht des Beirates nur dann umgebaut werden, wenn die anfallenden Treibhausgasemissionen innerhalb von 10 Jahren durch den Energiepflanzenanbau wiederhergestellt werden.

Doch nicht jede bioenergetische Energie ist klimafreundlich: Wenn Regenwald abgeholzt wird, um daraus eine Energiepflanze zu gewinnen, werden so viele Klimagase frei, dass sie zu einem Klima-Killer wird (siehe auch >> hier). In der Nachfolgeverordnung zum Kyoto-Protokoll (>> mehr) sollten daher die durch Landnutzungsänderung verursachten Treibhausgasemissionen umfassend erfaßt und konsequent einbezogen werden; eine dauerhafte Flächennutzung sollte für kurzfristige Importverträge mit bioenergetisch produzierenden Ländern Vorbedingung sein.

Der Rat empfiehlt zur angemessenen Berücksichtung der bei der Kultivierung und Aufbereitung entstehenden Treibhausgasemissionen eine Mindestnorm für den Bereich der bioenergetischen Energie, nach der ein TJ für den Fall der Einbeziehung von Kultivierung und Aufbereitung eine Einsparung von 30 t CO ²-Äquivalent an CO 2 -Gasen und für die öffentlichen Mittel von 60 t erreichen muss. Die mehrjährigen tropischen Nutzpflanzen wie die Wolfsmilchpflanze Jatropha, Zuckerrohr und Ölpalme sind den Einjahrespflanzen wie Raps, Weizen und Weizen weit überdurchschnittlich gut gewachsen, da sie zur Speicherung von Kohlenstoff in der Erde und damit zur langfristigen Wiederaufforstung guter Erde beizutragen haben.

Bei großflächigem Energiepflanzenanbau muss auch die Verfügbarkeit von regionalem Wasser berücksichtigt werden, um Wasserknappheit zu vermeiden. So wird in den USA aufgrund der steigenden Rohstoffnachfrage bereits jetzt auf bewässerten Feldern Getreide für die Ethanolherstellung produziert, und mehrere Ethanol-Raffinerien wurden wegen schrumpfender Wasservorräte bereits stillgelegt. Weil die nachhaltigen Bewirtschaftungssysteme von den örtlichen Agrarökosystemen abhängig sind, sollten örtliche Modellvorhaben und die Weitergabe guter Beispiele auf internationaler Ebene vorantreiben werden.

Um den Nachweis der Erfüllung der oben genannten Normen zu erbringen, empfiehlt der Rat ein weltweit geltendes Qualitätssiegel für erneuerbare Energie. Ein solches Zertifikationssystem wird bereits vorgeschlagen: Das Internationale Sustainability & Carbon Certification Systems (>> mehr, externer Internetauftritt); an solchen Systeme wird auch in den USA gefeilt (>> Council on Sustainable Biomass Production).

Derzeit wird mit Hochdruck daran geforscht, bisher unbrauchbare Biomasse verwertbar zu machen. Die Methode wurde bisher jedoch nur im Labormassstab getestet, so dass ein schneller Einsatz nicht zu befürchten ist. Der Einsatz von Biomasse hat auch einen großen Einfluß auf den Klimaschutzeffekt: Am stärksten ist es, wenn Biomasse die fossilen Brennstoffe mit hohem Kohlendioxidausstoß, also vor allem Steinkohle, austauscht.

Mit Verbrennung von Biomasse in Kohle- oder Kraft-Wärme-Kopplung, Einsatz von Bioerdgas und Biomethan in Kraft-Wärme-Kopplung oder Gas- und Dampf-Kraftwerken wird somit der größte Klimaschutzeffekt erzielt. Der Einsatz als Agrotreibstoff hingegen löst das (etwas) "sauberere" Erdöl ab und verbraucht auch die in der Biomasse enthaltenen Energien weniger (selbst bei Agrotreibstoffen der zweiten Erzeugung - s. >> hier - enthalten maximal etwas mehr als 50 % der Ausgangsenergie).

Vereinfacht gesagt: Agrotreibstoffe (siehe >> unten), die derzeit wegen der geringeren Importabhängigkeit von Öl und zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Strassenverkehr stark vorangetrieben werden, sind nicht die optimale Bioenergienutzung. Aufgrund ihres hocheffizienten Wirkungsgrads ist die >> Kraft-Wärme-Kopplung, bei der Elektrizität und Hitze simultan entstehen, die sinnvolle Bio-Energie.

Der Klimaschutzeffekt der reinen Energieerzeugung ist etwa zweimal so groß wie der der reinen Wärmegewinnung; es ist jedoch zweckmäßig, Biomasse für die Produktion von Hochtemperatur-Prozesswärme in der Wirtschaft zu nutzen, da diese durch keine andere Energiealternative produziert werden kann. Wenn Biomasse für andere Wärmeerzeuger eingesetzt wird, ist ihr Gebrauch in grösseren Heizwerken aus ökologischer Sicht besser als die Pelletheizung, da hier komplexe Kleinstaubfilter häufiger bezahlt werden - Feinstaub-Emissionen sind ein wachsendes Problemfeld durch Schornsteine und Pelletsheizungen.

Agrotreibstoff ist ein Sammelbegriff, der unter anderem Biokraftstoff (Rapsmethylester, RME), pflanzliches Öl, Ethanol und Synthesekraftstoffe umfasst (der Biokraftstoff in Biokraftstoff und Ethanol gibt an, dass diese aus Biomasse gewonnen werden, aber nichts mit biologischer Landwirtschaft zu tun haben; er sollte daher besser als Agrardiesel und Agroethanol bezeichnet werden). In Deutschland werden auf den gelbblühenden Rapsfeldern Biokraftstoffe mit einem Anteil von rund zwei Dritteln und (als reiner Kraftstoff "B 100" und Zusatz in mit " B 7 " gekennzeichnetem Diesel) vier Prozentpunkte des gesamten Kraftstoffs produziert.

Der Nachteil: Palmöl-Plantagen sind bereits für 87% der Zerstörung des Regenwaldes in Malaysia zuständig. Im Gegensatz dazu ist Äthanol der dominierende Agrotreibstoff für Benzinmotoren, der in Deutschland für fast zwei Prozentpunkte des Gesamtkraftstoffverbrauchs aufkommt. Zudem benötigen die Anlagen zur Ethanolproduktion selbst viel Energie, die in den USA überwiegend aus fossilem Strom gewonnen wird.

Hinzu kommt der Energiebedarf bei der Bewirtschaftung und Düngemittelproduktion: Eine Bioethanoleinheit aus Mais enthält also 0,77 Stück Fossilienenergie; in Brasilien wird die Energie für die Brennereien aus den Rückständen von Zuckerrohr hergestellt, wobei nur 0,12 Stück Fossilienenergie in einer Ethanoleinheit enthalten sind. Der Einsatz von Cerealien erfordert oft so viel fossilen Energieaufwand, wie später im Brennstoff enthalten ist.

Dabei handelt es sich um künstliche Agrotreibstoffe, auch bekannt als Biomasse zu Flüssig (BtL) oder Synfuel oder Sonnenkraftstoff, die aus Agrarrückständen wie z. B. Strom oder aus speziell angebautem Energierohstoff erzeugt werden können. Durch die Nutzung der gesamten Anlage ist der Hektarertrag bis zu drei Mal so hoch wie bei Rapsöl - auf einem ha Nutzfläche kann eine Strommenge von 3.700 Litern erreicht werden.

Selbst die Energie von knapp 5000 Liter Ottokraftstoff kann auf einer Fläche von einem Hektare erzeugt werden. Nach der Gärung ist die Produktion von Bioerdgas technologisch getestet und die Rückführung der Inhaltsstoffe auf das Feld und der Verbrauch von Kunstdünger wird reduziert. Allerdings kann Bioerdgas nur in für den Betrieb mit Gas umgerüsteten Kraftfahrzeugen als Treibstoff verwendet werden.

Das ist die Anzahl der gefahrenen km, die ein Mittelklassewagen mit dem Ertrag von einem Hektar Fläche zurücklegen kann. Gleichwohl hält der Rat auch bei Agrotreibstoffen der zweiten Erzeugung keinen sinnvollen Einsatz von Energie aus Biomasse für möglich: Der Klimanutzen der Biomassemitverbrennung in Kohlekraftwerken ist noch wesentlich höher; und der Rat betrachtet die Transportzukunft auf jeden Fall bei Elektrofahrzeugen in Verbindung mit Elektrizität aus EEQ: (>> hier; zu den Wirkungsgradvorteilen s: s: auch die obige Abbildung):

Dazu beiträgt die Umwandlung von Biomasse in Strom, während die Investition in Treibstoffe für Verbrennungskraftmaschinen die Ölabhängigkeit aus dem Ausland verringert (was der wahre Anlass für das erst später zur "Klimaschutzmaßnahme" erklärte US-Ethanolprogramm war), von der Autoindustrie aber vor allem deshalb geschätzt wird, weil sie den Kohlendioxidausstoß ohne Kraftstoffeinsparung reduziert - aber als Überbrückungslösung für die Marktreife von Elektro-Autos (Bio-)Gasantrieb wäre die beste Wahl.

Eine weitere Möglichkeit für das Klimaschutz ist die Produktion von Biomethan: Wird das bereits abgeschiedene Kohlenstoffdioxid auf Deponien abgelagert, kann der Kohlendioxidgehalt in der Luft zwar reduziert werden - aber sehr schleppend, mehr als 0,2 pppro Jahr ist nicht zu befürchten. Biomasse hat einen großen Vorsprung vor allen anderen regenerativen Energiequellen:

Diese " nur " stellen sicher, dass unser Energiekonsum keine weiteren Klimagase in die Luft freisetzt, während Biomasse - wie bereits oben für Biomethan beschrieben - die Möglichkeit eröffnet, Kohlenstoffdioxid wieder aus der Luft zu eliminieren. Durch wechselnde landwirtschaftliche Nutzungen - vor allem durch das Einbringen von Kohle in den Boden (>> mehr) - und die permanente Verwendung von Brennholz (>> mehr) kann CO 2 nachhaltig aus der Luft beseitigt werden.

Es geht hier jedoch nicht um die energetische, sondern um die stoffliche Verwertung von Biomasse. Schon heute ist das Bioenergiegeschäft ein weltweites Unternehmen, und die Konkurrenzsituation mit dem Nahrungsanbau und der Rodung von Regenwald zeigt sich: Der Einsatz von Biomasse erfordert politisch bedingte Randbedingungen. Entsprechende Übereinkünfte können im Rahmen des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen geschlossen werden, beispielsweise im Hinblick auf die Aufnahme von Treibhausgasemissionen aus Entwaldungen oder zum Schutze der Kohlenstoffbestände von Landökosystemen, aber auch im Recht der Welthandelsorganisation: Der Wert des Schutzes von Klimawandel und biologischer Vielfalt muss nach internationalem Recht bindend werden, damit Umweltnormen in den Vertrag aufgenommen werden können, zum Beispiel im Bereich des Handels mit Biomasse.

Fachliteratur: Rat der Umweltexperten (2007): Sonderbericht zum Thema Umweltschutz durch Biomasse, abrufbar im Netz >> hier. Wissenschaftliche Begleitung des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesrepublik Deutschland (2008): World in Transition: Sustainable Bioenergy and Land Use, verfügbar im Netz >> hier. Umfangreiche Studie zum nachhaltigen Potential der Biotechnologie; auch die externen Gutachten stehen auf der Website zum Herunterladen bereit.

Naturschutzbundesamt (2010): Ökoenergie und Umweltschutz. Biosphärenpark Flußlandschaft Elbe (2010): Wegweiser Bioenergien und Umweltschutz, zum Herunterladen im Intranet.

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