Nachwachsende Rohstoffe

Das Potential nachwachsender Rohstoffe

Weltweit existieren gegenwärtig ungefähr 15 Mio. km² Ackerland (Herbert Gruhl, "Himmelfart ins Nichts"). Würde diese Fläche ausschließlich zur Produktion von Rapsöl genutzt werden, hätten wir nichts mehr zu essen und könnten gerade einmal ein Viertel des weltweiten gegenwärtigen Energiebedarfs decken. Es gibt auch schneller wachsende Rohstoffe, die jedoch nur an wenigen Orten gedeihen.
Aufgrund der steigenden Weltbevölkerung dürfte allerdings der Nahrungsmittelbedarf in den nächsten Jahrzehnten massiv steigen. Und Shell prognostiziert bis 2060 einen Bedarf alleine an regenerativen Energien, der fast doppelt so hoch ist, wie heute unser gesamter fossiler Energieverbrauch, wobei laut Shell bis dahin der Gesamtverbrauch an fossilen Energien kaum nennenswert sinken solle. Nachwachsende Rohstoffe sind heute billiger herzustellen, als Rohöl gehandelt wird. Das Potential ist auch bei alleiniger Verwendung aller Agrarflächen zur Energieproduktion vermutlich nicht ausreichend, um langfristig unsere Energieprobleme zu lösen.

Der "Teller-Tank-Konflikt"

Grundsätzlich gibt es bislang weltweit das Potential, mehr Nahrungsmittel herzustellen, als die Weltbevölkerung derzeit benötigt. Aus diesem Fakt zu schließen, dass wir deshalb auch ein Potential zur energetischen Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen hätten, würde jedoch mehrere weitere Fakten ingnorieren, die dies gegenwärtig unmöglich machen:

- Allen voran ist bereits trotz theoretischer Nahrungsmittelüberproduktion die Ernährung der Weltbevölkerung nicht mehr gesichert, weil Nahrungsmittel Gegenstand von politischer Einflussnahme und von Spekulationen geworden ist. Ein zusätzlicher Bedarf an Nahrungsmitteln oder Agrarrohstoffen zur energetischen Nutzung würde den Drang zur Spekulation anheizen.

- Die aufgrund energetischer Nutzung gestiegene Nachfrage nach Agrarrohstoffen hat bereits heute die Preise um ein mehrfaches steigen lassen und lässt damit Ärmere Teile der Weltbevölkerung "vor gedecktem Tisch" verhungern, weil ihnen die Ernährung wirtschaftlich nicht mehr möglich ist.

- Die gestiegenen Preise haben nicht nur zu Spekulation, sondern auch zu "Land-Grabbing" geführt, was nichts anderes bedeutet, als dass Mächtige Personen mit Hilfe von Korruption, Betrug und Gewalt durch Söldnertruppen den Einheimischen ihr Land rauben und sie anschließend als Sklaven auf ihrem Land schuften lassen.

- Die Extensive Landwirtschaft, die zur Erzielung maximaler Erträge nötig ist, führt zur Auszehrung der Böden und in der Folge zum Entzug der Lebensgrundlage.

- Landwirtschaftliche Produktion ist mit großem Abstand vor Industrie und Privatverbrauchern der größte Wasserverbraucher. Gesteigerte Produktionszahlen verschärfen die ohnehin grassierende Wassernot und Konflikte um das Wasser.

Die Menge Nahrungsmittel, die erforderlich ist, um den Tank eines Geländewagens zu füllen, reicht aus, um einen erwachsenen Menschen ein Jahr lang zu ernähren. Leider gibt es viele Menschen, die in einem Jahr nicht das Geld haben, um sich diese eine "Tankfüllung" zu leisten (Bericht des UN-Berichterstatters; Heise/tp).

Unterscheidungskriterien nachwachsender Rohstoffe

Die Unterscheidung nach dem gezielten Anbau:

• Biomasse, die eigens mit dem Ziel der energetischen (oder anderweitigen) Nutzung angepflanzt und geerntet wird.
• Biomasse, die ohne gezielte Anpflanzung entstanden ist und nur gesammelt werden muß (Beispiel: Durchforstungsholz, Stroh) oder Biomasse, die an anderer Stelle als Abfall anfällt (Beispiel: Altfette, Lebensmittelreste, Fäkalien). In diesem Fall sind die negativen ökologischen Auswirkungen sehr gering.
  Der Nutzung von Biomasse, welche als Abfall ohnehin anfällt sollte daher im Sinne einer nachhaltigen Energienutzung ein wesentlich höheres Augenmerk geschenkt werden. Sie sollte mit Hochdruck gefördert und umgesetzt werden!

Die Unterscheidung nach der Empfindlichkeit der genutzten Flächen

• Die genutzten Flächen werden durch Rodung von Urwäldern nutzbar gemacht. Die dünne Erdschicht ist nach kurzer Nutzung aufgebraucht und für eine erneute Bewaldung oder weiter landwirtschaftliche Nutzung unwiederbringlich verloren.
• Die genutzten Flächen befinden sich auf stabilem Boden, der durch die Nutzung nicht in seiner Qualität beeinträchtigt wird. Die Nutzung robuster Böden ist somit ein bedeutsames Kriterium für nachhaltiges Wirtschaften (nicht nur zur Gewinnung von Energie, sondern auch zur Nahrungsmittelproduktion)

Die Unterscheidung nach der Eignung für den natürlichen Stoffkreislauf:

• Bei der Nutzung wird die gesamte geerntete Biomasse genutzt und somit dem Stoffkreislauf entzogen. Insbesondere die durch Pflanzenwachstum dem Boden entzogenen Mineralien stehen nach der Nutzung nicht mehr als Dünger zur Verfügung.
• Bei der Produktion des Brennstoffes können die Mineralien zur Nutzung als Dünger zurückgehalten werden. Freilich sollten Nutzungsmöglichkeiten bevorzugt werden, bei denen die Rückgewinnung der Mineralstoffe möglich wäre. Hierfür sollte durchaus auch ein gewisser Aufwand betrieben werden.

Die Unterscheidung nach dem prozesstechnischen Aufwand zur Herstellung

• Der pflanzliche Rohstoff wird ohne chemische Umwandlung direkt genutzt (Beispielslweise Pflanzenöl oder Brennholz)
• Der pflanzliche Rohstoff wird durch eine chemische Umwandlung in die Form gebracht, die der technischen Nutzung entspricht. Dieses kann je nach Fall geringere (Beispielweise Biogas) oder erhebliche Mengen an Energie, Rohstoffen oder technichem Aufwand benötigen (Beispielsweise das Fischer-Dropsch-Verfahren zur Holzverflüssigung oder die extrem energieintensive Alkoholdestillation). Verfahren, bei denen nur mit geringen Wirkungsgraden Energie gewonnen werden kann, sollten vermieden werden, sofern nicht ohnehin die vorliegende Biomasse anderweitig nicht genutzt werden könnte und auch nicht eigens angepflanzt worden wäre.

Die Unterscheidung nach dem Aggregatzustand des Endproduktes

• Flüssige Brennstoffe werden aufgrund der besten Eignung für mobile Anwendungen in Zukunft einen etwas höheren Marktwert gegenüber anderen Formen haben.
• Gasförmige Brennstoffe können nicht nur zum Heizen verwendet werden, sondern auch in Motoren verbrannt werden. Auch in industriellen Anwendungen oder als Chemisches Vorprodukt hat Methan einen hohen Wert. Allerdings erschwert die schlechte Transportabilität den Einsatz in mobilen Anwendungen. Bestehende Erdgasnetze werden inzwischen teilweise für Biogas geöffnet. In Zeiten fortschreitender Verknappung von Erdgas (in wenigen Jahrzehnten, vielleicht sogar in wenigen Jahren zu erwarten) kann eine solche Öffnung der vorhandenen Infrastruktur den Nutzwert von Biogas erheblich erhöhen. Es gibt allerdings auch andere Gase, die getrennt zu betrachten sind (Beispielsweise Flüssiggas).
• Feste Brennstoffe dürften vorrangig für Heizzwecke genutzt werden. In Zukunft dürfte für feste Brennstoffe aufgrund der eingeschränkten Eignung ein etwas geringerer Marktwert erzielt werden. Dafür kommen Sie in der Regel ohne chemische Umwandlung aus und prinzipiell kommen fast alle Pflanzen spätestens nach einer Trocknung für eine direkte thermische Nutzung in Frage. Auch Reststoffe wie der Presskuchen der Pflanzenölproduktion kann in der Regel noch thermisch genutzt werden. Stroh und Holz beispielsweise kann bei direkter Verbrennung wesentlich effizienter genutzt werden, als bei vorangegangener Verflüssigung.

Pflanzenöl

Wahrscheinlich wird Pflanzenöl trotz der eher geringen Erträge eine gewisse Bedeutung beibehalten. Pflanzenöl ist sehr billig in der Herstellung ist und erfordert nur geringe Investitionen zu seiner Herstellung. Pflanzenöl kann von sehr kleinen Produktionseinheiten ohne nennenswertes Investitionsrisiko erzeugt werden. Pflenzenöl ist heute in der Herstellung weltweit erhablich günstiger, als Rohöl auf dem Weltmarkt. Europäisches Rapsöl ist preislich nicht direkt konkurrenzfähig und erfordert einen gewissen Protektionismus, um nicht durch Palmöl aus Urwaldplantagen unterboten zu werden. Prinzipiell muß der Anbau von Pflanzenöl nicht notwendig mit dem Anbau von Nahrung kollidieren. Früchte wie die Purgiernuss, aus der Pflanzenöl gewonnen werden kann, gedeihen auch da, wo sonst Nahrungsmittelanbau unmöglich ist. Ferner gibt es Versuche, Ölsaten mit Getreide gleichzeitig zu säen, zu ernten und danach getrennt zu nutzen. Es ist aber anzunehmen, dass einerseits derartige nachhaltige Produktionsmöglichkeiten keine wirklich relevanten Mengen bereitstellen können. Andererseits gab es bereits Beispiele zum gezielten Anbau von Purgiernüssen, die letztendlich doch wieder herkömmliche Agrarprodukte von ihren Flächen verdrängten.
Bei der Pflanzenölproduktion steht in der Regel nur ein begrenzter Teil der geernteten Pflanzen als Öl zur Verfügung (beispielsweise 20-30%). Der Rest der Pflanze kann in der Regel anderweitig genutzt werden. Im Falle von Raps steht der sogenannte Presskuchen als hochwertiges Viehfutter zur Verfügung, sofern das Öl lediglich in einer Ölmühle gepresst wurde, und sofern nicht, wie in Großproduktionsanlagen üblich, anschließend mit chemischen Lösungsmitteln der letzte Rest von Öl aus dem verbleibenden Presskuchen ausgewaschen wurde. In anderen Fällen ist eine direkte thermische Nutzung denkbar, ein Cracken der Reststoffe oder die Herstellung von Biogas.

Biodiesel

Biodiesel wird aus Pflanzenöl gewonnen, indem rund 15% Methanol zugegeben wird und durch Umesterung die je drei Fettsäuren, die an ein Glyzerin (dreiwertiger Alkohol) gebunden sind, von diesem gelöst werden und an je ein Methanol (einwertiger Alkohol) gebunden werden. Der gewonnene Treibstoff ist vor allem bei tiefen Temperaturen dünnflüssiger, als reines Pflanzenöl und hat im Vergleich zu Pflanzenöl eher eine konstante Qualität. Vor allem kann Biodiesel weitgehend ohne technische Anpassungsmaßnahmen in herkömmlichen Dieselmotoren verbrannt werden. Planzenöl kann erst nach technischen Modifikationen in Dieselmotoren verbrannt werden. Diese Modifikationen stellen heute entgegen den Aussagen der Fahrzeughersteller kein Problem mehr dar und werden von mittelständischen Unternehmen für wenige tausend Euro in Handarbeit vorgenommen. Sie dienen in erster Linie der Vorwärmung des Öls, insbesondere Im Winter.
Die Gesamtbilanz von Biodiesel ist auf jeden Fall etwas ungünstiger, als die Bilanz von reinem Pflanzenöl, denn die Umesterung erfordert zumindestens die Bereitstellung von 15% Methanol. Manche Methoden zur Umesterung erfordern zudem zur Umesterung zusätzlich erforderliche Prozessenergie in signifikanter Höhe. Allerdings erfordert die Umstellung auf Pflanzenöl eine Anpassung der Elektronik, um die Schadstoffemissionen zu unterschreiten. Diese Anpassung wurde bislang für keinen PKW durchgeführt, so dass kein aktueller PKW mit Pflanzenöl die Grenzwerte unterschreitet.

Pyrolyse und andere Crack-Verfahren

Es gibt derzeit mehrere Versuche, jegliche organische Substanz durch Verfahren wie beispielsweise die Pyrolyse zu cracken, bis ein Gemisch aus festen, flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen entsteht. Dieses gemisch könnte in nächsten Schritt raffiniert werden, wie es mit Erdöl auch geschieht. Sollte ein solches Verfahren eine Ausbeute von mehr als 33% der in den Ausgangsstoffen enthaltenen Energie in Form von nutzbaren Brennstoffen liefern, dürfte es neben dem Pflanzenöl oder vieleicht auch vor dem Pflanzenöl eine sehr große Bedeutung erlangen.
Die Pyrolyse-Verfahren würden sich potentiell eignen, organische Abfälle umzuwandeln und könnten somit Energie ohne eigenen Anbau von Energiepflanzen ermöglichen. Ferner würden sich Pyrolyse-Verfahren eignen, auch die Reste der Ölpflanzen, den sogenannten Presskuchen in Brennstoffe umzuwandeln. Somit könnte der Flächennutzungsgrad der landwirtschaftlichen Flächen vervielfacht werden. Über die Rückgewinnung von Mineralstoffen liegen unterschiedliche Aussagen vor. Die direkte Produktion von Brennstoffen durch Pyrolyse darf nicht verwechselt werden mit der Herstellung von so genanntem "Synthesegas", bei welchem ebenfalls durch Pyrolyse die Ausgangsstoffe noch wesentlich stärker zerlegt werden.
Changing World Technologiesist das einzige dem Autor bekannte Beispiel für die Produktion von Treibstoffen durch diese Form von Pyrolyse. Der Erfinder und Gründer des mittlerweile insolventen bzw. verkauften Unternehmens war Brian S. Appel. Die Rechte der Technologie liegen heute bei www.ridgelinecanada.com. Es wäre zu hoffen, dass Ridgeline die Technologie weiter entwickelt.

Biogas

Biogas wird aus den Ausscheidungen aus der Tierhaltung gewonnen oder aus anderer organischer Substanz. Idealer Weise enthält die Substanz viel Cellulose (Grünpflanzen) und wenig Lignin (in Holz und Stroh enthalten). Die Mineralien können zurückbehalten werden und stehen anschließend als hochwertiger Dünger wieder zur Verfügung. Auf diesem Wege könnten auch die aktuellen Gülle-Entsorgungsprobleme der intensiv-Landwirtschaft gelindert werden. In jedem Fall wird der Nährstoff-Kreislauf nicht unterbrochen und die Nutzung der Biomasse belastet die Umwelt in relativ geringem Maße.
Die technologie ist relativ einfach zu beherrschen und kann auch in Entwicklungsländern weitgehend ohne äußere Hilfe angewendet werden. Die Investititon in eine Biogasanlage wird vielfach von Landwirten getätigt, die mit dem gewonnenen Gas über ein Block-Heizkraftwerk Wärme und Strom produzieren, der dank der deutschen Einspeiseverordnung gewinnbringend an die Stromversorger verkauft wird. Biogas ist in seiner Nutzbarkeit fast identisch mit Erdgas.
Biogas hat also ein sehr positives ökologisches Potential und verdient es, beachtet und gefördert zu werden. Die technische Reife ist hundertfach unter Beweis gestellt.

Fischer Dropsch Verfahren (Firma Choren)

Die Firma Choren erarbeitet in Zusammenarbeit mit VW und Shell ein Verfahren, welches ebenfalls das Ziel verfolgte, eine breite Menge organischer Substanz zu verflüssigen oder in andere organische Stoffe umzuwandeln. Allerdings ist der gewählte Weg über Synthesegas und anschließende Synthetisierung eines Designerkraftstoffes sehr aufwendig und Energieintensiv und erfordert hohe Qualität (Trockenheit) der verwendeten Ausgansstoffe. Ein Schwerpunkt liegt auf Holz, welches bei direkter Verbrennung in stationären Anlagen mit erheblich höheren Wirkungsgraden genutzt werden kann. Dennoch spielt nach unbestätigten Meldungen so genannter "Designer-Sprit" als Beimengung zu herkömmlichen Benzin und Diesel angeblich bereits eine gewisse Rolle.

Bioalkohol (Methanol, Ethanol)

Bestimmte Pflanzen eignen sich traditionell zur Vergärung zu Bioalkohol. So fahren in Brasilien seit mehreren Jahrzehnten ein Großteil der Fahrzeuge mit dem giftigen Methanol (Spiritus), der aus Zuckerrohr hergestellt wird. Die Methanolproduktion in Brasilien ging vielfach mit Landraub, Urwaldrodung und Niedriglohnarbeit einher, wie es auch mit Exportprodukten immer geschah. Methanol ist übrigens auch der Treibstoff, mit dem das "Wasserstoffauto" "Necar" von Mercedes angetrieben wird.
in Jüngerer Zeit häuften sich auch Berichte über Verfahren, denenzufolge aus Holz, Kartoffeln oder anderen Stoffen Ethanol (der Alkohol in trinkbaren Spirituosen) zu Antriebszwecken hergestellt werden könne. Bezeichnenderweise ist aktuell die Alkohol-Produktion aus Weizen im Gespräch. Weizen ist weltweit das bedeutendste Grundnahrungsmittel. Drastischer kann die mögliche Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion nicht dargestellt werden. Die Realität der weltweiten Überproduktionen kann nur wenig trösten, weil die gleichzeitig bestehende Ungleichverteilung nicht nachlassen wird, weil wir Weizen nun für unseren Energiehunger auch noch misbrauchen.
Ferner wird für die nächsten Jahrzehnte eine drastische Zunahme des Nahrungsmittelbedarfs prognostiziert. Die bisherige landwirtschaftliche Produktivität ist zudem von der Energiezufuhr aus fossilen Quellen ahbähgig (Düngung, Pflanzenschutz, Maschinenpark).
Bezeichnender Weise sollen Autos mit dem Stoff betrieben werden, der Millionen Alkoholikern das Leben für einen Moment erträglich erscheinen lässt, in dem er den Sinn für die Realität vernebelt. Aber ich will nicht ins Grundsätzliche abgleiten. Wenn der Weizen in Europa nach biologischen Richtlinien hergestellt wird, könnte er einen positiven Beitrag leisten - einen Tropfen auf den heißen Stein.

Letzte Aktualisierung: 23.08.2014