Rolf Hinrichs - Per Definition sind
nachwachsende Rohstoffe alle forst- und landwirtschaftlich erzeugten Produkte,
die im Nichtnahrungsbereich einer Verwendung zugeführt werden. Demnach sind
alle in der Natur wachsende und lebende Materie und auch von denen erzeugte Abfallstoffe,
Biomasse. Sie hat in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen.
Fortschrittliche Technologien machen es möglich, dass Biomasse vielfältig
genutzt werden kann. Rolf Hinrichs - Diese Rohstoffe können der Erzeugung von Strom, Wärme und
anderen Energieformen dienen.
Rolf Hinrichs - Wie entsteht Biomasse?
Durch Fotosynthese
organischer Stoffe entsteht Biomasse. Mit Hilfe von Sonnenenergie bauen
Pflanzen aus Wasser, im Boden vorhandener Mineralien und Kohlendioxid aus der
Luft ihre Form auf. Im Resultat der Fotosynthese entsteht das Abfallprodukt
Sauerstoff. Entsprechend ist die Entstehung die Basis der menschlichen Existenz
und unabdingbar für den Kohlenstoffkreislauf. Biomasse ist entsprechend also
eine Umwandlung von Sonnenenergie und kann ebenso als Energie, die chemisch gebunden
ist, gesehen werden. Weltweit wird etwa 0,1 Prozent der Sonnenenergie
verbraucht, um diese in chemische Energie umzuwandeln.
Chemisch gebundene Energie
entwickelte über Jahrtausende der Erdgeschichte. Es entstanden große Vorräte an
Erdöl, Erdgas und Kohle. Infolgedessen wurde jede Menge Kohlenstoff der
Atmosphäre entzogen. Zurückgegeben wurde jedoch der Lufthülle Kohlendioxid,
welches durch die Verbrennung fossiler Primärenergieträger entstand.
Rolf Hinrichs - Durch die Nutzbarmachung
des fossilen Brennstoffes Kohle und dem stetig steigenden Energieverbrauch
wurde in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts die industrielle Revolution
ausgelöst. Zu einem Anstieg des Kohlendioxidausstoßes kam es nach dem Zweiten
Weltkrieg durch das billigere Erdöl. Aufgrund des bis dato stetig rasant
steigenden Ausstoßes von Kohlendioxid ist das Atmosphärengleichgewicht extrem
gefährdet.
Bei den nachwachsenden
Rohstoffen sieht dies hingegen anders aus. Wird klug gewirtschaftet, kommt es
zu keinerlei Beeinträchtigung des Kohlenstoffkreislaufes. Zu unterscheiden ist
hinsichtlich der Energiegewinnung zwischen organischen Reststoffen und
nachwachsenden Rohstoffen.
Rolf Hinrichs - Zu den organischen
Reststoffen zählen Stoffe, die in Haushalten, der Industrie und Land- und
Forstwirtschaft anfallen:
- Dung
- Stroh, Laub, Gras
- Klärschlamm
- Abfall- und Restholz
- organischer Hausmüll
Rolf Hinrichs - Zu den nachwachsenden
Rohstoffen gehören:
- für die Äthanolgewinnung
– stärke- und zuckerhaltige Ackerfrüchte
- für Treibstoffgewinnung
– Ölfrüchte
- für die
Brennstoffgewinnung – Einergiepflanzen, einjährig und mit hohem Ertrag und
Baumarten, die schnell wachsen
Rolf Hinrichs - Wie hoch ist das
Potential?
Der Bestand auf der Erde
ist riesig. Allein 50 bis 90 Prozent macht der Holzanteil aus. Um diesen jedoch
kontinuierlich nutzen zu können, wird eine acht prozentige jährlich Zuwachsrate
des gesamten Biomassebestandes benötigt.
Von den nachwachsenden
Rohstoffen kann jedoch immer nur ein gewisser Teil für die Nutzung geerntet
werden. So lassen sich beispielsweise Wurzeln nur extrem schwer, bis gar nicht
in Energie wandeln. Bei rein rechnerischer Betrachtung ist das Energiepotenzial,
das weltweit erzielt werden könnte, jedoch bis zu sieben Mal größer als der
Weltprimarenergieverbrauch insgesamt. Die Ausnutzung dieses Potenzial ist,
neben dem Faktor Wirtschaftlichkeit, auch von Faktoren wie Energieaufwand für
den Transport, Ernteverlusten, Aufbereitung und anderen abhängig.
Rolf Hinrichs - In Deutschland werden
Pflanzen vorwiegend für die Nahrungsmittelherstellung angebaut. Aus diesem
Grunde können zur Abschätzung des Biomassepotentials der Energieplantagen
lediglich die Überschussflächen herangezogen werden.
In der Landwirtschaft
fallen Biomasserückstände in Form von Getreidestroh, holzartigen Abfällen,
Grünpflanzenrückständen und tierischen Abfällen an. Die Menge an Primärenergie,
die auf Energieplantagen deutscher Überschussflächen eingespart werden könnte,
liegt zwischen 3,55 bis 12,38 Millionen Tonnen SKE/Jahr. Damit wäre es möglich,
ein bis drei Prozent des Gesamtbedarfs zu decken. Ähnlich verhält es sich bei
den organischen Reststoffen.
Rolf Hinrichs - Welche Verfahren sind für
die Nutzung nachwachsender Rohstoffe notwendig?
Um jedoch Erneuerbare
Energien zu nutzen, müssen Umwandlungstechnologien zur Verfügung stehen, die
auf die entsprechenden Ausgangstoffe zugeschnitten sind. Hier wird von
Biokonversionsverfahren gesprochen. Hierzu gehören nicht nur anspruchsvolle
biologische und thermochemische Verfahren, sondern auch einfache
physikalisch-mechanische Verfahren. Mittels dieser ist eine Umwandlung in
gasförmige, flüssige oder feste Energieträger möglich, die wiederum zur Strom-
und Wärmegewinnung genutzt werden können.
Rolf Hinrichs - Das biologische
Konversionsverfahren zur Herstellung
Während der Umwandlung
mittels biologischer Prozesse werden Mikroorganismen eingesetzt. Von aeroben
Verfahren wird gesprochen, wenn Bakterien mittels Luftsauerstoff arbeiten.
Wesentlich bedeutsamer für
eine energetische Nutzbarmachung sind jedoch Verfahren, die ohne die Zufuhr von
Luft auskommen. In diesen Fällen wird von anaeroben Verfahren gesprochen. Zwei
Gärverfahren sind hierbei unter energetischen und technischen Gesichtspunkten relevant.
Hierbei handelt es sich um die Ethanolbildung und Biogasbildung.
Rolf Hinrichs - Die Erzeugung von Ethanol
Bei der Ethanolerzeugung
werden mittels Mikroorganismen der Hefe Zucker enthaltende Lösungen anaerob in
Alkohol (C2H5OH, Ethanol) umgewandelt. Für diesen Prozess eignen sich
stärkehaltige (Mais, Kartoffeln), zuckerhaltige (Zuckerrübe) und
cellulosehaltige (Stroh, Holz) Rohstoffe.
Ethanol ist vielfältig
nutzbar und ähnelt der Ethylenchemie. Ethylen und Ethanol lassen sich durch
Anlagerung oder Abspaltung wechselseitig ineinander überführen. Ohne Umwandlung
wird Ethanol als Treibstoffalkohol und Industriealkohol verwendet.
Rolf Hinrichs - Die Erzeugung von Biogas
Die Erzeugung von Biogas
findet unter Licht- und Luftabschluss statt und erfolgt in zwei Schritten:
Der erste Teil des
Prozesses nennt sich Hydrolyse oder auch „Saure Phase“ und ist sehr komplex.
Die Methanbildung ist die alkalische Phase. Hier findet die Umwandlung von
Alkohol und Fettsäure in Methanbakterien statt.
Für die Methanbildung ist
ein exaktes Zusammenspiel verschiedener Bakteriengruppen unabdingbar, da für
die Zwischenprodukte weitere Bakteriengruppen konkurrenzierend wirken. Daher
ist genaues Augenmerk auf die Menge und die Zusammensetzung des Zuflusses und
auf die Temperatur zu haben.
Heutzutage werden beim
Fermentieren der Küchenabfälle immer häufiger die Einzelprozesse physikalisch
getrennt. Somit erhält das Biogas eine höhere Qualität.
Biogas wird auch als
Grubengas, Sumpfgas oder Faulgas bezeichnet. Es besteht aus
Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, welches fünf
Prozent ausmacht und Kohlendioxid zu 30 Prozent sowie Methan zu 75 Prozent.
Von der Qualität her
entspricht Biogas dem Erdgas. Pro Kuh und Tag lassen sich in etwa drei kWh
Strom erzeugen. Aber nicht nur ein energetischer Nutzen geht von der
Biogasgewinnung aus. Vorteile ergeben sich ebenso aus der weiteren Nutzung der
Restgülle. Rolf Hinrichs - Aufgrund seiner gleichförmigeren Zusammensetzung ist ihr
Fließverhalten wesentlich günstiger. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die
Spritz- und Pumpfähigkeit aus. Während der Phase des Wachstums ist der Einsatz
als Kopfdüngung möglich. Der Grund dafür ist das Nichtvorhandensein der
ätzenden Wirkung frischer Gülle. Die resultierenden Vorteile werden mit dem
Begriff Düngewertverbesserung betitelt. Rolf Hinrichs - Dies wird durch einen zweistufigen
anaeroben Bioprozess aus Methanisierung und Hydrolyse erzeugt.
Rolf Hinrichs - Möglichkeiten und
Konflikte
Einzelne Techniken für die
Umwandlung sind bereit auf dem Markt. Allerdings sind diese häufig noch nicht
wirtschaftlich oder wettbewerbsfähig. Fossile Energieträger wie Steinkohle, Öl
und Erdgas bewegen sich im unteren Preisniveau.
Die Rohstoffpreise richten
sich nach den in der Land- und Forstwirtschaft anfallenden Kosten. In den
Gesamtkosten sind noch zusätzlich die Anlagekosten des Biomasse-Heizwerkes
enthalten. Aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnene Produkte setzen nach ihrer
Benutzung bei einer Kompostierung oder Verbrennung lediglich CO2 in der Höhe
frei, die sie während ihres Wachstums genutzt haben. Da sie also CO2-neutral
sind, sind die Energie- und Stoffkreisläufe geschlossen. Entsprechend kann ihre
Verwendung dazu genutzt werden, der Klimaveränderung und dem Treibhauseffekt
nutzbringend entgegenzuwirken. Es kann also einen nachhaltigen Beitrag beim
Umweltschutz leisten. Wie erwähnt ist die anfallende Gülle wesentlich
pflanzenverfügbarer. Dementsprechend kann durch wesentliche Einsparungen an
Mineraldünger zum Gewässerschutz beigetragen werden.
Rolf Hinrichs - Die Aussichten für die
Industrie und Landwirtschaft
Industriepflanzen auf
Stilllegungsflächen anzubauen ist nicht der einzige Vorteil. Auch für die
Nahrungsmittelerzeugung sind Industriepflanzen eine gute Alternative. Die
Landwirtschaft verändert sich, da der Landwirt nun auch genau auf die Industrie
zugeschnittene Inhaltsstoffe liefert. Dies setzt allerdings auch voraus, dass
züchterisch die Nahrungsmittelpflanzen verändert werden müssen. Auch die
Anbaumethoden sind zu perfektionieren. Die Land- und Forstwirtschaft wird somit
zum Dienstleister für die Gesellschaft.
Rolf Hinrichs - Die Nutzung von
Energieplantagen
Energieplantagen bieten
bei der Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen Vorteile und Nachteile.
Vorteilhaft sind in erster Linie die Erneuerbarkeit und die Vielzahl an
Umwandlungsmöglichkeiten. Die dafür notwendigen Technologien sind bekannt. Die Kosten
halten sich in Grenzen. Ein großer gesellschaftlicher Vorteil ist sicherlich
auch die Schaffung neuer Arbeitsplätze. Es bestehen große Möglichkeiten für
biotechnologische Entwicklungen. Auch der Preis spricht für sich.
Gesellschaftlich besteht mittlerweile für Erneuerbare Energien, durch das
wachsende ökologische Bewusstsein, eine hohe Akzeptanz. Und schlussendlich
erhöht die Nutzung nachwachsender Rohstoffe keinesfalls die CO2-Konzentration.
Allerdings gibt es auch
einige Nachteile. Zunächst benötigt es einige Zeit, bis sich die forst- und
landwirtschaftlichen Gewohnheiten nachhaltig ändern. Des Weiteren werden sehr
große Flächen an Land benötigt. Auch wird es noch einiges an Zeit benötigen,
bis sich die Produktion dauerhaft durchgesetzt hat. Für das Erzielen hoher
Erträge ist es notwendig, die Flächen regelmäßig zu Bewässern und zu Düngen.
Bis dato gestaltet sich auch der Transport zum letztendlichen Nutzer relativ
problematisch.
Rolf Hinrichs - Als Fazit lässt sich also
feststellen:
- nachwachsende Rohstoffe
schonen fossile Ressourcen (Erdgas, Kohle, Erdöl)
- sie sind CO2-neutral
- die Nutzung verursacht
keinen Treibhauseffekt
- die Landwirtschaft
profitiert von der Nutzung nachwachsender Rohstoffe
- aus nachwachsenden
Rohstoffen können neue Produkte für die weltweite Vermarktung hervorgehen
Rolf Hinrichs - Nicht nur an die
Landwirtschaft steht vor neuen Herausforderungen, auch die Forschung ist in
puncto Erneuerbare Energien gefordert. Nur dann kann die Industrie bestmöglich
arbeiten. Gentechnik, Biotechnologie und Pflanzenzüchtung ermöglichen eine
bestmögliche Rohstoffqualität und Ertragsoptimierung.
