Klimablog

Bio-Treibstoffe, Bio-Brennstoffe: Ringen um sinnvollen Einsatz

08.Januar 2011

Regelmässig erscheinen äusserst kritische Berichte über Bio-Treib oder Brennstoffe. Eine ungünstige CO2 Bilanz wird erwähnt (“Biosprit schadet Klima stärker als fossile Brennstoffe” Spiegel), Verdrängung von Nahrungsmittelproduktion  (“Weltbank identifiziert Biosprit als Preistreiber für Lebensmittel” Spiegel), ein exorbitanter Wasserbedarf (“3500 Liter für  1 Liter Biotreibstoff” Die Welt).

Andererseits wird immer wieder über spektakuläre Erfolge mit sehr sinnvollen Bioenergie-Anwendungen berichtet. Beispiele dazu aus der Verleihung des  “Watt d’or” vom Bundesamt für Energie:   «SwissFarmerPower», die grösste Biogasanlage der Schweiz verarbeitet biogene Abfälle von 72 Landwirten oder die zunehmende Verwertung von Holz zur Stromerzeugung ( “Schweizer Stromer räumen den Wald auf“, Handelszeitung).

Von kontraproduktiv und schädlich bis sehr erfolgversprechend

Die genannten Beispiele zeigen das enorm grosse Spektrum von Methoden, Techniken und Verfahren, die unter dem Begriff Bioenergie zusammengefasst werden. Völlig unakzeptabel sind Methoden, welche die Nahrungsmittelproduktion verteuern oder solche, die im Vergeich zu fossilen Energien einen erhöhten CO2 Ausstoss verursachen. Die zwei positiven Beispiele zeigen aber auch, dass es höchst sinnvolle Bioenergie-Verfahren gibt, die wirtschaftlich zu einer Reduktion der Treibhausgase beitragen. Darunter gibt es sogar Verfahren, die nicht nur CO2 neutral sind, sondern sogar zusätzlich noch CO2 aus der Luft entnehmen siehe weiter unten!

Ein wichtiges erstes Unterscheidungsmerkmal sind die Generationen 1 bis 3 von Bioverfahren siehe folgendes Bild. Bis jetzt dominieren die Verfahren der ersten Generation, bei der Nahrungsrohstoffe als Ausgangsstoff verwendet werden. Diese sind generell problematisch, da sie in direktem Wettbewerb zur  Nahrungsmittelproduktion stehen. Grosse Hoffnungen werden deshalb auf die Bioenergien der zweiten Generation gesetzt, die Holz und organische Abfälle verwerten (wie die eingangs zitierten Erfolgsbeispiele). Zur schnellen Weiterentwicklung werden grosse Anstrengungen unternommen. (z.B. NZZ vom 11.1.2011: DuPont als Vorreiterin der Agrotech-Branche). Verfahren zur Gewinnung von Treibstoff aus Zellulose (Holz) werden von der IEA erst ab 2020 erwartet.  Verfahren der dritten Generation, Algen in Aquakulturen, sind noch in der Forschungsphase.

Bild: die drei Generationen von Bioenergien aus SATW Bericht Biotreibstoffe Chancen und Grenzen

Griffige Instrumente nötig zur Vermeidung von Zielkonflikten bei den Ausbauplänen

Weltweit wird an ehrgeizigen Ausbauplänen für Bioenergie gearbeitet, Beispiele:  China, USA, Europa (in Europa wird seit Jahresbeginn E10 angeboten, Benzin mit 10 % Biotreibstoff). Dies führt zu ökologischen und sozialen Zielkonflikten, die Klima-, Biodiversitäts- und Ressourcenschutz gefährden könnten.  Die Nutzung von Biomasse darf nicht die Nahrungsmittelversorgung beeinträchtigen, die Klimabilanz muss positiv sein und es dürfen keine neuen Umweltbelastungen auftreten. Eine internationale Erarbeitung geeigneter Regeln um dies zu erreichen, ist im Rahmen der Global Bioenergy Partnership gerade erst am Anfang.

Eine soeben erschienene Studie Deutschen Bundesamts für Umwelt liefert eine sehr umfassende Analyse der Problematik.

Wichtiges Kriterium “Land Use Change” LUC

Im Vordergrund steht zunächst der Einspareffekt an CO2 Emissionen verglichen mit fossiler Energie. Dabei ist der ganze Lebenszyklus des Produkts zu betrachten also der Aufwand für Aussaat, Düngung, Aufzucht, Ernte bis und mit Verarbeitung zum Endprodukt und schliesslich auch die Art der Verwendung des Endprodukts. Bereits bei dieser Lebenszyklus-Analyse (LCA) gibt es zwischen den verschiedenen heute verarbeiteten Biomassen enorme Unterschiede.

Es lohnt sich, die Beispiele aus der folgenden Tabelle (aus der zitierten Studie) genauer zu betrachten. Die erste Spalte zeigt verschiedene Kulturen in den drei Regionen Europa (EU), Argentinien (AR) und Indonesion (ID) und zwar Rapsöl (RME), Kurzumtriebsplantage (KUP), Sojaöl (SME), Palmöl (PME).  In der vierten Spalte von rechts sind CO2 Emissions-Einsparungen entsprechend LCA für diese Beispiele im Vergleich zu fossilem Diesel gezeigt. Sie reichen von -50 % (Palmöl trop. Wald) bis über -80 % (Kurzumtriebsplantage auf Acker oder Grünland in Europa).

Diese bisher als Rechtfertigung der entsprechenden Verfahren benutzten LCA-Zahlen sind jedoch völlig ungenügend für die Beurteilung. Der Einfluss des Anbaus von Biomasse auf die Kohlenstoffbilanz der Böden – “land use change” LUC – ist von sehr grossem Einfluss, er kann die Bilanzen völlig auf den Kopf stellen. Dabei sind zwei Werte zu unterscheiden. Direct LUC (dLUC) berücksichtigt die Kohlenstoffbilanz des Anbaubodens, indirect LUC (iLUC) berücksichtigt zusätzlich den Effekt, dass als Folge des Anbaus von Energiepflanzen unter Umständen Ausgleichsflächen für den Nahrungsmittelanbau geschaffen werden müssen, wobei in den dafür gewählten Böden enorm grosse Kohlenstoffmengen freigesetzt werden können (z.B. im Tropemnwald). Land Use Change wird zur Zeit intensiv untersucht und diskutiert, wie man sich leicht durch eine Google-Suche überzeugen kann. Lesenswert ist z.B. ein im Dezember erschienener Bericht der IEA dazu.

Die Tabelle zeigt die Problematik für die gewählten Beispiele. Die roten Zahlen im Diagramm zeigen drastische Fälle in denen der Bioenergie-Anbau als Folge der LUC zu massiv erhöhten CO2 Emissionen – im Vergleich zu Biodiesel -  führt. Das oben genannte Beispiel Palmöl im tropischen Wald führt zu rund 1,5 mal höheren CO2 Emissionen, der Anbau auf degradierten Landflächen kann dagegen zu einer zusätzlichen Speicherung von Kohlenstoff im Boden beitragen und so einen Einspareffekt von über 100 % erzielen.

Tabelle aus Studie Deutschen Bundesamts für Umwelt

Sowohl in der wissenschaftlichen als auch in der politischen Diskussion ist die Berechnung eines Zahlenwerts für LUC-bedingte CO2-Emissionen stark umstritten. Vorläufig ist man noch auf Schätzwerte – in den zwei rechten Spalten der Tabelle sind zwei Schätzungen für iLUC nämlich 25 % und 50% angenommen. Der grosse Unsicherheitsbereich zeigt, dass an diesem zentral wichtigen Punkt noch ein grosser Forschungsbedarf besteht.

Das Deutsche Bundesamt für Umwelt schlägt vor, dass Biokraftstoffe mindestens 35 % CO2 Emissionsreduktion erreichen müssen unter Einbezug von direktem und indirektem LUC.

Beim Anbau der Rohstoffe auf Grünland kann nur noch Palmöl diese Reduktion erreichen, während z.B. Zuckerrohr-EtOH(Bioethanol) mit -25% dieses Ziel verfehlt. Würden demgegenüber Palmöl und Zuckerrohr auf kohlenstoffarmen degradierten Flächen angebaut, würden die daraus hergestellten Biokraftstoffe keine indirekten LUC-Effekte verursachen sondern sogar eine Netto-C-Einbindung im Boden (negative dLUC Werte). Sie sind damit eine CO2-Senke und würden nicht nur keine Netto-Belastung der Atmosphäre verursachen, sondern die globale CO2-Konzentration sogar reduzieren.

Schon das 25%-Niveau des iLUC-factor für 2010 hätte erhebliche Auswirkungen auf die Wettbewerbsfähigkeit von Biokraftstoffen vor allem aus Europa (sinngemäß auch für Ethanol aus Mais in den USA oder Weizen in Australien) und würde einerseits den Druck für die rasche Einführung von Biokraftstoffen der 2. Generation erhöhen, andererseits aber auch für den Ausschluss von Importen aus z.B. Brasilien und Indonesien, die dort hohe Treibhausgas-Effekte durch direkte LUC verursachen können. Der direkten und indirekten Kohlenstoffbilanz der Bodenbewirtschaftung kommt also eine überragende Bedeutung zu. Aber auch weiteren Kriterien wie keine negativen Einflüsse auf die Biodiversität. Vorzug haben sollte die Nutzung heimischer Arten und lokaler Sorten, Vermeidung von Monokulturen, Bevorzugung mehrjähriger Feldfrüchte, standortangepasste Anbauverfahren und Anwendung von Methoden mit geringem Erosionsrisiko sowie niedrigem Dünger-, Pestizid- und Wassereinsatz. Vorschläge und neue Ideen kommen von Naturschutzexperten z.B. “Bioenergie und Naturschutz“. Sie empfehlen z.B. sog. Kurzumtriebsplantagen (KUP), das sind Gehölzstrukturen in der Agrarlandschaft, die sich für die Gewinnung von Biokraftstoffen der zweiten Generation eignen und zu deutlichen Synergien mit den Zielen des Natur- und Umweltschutzes führen. Das Bild aus dem Bericht zeigt ein Beispiel einer solchen Plantage mit Saumgestaltung.

Bild: Kurzumtriebsplantage mit Saumgestaltung zur Gewinnung von Bioenergie der zweiten Generation

Biomasse trägt heute schon 13 % zum Energiebedarf bei

Trotz dieser vielen noch offenen Fragen besteht kein Zweifel, dass die Bioenergie auch bei Beachtung der genannten Randbedingungen ein sehr grosses Potential besitzt. Schon heute trägt die Bionergie 13% bei, vorwiegend Holz, siehe Bild.

Bild: Anteile verschiedener Energieträger am weltweiten Gesamtverbrauch 2008

Bis 2050 könnte der Anteil auf 25 % steigen

Das Gesamtpotential weltweit im Jahr 2050 wurde in einem Bericht der IEA analysiert. Siehe folgendes Bild.

Potential IEA Bericht

Bild aus IEA Bericht ( 1 EJ = 10 exp 18 J) Geschätzter Bedarf 2050 und Potential von Bioenergie.

Der Gesamtenergiebedarf wird für 2050 auf 600-1000 EJ/Jahr (1 EJ = 10 exp 18 J ) geschätzt (heute 500 EJ/Jahr). Das “technische” Potential für Bioenergie wird von der IEA auf maximal 1500 EJ/Jahr geschätzt (blauer Balken). Bei Berücksichtigung von Nachhaltigkeitskriterien bleibt davon ein Potential von 250- 500 EJ/Jahr (grüner Balken, ohne aquatische Biomasse) – der untere Wert entspricht also einem Viertel des oberen Werts für den Gesamtbedarf. Wald und Landwirtschafts-Abfälle und anderer organischer Abfall könnten dazu zwischen 50 und 150 EJ/Jahr beitragen, der Rest käme von Energie-Pflanzen, zusätzlichem Waldwachstum und erhöhter Produktivität in der Landwirtschaft. Das sind natürlich sehr grobe Schätzungen. Wieweit die Potentiale auch strengen Nachhaltigkeitskriterien genügen bleibt abzuwarten. Die schnelle Verbesserung dieser Kriterien und deren weltweite Einhaltung muss  deshalb mit höchster Priorität verfolgt werden.

Langfristige strategische Richtlinien für den Einsatz von Bioenergie

In der zitierten Studie des Deutschen Bundesamts für Umwelt werden die folgenden 4 Grundprinzipien für den langfristigen Einsatz von Biomasse formuliert:

1. Die Kernformel einer langfristigen, über das Jahr 2030 hinausreichenden Strategie zur nachhaltigen Biomasse ist, dass nachwachsende Rohstoffe primär stofflich und Abfall- und Restbiomassen primär energetisch genutzt werden.
2. Nachhaltige Bioenergie kann langfristig bis 25% – und damit nur einen relativ kleinen Teil – des globalen Energieinputs leisten, da ihr flächenbezogener Energieertrag deutlich unter dem solarer Systeme liegt und sowohl der Flächenbedarf biogener Anbausysteme wie auch deren Stoffinputs (insb. Wasser) begrenzende Faktoren darstellen.
3. Industriell genutzte biogene Rohstoffe werden dabei vorrangig auf ungenutzten bzw. auf für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion nur eingeschränkt nutzbaren und aus Umwelt- und Naturschutzsicht unproblematischen Flächen angebaut. Vorrang haben dabei standortangepasste Pflanzen und Anbauverfahren, die nur geringe Inputs an Agrochemikalien und Wasser erfordern und positive Wirkungen hinsichtlich Agrobiodiversität zeigen.
4. Im Anschluss an die stoffliche Nutzung biogener Rohstoffe ist die energetische Nachnutzung sinnvoll, die sowohl Strom und Wärme als auch Kraftstoffe umfassen kann. Anstelle des heute vorherrschenden Anbaus von Biomasse zur direkten Konversion in Bioenergie für Strom, Wärme und Kraftstoffe tritt somit künftig eine Nutzungs-Kaskade, die Nahrungs- und Futtermittelproduktion einerseits und nachwachsende Rohstoffe andererseits sowohl im Hinblick auf verwendete Pflanzen als auch in Bezug auf die Flächennutzung weitestgehend entkoppelt. Der Anbau von Nahrungs- und Futtermittelpflanzen zur energetischen oder stofflichen Nutzung ist daher nur eine mittelfristige Übergangsstrategie

Autor: Klaus Ragaller

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