Biomasse als Kraftstoff

Inhalt

1. Einleitung

2. Was ist Biomasse?

3. Die energetische Nutzung von Biomasse

4. Status-quo und Ziele

5. rechtliche Rahmenbedingungen

6. Biomasse – ein Beitrag zum Klimaschutz?

7. Biokraftstoffe in der Kontroverse

8. Fazit

Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Klimaschutz steht nicht erst seit dem vierten Sachstandsbericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), in dem die Dringlichkeit eines wirksamen Klimaschutzes wissenschaftlich bestätigt wurde (vgl. IPCC 2007), auf der politischen Tagesordnung. Bereits zuvor wurde in zahlreichen internationalen und supranationalen Vereinbarungen sowie nationalen klimapolitischen Strategien auf die Notwendigkeit des Klimaschutzes hingewiesen. Als bekanntestes Beispiel hierfür dürfte das Kyoto-Protokoll aus dem Jahr 1997 gelten. In diesem verpflichten sich die Unterzeichnerstaaten die Emissionen bestimmter Treibhausgase im Zeitraum von 2008 bis 2012 um mindestes 5 % unter das Niveau von 1990 zu senken (vgl. BMU 2008). Als weithin anerkanntes Ziel gilt die Begrenzung des globalen Temperaturanstiegs auf 2°C gegenüber der vorindustriellen Zeit (vgl. SRU 2007).

National sind die Zielsetzungen unterschiedlich und gehen teilweise weit über die im Kyoto-Protokoll festgelegten Werte hinaus. Auch die Strategien zur Erreichung der Reduktion der Treibhausgasemissionen sind unterschiedlich. Neben der Steigerung der Energieeffizienz spielt auch eine Substitution fossiler Energieträger durch erneuerbare Energieformen eine große Rolle. Entscheidende Bedeutung kommt dabei der Biomasse, sowohl bei der Erzeugung von Strom und Wärme, als auch als Kraftstoff, zu. Der Einsatz von Biomasse ist jedoch nicht unumstritten. So meldete jüngst etwa Entwicklungsministerin Heidemarie Wieczorek-Zeul bedenken hinsichtlich des Einsatzes von Biokraftstoffen an (vgl. Der Tagesspiegel 2008).

Inwieweit Biomasse nun einen Beitrag zum Klimaschutz leisten kann soll mit besonderem Augenmerk auf die Verwendung von Biomasse als Kraftstoff in dieser Arbeit dargestellt werden. Der Fokus liegt dabei vor allem auf Deutschland, teilweise wird aber mit der EU auch die supranationale Ebene eingebunden.

Dazu soll zunächst die Frage beantwortet werden, was Biomasse ist und wie sie „produziert“ wird. Als Nächstes soll dann ein Überblick darüber gegeben werden, wie Biomasse energetisch verwendet werden kann. Anschließend wird auf die klimapolitischen Ziele Deutschlands und der EU sowie dem Stellenwert, dem Biomasse dabei zugeschrieben wird, eingegangen. Hier soll auch der gegenwärtige Stand der Verwendung von Biomasse vorgestellt werden. Ebenso werden die politischen Rahmenbedingungen, gesetzliche Regelungen und Fördermaßnahmen wie etwa Subventionen in Deutschland und der EU mit einbezogen. Im Folgenden wird dann auf die Frage eingegangen welchen Beitrag Biomasse, insbesondere in der Verwendung als Kraftstoff, zum Klimaschutz leisten kann. Hierbei wird dann auch vor dem abschließenden Fazit auf die Kritik und Probleme der Verwendung von Biomasse eingegangen.

2. Was ist Biomasse?

Biomasse lässt sich unterteilen in biogene Reststoffe und nachwachsende Rohstoffe. Als biogene Reststoffe zählen unter anderem Ernterückstände aus der Landwirtschaft, wie Stroh und Gülle, Holzabfälle aus der Forstwirtschaft, Grünschnitt und Gehölzschnitt aus der Landschaftspflege, aber auch Schlachtabfälle und Tierfette aus der Tierkörperverwertung. Nachwachsende Rohstoffe sind land- oder forstwirtschaftliche Produkte, die nicht als Nahrung- oder Futtermittel sondern energetisch oder stofflich genutzt werden. Hierzu zählen: Energiepflanzen wie Mais, Raps, Zuckerrüben Gräser, Getreide, Sonnenblumen, Pappeln, Weiden etc., biogene Reststoffe zur stofflichen Nutzung wie Ölpflanzen, Faserpflanzen und stärkehaltige Pflanzen, Aufwuchs von Grünflächen und Waldholz (vgl. SRU 2007). Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) definiert Biomasse wie folgt: „Zur Biomasse zählen Pflanzen, Tiere, ihre Abfall- und Reststoffe sowie im weiteren Sinne auch die durch Umwandlung entstehenden Stoffe wie Papier und Zellstoff sowie organische Haus-, Gewerbe- und Industrieabfälle. Hinzu kommen die bei der Verrottung oder durch bakterielle Umsetzungsprozesse organischer Substanzen entstehenden Biogase“ (FNR 2002: 12). Für die energetische Nutzung sind vor allem die nachwachsenden Rohstoffe und damit cellulose-, stärke-, öl-, und zuckerhaltige Pflanzen von Interesse.

Gesetzlich geregelt ist die Frage was Biomasse ist in der Verordnung über die Erzeugung von Strom aus Biomasse, auch als Biomasseverordnung (BiomasseV) bezeichnet. In §2 ist festgelegt was als Biomasse anerkannt wird. Dies sind Pflanzen und Pflanzenbestandteile, aus Pflanzen und Pflanzebestandteilen hergestellte Energieträger, Abfälle und Nebenprodukte pflanzlicher und tierischer Herkunft aus der Land-, Forst- und Fischwirtschaft, Bioabfälle, aus Biomasse durch Vergasung oder Pyrolyse erzeugtes Gas, aus Biomasse erzeugte Alkohole, Altholz, Pflanzenmethylester, Treibsel aus Gewässerpflege, Uferpflege und –reinhaltung und durch anaerobe Vergärung erzeugtes Biogas. Nicht als Biomasse anerkannt sind nach §3: Torf, gemischte Siedlungsabfälle, Altholz mit Reststoffgehalt (etwa Quecksilber oder polychloriertes Biphenylen), Papier, Pappe, Karton, Klärschlamm, Hafenschlick und sonstige Gewässerschlämme- und sedimente, Textilien, tierische Nebenprodukte, die nicht für den menschlichen Verzehr geeignet sind, Deponiegas und Klärgas. Ebenfalls nicht als Biomasse anerkannt sind fossile Brennstoffe (vgl. BMU 2005). Dies ist insofern relevant, als das in einer weit gefassten Definition von Biomasse als Pflanzen und Tiere sowie ihrer Rest- und Abfallstoffe, fossile Brennstoffe ebenfalls als Biomasse bezeichnet werde könnten. Denn diese sind ja aus den Abbauprodukten toter Pflanzen und Tiere entstanden.

Die größten Produzenten der für die energetische Verwendung von Biomasse notwendigen Biomasse sind die Land- und Forstwirtschaft. Die für die Nutzung von Biomasse als Kraftstoff verwendeten Rohstoffe stammen so gut wie ausschließlich aus der Landwirtschaft. Im Jahr 2005 wurden 11,9 Mio. ha, 33,3% der Gesamtfläche Deutschlands, für die Landwirtschaft genutzt. Für den Anbau von Nachwachsenden Rohstoffen wurden im Jahr 2006 1,6 Mio. ha genutzt. Dies entspricht 13% der gesamten Ackerfläche. Größten Anteil daran hat die Ölfrucht Raps mit 1,6 Mio. ha. Raps wird hauptsächlich für die Herstellung von Biodiesel genutzt. Weitere 0,3 Mio. ha wurden für den Anbau von Energiepflanzen wie Mais, Getreide oder Gräsern genutzt (vgl. SRU 2007).

3. Die energetische Nutzung von Biomasse

Die aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugte Biomasse kann sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden. Diese Arbeit betrachtet dabei aber nur die energetische Nutzung und hier vor allem die Nutzung als Kraftstoff, also nur einen relativ klein Ausschnitt der Nutzungsmöglichkeiten. Die stoffliche Nutzung sollte aber grundsätzlich nicht vernachlässigt werden, da ihr vor allem in der Zukunft zentrale Bedeutung zukommt. So empfiehlt etwa der Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU): „In sehr langfristiger Perspektive sollte allerdings die stoffliche Nutzung gegenüber der energetischen bevorzugt bzw. zumindest nicht schlechter gestellt werden, da biogene Rohstoffe den einzigen Ersatz für fossile Rohstoffe zur stofflichen Nutzung darstellen“ (SRU 2007: 19). Die Energie aus fossilen Energieträgern lässt sich hingegen prinzipiell auch durch andere Formen erneuerbarer Energie ersetzen.

Biomasse als Energieträger weist jedoch einige erhebliche Vorteile auf. Grundsätzlich gibt es drei Wege Energie aus Biomasse bereitzustellen. Zum einen können physikalisch-chemische Verfahren, wie Pressung und Extraktion, angewandt werden. Mit diesen Verfahren können flüssige Brennstoffe gewonnen werden. Als zweites gibt es biochemische Umwandlungsverfahren, vor allem Veredelungsverfahren mit Hilfe von Mikroorganismen und Gärungsverfahren, mit denen sowohl flüssige als auch gasförmige hergestellt werden können. Zudem gibt es noch thermochemische Umwandlungsverfahren, wie Pyrolyse, Vergasung und Verkohlung, mit denen gasförmige und feste Brennstoffe erzeugt werden. Biomasse kann also in allen Aggregatzuständen eingesetzt werden. Letztendlich können über die Verbrennung, auch die direkte Verbrennung fester Biomasse ohne Umwandlung, alle Energieformen (Strom, Wärme und Kraftstoffe) durch Biomasse bereitgestellt werden. Fossile Energieträger lassen sich somit komplett ersetzen. Ein großer Vorteil der Biomasse im Vergleich mit anderen erneuerbaren Energien ist die gute Lagerfähigkeit sowohl der Biomasse selbst als auch der daraus erzeugten Energieträger. Energie kann somit zeitlich und räumlich flexibel bereitgestellt werden.

Für die Herstellung von Kraftstoffen können ebenfalls alle drei Verfahrensweisen angewandt werden. Die Kraftstoffe werden für gewöhnlich unterschieden in Biokraftstoffe der 1. und 2. Generation. Für die Herstellung von Biokraftstoffe der 1. Generation kommen vor allem physikalisch-chemische Verfahren zum Einsatz. Die einfachste und nach wie vor, zumindest in Deutschland, am weitesten verbreitete Verfahrensweise ist die Pressung von Ölpflanzen. Hierbei wird vor allem Raps verarbeitet. Eine Möglichkeit ist hier die Bereitstellung von reinem Pflanzenöl als Ersatz für Diesel. Dies ist gewissermaßen auch eine Rückbesinnung auf die ursprünglichen Formen des Kraftstoffes, denn als Treibstoff für Rudolf Diesels ersten Motor setzte dieser 1895 Erdnussöl ein (vgl. FNR 2002). Die Verwendung von purem Pflanzenöl, im folgenden wird vor allem Rapsöl betrachtet, ist jedoch mit einigen Problemen behaftet. Vor allem weist Pflanzenöl eine gegenüber Diesel vielfach höhere Viskosität auf. Für Rapsöl liegt die kinematische Viskosität bei 78,7 mm²/s (20°C)(vgl. Flaig/Linckh/Mohr 1995: 12). Nach der gültigen Norm für Dieselkraftstoffe ist jedoch nur ein Wert zwischen 2-8 mm²/s zugelassen (vgl. ebd.). Zudem greift das Pflanzenöl bestimmte Bauteile wie etwa Dichtungsringe an, so dass pures Rapsöl in herkömmlichen Dieselmotoren nicht verwendet werden kann. Um Rapsöl dennoch als Kraftstoff einsetzen zu können müssen entweder die Motoren an den Kraftstoff oder der Kraftstoff an den Motor angepasst werden.

Die Anpassung des Motors an den Kraftstoff hat den Vorteil, dass dieser ohne weitere Umwandlung und damit verbundenen Energieaufwand, eingesetzt werden kann. Hierfür wurden pflanzenöltaugliche Spezialmotoren entwickelt. Diese weisen gegenüber herkömmlichen Dieselmotoren entweder Veränderungen an Motorenteilen wie Kolben, Pleuel oder Einspritzdüsen auf, oder sie erwärmen den Kraftstoff vor der Einspritzung und erhöhen damit die Viskosität (vgl. ebd.). Zum Einsatz kommen solche Motoren vor allem in Land- und Forstwirtschaft, sowie bei Speditionen. Im Jahr 2006 wurden so 1 Mio. Tonnen Pflanzenöl als Kraftstoff genutzt (vgl. FNR 2007). Bei der Anpassung des Kraftstoffes an den Motor kommt das Verfahren der Umesterung zum Einsatz. Dabei werden die Fettsäuren abgespalten und mit einem einwertigen Alkohol, z.B. Methanol, neu verestert. Als Nebenprodukt wird Glycerin frei. Der so gewonnene Pflanzenmethylester, im Fall von Raps Rapsmethylester (RME) (auch als Biodiesel bekannt), hat den Vorteil, dass er in herkömmlichen Dieselmotoren ohne Umrüstung einsetzbar ist. Der Nachteil besteht darin, dass für die Umesterung zusätzliche Energie aufgewendet werden muss. RME ist der in Deutschland am weitesten verbreitete Biokraftstoff. Im Jahr 2006 wurden 2,5 Mio. Tonnen verbraucht (vgl. FNR 2007a). Ein weiteres Verfahren ist das so genannte Hydrocracking/Hydrotreating bei dem Rapsöl in Beimischung zu mineralischem Rohöl in Raffinerien verarbeitet wird. RME kann zudem in beliebigen Mischungsverhältnissen zusammen mit Dieselkraftstoff in Dieselmotoren verbrannt werden. Allerdings müssen auch beim Einsatz von RME Kunststoffteile wie Dichtungen und Leitungen RME-beständig ausgeführt werden (vgl. FNR 2002).

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