Biotreibstoffe: Eine echt nachhaltige Lösung?

Sogenannte Biotreibstoffe haben heutzutage einen überaus schlechten Ruf. Ob dieser gerechtfertigt ist, was Biotreibstoffe sind, warum wir sie so dringend benötigen und ob sie trotzdem der Schlüssel für eine nachhaltigere Zukunft sein können, soll dieser Artikel zeigen.

Was sind Biotreibstoffe?

Generell sind Biotreibstoffe alle Treibstoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Dazu gehören unter anderem Bio-Ethanol, Bio-Butanol, Biodiesel und Biogas.

Bio-Ethanol wird aus zucker- oder stärkehaltigen Pflanzenteilen wie z. B. Zuckerrüben, Kartoffeln, Weizen, Roggen und Mais gewonnen. Dabei muss die Stärke zuerst in Zucker aufgespalten werden, um sie dann mittels Hefe zu Ethylalkohol (Ethanol) zu vergären.

Bio-Butanol wird ähnlich hergestellt wie Bio-Ethanol, nur wird der Zucker durch das Bakterium Chlostridium acetobytilicum, unter anderem, in Aceton und Butanol umgewandelt. Zwar hat Bio-Butanol eine höhere Energiedichte als Bio-Ethanol, nachteilig wirkt sich aber aus, dass aus den Ausgangsstoffen nur ein geringer Anteil am gewünschten Bio-Butanol (verglichen mit der Ausbeute von Bio-Ethanol) gewonnen werden kann.

Für Biodiesel wiederum werden ölhaltige Pflanzenteile als Ausgangsstoff benötigt. Das Öl gewinnt man großteils aus Samen von Raps oder den Früchten der Ölpalme, weniger häufige Alternativen sind Erdnüsse, Hanfsamen, einzellige Grünalgen und Schlachtabfälle (Details zur Herstellung von Biodiesel siehe nächstes Kapitel). Gereinigtes Pflanzenöl kann auch direkt als Biotreibstoff verwendet werden, dieser wird aber nicht als Biodiesel bezeichnet.

Biogas kann aus verschiedenen Ausgangsstoffen wie Bioabfall, Speiseresten, Klärschlamm, Gülle, Mist, Mais, Getreide oder Gräsern gewonnen werden. Aus diesen Stoffen wird mit Hilfe von Bakterien, unter Sauerstoffausschluss und über das Zwischenprodukt Essigsäure, Methan produziert, welches zur Energiegewinnung verwendet werden kann.

Weiters muss gesagt werden, dass alle genannten Biotreibstoffe verschieden viel Energie liefern und, je nach Ausgangsstoff, die Ausbeute sehr unterschiedlich ausfällt, was zu einem hohen Forschungsbedarf führt.

Biotreibstoffe Einführung Ranalter

Biotreibstoffe sind ein alter Hut

Seit die Menschen Tiere wie Pferde, Esel, Lamas usw. zähmten und diese als Transport- und/oder Fortbewegungsmittel nutzten, war es notwendig diesen auch “Treibstoffe” in Form von Nahrung zur Verfügung zu stellen. Nach dieser urtümlichen Form der Biotreibstoffe, die hauptsächlich aus Gräsern bestand, wurde das Herstellen von flüssigen Treibstoffen wie z. B. Biodiesel aus pflanzlichem Öl oder tierischem Fett erst durch die Entwicklung des chemischen Prozesses der Transesterifikation 18531 möglich.

Dabei werden die Fettsäuremoleküle von einem dreiwertigen Alkohol (Glyzerin) an einen einwertigen Alkohol (Methanol) angehängt. Es wird also eine Esterbindung durch eine andere ersetzt, deshalb nennt man diesen Prozess im Deutschen auch Umesterung. Dadurch wird aus dem zähflüssigen Öl der viel dünnflüssigere Fettsäuremethylester2, welcher als Biodiesel verwendet wird.

Biotreibstoffe Was ist das

In einem Motor wurde Biotreibstoff (aus Erdnussöl) aber erst von Rudolf Diesel um 1900 eingesetzt, und da damals Erdnussöl und andere pflanzliche Öle in der Beschaffung weit teurer waren als Erdöl, setzten sich die Biotreibstoffe nicht durch. Auch eine Initiative Henry Fords Anfang des 20. Jahrhunderts, der Biodiesel aus Hanfsamen im großen Stil herstellen wollte, wurde, durch das Einwirken der Erdölnutznießer auf die amerikanische Politik, im Keim erstickt.

Erst durch die Ölkrise in den Siebzigern wurde wieder akut nach Alternativen zum Erdöl geforscht. Diese Forschung ist noch lange nicht abgeschlossen und ist heute wichtiger denn je.

Warum haben Biotreibstoffe einen so schlechten Ruf?

Der schlechte Ruf der Biotreibstoffe liegt darin begründet, dass, für die sogenannte 1. Generation, Futterpflanzen verwendet werden. In der Folge steigen die Lebensmittelpreise aufgrund des knapper werdenden Ackerlandes. Wenn man noch dazu bedenkt, wie viele Menschen auf unserer Erde an Hunger leiden3, dann sind Biotreibstoffe aus Nahrungspflanzen entschieden abzulehnen.

Biotreibstoffe der 2. Generation hingegen werden aus Pflanzen gewonnen, die nicht für die Nahrungsproduktion vorgesehen sind. Leider macht sie das nicht unproblematischer, denn in den Tropen werden unvorstellbar große Flächen gerodet, um Ölpalmenplantagen anzulegen4 und die Pappel- bzw. Weidenmonokulturen in den europäischen Ländern verdrängen meist Grünland, Wälder oder Nahrungspflanzenanbauflächen. Dies zeigen auch Studien, die in den USA durchgeführt wurden, denn dort wurde ein Rückgang um 5300 km² der Grünland- und Prärieflächen, wegen des ausufernden Maisanbaus, nachgewiesen5.

Nach der anfänglichen Lobpreisung der Biotreibstoffe, ausgelöst durch die Hoffnung der Menschen, weiterhin massenhaft Energie verschwenden zu können und das auch noch mit einem reinen Gewissen, da man dies ja CO2-neutral tut, folgte Ernüchterung. Denn für die Gewinnung der benötigten kurzkettigen Moleküle wie z. B. Ethanol müssen langkettige Moleküle gespalten werden und dafür wird wiederum (meist fossile) Energie benötigt, ebenso für das Destillieren des Ethanols und die Wasserabtrennung6.

Nimmt man noch die Tatsache des niedrigeren Energiegehalts von Ethanol (62% im Vergleich zu Benzin) hinzu, weshalb man mehr davon für die gleiche Leistung braucht, dann sind die Vorteile dieses Biotreibstoffs, in Bezug auf Umweltschutz, wenig umwerfend.

Noch dazu verweisen aktuelle Forschungsergebnisse auf die Möglichkeit eines erhöhten Auftretens von bodennahem Ozon durch den übermäßigen Anbau schnell wachsender Bäume wie Pappel und Weide. Diese Bäume dünsten nämlich Gase (Isoprene) aus, welche die Bildung von Ozon, das die Atemwege reizt, begünstigt7. Alles in allem stellt sich die derzeitige Situation, bezüglich Biotreibstoffe, als nicht optimal für Mensch und Umwelt dar. Das erklärt auch, warum die EU bis 2020 alle Subventionen für Biotreibstoffe, die eine schlechte Umweltbilanz haben oder aus Nahrungspflanzen hergestellt werden, streichen will8.

Wieso brauchen wir überhaupt Treibstoffe

Biotreibstoffe HE Pro KontraEs fing wohl mit den fossilen Brennstoffen9 an. Als Erdöl erstmals in großem Maße verfügbar war, besaß die Menschheit eine Energiequelle, die einfach nur der Erde entnommen werden musste, um damit Häuser zu heizen, Autos anzutreiben oder Strom zu erzeugen.

Da diese Energiequelle so unerschöpflich schien und günstig war, konnte man es sich z. B. leisten für lächerlich kurze Strecke auf ein mit Erdölprodukten angetriebenes Fahrzeug zurückzugreifen, statt zu Fuß zu gehen.

Das hat sich mit der Zeit geändert, denn Erdöl-exportierende Länder erkannten bald die Abhängigkeit der Gesellschaft von ihrem Produkt, wodurch sie die Macht erlangten, die Preise zu bestimmen. Weiterhin werden von Konzernen in unsicheren Zeiten Vorräte angelegt, was sich wiederum auf die Verfügbarkeit von Öl und den Preis niederschlägt.

Heute kommt noch die Tatsache der versiegenden Ölquellen hinzu, welche die Ölförderung immer kostspieliger machen, da man mehr Energie aufwenden muss für einen geringeren Ertrag und das hebt natürlich auch den Preis. Diese und viele weitere Faktoren wie die Mineralölsteuer (in Deutschland Energiesteuer), Börsenspekulationen usw. führten dazu, dass fossile Energie heutzutage nicht mehr die nie versiegende, günstige Energiequelle ist, die sie einmal war.

Nur haben wir uns an unseren derzeitigen Lebensstandard gewöhnt und uns davon zu lösen fällt uns sehr schwer. Von klein auf hören wir, wir sollen uns jederzeit das nehmen, was wir gerade wollen und das ist meist weiter weg, als man zu Fuß in kurzer Zeit (die sowieso immer knapp ist) zurücklegen kann. Beispiele:

Da unsere Arbeit meist wenig Abwechslung bietet, wollen wir diese in der Freizeit erleben, dafür fahren wir in eine 100 km entfernte Stadt, um in einem angesagten Lokal etwas Zeit zu verbringen, oder wir fahren 30 km aufs Land hinaus, um dort in der schönen Landschaft joggen zu gehen. Zudem können wir an einem Ort unsere Arbeitsstelle haben, der eine Autostunde von unserem Zuhause entfernt ist, was, besonders wenn man auf dem Land wohnt, nur der Einsatz eines treibstoffbetriebenen Kraftfahrzeuges ermöglicht. Kurzum macht uns unser modernes Leben abhängig von Erdöl und wir wollen (wenn auch meist unbewusst) solange es geht daran festhalten.

Darum lässt uns die nahende Ölknappheit zu drastischen Maßnahmen greifen wie z. B. Ölsande abzubauen10, obwohl dies wahnsinnig kostenintensiv, energieaufwendig und umweltzerstörend ist. Genau deshalb liegen unsere Hoffnungen auf den Biotreibstoffen und darauf, die fossilen Brennstoffe vollständig und vollwertig durch diese ersetzen zu können.

Das Potenzial der Biotreibstoffe ist noch lange nicht erschöpft

Die Biotreibstoffe der 3. und 4. Generation haben das Zeug dazu, eine wirklich nachhaltige Alternative gegenüber fossiler Energie zu werden. Man versteht unter der 3. Generation hauptsächlich die Gewinnung von Öl mittels einzelliger Grünalgen, die im Zellinneren Öle, entweder als Abfallstoff oder als Wegzehrung für schlechtere Zeiten, einlagern. Dafür muss man zwar große Reaktoren bauen, in denen dieser Vorgang abläuft, aber es wird bestimmt nicht so viel (Nahrungsmittelanbau-) Fläche beansprucht, wie für eine Mais-, Pappel- oder Ölpalmenplantage.

Ein wesentlicher Fortschritt zur 1. und 2. Generation ist die Herstellung des Öls durch die Algen mittels Fotosynthese, d. h. nur durch Sonnenenergie. Das dauert natürlich ziemlich lange, da die Fotosynthese ein sehr langsamer Prozess ist. Darum wird den Algen oft Energie in Form von organischen Abfällen (z. B. aus der Futtermittelherstellung) verabreicht, um schneller Öl zu produzieren.

Unter der 4. Generation versteht man (teils utopische) Konzepte für die zukünftige Produktion von Biotreibstoffen, die großteils aus Verbesserungen der derzeitigen Herstellungsweise bestehen und zu deren Umsetzung intensivst Forschung betrieben wird. Unlängst fanden Forscher z. B. heraus, dass Weiden, die durch hohe Windeinwirkung schief wachsen, höhere Mengen an für die Biotreibstoffproduktion benötigten Kohlenhydraten beinhalten als Weiden die gerade wachsen11.

Das Hauptwerkzeug für die Verbesserung der Biotreibstoffe in Bezug auf Energie- und Herstellungseffizienz ist die sogenannte Grüne Systembiologie12. Diese beinhaltet verschiedenste Gebiete wie die (rein theoretische) computerunterstützte Biologie, die Biochemie und das Bioengineering, welches auch die Gentechnik beinhaltet. In Gegensatz zu ihrem Ruf (der von ihrem fragwürdigen Einsatz bei Lebensmitteln herrührt), ist die Gentechnik in diesem Bereich der Forschung ein enorm wichtiges Werkzeug für die Entwicklung wirklich nachhaltig hergestellter Biotreibstoffe, die dann hoffentlich auch CO2-neutral sind.

Mit Gentechnik sollen z. B. Pappeln genetisch so verändert werden, dass sie viel schneller wachsen, mehr von den Pflanzenteilen besitzen, die die verwendbaren Stoffe beinhalten und (sehr utopisch) evtl. sogar gleich die Moleküle produzieren, die wir haben wollen (z. B. Ethanol). So ist z. B. ein angepeiltes Ziel in der modernen Algenforschung, einzellige Grünalgen genetisch zu verändern, damit sie, statt natürlicherweise Öle, gleich Biodiesel produzieren.

Aber auch in der Verfahrenstechnik wird fieberhaft geforscht, um neue chemische Verfahren zu finden13, alte zu verbessern oder die Energieausbeute von Biotreibstoffen zu optimieren. Diese Tatsachen lassen auf zukünftige Biotreibstoffe hoffen, die wirklich das Zeug haben nachhaltig und umweltgerecht zu sein, mit den fossilen Treibstoffen preismäßig mitzuhalten und diese auch tatsächlich verdrängen und ersetzen zu können.

Doch auch wir müssen unseren Beitrag leisten

Trotz rosiger Zukunftsaussichten und dem betriebenen Forschungsaufwand besteht aber die Möglichkeit, unseren derzeitigen Verbrauch an fossilen Treibstoffen mit Biotreibstoffen nicht decken zu können. Denn Biosprit wird aus lebenden Organismen gewonnen und was lebt, braucht dafür bekanntlich Platz, die Flächenressourcen unseres Planeten sind aber jetzt schon begrenzt und nehmen mit zunehmender Weltbevölkerung und durch die Auswirkungen des Klimawandels immer weiter ab.

Deswegen ist es unsere Pflicht, unseren Treibstoffverbrauch drastisch zu verringern, denn erst dann steigt die Wahrscheinlichkeit, unsere Bedürfnisse in Zukunft mittels Biokraftstoffen decken zu können.

Quellennachweise

1. http://www.wallstreet-online.de/diskussion/1141662-91-100/alternativen-zu-oel, 20. Apr. 2013

2. Umesterung, Fettsäuremethylester usw.: http://de.wikipedia.org/wiki/Fetts%C3%A4uremethylester, 20. Apr. 2013

3. http://text.derstandard.at/1360161035793/Ziegler-Hunger-ist-organisiertes-Verbrechen, 20. Apr. 2013

4. http://www.faszination-regenwald.de/info-center/zerstoerung/palmoel.htm, 20. Apr. 2013

5. http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/mais-biodiesel-boom-laesst-gruenflaechen-in-den-usa-schwinden-a-884033.html, 20. Apr. 2013

6. http://derstandard.at/1345164831799/Wie-der-Mais-zu-Treibstoff-wird, 20. Apr. 2013

7. http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/biosprit-kann-der-gesundheit-schaden-da-mehr-ozon-anfaellt-a-876119.html, 20. Apr. 2013

8. http://www.spiegel.de/auto/aktuell/eu-will-subventionen-fuer-biosprit-aus-getreide-kappen-a-855197.html, 20. Apr. 2013

9. http://de.wikipedia.org/wiki/Fossile_Energie, 20. Apr. 2013

10. http://www.focus.de/wissen/klima/tid-25135<>, 20. Apr. 2013

11. http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-90848734.html#ref=rss, 20. Apr. 2013

12. http://derstandard.at/1336697616634/Hier-bahnt-sich-eine-echte-Revolution-an, 20. Apr. 2013

13. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/magazin-nature-forscher-in-berkeley-entwickeln-effizienten-biosprit-a-865973.html, 20. Apr. 2013

23.05.2017 © seit 04.2013 Manfred Ranalter

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