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Neue Technologien zur Energiegewinnung

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Aus Pflanzen kann über thermo-chmische Konversionsverfahren Biodiesel gewonnen werden. Quelle: 123rf.com/Jonathan Vasata

Nach dem prognostizierten Ende des Erdöl-Zeitalters noch in diesem Jahrhundert drängen fast täglich Meldungen über neue Ansätze alternativer Technologien zur Energiegewinnung an die Öffentlichkeit. Weltweit wird an der industriellen Umsetzung innovativer Konzepte zu erneuerbaren Energien gearbeitet, die eine Sicherung des weltweiten Energiebedarfs angesichts hoher Ölpreise, wachsender Energiebedürfnisse bei gleichzeitig sinkenden Reserven gewährleisten sowie eine Bremsung des Klimawandels beschleunigen soll. Die Biotechnologie ist dabei ein Weg, zur Entwicklung optimierter Verfahren der Gewinnung von Biokraftstoffen beizutragen.

Konzepte der Energiegewinnung: Biomass-to-Liquid-Kraftstoffe

Bioethanol aus Lignozellulose hat einen Konkurrenten, bei dessen Herstellung ebenfalls die Komplettverwertung von Biomasse angestrebt wird, allerdings findet hierbei anstelle einer biochemischen einen thermo-chemische Konversion von Biomasse in ein Synthesegas statt. Diese synthetischen Treibstoffen der zweiten Generation werden als BtL (Biomass-to-Liquid)-Treibstoffe bezeichnet und stellen eine neue Form von Biodiesel dar. Die Herstellung von BtL basiert auf der Anfang des letzten Jahrhunderts in Deutschland entwickelten Fischer-Tropsch-Synthese, der Herstellung und Verflüssigung von Synthesegas aus Kohle oder Biomasse zu einem flüssigen Kraftstoff. Die komplexen Moleküle der Biomasse werden zunächst bei hohen Temperaturen und gegebenenfalls unter Druck in ihre Bestandteile zerlegt. Dieser Prozess ahmt damit im Zeitraffer nach, was bei der Bildung fossiler Brennstoffe über Jahrmillionen Jahre stattfindet. Aus den einzelnen Bestandteilen wird dann das Synthesegas, eine Mischung von CO und H2, gebildet. Die für die Kohlenwasserstoffresynthese nicht benötigten Elemente wie Stickstoff oder Schwefel bilden eigene Verbindungen, die sich vom Synthesegas abtrennen lassen.

Erträge und Effizienz von Biokraftstoffen

EnergiepflanzeJahresertrag je HektarEntspricht einem Energiegehalt vonEffizienz
Energiepflanzen3.560 kg Biomethan4.980 l Benzin120 %
Energiepflanzen4.030 l BtL3.910 l Benzin97 %
Getreide2.560 l Bioethanol1.660 l Benzin65 %
Raps1.550 l Biodiesel1.410 l Diesel91 %
Raps1.480 Rapsöl1.420 l Diesel96 %

Quelle: FNR, 2006

Zwei im Auftrag des Bundesumweltministeriums erstellte Biomasse-Potenzialstudien ergaben, dass im Jahr 2050 bis zu sechs Millionen Hektar der Ackerflächen in Deutschland für den Energiepflanzenanbau zur Verfügung stehen können. Ohne mit der Nahrungsmittelproduktion zu konkurrieren, ließe sich damit etwa 25% des für 2020 angenommenen Kraftstoffverbrauchs in Deutschland decken, wenn ein Konversionsgrad der BtL-Produktion von 50% zugrundegelegt wird. Der Konversionsgrad bezeichnet den Energieanteil der Rohstoffpflanzen, der nach der Umwandlung in Form von Kraftstoff nutzbar ist.

Deutschland baut weltweit erste BtL-Fabrik

In Deutschland stellt die Firma Choren Biodiesel der zweiten Generation her. Gemeinsam mit Shell vereinbarte Choren 2005 den Bau der weltweit ersten industriellen BtL-Fabrik in Freiberg und investierte knapp 50 Millionen Euro. Ab Herbst 2007 soll sie pro Jahr 15.000 Tonnen „SunDiesel“ produzieren, was dem Jahresbedarf von ca. 20.000 PKW entspricht. Pro Hektar Anbaufläche kalkulieren Experten einen Jahresertrag von 4000 Litern BtL – fast dreimal so viel wie beim Rapsdiesel. Laut einer Studie des IFEU-Instituts von 2007 schneiden BtL-Kraftstoffe auch in der Umweltbilanz besser ab als Rapsdiesel und Mais-Ethanol der ersten Generation. Noch effizienter wäre es, wenn man die Biomasse nicht zu BtL umwandelt, sondern Strom und Wärme in einem modernen Blockheizkraftwerk nutzt. Was sich langfristig durchsetzt, wird entscheidend von den technischen Fortschritten in den einzelnen Bereichen abhängen. Doch BtL ist umstritten, nicht zuletzt weil das Verfahren bislang nur mit Holz gelingt. Denn im Gegensatz zur Bioethanol-Herstellung in vergleichsweise kleinen Anlagen gilt die BtL-Produktion mit ihren großen Fabriken als zu aufwändig und teuer, als dass sie mit Cellulose-Ethanol konkurrieren könnte. Selbst BtL-Hersteller rechnen langfristig nicht mit einem Preis unter 90 Cent/Liter. Im Vergleich dazu lag der Preis für Biodiesel aus Raps und herkömmlicher Bioethanol 2006 bei ungefähr 60 Cent/Liter (FNR).

Biotreibstoffe werden zum Motor der grünen Gentechnik

Konkurrenzfähig zu fossilen Brennstoffen wird Bioenergie erst, wenn die Kosten sinken und der Erdölpreis weiter ansteigt. Auch Verbesserungen der Technologien zur Kraftstoffverflüssigung und zur effektiveren Zersetzung von Pflanzen durch Mikroben werden nicht ausreichen, um den Kraftstoffbedaarf zu decken, wenn Autos nicht energieeffizienter werden und die Hektarerträge an Energiepflanzen steigen.

Stroh im Tank

Am Forschungszentrum Karlsruhe ist eine Pilotanlage in Betrieb genommen worden, mit der sich aus Stroh Biosprit herstellen lässt. Entwickler dieses bioliq-Verfahrens ist Eckhard Dinjus.

Interview lesen


Bei den derzeit genutzten Pflanzen wie Raps und Mais handelt es sich um Nahrungs- und Futtermittelpflanzen, die für die Erzeugung von Energie nicht optimiert sind. Die grüne Gentechnik ist in Europa zwar nach wie vor heftig umstritten, aber langfristig sicherlich ein wesentlicher Bestandteil, um die Effizienz von Pflanzen für die Energieerzeugung zu steigern. Vor allem die steigende Kaufkraft in Asien und eine weltweit zunehmende Nachfrage nach Biokraftstoffen und Lebensmitteln bringt der Industrie auf dem Agrarchemiemarkt einen neuen starken Trend.

Diese Entwicklung unterstützt die Bundesregierung sowohl über das Forschungsprogramm GABI-Future des Bundesforschungsministeriums als auch über einen neuen Förderschwerpunkt unter dem Dach der Initiative "Nachwachsende Rohstoffe" des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV).   

 

Hintergrund

Umfangreiche Informationen zum Thema Biokraftstoff gibt es bei folgenden Organisationen:

Europäische Technologieplattform Biotreibstoffe: www.biofuelstp.eu
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR): www.fnr.de
Landwirtschaftliche Biokraftstoffe e.V.: www.lab-biokraftstoffe.de

Downloads

A Look Back at the US Department of Energy's Aquatic Species Program - Biodiesel from Algae

US Department of Energy's Office of Fuels Development, 1998 Download PDF (3,6 MB)

Enerneuerbare Energien: Innovationen für die Zukunft

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, April 2006 Download PDF (6,4 MB)

Erneuerbare Enegien kompakt: Ergebnisse systemanalytischer Studien

Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU) im Auftrag des BMU, Mai 2007 Download PDF (1,6 MB)

Kraftstoff, Strom und Wärm aus Stroh und Waldrestholz

Forschungszentrum Karlsruhe, 2007 Download PDF (3 MB)