Nationale und internationale Entwicklungstendenzen zur Bioenergieerzeugung und -verwendung Treibstoffe der Zukunft wachsen auf dem Acker

Bis zum Jahr 2012 soll ein Neuwagen durchschnittlich nur noch 120 g CO2 pro Kilometer effektiv erzeugen – so lautet der Beschluss des europäischen Umweltrats vom 28. 6. 2007. Dabei dürfen Neuwagen 2012 zwar durchschnittlich 130 g CO2/km ausstoßen, jedoch...

Nationale und internationale Entwicklungstendenzen zur Bioenergieerzeugung und -verwendung

Bis zum Jahr 2012 soll ein Neuwagen durchschnittlich nur noch 120 g CO2 pro Kilometer effektiv erzeugen – so lautet der Beschluss des europäischen Umweltrats vom 28. 6. 2007. Dabei dürfen Neuwagen 2012 zwar durchschnittlich 130 g CO2/km ausstoßen, jedoch sollen die in den Motoren verbrannten Treibstoffe zu einem solchen Anteil aus alternativen Bio-Kraftstoffen bestehen, dass damit die restlichen 10 g CO2/km an Einsparung erbracht werden.

Die fossilen Erdölreserven werden nur noch für eine begrenzte Zeit zur Verfügung stehen. Die meisten Experten erwarten, dass der „depletion mid-point“ – das ist der Zeitpunkt, zu dem ungefähr die Hälfte der Vorräte ausgebeutet sein wird – innerhalb der nächsten 10 bis 20 Jahre erreicht sein wird. Nach dem Erreichen dieses Zeitpunktes sind zurückgehende Erschließungsraten und in der Folge eine Verknappung des Angebots sowie weiterhin drastisch steigende Preise (Bild 1) zu erwarten, falls bis dahin keine Alternativen entwickelt worden sind. Die Trendfunktion in Bild 1 stellt übrigens eine Exponentialfunktion dar, deren Verdopplungszeit bei elf Jahren liegt.

Die Europäische Union hatte im Jahr 2001 das Ziel formuliert, bis zum Jahr 2020 einen Marktanteil für alternative Kraftstoffe von ungefähr 23 % zu erreichen. Allerdings war darin mit einem Anteil von 10 % auch der nicht regenerative Energieträger Erdgas enthalten. Für Biokraftstoffe wird nunmehr für alle Mitgliedsstaaten ein verbindlicher Mindestanteil von 10 % im Jahr 2020 vorgegeben. Als indikatives Ziel (d.h. keine Verpflichtung) wird für das Jahr 2010 ein Biokraftstoffanteil von 5,75 % angestrebt. Dies kann durch den Einsatz von reinen Biokraftstoffen, wie etwa Biodiesel, erreicht werden. Zulässig sind aber auch Beimischungen zu fossilen Kraftstoffen. Die heutigen Hauptnutzungswege für Biomasse als Kraftstoff sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Pflanzenölmethylester – Biodiesel

In Deutschland wird Biodiesel vorwiegend in Form von Rapsölmethylester (RME) vermarktet. Angesichts eines inländischen Absatzes im Jahr 2006 in Höhe von ca. 2,4 Mt ist dieser Energieträger derjenige aus der Reihe der erneuerbaren, der hauptsächlich zum deutschen Kraftstoffmarkt beiträgt. Sein Anteil beträgt über 7 % des deutschen Dieselkraftstoffverbrauchs. Aufgrund von standortbedingten Anbaubeschränkungen und Fruchtfolgeeinschränkungen wird damit das nationale Substitutionspotential von RME für fossilen Dieselkraftstoff bereits in etwa erreicht. Eine Ausweitung der Erzeugung und des Verbrauchs ist möglich – allerdings ist dann ein vermehrter Import von Ölsaaten erforderlich. Zurzeit kann Biodiesel an mehr als 1900 Tankstellen in Deutschland erworben werden. Sein Preis liegt ungefähr 0,1 Euro unter dem des fossilen Dieselkraftstoffs. Ein Vergleich des Trends in Europa zeigt einen rapiden Anstieg der Biodieselproduktion seit 1998 (Bild 2). Gleichzeitig stieg in Deutschland auch die Nutzung des alternativen Kraftstoffes bis 2005 nahezu exponentiell an. Die Zahlenangaben für 2006 beruhen auf Schätzungen.

Aus Stroh und anderen land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen kann mit dem bioliq genannten Verfahren synthetischer Dieseloder Ottokraftstoff hergestellt werden. Das Forschungszentrum Karlsruhe (www.fzk.de) hat zusammen mit der Lurgi AG (www.lurgi.de) und mit Förderung durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR, www.fnr.de), dem Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (www.bmelv.de), eine Pilotanlage für den ersten bioliq-Prozessschritt zur Erzeugung von „bioliqSynCrude“ gebaut. Sie wird noch um weitere Verfahrensschritte – Synthesegaserzeugung, Gasreinigung und Kraftstoffsynthese – bis hin zur Zapfsäule erweitert, um den Gesamtprozess zu demonstrieren und zu verbessern. Das bioliq-Verfahren verarbeitet trockene Biomasse wie Getreidestroh, Heu, Restholz, Baumschnitt, Rinde oder auch Papier und Pappe. Durch diese breite Einsatzstoffpalette und die Möglichkeit, ganze Pflanzen zu nutzen, kann ein Mengenpotential erreicht werden, das weit über dem der Biokraftstoffe der ersten Generation – Biodiesel und Bioethanol – liegt. Eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion besteht durch die Nutzung von land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen nicht. Allerdings haben diese organischen Einsatzstoffe sehr geringe Energiedichten und können deshalb wirtschaftlich nur über kurze Distanzen transportiert werden. Deshalb soll der erste Prozessschritt in dezentralen Anlagen mit einem Einzugsgebiet von ca. 25 km Radius erfolgen. Dort wird ein Zwischenprodukt mit höherer Energiedichte erzeugt, das wirtschaftlich über größere Strecken zu zentralen Großanlagen transportiert werden kann. Für den dezentralen Prozess wird eine Schnellpyrolyse eingesetzt, in der aus Biomasse bei 500 °C in einem Doppelschnecken-Mischreaktor Pyrolyseöl und Pyrolysekoks erzeugt werden. Diese werden zu einer flüssigen Suspension – bioliqSynCrude genannt – gemischt, deren Energiedichte mit Rohöl vergleichbar ist. In der zentralen Großanlage wird das bioliqSynCrude in einem speziellen Flugstromvergaser bei Temperaturen über 1200 °C und Drücken bis 80 bar zu einem teerfreien Synthesegas, einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, umgesetzt. Dieser Verfahrensschritt wurde an einem 5-MW-Flugstromvergaser der Firma Future Energy in Freiberg/Sachsen, die im letzten Jahr von Siemens Power Generation übernommen wurde, inzwischen mehrfach erfolgreich getestet und verbessert. Das Synthesegas wird direkt der nächsten Synthesestufe zugeleitet. Eine kostenaufwendige und mit hohen technischen Risiken behaftete Zwischenkompression des Gases ist nicht erforderlich. Aus dem Synthesegas lassen sich, mit dem so genannten Fischer-Tropsch-Verfahren oder mit dem vom Forschungszentrum vorgesehenen Prozess über das Zwischenprodukt Methanol, alle Arten von Diesel- und Ottokraftstoffen herstellen. Die Verarbeitungskosten der Biomasse sollen unter 0,50 Euro pro Liter Kraftstoff liegen. Hinzu kommen die Kosten für die Biomasse, die derzeit in der gleichen Größenordnung liegen. Damit bliebe der Preis für einen Liter Synthesekraftstoff unter einem Euro. (Harry Schubert)

Zusammenfassend und berücksichtigend, dass auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche nur jeweils eine Nutzung möglich ist, ergibt sich für Biokraftstoffe in Deutschland lediglich ein Substitutionspotential von 25 % (hervorgehobene Bereiche in Tabelle 3). Dabei wurde eine dem Anbau von Energiepflanzen gewidmete Produktionsfläche von 2 Mio. Hektar und das derzeit verfügbare Reststoffaufkommen berücksichtigt.

Zukünftig werden global Kraftstoffe biogenen Ursprungs eine größere Rolle bei der Bereitstellung von Mobilität spielen. Eine vollständige Substitution fossiler Kraftstoffe kann allerdings nicht erwartet werden. Nichtsdestotrotz wird das zukünftige Substitutionspotential u.a. durch steigende Effizienz der Fahrzeuge und Beiträge der Pflanzengenetik noch anwachsen. Die Wasserstofftechnologie wird ebenfalls einen wachsenden Anteil einnehmen; allerdings erwarten die Autoren dieses Beitrages eine breite Anwendung dieser Technologie erst ab dem Jahr 2025. (Harry Schubert)