Bioenergie

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Aus Mais kann Bioenergie werden - besser ist jedoch die Nutzung von Reststoffen, wie Gülle
Quelle: Marc Rathmann / UBA

Die energetische Nutzung von Biomasse wird zunehmend kontrovers diskutiert. Denn Bioenergie hat teilweise zwar eine bessere Treibhausgasbilanz als fossile Energie. Jedoch kann der Anbau von Biomasse mit vielf?ltigen negativen Wirkungen auf Mensch und Umwelt verbunden sein.

Inhaltsverzeichnis

 

Bioenergie – ein weites und komplexes Feld

Der Begriff ?Bioenergie“ umfasst unterschiedlichste Rohstoffe, Technikpfade und Anwendungsbereiche. So kann Bioenergie zum Beispiel aus eigens landwirtschaftlich angebauten Pflanzen (z.B. Mais, Weizen, Zuckerrübe, Raps, Sonnenblumen, ?lpalmen)

  • aus schnellwachsenden Geh?lzen, die auf landwirtschaftlichen Fl?chen angebaut werden (sogenannte Kurzumtriebsplantagen),
  • aus Holz aus der Forstwirtschaft oder aber
  • aus biogenen Abfall- und Reststoffen aus Land- und Forstwirtschaft, Haushalten, Industrie? gewonnen werden.

Die Rohstoffe k?nnen regionaler Herkunft sein oder über globale Handelsstr?me zu uns gelangen.

Bioenergie kann gasf?rmig als Biogas oder Biomethan zur Verfügung gestellt werden. Sie kann aber auch flüssig zum Beispiel als reines Pflanzen?l für Heizkraftwerke oder als Biokraftstoff eingesetzt werden. Oder sie liegt in fester Form zum Beispiel als Scheitholz, Holzhackschnitzel und -pellets oder Strohpellets vor.

Die Vielfalt der Rohstoffe und Umwandlungstechniken erm?glicht einen Einsatz der Bioenergie in allen energierelevanten Sektoren: als Treibstoff im Verkehr (für Benzin, Diesel, Gas und Elektrofahrzeuge), zur Erzeugung von Heizw?rme in Haushalten, von ⁠Prozessw?rme⁠ in der Industrie und zur Stromerzeugung, wobei die Strom- und W?rmeproduktion gekoppelt erfolgen kann.

Und letztlich muss mit Blick auf die internationale Debatte in traditionelle und moderne Nutzungsformen unterschieden werden. Traditionell ist die einfache, überwiegend ineffiziente energetische Nutzung von Holz, Holzkohle, land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen und Dung. Vor allem in den sogenannten Entwicklungsl?ndern stellt dies h?ufig den einzigen Zugang zu Energie dar, insbesondere zum Kochen. Den aktuellen Stand zur Nutzung der Bioenergie in Deutschland finden Sie im Artikel ?Erneuerbare Energien in Zahlen

Die Umweltfreundlichkeit von Bioenergie pauschal zu bewerten, ist angesichts ihrer Vielf?ltigkeit nicht sinnvoll. Vielmehr ist eine Betrachtung des jeweiligen Einzelfalls n?tig.

 

Anbaubiomasse – Die ?Teller oder Tank“-Debatte

Grunds?tzlich konkurriert die energetische Nutzung von ⁠Biomasse⁠ mit anderen Verwendungsm?glichkeiten. Eigens auf fruchtbaren Ackerfl?chen angebaute ?Energiepflanzen“ stehen in direkter Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion, aber auch zu einer stofflichen Nutzung, zum Beispiel für biobasierte Kunststoffe oder Chemikalien.

Die drastische Steigerung der Nachfrage nach Anbaubiomasse ver?ndert die globale ⁠Landnutzung⁠. Die Ausweitung der Bioenergienutzung in den Industriel?ndern ist jedoch nicht der einzige Nachfragetreiber. Sie wird von einer steigenden Nachfrage nach tierischen Produkten und entsprechendem hohen Futtermittelbedarf in Schwellenl?ndern begleitet. Hinzu kommen die wachsende Bev?lkerung und ein zunehmendes Interesse der chemischen Industrie an biogenen Rohstoffen.

Preisschwankungen und -spitzen bei Nahrungs- und Futtermitteln treten infolge von akuten Knappheiten auf, die beispielsweise durch Missernten entstehen. Dies gef?hrdet insbesondere die Versorgung besonders verwundbare Bev?lkerungsgruppen und Staaten.

Langfristig führen Bev?lkerungszunahme, steigender Fleischkonsum in Schwellenl?ndern, ⁠Klimawandel⁠ und auch Bioenergie sehr wahrscheinlich zu Preissteigerungen bei Agrarrohstoffen. Diese Preissteigerungen werden im Hinblick auf die globale Hungerproblematik kontrovers diskutiert. Einerseits ist es unter bestimmten Voraussetzungen m?glich, dass dadurch der l?ndliche Raum in Entwicklungs- und Schwellenl?ndern seine Einkommenschancen verbessert. Andererseits kann es aber auch zu Verdr?ngungen von Kleinb?uerinnen und Kleinbauern und extensiven Nutzungsformen kommen. Zudem l?st die gesteigerte Nachfrage eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Produktionsfl?che aus, die zu einem Verlust wertvoller ?kosysteme, wie W?lder, artenreiches Grünland oder Moore, führen kann. Auch eine Intensivierung der landwirtschaftlichen Produktion kann mit ?kologischen Kosten verbunden sein. Wenn diese beispielsweise mit einem sehr hohen Einsatz von synthetischen Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, einem Humusabbau einhergeht oder dem Verlust von landschaftlichen Elementen, die für die biologische Vielfalt wertvoll sind.

Diesen Themenkomplex und Handlungsans?tze zur Problemmilderung hat das Umweltbundesamt ausführlich im Positionspapier ?Globale Landfl?chen und Biomasse nachhaltig und ressourcenschonend nutzen“ er?rtert.

 

Nachhaltigkeitsanforderungen

Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie 2009/28/EG legt für flüssige Bioenergietr?ger verbindliche Nachhaltigkeitsanforderungen und eine Zielvorgabe von zehn Prozent erneuerbarer Energien im Verkehr bis zum Jahr 2020 fest. Nur Biokraftstoffe, die diese Kriterien erfüllen, dürfen Mitgliedsstaaten auf ihre Verpflichtungen zum Anteil erneuerbarer Energien anrechnen. Dies gilt auch für Importe.

Gem?? Artikel 3 Absatz 4 der Erneuerbaren-Energien-Richtlinie 2009/28/EG muss jeder Mitgliedsstaat der Europ?ischen Union die Einhaltung der Zielvorgaben und die Anwendung der vorgegebenen Berechnungsmethoden gew?hrleisten. Die Einhaltung der Verpflichtung ist durch die Mitgliedsstaaten durch regelm??ige Fortschrittsberichte im Rahmen der Erneuerbare-Energien-Richtlinie sowie durch regelm??ige übermittlung von Daten an Eurostat nachzuweisen. An dieser Stelle wird die entsprechend genutzte Berechnungsmethode in übereinstimmung mit besagter EU-Richtlinie bereitgestellt.

Die Richtlinie enth?lt unter anderem die Bestimmung, dass ⁠Biomasse⁠ nicht von Fl?chen stammen darf, die durch Rodung oder Drainage von Moorb?den erschlossen wurden oder die als Grünland mit hoher ⁠Biodiversit?t⁠ einzustufen sind. Au?erdem müssen die Biokraftstoffe mindestens 35 Prozent Treibhausgase gegenüber der fossilen Referenz einsparen. Diese Einsparverpflichtung wird sukzessive versch?rft. Deutschland hat die EU-Richtline 2009 in nationales Recht umgesetzt.

Neben diesen verbindlichen Vorgaben existieren freiwillige Initiativen für eine nachhaltigere Nutzung von Bioenergie. Das sind unter anderem der Prozess zur Erarbeitung der Norm ISO 13065 ?Nachhaltige Bioenergie“ und die Global Bioenergy Partnership (GBEP). Dort wurden Nachhaltigkeitsindikatoren international vereinbart. An beiden Prozessen beteiligt sich das ⁠UBA⁠ mit Expertinnen und Experten.

Zu den Chancen und Grenzen der Zertifizierung der ⁠Nachhaltigkeit⁠ des Anbaus von Biomasse, insbesondere in der energetischen Nutzung, hat das Umweltbundesamt in seiner Studie ?Globale Landfl?chen und Biomasse nachhaltig und ressourcenschonend nutzen“ Stellung genommen.

 

Der ?iLUC“-Effekt

Unter indirekten Landnutzungs?nderungen (englisch: indirect land use change; kurz iLUC oder iluc), werden Verdr?ngungseffekte verstanden, die durch eine zus?tzliche Nachfrage (beispielsweise nach Bioenergietr?gern) ausgel?st werden. Wegen der zus?tzlichen Rohstoffnachfrage wird die vorangegangene Produktion (zum Beispiel von Nahrungsmitteln) auf andere Fl?chen verdr?ngt, wenn die Nachfrage nach den zuvor angebauten Produkten bestehen bleibt. Dies führt andernorts zur Erschlie?ung neuer Anbaufl?chen, die im iLUC-Konzept der ?neuen“ Nachfrage zugerechnet werden. Da die Umwandlung natürlicher ?kosysteme in Ackerfl?chen unter anderem mit zus?tzlichen Treibhausgasemissionen verbunden ist, muss eine vollst?ndige Treibhausgasbilanz diese indirekten Emissionen einbeziehen.

Es ist weitgehend anerkannt, dass der iLUC-Effekt ein bedeutender Faktor für die ?kobilanz von Biokraftstoffen ist. Allerdings ist seine genaue Bestimmung seiner Gr??enordnung und die damit zusammenh?ngenden Emissionen nur über komplexe Modellrechnungen m?glich, deren Methodik kontrovers diskutiert wird.

Fl?cheneffizienz erneuerbarer Energien – Schlusslicht Bioenergie

Beim Vergleich der verschiedenen Techniken zur Nutzung erneuerbaren Energien ist die jeweilige Fl?cheninanspruchnahme ein wichtiges Kriterium. Denn insbesondere fruchtbare Fl?chen sind zunehmend knappe Ressourcen mit entsprechendem Konfliktpotenzial. Verschiedene Studien, wie die ?Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien“, haben gezeigt, dass Wind- und Solarenergie der ⁠Biomasse⁠ in der Fl?cheneffizienz um ein Vielfaches überlegen sind. Dies gilt auch für die Umwandlung des Wind- und Solarstroms in chemische Energietr?ger wie Methan oder Wasserstoff. Aufgrund des enormen Fl?chenbedarfs kann die Anbaubiomasse auch künftig rein rechnerisch nur sehr gering zur Energieversorgung beitragen.

 

Energie aus Abfall- und Reststoffen – Doppelter Nutzen m?glich

Doch es gibt neben der konfliktbehafteten Anbaubiomasse andere Biomassequellen, die zum Teil sogar ?kologisch günstige Nebeneffekte haben. Beispielsweise liefert die Verg?rung von Gülle nicht nur Energie, sondern wandelt die Gülle in einen bodenvertr?glicheren Dünger um. Auch die energetische Nutzung von Grünschnitt aus der Landschaftspflege, biogenen Siedlungs- und Industriebf?lle ist nicht mit gravierenden ?kologischen und sozio?konomischen Risiken verbunden – sofern bestimmte Voraussetzungen eingehalten werden.

Die Potenziale für Energie aus biogenen Abfall- und Reststoffen sind insgesamt relativ klein. Sie k?nnen jedoch in der Transformation in ein neues Energiesystem eine durchaus relevante Funktion einnehmen. Allerdings kann es auch hier zu Nutzungskonkurrenzen kommen, was eine Abw?gung im Einzelfall erfordert.

Vorrang für stoffliche Nutzung

Aufgrund der zahlreichen Risiken und Nachteile der Nutzung von Energie aus Anbaubiomasse im gro?en Ma?stab empfiehlt das Umweltbundesamt, deren energetische Nutzung nicht auszuweiten und stattdessen der stofflichen Nutzung den Vorrang einzur?umen. Diese Empfehlung haben wir im Positionspapier ?Globale Landfl?chen und Biomasse nachhaltig und ressourcenschonend nutzen“ dargelegt.

 

Bioenergie und die Energiewende

Die Bioenergie stellt derzeit den mengenm??ig gr??ten Anteil unter den erneuerbaren Energien in Deutschland zur Verfügung. Somit stellt sich die Frage, ob die Energiewende ohne einen Ausbau der Bioenergie auf Basis von Anbaubiomasse m?glich ist.

Für den Strombereich haben wir in der Studie ?Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen“ gezeigt, dass eine regenerative Stromversorgung ohne Bioenergie im Jahr 2050 m?glich ist.

Im W?rmebereich k?nnen enorme Einsparpotenziale durch Geb?udesanierungen erschlossen werden und der verbleibende Bedarf ebenfalls durch Solar- und Geothermie, regenerativen Strom, Wasserstoff oder Methan gedeckt werden.

Und auch im Verkehr ist eine regenerative, treibhausgasneutrale Energieversorgung prinzipiell ohne Biokraftstoffe m?glich. Der Land-, Schiffs- und Flugverkehr kann durch einen Kraftstoffmix versorgt werden. Dieser Mix kann erneuerbaren Strom sowie im begrenzten Umfang flüssige Biokraftstoffe aus Alt- und Reststoffen enthalten. Au?erdem kann gasf?rmiger oder flüssiger Kraftstoff genutzt werden, der mit erneuerbarer Energie aus atmosph?rischem CO2 (⁠PtG⁠ bzw. ⁠PtL⁠) hergestellt wird. Für diesen Weg w?ren jedoch auch bei effektiver Umsetzung von Energiesparma?nahmen Importe von Strom, Wasserstoff beziehungsweise Kohlenwasserstoffen in gro?em Umfang erforderlich. Diese k?nnen und sollten aus regenerativen Quellen stammen.

Zusammenfassend bedeutet dies, dass der Erfolg der Energiewende nicht an den Ausbau der Bioenergie gebunden ist.

 

Energie aus Holz – Auf nachhaltige Forstwirtschaft kommt es an

Holz gilt gemeinhin als ein klimafreundlicher Brennstoff. Dies trifft jedoch nur dann zu, wenn h?chstens so viel Holz aus dem Wald entnommen wird wie im gleichen Zeitraum nachw?chst. Auch leistet die stoffliche Nutzung von Holz einen gr??eren Beitrag zum ⁠Klimaschutz⁠, da hierbei ebenfalls fossile Alternativen ersetzt werden k?nnen.

Wenn Stamm- und Schwachholz energetisch genutzt werden, sollte dies so effizient und emissionsarm wie m?glich geschehen. Insbesondere die üblichen, ?traditionellen“ Kleinfeuerungsanlagen sto?en heute jedoch noch viel gesundheitssch?dlichen Feinstaub aus. Dies kann durch eine moderne Anlagentechnik reduziert werden. Das Umweltzeichen ?Blauer Engel” kennzeichnet Pellet?fen und Pelletheizkessel, die deutlich weniger Feinstaub und andere Emissionen als herk?mmliche Produkte aussto?en.

Mehr Informationen zum umweltfreundlichen Heizen mit Holz bietet der Ratgeber zum richtigen und sauberen Heizen.

 

Energieerzeugung aus Biogas

In Biogasanlagen wird Biomasse? mit Hilfe von Bakterien unter Ausschluss von Sauerstoff (anaerob) abgebaut, wobei Biogas entsteht. Je nach eingesetzten Material produzieren die Bakterien Biogas mit einem Methangehalt von 50 bis 75%. Die G?rreste k?nnen als Dünger in der Landwirtschaft verwertet werden.

Aus dem Rohbiogas k?nnen direkt vor Ort in einem Blockheizkraftwerk Strom und W?rme gewonnen werden oder es kann auf Erdgasqualit?t aufbereitet und in das Erdgasnetz eingespeist werden, wodurch es ortsunabh?ngig im Strom- W?rme. und Verkehrssektor genutzt werden kann.

Die Stromerzeugung aus Biogas wird durch das Erneuerbare-Energien Gesetz (EEG) gef?rdert. In den Jahren 2007 – 2014 kam es zu einem starken Zubau der Biogasanlagen. Mit EEG 2014 wurde die F?rderung für Biogasanlagen gesenkt. Seit Inkrafttreten des EEG 2017 müssen sich Biogasanlagen gr??er als 150 kW an Ausschreibungen beteiligen, um eine Finanzierung des produzierten Stroms nach dem EEG zu erlangen. Seitdem ist der Zubau von Biogasanlagen sehr stark zurückgegangen.

Ende 2016 wurden in Deutschland rund 8.700 Biogasanlagen inklusive Betriebsst?tten mit Aufbereitung zu Biomethan betrieben (DBFZ 2017). Den aktuellen Stand zur Rolle von Biogas bei der Stromerzeugung in Deutschland finden Sie im Artikel ?Erneuerbare Energien in Zahlen“.

Die anlagenbezogenen Umweltprobleme bei der Produktion von Biogas und die immissionsschutzrechtlichen Anforderungen an Biogasanlagen sind im Artikel ?Biogasanlagen“ zu finden.