Ergänzungen | |
Mitte 2020: |
Daten update |
Zur Bedeutung von Biomasse |
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Die Bedeutung der Biomasse
ergibt sich überwiegend aus ihrer Rolle als Lebensmittel,
sowohl für den Menschen als auch für alle anderen
Lebewesen. Die Lebensmittel bleiben jedoch bei der
Berechnung des menschlichen Primärenergiebedarfs in meinen
Publikationen unberücksichtigt. In diesen geht es allein
um jenen Energiebedarf, welcher durch alle menschlichen
Aktivitäten entsteht, die außerhalb der eigentlichen
Ernährung liegen. Zu diesen Aktivitäten werden aber
natürlich auch jene gezählt, die für die Erzeugung
der Lebensmittel benötigt werden. Diese Definition
von Biomasse scheint notwendig, weil in der Literatur
Unsicherheit darüber besteht, was der Biomasse als
Energieträger zugerechnet werden soll. Abgesehen von ihrer Bedeutung als Lebensmittel ist die Biomasse aber auch eine Form von erneuerbarer Energie, die besonders oft erwähnt wird, wenn es um die zukünftige Energieversorgung der Welt geht. Das hat gute Gründe:
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Biomasse hat eben den schwerwiegenden
Nachteil, dass sie nicht in ausreichender Menge für eine
zukünftige Energieversorgung der Welt zur Verfügung
stehen wird. Schon im Jahr 2000 mit einer Weltbevölkerung
von nur 6 · 109 wurden bereits ca.
25% der gesamten Vegetation auf der Erde im
Wesentlichen zur Deckung des Grundumsatzes der Menschheit
benötigt. Steigt die Bevölkerungszahl, muss auch dieser
Anteil weiter steigen,
mit unbekannten Folgen für die Biovielfalt. Es scheint
daher ganz ausgeschlossen, dass auch noch der wesentlich
höhere Primärenergiebedarf, wenn auch nur teilweise, aus
dieser Quelle gedeckt werden könnte. Auf diese
Schlussfolgerung wurde in Energie2 ausführlich eingegangen und die
Rechnung, welche dies am einfachsten verdeutlicht, ist der
Vergleich zwischen dem menschlichen Grundumsatz, dem
zukünftigen Primärenergiebedarf und der zur
Verfügung stehenden Landfläche. Bei diesem Vergleich gehe
ich davon aus, dass der Nutzungsgrad für die Wandlung von
Solarenergie in chemische Energie der Nahrungspflanzen
gleich groß ist wie der für die Wandlung in
Biokraftstoffe. Tatsächlich ist letzterer aber kleiner
als ersterer, was die Nutzung von Biomasse als Ersatz für
fossile Energien zusätzlich erschwert. |
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Im Jahr
2050 werden auf der Erde ca. 1010 Menschen
leben, die einen Primärenergiebedarf von ca. 2 · 1014
kWh
a-1,
aber einen Grundumsatz
von nur
ca. 1 · 1013
kWh
a-1
besitzen. Wenn der Nutzungsgrad der heutigen
Landwirtschaft, die auf einer Fläche von 41 · 1012
m2 Ackerland im Wesentlichen Biomasse
produziert, fast verdoppelt wird, dann besteht
berechtigte Hoffnung, dass der Grundumsatz auch der
zukünftigen Menschheit auf dieser Fläche gedeckt
werden kann. Und diese Hoffnung ist nicht ganz
unbegründet, denn seit 1950 steigt die globale
Getreidemittelproduktion ( hier und hier), u.U gefördert durch den
Anstieg des CO2 Anteils in der Atmosphäre.
Ich werde auf diese Vermutung gesondert eingehen. Auf jeden
Fall ist es ein Unding, wenn CO2 als
"Umweltgift" abgestempelt wird (wie z.B. von dem IPCC), wenn seit
Jahrzehnten bekannt ist und auch nirgendwo geleugnet
wird, dass CO2 ein Grundbestandteil der Fotosynthese
und damit Grundlage unserer Nahrungsmittelversorgung
ist.Neben der zur Nahrungsmittelversorgung benötigten Flächen existieren aber keine weiteren Flächen auf der Erde, auf denen dann noch einmal eine mehr als 20fache Menge an Biomasse produziert werden kann, die zur Deckung des Primärenergiebedarfs der Menschheit eingesetzt werden könnte. Ganz vergessen wird dabei oft, dass ein Teil der Primärenergie, etwa 25%, auch zur Produktion der Nahrungsmittel für den Grundumsatz benötigt wird. In Energie2 kamen wir zu dem Schluss, dass sich nicht mehr als 5% des Primärenergiebedarfs des Jahrs 2050 aus Biomasse decken ließe, wenn alle Möglichkeiten ausgeschöpft werden, welche die Biomasse samt ihren Folgeprodukten bietet. Auch neue Technologien, wie die mikrobiologische Energiewandlung von nichtessbarer Biomasse, werden an dieser Einschätzung nur wenig ändern. In der Tat, einer der Pioniere auf diesem Gebiet hat Anfang 2013 eingestanden, dass er unter heutigen Bedingungen keine Erfolgsaussichten für diese Technologien erkennen kann. |
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Dieses Argument gilt dann nicht mehr uneingeschränkt, wenn man von einem globalen zu einen nationalen und abgeschotteten Energiemarkt übergeht. Der Anstieg der Bevölkerungszahlen und des Energiebedarfs vollzieht sich weitgehend in den we-Ländern. In den ve-Ländern, die eine Nahrungsmittelüberproduktion besitzen, kann man mit einem Primärenergiebedarf rechnen, der trotz der Steigerung der Bruttoinlandprodukte im Wesentlichen konstant bleibt, weil auch die Energieeffizienz in den ve-Ländern in gleichem Maß zunimmt. Das hieße, dass man die we-Länder ihrem Schicksal überließe. Aber eine Politik des Isolationismus kann eigentlich nur Furcht einflößen. Durch Isolation werden keine Probleme gelöst, sondern es werden nur neue geschaffen, wie z.B. ein enormer Anstieg des Migrationsdrucks von den we-Länder in die ve-Länder. Trotzdem werden wir uns weiter unten mit mit dem nationalen Markt für Bioenergie in Brasilien, Deutschland und den USA auseinandersetzen. |
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Der nationale Bioenergiemarkt in Brasilien |
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Als Beispiel für den
Einsatz der Biomasse in der Energieversorgung wird sehr
oft das Beispiel "Brasilien" genannt, in dem der Saft von
Zuckerrohr zu Ethanol vergärt wird. Das Ethanol wird dem
Benzin für die PKW beigemischt und verkleinert so die
Abhängigkeit Brasiliens vom Erdöl. In geringerem Maß
stellt Ethanol auch ein Exportprodukt für dieses Land dar.
Eine umfassende Darstellung der Fakten zur Biomassenutzung
in Brasilien findet sich in einer kürzlich herausgegebenen
Studie des Fachbereichs
Wirtschaftswissenschaften
der Freien Universität Berlin. Wir wollen hier nur
einige dieser Fakten besprechen.
Wichtig ist, wie groß die mit Zuckerrohr bebaute Fläche ist, die für eine PKW-Fahrleistung von 1 m benötigt wird. Diese sog. streckennormierte Fläche hat in Brasilien die Größe Al = A / l
= 1.38
· 10-4 m.
So viel zur Biomassenutzung in Brasilien, sie resultiert
in steigenden Klimaproblemen.
Wir werden jetzt diese Informationen in Beziehung setzen
zu den Gegebenheiten in Deutschland und in den USA. |
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Der nationale Bioenergiemarkt in Deutschland |
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Deutschland besitzt ca. 43
· 106 PKW, die im Mittel eine jährlich
Fahrstrecke von 11500 km zurücklegen. Wir wollen
unberücksichtigt lassen, dass ein Teil dieser PKW, im
Gegensatz zu Brasilien, mit Diesel-Motoren ausgerüstet
ist. Auch für diese PKW, wie auch für die LKW oder Busse,
müsste das Dieselöl z.B. aus Raps erzeugt werden, was die
Frage nach der erforderlichen landwirtschaftlichen
Produktionsfläche zwar kompliziert, die Antwort darauf
aber nur unwesentlich verändert. Die gesamte Fahrstrecke aller PKW in Deutschland beträgt daher l = 5.0 · 1014 m und ist somit nur unwesentlich größer als die in Brasilien. Setzt man brasilianische Verhältnisse voraus, wobei allerdings der Anbau von Zuckerrohr durch den Anbau von Zuckerrüben ersetzt werden muss, dann beträgt die erforderliche landwirtschaftliche Produktionsfläche in Deutschland A = 3 l Al
= 2.1
· 1011 m2.
Der Faktor 3 berücksichtigt, dass bei dem Übergang von
Zuckerrohr auf Zuckerrüben der Nutzungsgrad der Biomasse
um einen Faktor von ca. 1/3 sinkt. Da der
Primärenergiebedarf für die PKW in Deutschland ca. 5.3 ·
1011 kWh a-1 beträgt, muss die
Leistungsflächendichte1), die zur Deckung
dieses Bedarfs benötigt wird, einen Wert vonI = 2.5 kWh a-1
m-2
erreichen. Das entspricht einem Nutzungsgrad von = 0.0025, mit
dem die einfallende Sonnenenergie in die chemische
Energie der Zuckerrüben gewandelt wird, und ist im
Einklang2) mit den Aussagen in Energie2.Die gesamte landwirtschaftliche Produktionsfläche in Deutschland beträgt nach den Angaben des Statistischen Bundesamts nur ca. 1.9 · 1011 m2, ist also geringer als die zur Produktion von ausreichend Biomasse erforderliche Fläche. Zudem wird ein Großteil der vorhandenen Fläche für die Deckung des Grundumsatzes der in Deutschland lebenden Menschen benötigt. Zur Zeit könnten in Deutschland, wegen der Lebensmittelüberproduktion in der EU, etwa 1.4 · 1010 m2 landwirtschaftliche Flächen energetisch genutzt werden und darauf ließen sich nur 6.7% der Menge des benötigten PKW-Kraftstoffs produzieren. Besteht die Möglichkeit, wie manchmal angenommen wird, diese Fläche zukünftig auf 4 · 1010 m2 zu erhöhen, dann steigt der Deckungsgrad auf 19.1%, ist also immer noch weit entfernt von dem Ziel, Deutschland unabhängig von Erdölimporten zu machen. Ganz zu schweigen von dem Energiebedarf der anderen Verkehrssektoren, insbesondere von dem Güterverkehr mithilfe der LKW, die in Deutschland eine Gesamtfahrstrecke von 0.6 · 1014 m zurücklegen, den Energiebedarf also um mehr als das 1,3fache erhöhen, weil sie pro gefahrenen km mehr Treibstoff benötigen als ein PKW. Anhand dieser Überlegungen kann es nur 3 Schlussfolgerungen geben:
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Der nationale Bioenergiemarkt in den Vereinigten Staaten von Amerika |
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Die USA besaßen, nach
Angaben der BP, im Jahr 2019 einen Primärenergiebedarf von
ca. 2.9 · 1013 kWh a-1,
übertrafen also den Primärenergiebedarf von Deutschland um
mehr als das 8fache. Fast 40% des amerikanischen
Primärenergiebedarfs, also etwa 11 · 1012
kWh a-1, werden mithilfe des Erdöls gedeckt.
Und damit sind die Verhältnisse in den USA vergleichbar
mit den deutschen Verhältnissen. Aber die USA deckten 2019
ihren Erdölbedarf i.W. durch Eigenproduktion (9.8 · 1012
kWh a-1), sie sind also weitaus geringer
von Erdölimporten abhängig als Deutschland, wo praktisch
kein Erdöl gefördert wird. Ich bezweifele aber, dass
dieser Standortvorteil auf Dauer bestehen bleibt: Fossile
Erdölquellen (auch die unkonventionellen)
müssen versiegen. Und dann haben die USA ähnliche Probleme
wie Deutschland schon heute. Werden auch die Lösungen
ähnlich sein? |
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Die Gegebenheiten im
Kraftfahrzeugverkehr der USA sind keineswegs so
verschieden von denen in Deutschland, dass man nicht
versucht sein könnte, die amerikanischen Energieprobleme
dadurch zu lösen, dass man die deutschen Verhaltensweisen
übernimmt, wie es von so manchem Repräsentanten deutscher
Überheblichkeit propagiert wird. Denn auch die Vorschläge,
um diese Probleme zu lösen, sind in beiden Ländern sehr
ähnlich. In einer Senatsanhörung im November 2005 wurden
die amerikanischen Vorschläge wie folgt definiert:
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Wir gehen davon aus, dass die klimatischen Verhältnisse in den USA nicht sehr verschieden von denen in Deutschland sind und dass für die Produktion von Ethanol die gleichen Methoden verwendet werden wie in Deutschland. Nimmt man als Methode z.B. den Zuckerrübenanbau, dann wird eine Anbaufläche von A = 3.8 · 1012
/ I = 1.5
· 1012 m2
benötigt, um den gesamten Treibstoff für die Otto-Motoren
in den USA zu decken.Die Landoberfläche der USA beträgt ca. 9.2 · 1012 m2, von denen 3.6 · 1012 m2 als landwirtschaftliche Produktionsfläche (41% Ackerland und 59% Weide- und Grünland) und 1.6 · 1012 m2 als Waldfläche ausgewiesen sind. Diese Zahlen machen sofort deutlich:
Die vorgestellten Ergebnisse machen nur eine Aussage über die prinzipiellen Möglichkeiten, welche die USA besitzen und die in dem Lovins-Report3) des Rocky-Mountain-Institute im Detail diskutiert werden. Auf diesen Report werden wir an anderer Stelle noch ausführlicher eingehen. In den USA wurden bis Ende 2008 mehrjährige Erfahrungen mit der Produktion und Verwendung von Bioethanol gesammelt. Dabei hat sich der anfängliche Enthusiasmus für diese erneuerbare Energie recht schnell in tiefe Skepsis verwandelt. Diese hat ihre Ursache in den ausgesprochen negativen Eigenschaften von Bioethanol:
Darüber hinaus kämpfen auch die USA, wie Brasilien, mit Klimaproblemen, die sich allerdings hier nicht so einfach mit der nationalen Biomassenutzung verbinden lassen. Sie könnten auch auf globale Veränderungen zurückzuführen sein, für die wir alle verantwortlich sind. |
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1) Wegen der Konflikte, die zwischen den Worten des alltäglichen Sprachgebrauchs und denen bestehen, welche die physikalischen Größen samt ihrer Maßeinheiten eindeutig definieren, wird auf die entsprechenden Diskussionen in Energie2 verwiesen. 2) Da der Nutzungsgrad anhand der empirischen Daten von Brasilien berechnet wurde, berücksichtigt er auch die Energieanteile, die durch den Anbau und Verarbeitung der Zuckerrüben entstehen (siehe hierzu auch den folgenden Report). 3) Dieser Report wurde aus dem Internet genommen, warum wohl? Ersatz findet man hier. |