Hinweis: Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2015. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen könnt findet ihr hier. Informationen über die Autoren der Wettbewerbsbeiträge findet ihr jeweils am Ende der Artikel.
sb-wettbewerb
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Im Jahr 1973 kam es zur weltweit ersten Ölpreiskrise, da die OPEC (Organization of the Petroleum Exporting Countries) als Druckmittel im Nahostkonflikt ihre Fördermengen herabsetzte. Die erdölimportierenden Länder versuchten dieses Embargo durch verschiedene Methoden zu kompensieren, in Deutschland z.B. mittels des Energiesicherungsgesetzes, was u.a. eine Geschwindigkeitsbegrenzung auf 100 km/h auf den Autobahnen vorsah. Trotzdem hielt sich der Spareffekt in Grenzen. In der Folge kamen Biokraftstoffe auf, teilweise gefördert durch staatliche Programme wie dem “Proálcool” in Brasilien. Man versuchte dort die Erdölabhängigkeit zu senken, indem man Zucker aus Zuckerrohr zu Ethanol vergor, welchen man dann dem Benzin beimengte.

Biokraftstoffe sind Treibstoffe, die in irgendeiner Form aus Biomasse gewonnen werden und machen derzeit etwa einen Anteil von ~3% an allen im Transportwesen genutzten Kraftstoffen aus.[1] (Bio)Ethanol ist einer der ersten Biokraftstoffe und wird auch gleichzeitig den Biokraftstoffen der ersten Generation zugeordnet. So werden hauptsächlich die Biokraftstoffe genannt, die aus essbaren Pflanzenteilen hergestellt werden. Eine Ausnahme davon bildet die Purgiernuss, denn sie ist aufgrund ihrer Giftigkeit zum Verzehr nicht geeignet, ihr Öl eignet sich aber zum Betreiben von Lampen oder eben Kraftfahrzeugen mit entsprechend modifizierten Motoren. Ihr Anbau wird derzeit in Ländern mit ertragsarmen Böden gefördert, obwohl das nicht heißt, dass sich der Anbau dann bei guten Marktpreisen auf solche Flächen beschränkt.

Ja, das auf dem Bild ist eine Walnuss. Findet mal in unseren Breiten eine Purgiernuss.

Ja, das auf dem Bild ist eine Walnuss. Findet mal in unseren Breiten eine Purgiernuss.

Die Nutzung von Agrarflächen zum Anbau von Energiepflanzen stellt einen großen Nachteil der Biokraftstoffe dar, denn sie konkurrieren dabei direkt mit dem Anbau von Nahrungsmittelpflanzen und verdrängen diesen bei entsprechender Subventionierung und Förderung. Außerdem gelten für sie damit die gleichen Probleme, die sich auch für Monokulturen aller Pflanzen ergeben. Zudem ist ihr Beitrag zur Umweltverträglichkeit d.h. zur Reduzierung des Kohlenstoffdioxidausstoßes geringer als vielleicht gemeinhin angenommen wird, denn z.B. für die Düngung, das Ausbringen von Schädlingsbekämpfungsmitteln und natürlich die Ernte muss ja wieder Energie aufgewendet werden.

Diesen Problemen versucht die Industrie mit der Weiterentwicklung und der Beforschung von Biokraftstoffen zweiter und dritter Generation Herr zu werden. Zweiter Generation werden alle Biokraftstoffe bezeichnet, die auf Cellulose oder Lignocellulose (also Holz) beruhen, d.h. von nahrungsmitteltechnisch bisher nicht verwendbaren Pflanzenteilen wie Stängel, Blätter und so weiter.[1] Dazu müssen diese erst in einen flüssigen oder gasförmigen Zustand überführt werden, denn so ein Holzscheit ist, wie man sich vielleicht vorstellen kann, schwierig in einen Tank hineinzubekommen und dann dort für einen Verbrennungsmotor von eher geringem Nutzen. Das kann auf technischem Weg unter hohen Temperaturen und hohem Druck sowie unter Zugabe von Wasserstoff passieren, ähnlich wie das Recycling von Erdöl aus Plastikabfall. Eine andere Möglichkeit ist ein biotechnologischer Weg, bei dem gentechnisch veränderte Bakterien eingesetzt werden, die in der Lage sind die langkettigen Zuckermoleküle aus denen Cellulose besteht zu Einfachzuckern zu metabolisieren und diese dann zu Ethanol zu vergären. Alternativ könnte man sich vorstellen, dass die Bakterien dann auch gleich Benzin statt Ethanol produzieren, denn die gentechnisch veränderte Vorlage dafür existiert bereits. Mit Cellulose statt Glucose (bzw. Stärke) als Energiequelle hätte man auch gleich das Problem der Nahrungsquelle für die entsprechenden Fermenter gelöst. Das Problem solcher Anlagen besteht derzeit eigentlich eher in ihrer geringen Wirtschaftlichkeit. Viele sind zu groß konzipiert worden um eine dauerhaft ausreichende Befüllung zu gewährleisten, so dass Holz-, Stroh- und andere Biomüllabfälle aus einem großen Umkreis herbeigeschafft werden müssen, welche eigentlich meist schon anderweitig genutzt werden. Eine Möglichkeit die mangelnden Ausgangsstoffe sicherzustellen, wäre der Anbau schnell wachsender Pflanzen wie z.B. Pappeln. Doch hier wird sich voraussichtlich wieder das Problem der Anbauflächenkonkurrenz zu Nahrungsmittelpflanzen einstellen.

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Kommentare (13)

  1. #1 bruno
    21. September 2015

    Sehr interessant! Und gut erklärt.
    Allerdings finde ich:

    …Förderung von Biokraftstoffen wirkt sich zumindest positiv auf die Entwicklung strukturschwacher Gegenden aus.

    leicht problematisch, betrachtet man das global (gilt evtl. nur für europäische strukturschwache Regionen)

    Interessanter Artikel: http://www.upi-institut.de/biosprit.htm
    Kleiner Auszug:

    Würden die Sumpfregenwälder Central Kalimantans (12 Millionen Hektar) in Palmölplantagen zur Gewinnung von Biosprit umgewandelt, würden dadurch rund 100 Milliarden Tonnen CO2 aus Holz und Torfböden freigesetzt, das entspräche dem Hundertfachen der jährlichen CO2-Emissionen Deutschlands (knapp 900 Millionen Tonnen), dem 15-Fachen der jährlichen Emissionen Europas und dem mehr als Dreifachen des CO2-Weltausstoßes von 2004 (28,2 Milliarden Tonnen). Weitere Anbauländer für Palmöl sind Malaysia, Brasilien, Kolumbien, Thailand, Papua Neuguinea, Nigeria und die Elfenbeinküste.

    Die sind auch “strukturschwach” und sich sicher nicht zu schade, für eine bestehende Nachfrage nach Biosprit die Umwelt hintenan zu stellen.
    Auch interessant: (Deutsche) Banken und Biosprit. (https://www.urgewald.org/kampagne/wald/biokraftstoffe)

  2. #2 Ferrer
    21. September 2015

    Sehr interessant und flüssig geschrieben, wieder ein guter Beitrag, die Auswahl wird langsam schwer. Eine Frage: Wenn, wie Du schreibst, “die moderne Photovoltaik im Vergleich zur Fotosynthese unter optimalen Bedingungen das Sonnenlicht etwa zwanzigmal effektiver nutzt”, woran kann das liegen? Geht es in der Natur nicht wirksamer? Das wäre für mich insofern plausibel, als die Pflanzen einige hundert Mio. Jahre Zeit gehabt hätten, es effizienter zu machen, wenn es für sie einen evolutionären Vorteil gebracht hätte. Ist es in einer lebensfreundlichen Umgebung nicht effizienter möglich? (Mit einer lebenfreundlichen Umgebung meine ich: wässrige Lösung, pH etwa 7, Temp. etwa Zimmertemperatur +/- 30°C usw.). Oder würde eine höhere Ausbeute den Pflanzen nicht viel bringen, weil sie die hinzugewonnene Energie nicht einsetzen könnten, so dass sie davon keinen evolutionären Vorteil hätten? Ich denke da sehr laienhaft an mögliche Grenzen der Zellteilung, ATP-Lagerung, Übersäurung, Überhitzung… Kannst Du als Biochemikerin eine Antwort geben? Danke!
    Eine kleine formale Kritik am Rande: wenn man Photovoltaik und Fotosynthese direkt nebeneinander schreibt, hätte ich es ästhetischer gefunden, beide Schreibweisen anzugleichen, also Photosynthese statt Fotosynthese. Aber das ist nur eine Kleinigkeit bzw. meine Marotte und schmälert das Verständnis nicht

  3. #3 Ferrer
    21. September 2015

    Übrigens ist es, wie Du selber schreibst, in der Tat nicht leicht, einen Holzscheit in den Tank zu bekommen. In Spanien nach dem Bürgerkrieg und anderswo während des 2. Weltkrieges hat man versucht, das Problem so zu lösen: https://en.wikipedia.org/wiki/Wood_gas_generator Die Technologie hat Vor- und Nachteile, ist aber noch nicht tot

  4. #4 Pterry
    21. September 2015

    Du hast dir intuitiv schon die richtige Antwort gegeben, nämlich, dass die moderne Photovoltaik die Grenzen der lebensfreundlichen Umgebung überschreiten kann, weil sie z.B. nicht auf gemäßigte Temperaturen angewiesen ist. Die Pflanzen brauchen diese, damit ihre Enzyme auch funktionieren, denn diese haben ein Temperaturoptimum. Und über Evolution gelangt man zu Effizienz durch “Versuch und Irrtum”, wobei “Irrtum” sehr schnell den Tod bedeuten kann, während die Technik auf der anderen Seite schon sehr gut berechenbar ist.
    Und ja, mit der hinzugewonnenen Energie könnte eine Pflanze nicht viel anfangen. ATP selbst kann man nicht lagern, Energie wird in der Pflanze z.B. in Form von Stärke gespeichert und dafür müsste “Lagerungsplatz” bereitstehen. Zusätzlich ist bei vielen Pflanzen z.B. auch weitere CO2-Aufnahme dadurch limitiert, dass sie in sehr heißen Gebieten stehen, die Spaltöffnungen ihrer Blätter öffnen müssten und dadurch Wasser verlieren. Und das mit der Zellteilung ist auch nicht ganz so einfach, denn außer Kontrolle geraten kann das leicht zu Krebs führen (ja, auch bei Pflanzen). Außerdem würde dadurch wieder die Oberfläche irgendwo (Wurzel, Blatt, Sprossachse, …) vergrößert und wir sind wieder beim Wasserverlustproblem o.ä.. Insgesamt hat sich die Pflanze da auf ein Optimum eingestellt, wobei Biomasseproduktion für sie eben nur sekundär ist.

    (Beim Photo/Foto-Wechsel hatte ich tatsächlich noch überlegt. Ist für die Zukunft notiert. :))

  5. #5 Pterry
    21. September 2015

    @#1:
    Palmöl wird primär nicht als Biosprit verwendet, sondern eher in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie.
    Aber der Bodenaspekt ist natürlich richtig und wichtig. Tendenziell sehe ich allerdings wenig Möglichkeiten in die Umweltgesetzgebung und Einhaltung dieser Gesetze in anderen Ländern einzugreifen. Und wie ich im Artikel schon versucht habe darzustellen, wird das CO2-Problem durch Biosprit nicht wirklich gelöst.

  6. #6 Dampier
    21. September 2015

    Guter Artikel, Gefällt mir.

  7. #7 bruno
    21. September 2015

    @Pterry#5: danke für die Antwort.
    Allerdings wird Palmöl als Treibstoff für Kraftwerke verwendet. Insofern vielleicht nicht konkret auf Automobile zutreffend – aber definitiv zur Überschrift passend… auch Kraftwerke haben Tanks.
    Und dann zu sagen, Biotreibstoff-Anbau sei sinnvoll für “strukturschwache” Regionen… halte ich für etwas kurzsichtig.
    http://www.welt.de/wirtschaft/article717650/Warum-asiatische-Urwaelder-fuer-deutschen-Strom-sterben-muessen.html
    http://www.sueddeutsche.de/wissen/regenwald-killer-palmoel-der-baum-des-anstosses-1.834281

  8. #8 bruno
    21. September 2015

    …und die Orang-Utans Indonesiens (als Idee zum googlen) hat auch keiner gefragt…
    http://www.faszination-regenwald.de/info-center/zerstoerung/palmoel.htm

  9. #9 BreitSide
    Beim Deich
    21. September 2015

    Danke, Pterry!

    Nicht nur kann man mit einer “Siliziumplantage” 20-mal mehr Energie pro Fläche rausholen, diese Energie kann in BEVs (Battery-Electric Vehicels) mit 90% Wirkungsgrad genutzt werden.

    Über BEVs können also 80-mal so viele km pro m2 geholt werden als über Verbrenner mit “Bio”Sprit.

    Und außerdem bildet sich unter den “Siliziumblättern” ein schönes Biotop. Heißt das Magerrasen?

  10. #10 Pterry
    21. September 2015

    @bruno: oh, zu Palmöl hat der Guardian das schönste Feature: http://www.theguardian.com/sustainable-business/ng-interactive/2014/nov/10/palm-oil-rainforest-cupboard-interactive
    Und mit “Biokraftstoffe aus strukturschwachen Regionen” war jetzt auch nicht nur Palmöl gemeint. Es ist ja auch nicht so, als würde man keine Alternativen in Betracht ziehen (s. 2te und 3te Generation). Die bringen allerdings auch ihre eigenen Probleme mit sich (s. Artikel) und sind im Moment leider noch nicht rentabel.

  11. #11 Pterry
    http://dahierdadort.tumblr.com/
    21. September 2015

    @#8
    Kommt sicher drauf an, wo man seine “Siliziumblätter” “anpflanzt”. 🙂

    @alle: Danke für eure Links, v.a. den Wood Gas Generator, von dem ich schon gehört hatte, aber nicht noch mal extra dazu recherchiert…

  12. #12 Crazee
    22. September 2015

    Bei Methodisch Inkorrekt in Folge 58 wurde über eine neue Abdeckung berichtet, die nicht nur lichtdurchlässiger ist, als die bisherigen, sondern auch noch bei Wind und Regen Strom produziert.

  13. #13 Crazee
    22. September 2015

    …für Photovoltaik